大話中國C-V2X通訊標準應用層標準

一、前言

2017年9月18日，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟攜手重慶長安汽車、通用汽車、清華大學等單位發(fā)布了我國第一部V2X應用層團體標準：《合作式智能運輸系統(tǒng)?車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準 T/CSAE?53-2017》，該標準的發(fā)布填補了我國V2X應用層標準的空白。

2020年12月31日，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟聯(lián)合星云互聯(lián)、重慶長安汽車、通用汽車等單位對2017年的標準進行了完善，推出《合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準（第一階段）T/CSAE 53－2020》（以下簡稱DAY1）標準代替了T/CSAE 53－2017標準。與此同時，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟也聯(lián)同星云互聯(lián)科技、電信科學技術(shù)研究院、華為技術(shù)有限公司等單位推出了V2X第二階段標準：《合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準（第二階段）》（以下簡稱DAY2標準），在第一階段標準基礎(chǔ)之上豐富了應用層場景。

北匯信息作為蜂窩車聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2019年進入C-V2X市場后，深耕C-V2X測試領(lǐng)域，已為數(shù)十家企業(yè)交付了成套的C-V2X測試臺架及測試服務，包括國內(nèi)多家汽車整車廠、零部件企業(yè)以及檢測機構(gòu)。

1.1在DAY1標準中對合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)進行了描述

合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)，旨在通過智能運輸系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的信息交互，實現(xiàn)道路安全、通行效率、信息服務等各類應用。為此，不同廠商車輛之間，以及這些車輛與其所能到達的區(qū)域范圍內(nèi)的道路基礎(chǔ)設(shè)施之間，必須實現(xiàn)互聯(lián)互通。

以車用通訊系統(tǒng)中的車載單元（OBUOn-Board Unit）為例，車載設(shè)備通常包括了如下圖所示的子系統(tǒng)：

圖1合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)車載設(shè)備構(gòu)成示意圖

• 無線電通信子系統(tǒng)：接收和發(fā)送空中信號。一個車載設(shè)備里可以裝配一個或者多個無線電通信子系統(tǒng)；
• 定位系統(tǒng)：該子系統(tǒng)通常包含全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS, Global Navigation Satellite System）接收器，用以提供車輛的位置、方向、速度和時間等信息。該子系統(tǒng)可以通過車速信號、慣性測量單元、差分定位系統(tǒng)等技術(shù)來實現(xiàn)增強定位；
• 車載設(shè)備處理單元：運行程序以生成需要發(fā)送的空中信號，以及處理接收的空中信號；
• 天線：實現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)送。

車載設(shè)備通過接口與應用電子控制單元相連，在應用電子控制單元中運行程序?qū)崿F(xiàn)車用通信系統(tǒng)的應用，并通過人機交互界面（HMI, Human Machine Interface）來實現(xiàn)對駕駛員的提醒，包括圖像、聲音、振動等方式。

1.2標準對應用范圍進行了圈定

基于國際標準化組織（ISO）指定的通訊系統(tǒng)七層參考模型，及歐美正在制定的車用通訊系統(tǒng)構(gòu)架，車用通信系統(tǒng)通?？梢苑譃橄到y(tǒng)應用、應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。DAY1標準著重關(guān)注了應用層及應用層與上下相鄰兩層的數(shù)據(jù)交互接口，如圖2所示。應用層協(xié)議主要包括消息集和消息集內(nèi)的數(shù)據(jù)幀與數(shù)據(jù)元素，以及消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼方式。DAY1標準通過對道路安全、通行效率和信息服務等基礎(chǔ)應用的分析，定義在實現(xiàn)各種應用時，本車與其他車輛、道路交通設(shè)施及其他交通參與者之間的信息交互內(nèi)容、交互協(xié)議與接口等。

圖2標準范圍示意圖

二、車用通信系統(tǒng)基礎(chǔ)應用

2.1 DAY1應用場景

DAY1標準選擇了安全、效率、信息服務三個方面覆蓋了17個應用場景，包括前向碰撞預警、交叉路口碰撞預警、異常車輛提醒、綠波車速引導、前方擁堵提醒、汽車近場支付等。如表1：

表1 DAY1應用列表

DAY1標準在應用定義、主要場景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求6個方面對17個場景進行定義的同時，也根據(jù)應用對通信頻率和時延的不同需求將17個一期應用分為了兩大類：

• 一是高時延（＞100 ms）、低頻率（＜10 Hz）的應用，可通過4G蜂窩通信技術(shù)實現(xiàn)；
• 二是低時延（≤100 ms）、高頻率（≥10 Hz）的應用，需要LTE-V2X、DSRC或5G通信技術(shù)的支持才能實現(xiàn)。

通過對比DAY1階段的CSAE53-2017和CSAE53-2020兩個版本需求，我們不難發(fā)現(xiàn)，相較于CSAE53-2017標準，CSAE53-2020對定位精度提出了更高要求，如表2所示：

表2一期應用按通訊需求分類表

除前方擁堵提醒定位精度保持5m、智能汽車近場支付定位精度取消外，其余應用都將定位精度由5m提升到了1.5m，這對GNSS定位精度提出了更高的要求。

2.2 DAY2應用場景

DAY2標準基于DAY1標準，選擇面向安全、效率、信息服務、交通管理、高級智能駕駛等領(lǐng)域，定義了12個典型應用，其中包括感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式變道、協(xié)作式車輛匯入等應用，如表3：

表3 DAY2應用列表

DAY2標準也在應用定義、預期效果、主要場景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求7個方面，對12個第二階段應用場景分別進行描述。

對比DAY1和DAY2標準，我們不難發(fā)現(xiàn)，DAY1標準的應用場景更多關(guān)注的是單車在車路協(xié)同環(huán)境下的預警功能實現(xiàn)，而在DAY2階段，更多的場景則聚焦到了車路協(xié)作、交通控制管理等方面。筆者從場景分類維度對DAY1和DAY2中的場景進行了區(qū)分，如表4：

表4中國標準V2X通訊應用場景

由表4我們可以看到，DAY2標準中，對盲區(qū)預警/變道預警、弱勢交通參與者碰撞預警、緊急車輛提醒三個場景進行了更為深入的研討。在對應的安全分類中加入了感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式車輛匯入、協(xié)作式交叉口通行應用場景，在效率分類中新加入了道路收費服務、動態(tài)車道管理、協(xié)作式車輛匯入及協(xié)作式交叉口同行場景，在信息服務分類中加入了差分數(shù)據(jù)服務、場站路徑引導服務、道路收費服務應用場景。同時也新增加了交通管理及高級智能駕駛兩個分類，在交通管理分類中新增了動態(tài)車道管理及浮動車數(shù)據(jù)采集應用場景，在高級智能駕駛分類新增了協(xié)作式車輛編隊管理應用場景。

值得關(guān)注的是，DAY2標準更聚焦于“協(xié)作”上，DAY2標準中對于車輛的命名由DAY1標準中的HV(Host Vehicle)和RV(Remote Vehicle)變?yōu)榱薊V1(Equipped Vehicle 1)，EV-2（Equipped Vehicle 2），這也意味著標準由DAY1階段的關(guān)注自車“權(quán)益”轉(zhuǎn)向了DAY2階段的關(guān)注交通參與者的“權(quán)益”，也佐證了筆者DAY2標準更聚焦于“協(xié)作”的觀點。

本文以DAY1中的盲區(qū)預警/變道預警場景和DAY2中的協(xié)作式變道場景為例說明。

盲區(qū)預警/變道預警和協(xié)作式變道兩個場景共同關(guān)注點及預期效果都在于兩輛車之間如何安全的進行變道，以消除駕駛盲區(qū)所帶來的駕駛風險。圖3、4、5分別是DAY1的變道預警場景和DAY2的協(xié)作式變道場景，展示了一輛車（盲區(qū)預警/變道預警場景中為HV，協(xié)作式變道場景中為EV-1）在行駛過程中意圖變道，另一輛車(盲區(qū)預警/變道預警場景中為RV，協(xié)作式變道場景中為EV-2)在該過程中存在安全風險，以期避免風險產(chǎn)生的過程。不同的是盲區(qū)預警/變道預警場景的預期目的是HV駕駛員收到預警后，能有足夠時間采取措施，避免與相鄰車道上的 RV發(fā)生碰撞。而協(xié)作式變道場景的預期目的則是相關(guān)車輛（EV-2）接收到 EV-1變道意圖信息，結(jié)合自身行駛狀態(tài)與周圍環(huán)境信息做出判斷，采取減速讓道或加速通過駕駛行為。

圖3 DAY1盲區(qū)預警/變道預警場景

圖4 DAY2協(xié)作式變道場景EV-2加速通過

圖5 DAY2協(xié)作式變道場景EV-2減速讓行

在盲區(qū)預警/變道預警場景中關(guān)注的是HV的行駛安全及狀態(tài)，而在協(xié)作式變道場景更多關(guān)注的是協(xié)作車輛之間的協(xié)作行為。

三、應用層交互數(shù)據(jù)集

CSAE應用層標準遵循“消息集-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”三層嵌套結(jié)構(gòu)規(guī)則對應用層數(shù)據(jù)集進行制定；采用了ASN.1抽象語法進行定義，實現(xiàn)了跨平臺和不同編程語言的兼容；考慮到射頻性能，數(shù)據(jù)集交互的編解碼方式遵循非對齊壓縮編碼規(guī)則UPER（Unaligned Packet Encoding Rules），有效壓縮空口通信數(shù)據(jù)包的大小。

在DAY1標準中定義了基礎(chǔ)的BSM、SPAT、RSI、MAP、RSM五大類消息，如圖6。DAY2在DAY1基礎(chǔ)上對MAP、RSI消息進行了拓展之外，也新提出了PAM、PSM、RSC等新的消息體，如圖7。

圖6 DAY1中的應用層交互數(shù)據(jù)集

圖7 DAY2中的應用層交互數(shù)據(jù)集

四、總結(jié)

DAY1標準、DAY2標準的推出對中國V2X通信標準的建立和深化有著重要意義，對車用通信系統(tǒng)應用場景開發(fā)、驗證及商用起到了極大的推動作用。

北匯信息作為蜂窩車聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2020年也參與到了由中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、IMT-2020（5G）推進組C-V2X工作組、中國汽車工程學會等單位承辦的“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導應用示范活動“中，如圖8。

圖8北匯信息在“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導應用示范活動“

北匯信息專注于汽車電子，深耕C-V2X測試，提供專業(yè)多元化的C-V2X測試系統(tǒng)搭建及測試咨詢服務。

本次為大家簡單介紹了中國V2X通訊標準應用層標準，后續(xù)將會為大家?guī)砀嗟幕贑-V2X測試的相關(guān)內(nèi)容。同時也歡迎垂詢和溝通，共同探討。

注：本文圖片素材源于CSAE 53-2017合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準、CSAE 53-2020合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準（第一階段）、CSAE 157-2020合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準（第二階段）