2020年05月25日 | 大有反超美国之势，简析V2X在中国的发展现状

V2X是智能汽车领域近些年来渐渐火起来的技术，它源于英文Vehicle To Everything，既车与万物互联。因此V2X实际上是一个集合，它包括了V2V（Vehicle to Vehicle）、V2I（Vehicle to Infrastructure）、V2P（Vehicle to Pedestrians）、V2N（Vehicle to Network）等, V2X是物联网大范畴的一部分，也是智慧交通乃至智慧城市的重要组成部分。

那么V2X技术是如何起源的，以及当前的发展如何呢？

早在1999年，美国联邦通信委员会（FCC）就分配了5.850-5.925 GHz给智能运输系统（ITS），从2004年开始，IEEE开始基于802.11系列协议开发车用无线通信系统，实际上就是基于我们所熟知的Wi-Fi直连技术。随后美国汽车工程师协会（SAE）发明了词汇DSRC（Dedicated Short Range Communications）来命名这项基于802.11的车载无线通信技术，这也就是V2X的第一个技术路线的起源。大约在2016年前后，美国基于DSRC的V2X协议栈基本制定完毕，并有丰田、通用先后量产支持DSRC的汽车。但由于V2X需要有众多支持V2X的汽车及路侧单元互相通信才能形成规模效应，因此这首批支持DSRC的汽车并没有“用武之地”，从那以后，美国的V2X从快速发展期进入了“寂静期”。

而3GPP在2017年发布的第14版本（Release 14）的LTE技术明确支持V2X，这就意味着V2X迎来了第二条技术路线。基于LTE蜂窝技术的V2X被称为C-V2X，既 Cellular V2X。由于当前的C-V2X技术是基于LTE的，因此又被称为LTE-V2X。而3GPP的第16版本（Release 16）支持基于5G技术的V2X，因此届时将被称为5G-V2X或者NR-V2X。按照3GPP的时间表（如下图），Release16的制定将在2020年下半年完成。

那么既然V2X有两条技术路线，我国选择的哪一条呢？

我国从一开始就明确选择采用C-V2X的技术路线。2018年，工信部发布“公开征求对《车联网（智能网联汽车）直连通信使用5905-5925MHz频段的管理规定（征求意见稿）》的意见”，将5905MHz~5925MHz的20MHz频段划分给C-V2X，从那时开始，我国的V2X产业正式走入快车道，各项标准制定有序开始，大有反超美国之势。而美国反倒对于技术路线产生了摇摆：既不愿放弃发展了十几年的DSRC，又想同时抓住C-V2X。2020年2月份，FCC修改了5.9GHz的分配，也将5905MHz~5925MHz的频段划分给了C-V2X （如下图）， 所以现在在美国同时存在两条技术路线，至于最终如何选择还要看各种利益相关方的博弈。

从2017年开始，我国的V2X标准制定如火如荼的开展起来。参与我国V2X标准制定的组织有中国通信标准化协会（CCSA）、中国汽车工程协会（CSAE）、中国智能交通产业联盟（C-ITS）、中国汽车技术研究中心（CATARC）等。截至2020年初，通过约三年的努力，我国第一阶段的V2X标准体系已经基本形成，可以支撑我国首批V2X的产业化落地。

我国的C-V2X标准体系架构：

如下图所示，C-V2X标准体系遵从OSI参考模型的分层，大致可分为物理层、接入层、网络层、消息层，应用层。而从纵向看又有与之配套的网络安全标准、系统级标准、测试标准以及V2X相关的法律法规。出于保密要求，本文只介绍已经发布的标准，对于正在制定中的标准暂不提及。本标准信息的主要来源为工信部的标准发布公告及网络。

为了能够简明地阐述各个标准的作用，我们举个例子，比如我想要实现一个使用前方红绿灯的状态来计算通过当前路口的最佳车速（也叫绿波车速引导）的功能，需要做哪些工作呢？

首先，我们需要让整个行业都知道有这么一个功能需要开发，这就是应用场景的定义。

2017年，我国首个V2X团体标准TCSAE 53-2017 《合作式智能运输系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》发布，它由中国汽车工程协会(CSAE)制定，定义了首批17个V2X的典型应用场景及V2X数据集。这17个场景中就包括了绿波车速引导。这个标准对后来我国的V2X标准的制定起到了重要的示范和指导作用。

在定义完应用的下一步工作，就是考虑红绿灯要怎样跟车子说话车子才能听懂？比如当前红绿灯的状态是红灯，还剩10秒，要怎样告诉车端才能被正确的理解呢？为了解决这个问题消息层标准应运而生。消息层标准是承接应用层标准的，它定义了我国首批V2X应用的5种消息集，即车辆基本安全消息（BSM）、地图消息（MAP）， 交通事件和交通标志消息（RSI）、路侧安全消息（RSM）、信号灯消息（SPAT）。而支撑实现红绿灯信息广播的就是SPAT消息。2020年最新发布的消息层标准为YD/T 3709-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层技术要求》。它在TCSAE 53-2017的基础上更新了C-V2X的消息集，已经可以基本上满足我国首批V2X的应用。

有了消息层标准，我们已经知道红绿灯消息的格式是怎样的，但这毕竟是上层软件做的事情。下一步，我们需要将消息向下层传递，一直传递到硬件，通过无线电播发出去。承接消息层传来的信息的工作就落到了网络层头上。网络层起到了承上启下的作用，它将上层的消息通过继续打包传递给下层。我国的网络层标准为YD/T 3707-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 网络层技术要求》，它的工作就是对消息层传来的信息进行处理和打包，让LTE-V2X的底层系统能够处理这些消息。

从网络层再往下可以被统称为底层，这里基本上是3GPP的天下了。网络层下面为接入层和物理层，由于我国采用的是LTE-V2X，因此接入层标准主要参考了3GPP的Release14。我国的接入层标准为YD/T3340-2018 《基于LTE的车辆网无线通信技术 空中接口技术要求》。而物理层标准实际上与接入层标准紧密相连，它主要规定了我们的车载终端和路端设备要怎样与接入层相互通信。物理层标准分为路侧单元（RSU）和车侧单元（OBU）标准，分别为YD/T 3756-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 支持直连通信的终端设备技术要求》和YD/T 3755-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 支持直连通信的路侧设备技术要求》，它们的内容几乎全部来源于3GPP。有了底层标准，上层的红绿灯信息终于可以被顺利地传递给了通信模组并通过天线广播出去。车子接收到信息后，通过自己的软件即可计算出通过当前路口的最佳速度。

有了如上层级的标准之后，我们需要一个“指挥”来指导V2X系统怎样通过使用各层级的标准来实现信息的发送与接收。比如，红绿灯信号多久发送一次？消息编号怎样变化？遇到网络拥塞怎么办？这些工作由系统级标准来完成。系统级标准非常重要，它从纵向详细规定了一个V2X系统的车端和路端设备需要如何表现以及如何配置来共同实现V2X场景，因此系统级标准也叫Profile（剖面）。现在有若干个系统级标准正在制定中，已经发布的为YD/T 3400-2018 《基于LTE的车联网无线通信技术 总体技术要求》。

现在再考虑一个问题，如果有个捣蛋鬼假冒了红绿灯的信号，本来当前是红灯，它却假冒了一个绿灯的消息发给我，是不是就乱套了？因此V2X的网络安全设计十分重要，PKI、CA、证书、签名等一个都不能少。V2X的网络安全标准尚未全部完成，已经发布的有GB/T 37376-2019 《交通运输 数字证书格式》和GB/T 37374-2019 《智能交通 数字证书应用接口规范》。

有了上面说的标准，V2X系统已经可以着手开发了，但是为了保证系统设计的规范性，每一层都有与之相对应的测试标准，已经发布的测试标准有YD/T 3710-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层测试方法》、YD/T 3708-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 网络层测试方法》、YD/T 3629-2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 基站设备测试方法》。

新的问题来了，一个红绿灯通过无线电向外发送信息，会不会有法规风险？任何一个新技术都要考虑所在市场的法规问题，V2X也不例外。与V2X相关的法规可参考我国现行的网络安全法、密码法、测绘法等。需要注意的一点是V2X是强烈依赖定位信息的，而我国现行的法规并没有针对V2X的定位该如何合法的使用做出明确规定，此处需要进一步的完善。

可以看到，参照上述的标准和法规，在我国建立基于V2X的绿波车速引导功能就成为了现实，接下来的工作就是各个厂商开始根据自己的产品进度着手开发了。

以上大致介绍了我国已经发布的V2X标准体系，总体上讲我国的V2X有强大的政策支持且没有DSRC带来的历史包袱，跟美国比已经后来居上。相信在未来几年随着我国新基建的大潮，遵循最新V2X标准的车和路侧设备将相继问世，使我国向智能交通、智能城市迈向坚实的一步。