C-V2X的緊密耦合將加快自動駕駛進展

本文來源：智車科技

／ 導讀 ／

2020年11月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）正式投票決定將5．9GHz頻段劃撥給Wi－Fi和C－V2X（Cellular Vehicle－to－Everything，基于蜂窩網(wǎng)絡的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)）使用，這標志著美國正式放棄DSRC并轉(zhuǎn)向C－V2X，我國主推的C－V2X成為全球車聯(lián)網(wǎng)唯一標準。

 全球車聯(lián)網(wǎng)唯一標準C－V2X 不過，智慧城市和自動駕駛的車還并沒有走到一起，通信、安全和功耗問題仍有待解決。為此，不僅是中國，歐美國家也都在思考智慧的路和智能的車如何發(fā)展的問題。 中國先聲奪人

按照C－V2X標準化工作規(guī)劃，結(jié)合新品研發(fā)周期及上市時間，預計中國到2022年將具備大規(guī)模部署C－V2X的基礎。此前，示范區(qū)、先導區(qū)的試點示范工作已陸續(xù)展開。隨著C－V2X部署工作落地，首先將帶來芯片、模組、終端設備、管理平臺、安全認證等的海量需求，同時實施能力較強的交通信息化廠商也將直接受益。

C－V2X的進展在很大程度上與體制有關。中國政府非常積極地投資建設基礎設施，計劃在90％的高速公路上安裝V2X技術(shù)設施，中國正在成為這一領域的領軍者。歐洲和日本會緊隨其后。由于沒人指望美國政府為這樣的事情買單，而是希望私營部門能夠加快步伐，美國的步伐將落后于前者。

近年來，北美通信標準802．11p（DSRC，專用短程通信）和C－V2X之間的爭論一直在繼續(xù)。FCC早在20多年前就將DSRC指定為其業(yè)務的技術(shù)標準，但DSRC并沒有得到實際部署，這一關鍵的中頻頻譜已基本閑置了幾十年。為此，F(xiàn)CC開始從DSRC轉(zhuǎn)向了C－V2X，以加速其服務的實際部署，從而提高汽車安全性。 5G是必由之路

政治體制將對V2V（Vehicle to Vehicle，車對車）和C－V2X的實現(xiàn)起到一定作用，因此，美國不同于歐洲，也與中國截然不同。

目前，一些創(chuàng)新型的美國城市正試圖通過一些早期部署，邀請自動駕駛車輛進入其區(qū)域。德國的大眾GTI曾搭載DSRC，而通用汽車幾年來一直提供4G功能，但其使用量相當有限。它并沒有用來傳送更新軟件，而只是幫助進不了車的車主開鎖。

C－V2X與完全自動駕駛車輛的發(fā)展緊密耦合，技術(shù)上的共同點是5G。3GPP在5G中實現(xiàn)了一些特定功能，使其在汽車領域更加有用，包括提高可靠性和帶寬，還增加了一些優(yōu)先級。例如，車后座上有人在播放電影，也能夠優(yōu)先處理數(shù)據(jù)，這有助于安全應用。

C－V2X使用5G進行通信，如為自動駕駛規(guī)劃路線。許多主機廠已經(jīng)承諾將V2X部署在遠程通信控制單元（TCU）中。基礎設施側(cè)的路邊單元與路燈或停車場通信的設備也在使用5G無線電。  C－V2X利用5G通信 C－V2X基礎設施的部署取決于支持性法規(guī)、重大投資和自動駕駛車輛關鍵技術(shù)的開發(fā)。隨著汽車自動駕駛水平的提高，越來越多的國家開始參與在現(xiàn)實中測試C－V2X應用的試點項目。許多美國主機廠已承諾在新車型中支持這一功能。密歇根州成立了未來出行辦公室，負責所有出行相關舉措（包括基礎設施）的戰(zhàn)略協(xié)調(diào)；舊金山、亞特蘭大、科羅拉多、匹茲堡等地也推出了自動駕駛汽車和C－V2X的試點項目。

同樣，在歐洲，C－V2X測試正在許多國家進行。私營公司和歐盟C－Roads項目等倡議給予了廣泛支持。5G就緒測試也正在進行，以期待5G在該地區(qū)的廣泛推廣。 車路協(xié)同還不夠

智慧城市規(guī)劃者和主機廠正在努力解決C－V2X面對的各種問題，但兩者的工作節(jié)奏和技術(shù)往往截然不同——盡管這兩個世界需要溝通才能發(fā)揮作用。

在城市地區(qū)優(yōu)化交通對于減少能源消耗和事故，讓應急車輛盡快通過至關重要。但是，實現(xiàn)這些目標非常復雜，需要將通信、安全和功率技術(shù)結(jié)合在一起，這些技術(shù)需要落實在道路、交通信號、建筑物和其他結(jié)構(gòu)中，才能實現(xiàn)車輛與車輛及基礎設施的通信。

C－V2X使用蜂窩協(xié)議在車輛和障礙物（如其他車輛、騎自行車的人、行人和道路工人）之間實現(xiàn)直接通信，并接收來自路邊發(fā)射器的安全信息。

不管C－V2X是什么，它都將大大增強自動駕駛汽車的能力，因為它具有近距離進行信息交換的功能。除了C－V2X，沒有任何傳感器可以看到十字路口周圍的情況。

到目前為止，自動駕駛的發(fā)展一直以車輛為中心或以監(jiān)管為中心。但如果你的車里有C－V2X，即使能與城市對話，也不能與其他車輛通信，因為市場滲透率還很低。因此，汽車方面必須跟進才行。這是安全方面的考量。

此外，汽車通過智能交通信號與交叉口通信也可以提高出行效率，在這方面不需要大規(guī)模的市場滲透。另一個例子是緊急服務車輛和急救人員，如果他們可以自己撥入C－V2X，就可以一路綠燈，并對整條道路進行“管控”，而不只是在近場。這是無線廣域網(wǎng)和短程網(wǎng)結(jié)合的應用。這種反應相當迅速，而且好處立竿見影。

智慧城市不是一組相關的靜態(tài)基礎設施，而是動態(tài)的功能集合，因此任何道路使用者都是智慧城市的一部分，包括行人和車輛。

雖然C－V2X和自動駕駛都在開發(fā)，但其實現(xiàn)時間表可能有很大不同。即使是使用激光雷達的車輛來到十字路口，也不意味著它就是L4或L5自動駕駛車輛，很可能只是L2。事實上，利用C－V2X，很多車輛都可以提供較高級別的駕駛能力，而且不會像L4或L5那樣昂貴。

商用車輛有可能是車路協(xié)同落地的最佳場景，雖然基礎設施有所不同。這些設施將部署在交通走廊中，第一個用例是解決“最后一公里”的站點到站點運輸，尤其是在高度城市化的地區(qū)。

至于車輛本身，C－V2X概念如何在車內(nèi)發(fā)揮作用仍有待研究。不過，從數(shù)據(jù)處理的角度看，無論在哪里，功耗都是一個棘手的考慮因素。特別是在純電動汽車中，需要在能耗和性能之間進行權(quán)衡。

此外，現(xiàn)成的處理器不適合電動汽車或基礎設施設備。盡管在技術(shù)上可以將現(xiàn)成的硬件用在基礎設施（如路邊標志）中，運行完全相同的算法來進行目標檢測和分類，但在功耗方面是行不通的。

一個例子是高峰時段的十字路口，路側(cè)單元（RSU）會檢測到更多的物體，但處理起來計算需求巨大。人們希望所有的計算能力都能從太陽能電池板上獲得，但現(xiàn)實無法實現(xiàn)，因為太陽能電池板必須有足球場那么大?；氐杰囕v，它必須運行人工智能推理算法，需要大量訓練，同樣有許多處理工作。所有這些都消耗大量能量。這意味著現(xiàn)成硬件組件的想法不切實際，尤其是價格也不菲。

可以肯定的是，能夠相互交流的智能汽車及其環(huán)境為更安全的道路、更高效的旅行和更好的駕駛體驗開辟了可能性，但推廣需要時間。

V2I（車輛基礎設施互聯(lián)系統(tǒng)）和更廣泛的V2X需要在車外支持智能基礎設施。雖然試點項目已經(jīng)有了，但我們?nèi)蕴幱诹私猬F(xiàn)有技術(shù)的要求和能力的早期階段。預計大規(guī)模采用至少還要五年或更長時間。 安全是嚴峻挑戰(zhàn)

關于基礎設施，如果有人在電線桿上貼上假標志，車輛將作何反應？這樣的攻擊模式不是沒有發(fā)生過。特斯拉Autopilot系統(tǒng)就曾多次被無線電波、聲和光成功“騙過”，或開始減速，或剎車、轉(zhuǎn)彎，這是不是很危險？

車路協(xié)同的最大挑戰(zhàn)也是安全。首先必須確保與車輛通信的汽車是一輛值得信賴的汽車，而不是一些黑客發(fā)送的試圖干擾車主反應的假信號。這涉及到汽車相互驗證的公鑰加密，一輛汽車會從周圍所有汽車收到上百個信號，它們來自大眾、梅賽德斯、通用汽車等的實際汽車。為了做到這一點，車輛需要一個信任的根，以確保沒有人可以全面查看你的加密處理，以及在處理它們時的加密操作。

現(xiàn)代汽車更像是帶輪子的電腦，而不是汽車。除了V2X環(huán)境的通信外，車輛內(nèi)部必須有安全措施。這是因為一輛典型汽車里有50到100個電腦控制單元，可以處理各種各樣的事情——轉(zhuǎn)向、巡航控制、娛樂、儀表、剎車燈，等等。汽車中的70％組件是由供應商提供給主機廠的，而非后者自己制造。如何確保每一個組件都沒有惡意注入的東西？

長期以來，CAN總線一直是車內(nèi)通信網(wǎng)絡，由于成本原因，通常不包括任何安全性。并不是因為主機廠不需要，而是因為汽車利潤微薄。因此，現(xiàn)在的方法是將安全性放在電子控制單元（ECU）中，因為每個ECU的處理器中都有一個計算機。由于無法保護處理器之間的網(wǎng)絡，因此在處理器相互通信時，都要相互驗證。

通信的數(shù)據(jù)也需要保護，比如加密，確保沒有人能竊取信息。還要確保所有信息都是簽名的或真實的。這意味著，在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，發(fā)給另一輛車、一棟建筑、一個標志或基礎設施的信息確實是我的信息，而不是路邊一個拿著帶天線的筆記本電腦的人發(fā)出的假冒信息。說起來很簡單，但所有問題都非常具體和分散，以至于密鑰管理猶如一團亂麻。

由于車輛是一個實際的設備，這些安全功能需要存儲在硬件級別。所以把所有的東西都放到真正的芯片上非常重要。這就是信任根真正重要的地方，這些密鑰需要安全地存儲在某個地方。信任根提供了一個很好的框架，在相同的環(huán)境中更新它們也很重要。同時，還要確保系統(tǒng)的復雜性不會太高，這對于車聯(lián)網(wǎng)應用來說尤為重要。

雖然5G為車輛與各種基礎設施連接提供了更大帶寬，但當今的人工智能和邊緣計算技術(shù)的發(fā)展使數(shù)據(jù)量和所需的驗證大幅增加。確保這些通信安全可靠進行的復雜性出人意料。形式驗證（Formal Verification）將在驗證為智能通信提供動力的IC（集成電路）方面發(fā)揮關鍵作用。它不僅可確保設計按預期運行，還有助于消除安全漏洞。 

相輔相成的搭檔

智慧城市和智能汽車的好處顯而易見，兩者都在進步，盡管推廣起來都有難度。隨著時間的推移，C－V2X的價值會越來越高，最大的挑戰(zhàn)是邁出第一步，就像群體免疫。如果在一個十字路口，大多數(shù)汽車都具有這種能力，就可以有更多的安全。

有朝一日，C－V2X安全性的好處盡人皆知，有更多主機廠參與其中，使之成為一個標準功能。當你想買一輛車時，也會考慮有沒有C－V2X。要做到這一點，還有很多工作要做。