5G時代的車聯(lián)網(wǎng)運營,5G車聯(lián)網(wǎng)特征

2018年12月4日-6日，第十一屆TC汽車互聯(lián)網(wǎng)大會（Telematics@China）在上海召開。本屆大會主題為"車聯(lián)世界數(shù)字運營出行智能"，吸引了超過1200位汽車+互聯(lián)網(wǎng)跨界行業(yè)的智能網(wǎng)聯(lián)資深人士，其中將近600位汽車整車企業(yè)以及互聯(lián)網(wǎng)巨頭代表匯聚一堂，與近100位國內(nèi)外頂尖的智能網(wǎng)聯(lián)專家，共同發(fā)起對未來新一輪十年汽車產(chǎn)業(yè)變革和布局的戰(zhàn)略性探索和展望，共同探討行業(yè)發(fā)展趨勢及可行性商業(yè)模式，攜手雕琢未來汽車產(chǎn)業(yè)核心價值。

大會由北美華人汽車工程師協(xié)會中國分會會長周士建博士致開幕辭，拉開了為期3天的大會序幕。

周會長表示，根據(jù)預(yù)測2018年中國汽車互聯(lián)網(wǎng)總的產(chǎn)值是166.9億美元，到2025年有望上升到2162億美元，占全球車聯(lián)網(wǎng)總規(guī)模26%。可以看出互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模相當可觀，不僅隱含了無法估量的汽車，移動互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)更是汽車智能網(wǎng)聯(lián)升級過程中實實在在的機遇，汽車網(wǎng)聯(lián)時代已經(jīng)到來。

大會匯聚了汽車互聯(lián)網(wǎng)上下游領(lǐng)域的各方企業(yè)，集結(jié)了國內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)專家，來自SBD、天際汽車、北汽集團、拜騰、廣汽、華為、興民智通、聯(lián)友科技、聯(lián)通智網(wǎng)、長安汽車、中國電信、微軟、江鈴汽車、安吉星、合眾新能源、寶沃汽車、小鵬汽車、長安福特、博世、領(lǐng)克汽車、愛馳汽車、標致雪鐵龍、獵豹汽車、吉利新能源、長城汽車、上汽大眾、德勤、TomTom、驀然認知、華人運通、賽麟汽車、Ti、HERE、CAROTA、艾拉比、莫吉娜、尼爾森、羅蘭貝格、蔚來資本等嘉賓，做主題演講，并展開互動探討?！俺磐砦濉钡哪X力激蕩，給“汽車人”們帶來一次頭腦風暴的震撼席卷。

5G時代的車聯(lián)網(wǎng)運營

車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，融合了傳感器、RFID、數(shù)據(jù)挖掘、自動控制等相關(guān)技術(shù)，按照約定的通信協(xié)議和標準，在車X (X：車、路、行人、互聯(lián)網(wǎng))交互過程中，實現(xiàn)車輛與公眾網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)移動通信，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛作為移動通信設(shè)備和用戶的載體，以拓撲節(jié)點的形式組織移動網(wǎng)絡(luò)拓撲。由于車輛自身的移動性，車載通信具有移動區(qū)域受限、網(wǎng)絡(luò)拓撲變化快、網(wǎng)絡(luò)頻繁接入和中斷、節(jié)點覆蓋范圍大、通信環(huán)境復(fù)雜等特點。根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)的上述特征，當前車聯(lián)網(wǎng)的實施存在以下多方面挑戰(zhàn)和困難。

(1)在體系結(jié)構(gòu)方面，由于移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，為滿足用戶的多功能體驗，車聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。在車載移動互聯(lián)網(wǎng)中，路側(cè)單元(RSU)作為車輛自組網(wǎng)(VANET)無線接入點，將車輛以及道路等信息上傳至互聯(lián)網(wǎng)并發(fā)布相關(guān)交通信息，這種車與基礎(chǔ)設(shè)施(V2I)的協(xié)作通信模型需要大量的RSU支撐，增加了建設(shè)的成本和能源消耗。

(2)在通信方面，車聯(lián)網(wǎng)中存在多種類型的通信網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)使用不同的標準和協(xié)議，數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)的融合不完善，影響車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運行效率。雖然IEEE 802.11p標準的車輛自組網(wǎng)通信在高速運行環(huán)境下傳輸距離遠、分組丟失率低、可靠性高，但在極其復(fù)雜的非視距環(huán)境下通信質(zhì)量會受到不同程度的干擾。另外，由于車輛的高速移動，需要快速可靠的網(wǎng)絡(luò)接入與信息交互，時延受限成為當前車聯(lián)網(wǎng)面臨的重要問題。

(3)在安全方面，車聯(lián)網(wǎng)中的用戶信息都將連接在該網(wǎng)絡(luò)上，隨時隨地被感知，很容易被干擾和竊取，嚴重影響了車聯(lián)網(wǎng)體系的安全。當前車聯(lián)網(wǎng)在每一層都存在不同程度的威脅：在感知層，車輛單元(OBU)和RSU節(jié)點的物理安全、感知信息的無線傳輸;在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)破壞、數(shù)據(jù)泄露、虛假信息等安全與隱私問題;在應(yīng)用層，也存在身份假冒、越權(quán)操作等由于技術(shù)方面的不足或因管理不當而帶來的隱形危害。

近年來，車聯(lián)網(wǎng)在體系結(jié)構(gòu)、通信以及安全方面存在的問題成為當前學術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點，而隨著第5代移動通信(5G)的快速發(fā)展，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)將融合大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、終端直通、認知無線電等先進技術(shù)，以更加靈活的體系結(jié)構(gòu)解決多樣化應(yīng)用場景中差異化性能指標帶來的挑戰(zhàn)。

5G移動通信技術(shù)在低時延、高移動性車聯(lián)網(wǎng)場景的應(yīng)用，解決了當前車聯(lián)網(wǎng)面臨的多方面問題和挑戰(zhàn)，使OBU在高速移動下獲得更好的性能。而且，5G通信技術(shù)讓車聯(lián)網(wǎng)不用單獨建設(shè)基站和服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，而是隨著5G通信技術(shù)的應(yīng)用普及而普及，為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來歷史性的機遇。

5G車聯(lián)網(wǎng)特征

5G移動通信融合CR、毫米波、大規(guī)模天線陣列、超密集組網(wǎng)、全雙工通信等關(guān)鍵技術(shù)，顯著提高了通信系統(tǒng)的性能。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，相比IEEE 802.11p標準的通信，5G車聯(lián)網(wǎng)的特點主要體現(xiàn)在低時延與高可靠性、頻譜和能源高效利用、更加優(yōu)越的通信質(zhì)量。

1 、低時延與高可靠性

作為車聯(lián)網(wǎng)信息的發(fā)送端、接收端和中繼節(jié)點，消息傳遞過程必須保證私密性、安全性和高數(shù)據(jù)傳輸率，通信具有嚴格的時延限制。目前，研究的車聯(lián)網(wǎng)通信數(shù)據(jù)的密集使用以及頻繁交換，對實時性要求非常高，然而，受無線通信技術(shù)的限制(如帶寬、速度和域名等)，通信時延達不到毫秒級，不能支持安全互聯(lián)需求。

5G高/超高密集度組網(wǎng)、低的設(shè)備能量消耗大幅地減小信令開銷，解決了帶寬和時延相關(guān)問題，且5G的時延達到了毫秒級，滿足了低延時和高可靠性需求，成為車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最大突破口。在5G車聯(lián)網(wǎng)通信中，為更好地研究與應(yīng)用低時延和高可靠性的鏈路特征，有文獻分析了適應(yīng)于以300 km/h速度移動車輛通信的5G自適應(yīng)天線，提高了OBU與基站的通信質(zhì)量，降低了在信道估計與數(shù)據(jù)傳輸之間產(chǎn)生的時延。有文獻提出利用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的靈活性，并提出實現(xiàn)低時延服務(wù)的解決方案，主要包括服務(wù)預(yù)約和配置、減少IP地址解析的時延、連續(xù)服務(wù)時延的優(yōu)化。其中，5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的優(yōu)化不僅要支持當前的應(yīng)用服務(wù)，而且要適應(yīng)高速增長的信息量并滿足將來多樣性的服務(wù)需求，尤其是對于時延高度敏感的通信，如車聯(lián)網(wǎng)V2X通信場景，嚴格要求低時延和高可靠性，是5G網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用的顯著特點。

根據(jù)表1設(shè)置的主要參數(shù)實施基于D2D模式的V2V通信時延仿真，得到了如圖1所示的結(jié)果。隨著車輛數(shù)目的增加，端到端的通信時延基本保持平穩(wěn)狀態(tài)，而5G車聯(lián)網(wǎng)基于D2D技術(shù)將實現(xiàn)車與車、車與基站以及5G移動終端通信，其空口時延在1 ms左右，端到端時延控制在毫秒級延時性能比IEEE 802.11p標準的通信方式優(yōu)越，有效地保障了通信的可靠性。

表1 基于D2D模式的V2V通信時延仿真參數(shù)

圖1 基于D2D模式的V2V通信時延分析

2、頻譜和能源高效利用

頻譜和能源的高效利用是5G用戶體驗的一個重要的特征。5G通信技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，將解決當前車聯(lián)網(wǎng)資源受限等問題。5G車聯(lián)網(wǎng)的頻譜和能源高效利用主要體現(xiàn)在以下兒個方面。

1)D2D通信。在5G通信中，D2D通信方式通過復(fù)用蜂窩資源實現(xiàn)終端直接通信。5G車載單元將基于D2D技術(shù)實現(xiàn)與鄰近的車載單元、5G基站、5G移動終端的車聯(lián)網(wǎng)自組網(wǎng)通信和多渠道互聯(lián)網(wǎng)接入。通過這種方式提高車聯(lián)網(wǎng)通信的頻譜利用率，與基于IEEE 802.11p標準的車聯(lián)網(wǎng)V2X通信方式相比，減少了成本的支出，節(jié)約了能源。

2)全雙工通信。5G移動終端設(shè)備使用全雙工通信方式，允許不同的終端之間、終端與5G基站之間在相同頻段的信道可同時發(fā)送并接收信息，使空口頻譜效率提高一倍，從而提高了頻譜使用效率。

3)認知無線電。認知無線電技術(shù)是5G通信網(wǎng)絡(luò)重要的技術(shù)之一。在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景中，車載終端通過對無線通信環(huán)境的感知，獲得當前頻譜空洞信息，快速接入空閑頻譜，與其他終端高效通信。這種動態(tài)頻譜接入的應(yīng)用滿足了更多車載用戶的頻譜需求，提高頻譜資源的利用率。其次，車載終端利用認知無線電技術(shù)可以與其他授權(quán)用戶共享頻譜資源，從而解決無線頻譜資源短缺的問題。

除了以上提到的頻譜和能源高效應(yīng)用外，最近的相關(guān)研究表明，在不影響通信性能的情況下，5G基站的大規(guī)模天線陣列的部署有潛在的節(jié)約能源作用。其次，在車輛自組網(wǎng)中，5G車載單元及時發(fā)現(xiàn)鄰近的終端設(shè)備，且與之通信的能力也會減少OBU間通信的能源消耗。

3、更加優(yōu)越的通信質(zhì)量

5G通信網(wǎng)絡(luò)被期望擁有更高的網(wǎng)絡(luò)容量并且可為每個用戶提供每秒千兆級的數(shù)據(jù)速率，以滿足QoS的要求。有文獻提出頻段為30~300 GHz的毫米波通信系統(tǒng)可為5G終端之間以及終端與基站之間以更好的通信質(zhì)量進行信息交互。其中，毫米波擁有極大的帶寬，可提供非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并減少環(huán)境的各種干擾，降低終端之間連接中斷的概率。

5G車聯(lián)網(wǎng)擁有比當前車聯(lián)網(wǎng)更加優(yōu)越的無線鏈路特征。

1)通信距離。5G車聯(lián)網(wǎng)V2V通信的最大距離大約為1 000 m，從而可以解決IEEE 802.11p車輛自組網(wǎng)通信中短暫、不連續(xù)的連接問題，尤其是在通信過程中遇到大型物體遮擋的NLOS環(huán)境下。

2)傳輸速率。5G車聯(lián)網(wǎng)為V2X通信提供高速的下行和上行鏈路數(shù)據(jù)速率，最大傳輸速率為1 Gbit/s。從而使車與車、車與移動終端之間實現(xiàn)高質(zhì)量的音視頻通信。

3)高速移動性。與IEEE 802.11p標準通信相比，5G車聯(lián)網(wǎng)支持速度更快的車輛通信，其中，支持車輛最大的行駛速度約為350 km/h。

5G車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢與應(yīng)用

將來，在5G通信網(wǎng)絡(luò)大量部署的時代，5G車聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)建的可多網(wǎng)接入與融合、多渠道互聯(lián)網(wǎng)接入的體系結(jié)構(gòu)，基于D2D技術(shù)實現(xiàn)的新型V2X的通信方式以及低時延與高可靠性、頻譜與能源高效利用、優(yōu)越的通信質(zhì)量等特點為車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來歷史性的機遇。5G車聯(lián)網(wǎng)因為不需要單獨部署路邊基礎(chǔ)設(shè)施、可以和移動通信功能共享計費等，會得到快速發(fā)展，應(yīng)用于高速公路、城市街區(qū)等多種環(huán)境。5G車聯(lián)網(wǎng)不僅局限于車與車、車與交通基礎(chǔ)設(shè)施等信息交互，還可應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域以及自然災(zāi)害等場景。

在商業(yè)領(lǐng)域，商店、快餐廳、酒店、加油站、4S店等場所將會部署5G通信終端，當車輛接近這些場所的有效通信范圍時，可以根據(jù)車主的需求快速地與這些商業(yè)機構(gòu)問建立ad hoc網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)終端之間高效快捷的通信，從而可以快速訂餐、訂房、選擇性地接收優(yōu)惠信息等，且在通信過程中不需要連接互聯(lián)網(wǎng)。這將取代目前商業(yè)機構(gòu)中工作在不授權(quán)頻段、通信不安全、通信質(zhì)量無法保障、干擾無法控制的藍牙或者Wi-Fi通信方式，也將帶動一個新的大型商業(yè)運營模式的產(chǎn)生與發(fā)展。

毫無疑問，隨著車輛的大量普及，車輛已經(jīng)成為人在家、辦公室之外最重要的活動場合。然而，在地震、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生地區(qū)，當通信基礎(chǔ)設(shè)施被破壞、無法為車載單元提供通信服務(wù)時，有相當數(shù)量的人可能是正在車輛上或正準備駕乘車輛離開，5G車載單元可以在沒有基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助的情況下，通過基于單跳或多跳的D2D方式與其他5G車載單元通信。另外，5G車載終端也可以作為通信中繼，協(xié)助周邊的5G移動終端進行信息交互。

車聯(lián)網(wǎng)正在改變?nèi)祟惤煌ê屯ㄐ欧绞?，促使車輛向網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。

車輛的燃油消耗管理通過車聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)

運用高精度流量傳感器，測算車輛實際消耗的燃油流量，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸至企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)管理平臺，實現(xiàn)車輛運營成本的精細化管理。

U-How?康匯流量計是上?？祬R實業(yè)發(fā)展有限公司，根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的，具有測量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠等特點的高精度流量傳感器。

工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計，是屬于容積式流量計，它基于活塞與計量室一直保持的相切密封狀態(tài)。并有一個固定的偏心距計量元件活塞，在壓差的作用下，對活塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使活塞做偏心旋轉(zhuǎn)運動，活塞的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流體的流量，通過記數(shù)機構(gòu)記錄出活塞轉(zhuǎn)數(shù)，即可測得流體總流量。

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計進出口由隔板隔開。當被測流體從進口進入計量室，這時進出口形成壓差，迫使活塞逆時針旋轉(zhuǎn)如圖a所示。流體連續(xù)流入，迫使活塞轉(zhuǎn)動如圖b所示，形成二個半月牙腔體，在壓差作用下迫使活塞轉(zhuǎn)動如圖c，V2流體從出口排出，使活塞轉(zhuǎn)動如圖d所示，在壓差作用下轉(zhuǎn)動，活塞每轉(zhuǎn)一周迸出的流體等于V1+V2的和。

工作原理圖

流量計爆炸圖：