車聯網、5G、自動駕駛

車聯網、5G、自動駕駛,都是近些年熱得發燙的技術,大家肯定都聽說過這些名詞,但你清楚這三者之間是什麼關係嗎?且聽我一一道來。

什麼是車聯網

車聯網是個很龐大的體系,簡單地說就一句話,把汽車連接起來的網絡,詳細地說可就複雜了。車聯網本質上是物聯網的一種,但是有其特殊性:高速移動,情況瞬息萬變,對響應速度要求極高,區域跨度大等等。

鑑於實際情況的複雜性,車聯網不僅要把汽車都連在一起互通信息,汽車還要與行人、基礎設施(路燈、信號燈等)、網絡等連接在一起,從而有這些概念:

V2V:Vehicle to Vehicle,車與車

V2P:Vehicle to Pedestrian,車與行人

V2I:Vehicle to Infrastructure,車與基礎設施

V2N:Vehicle to Network,車與網絡

車聯網、5G、自動駕駛

不管是V2什麼,都可以統稱為V2X。真正的車聯網,就是車連萬物!

從一輛車的角度看,車聯網又可以分成兩塊:車內各電子裝置之間的通信、汽車與駕駛員/乘客之間的通信等,是車內網,這塊實現起來沒什麼難度;汽車與車外所有對象的通信,這塊是車聯網的核心部分,是各方關注的焦點。

目前有兩種方案,一種叫DSRC技術(專用短程通信),基於WIFI的成熟技術,已經廣泛用於不停車收費、出入控制、車隊管理等,我們熟知的ETC系統就是基於此技術實現;另一種叫C-V2X技術(蜂窩車聯網),基於蜂窩網絡(就是我們熟知的手機移動通信網絡)尤其是當前的5G技術。

這兩個技術方案目前鬥爭比較激烈,都想成為未來車聯網技術的主流標準。2019年歐盟對這個問題進行了表決,最終是否決了DSRC,選擇支持C-V2X。而我們中國,也是傾向於支持C-V2X技術。

這兩種技術各有優缺點。DSRC技術很成熟,比較適合短距離通信;而C-V2X技術是後起之秀,能解決長距離通信問題。特別是在移動通信技術進化到5G後,在帶寬和時延等指標上也不遜色於前者。更重要的是,後者可以重用已經廣泛存在的移動通信基礎設施,可以低成本的實現網絡覆蓋!

車聯網、5G、自動駕駛

我們中國擁有世界上最大的移動通信網絡,同時在5G技術上也是居於世界領先地位,所以,我們選擇C-V2X技術實現車聯網是毫無疑義的。

基於5G的車聯網

在5G之前,基於蜂窩網絡實現的車聯網技術叫LTE-V,隨著蜂窩通信技術進化到5G,LTE-V也就進化到5G NR C-V2X。基於C-V2X技術實現車聯網,是我國目前研究的熱點和未來的發展方向,但是目前存在一些問題需要解決,例如:

1、網絡頻繁切換

5G無線頻率更高、覆蓋範圍小,未來城市的每個燈柱可能就是一個小基站,因此汽車在行駛過程中必然會在不同基站之間頻繁切換,這對需要快速通信、高速處理的自動駕駛汽車來說會造成一定的干擾。

2、通信安全與隱私

在整個C-V2X車聯網架構體系中,任何人或物都可以很容易的加入到通信網絡中,成為通信鏈路的一個環節。在這些環節中,惡意的攻擊者可能未經允許竊聽通信雙方的通信內容,可能將原本要轉發的重要信息惡意丟棄,可能故意發送偽造的數據欺騙系統,等等。

攻擊者通過發送大量冗餘消息堵塞通信信道,以阻止重要信息到達,例如在車禍後,攻擊者阻斷警告信息的傳遞,從而導致連環車禍的發生。攻擊者通過安裝惡意代碼或者通過蜂窩網絡遠程控制車輛,例如遠程啟動車輛剎車。攻擊者可以釋放偽造數據,例如道路擁擠數據,從而讓自己能佔用道路資源。

最近有這樣一個故事,說歐洲有一位行為藝術家,拉著一輛拖車在公路邊行走,拖車裡裝滿了處於開機狀態的智能手機,結果,他走到哪裡,哪裡的谷歌地圖就顯示為道路堵塞。這個故事不知真假,但還是給我們敲響了警鐘!

當然,還存在其他一些問題,但是通信安全和隱私問題是最重要的,因為車聯網中汽車大都處於高速移動狀態,一旦網絡通信出現意外(不管是有意還是惡意造成的),可能就會造成車毀人亡的慘重代價!

車聯網與自動駕駛

自動駕駛的核心是車,不是網。沒有車聯網,其實也能自動駕駛;但是沒有車聯網,就無法真正實現全場景的自動駕駛。

例如,當前的谷歌、特斯拉等自動駕駛系統,基於雷達和攝像頭的各種信息輸入,通過人工智能技術決策,單車本身在一定程度上即可以自動駕駛。但是單車本身有很大的侷限性,在晚上、雨雪天、霧天等惡劣天氣下,在交叉路口、拐彎處等場景中,雷達、攝像頭看不見、看不清、看不準。特斯拉曾發生過一次致命事故,在強烈的日照條件下,自動駕駛未能識別出卡車的白色車身,因此未能及時啟動剎車系統。針對這些場景開發性能更強的傳感器,成本會高到消費者無法承受的地步。這就需要車聯網裡的V2X通信,提供遠超出當前傳感器感知範圍的信息。

車聯網、5G、自動駕駛

本質上可以把V2X視為一個拉長拉遠的“傳感器”,通過和周邊車輛、道路、基礎設施的通信,獲取比單車能得到的更多的信息,大大增強對周圍環境的感知。5G網絡本身具有的超大帶寬超低時延特性,可以實時蒐集、傳輸更多更精確的環境信息,使用雲化的計算能力用以車輛本身自動駕駛的決策。

因此,在實現車輛自動駕駛場景中,V2X是一個必要且增值的使能技術;換句話說,即便車輛本身就可以實現部分自動駕駛,通過車聯網技術依然可以進一步提升性能,且可以降低單車部署傳感器的成本,減少對高精度傳感器的依賴。

同時據非官方數據,車企內部驗證的結果是基於多車信息彙總的決策會比單車信息基礎上的決策在可靠性上提高三個數量級(注意這裡並沒有要求路上所有的車輛都擁有V2X功能,車流中的部分車輛進行信息共享即可在一定程度上提高單車與整體決策的可靠性),這是V2X的又一重要價值所在。

所以在未來很長一段時間,儘管路上會是V2X與非V2X車輛共存的局面,單車由V2X技術所帶來的增益會隨V2X車型滲透率提高而逐步提升,從而正向驅動非V2X車輛的升級和替換。

由V2X使能的自動駕駛場景中,各種決策還是來自車輛本身。這一點決定了在車聯網這個環境裡車本身是個獨立的決策主體,即使是車連上了網或者連成了網。這個結果是由兩個事實決定的:

第一,車主不會希望將自己的安危交給其它車或者第三方決定,周邊車提供的信息只是給本車做參考用,最終的決策還是在本車實現。周邊車輛的指令信息,特別是類似於“前車指令後車剎車”等決策信息是不會被本車直接採信的,此類信息必須是經過幾層過濾,和本車上傳感器的信息對比以後才會由本車決定採納或拒絕。

第二,從商業角度考慮,車廠之間是互為競爭關係的,而且會有意識的凸顯不同品牌之間的差異性,自動駕駛的性能好壞也是體現差異性的特徵之一。基於V2X的自動駕駛功能、對應的決策算法、硬件上比如天線數的差異性,都是體現品牌優越性的手段。所以車廠不會願意把決策機制和算法分佈到不同廠家的車上,甚至不願意分佈到自己高端和低端品牌的車上。

因此V2X之於自動駕駛,需要傳遞和交互的不會是最終抉擇指令,只會是周邊車輛與環境的狀態信息。例如在超車等場景下需要周邊車輛的傳感器信息共享,並道等場景下需要周邊車輛駕駛操作狀態信息分享。這也符合前面所述V2X之於自動駕駛是一種“拉長”的傳感器的定位。

本質上無論哪種應用場景,需要V2X傳遞的信息其實就是這兩種:傳感器信息共享與周邊車輛駕駛操作狀態信息分享。可以說,所有的V2X自動駕駛消息都是這兩種信息的不同表達形式。


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