什么是 V2X車載通信、DSRC？ DSRC 和 LTE-V 對比

什么是 V2X車載通信？什么是DSRC？



車載通信技術(shù)（即 Vehicle-to-Everything, V2X）正是為類似的安全性任務(wù)而設(shè)計(jì)的。以車輛專用短程通信技術(shù)（即 Dedicated Short-Range Communications, DSRC）為例，該技術(shù)支持所有的交通參與者以每秒 10 到 20 次的頻率交互其動態(tài)信息。


援引自維基百科：「V2X 車載通信，是在車輛和任何會被該車輛所影響的實(shí)體之間分享信息的技術(shù)。它包含了 V2I 車-基礎(chǔ)設(shè)施通信，V2V 車-車通信，V2P 人-車通信，V2D 車-設(shè)備通信和 V2G 車-電網(wǎng)通信?！?/span>


援引自美國交通部：「V2V 系統(tǒng)可以避免 79% 的各類交通事故。具體地說，V2V 系統(tǒng)可以避免 81% 的輕型車輛事故以及 71% 的重型車輛事故。V2I 系統(tǒng)可以避免 26% 的各類交通事故。


具體地說，V2I 系統(tǒng)可以避免 27% 的輕型車輛事故以及 15% 的重型車輛事故。將 V2V 和 V2I 系統(tǒng)整合起來，可以避免 83% 的輕型車輛事故以及 72% 的重型車輛事故?！褂梦覀兊脑捳f：V2X 是一個強(qiáng)大的平臺。它能將車輛，司機(jī)，自動駕駛系統(tǒng)，行人，交通基礎(chǔ)設(shè)施，路邊傳感器，交通管理部分以及其它各類交通實(shí)體，聯(lián)通整合在一起。


V2X 所使用的無線電波，不受光照條件影響，并能輕易地穿透或繞過障礙物，從而在各類交通參與者之間分享有價值的交通信息。這些信息會在覆蓋整個交通系統(tǒng)的巨大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中流通，使得信息的獲取者能夠了解到更大范圍的交通情況。由此，人類司機(jī)或自動駕駛系統(tǒng)可以更早更快地對周圍的交通情況作出反應(yīng)。更重要的是，V2X 使得各類交通參與者能夠主動地相互協(xié)作，讓每一個人和物都能積極地為更安全更高效的交通做出自己的貢獻(xiàn)。


V2X 標(biāo)準(zhǔn)化 – DSRC 與 LTE-V 之爭


各類車輛和設(shè)備是由不同的廠家所生產(chǎn)的。為了讓本不兼容的它們能都有次序地、高效地、公平地相互通信，我們需要建立通信標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范它們的信號發(fā)送和接收行為。現(xiàn)如今，V2X 領(lǐng)域存在著兩大通信標(biāo)準(zhǔn)，即 DSRC（車載專用短程通信）和 LTE-V（長期演進(jìn)技術(shù)-車輛通信）。其中，DSRC 是由電氣電子工程師學(xué)會（即 IEEE）制定，并且有主要車輛生產(chǎn)商支持的標(biāo)準(zhǔn)。而 LTE-V 是由第三代合作伙伴計(jì)劃（即 3GPP）通過拓展 LTE 而制定的。


DSRC 的標(biāo)準(zhǔn)化流程可以追溯至 2004 年。當(dāng)時，IEEE 在其 802.11 無線局域網(wǎng)（即 Wireless Local Area Networks, WLAN）標(biāo)準(zhǔn)系列下，開始制定新的車載通信標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)即是 IEEE 802.11p。在 2007 年左右，IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)趨于穩(wěn)定。于是，IEEE 又開始著手制定 1609.x 系列標(biāo)準(zhǔn)，以做為 V2X 的安全性框架。差不多同一時間，美國汽車工程師協(xié)會（即 Society of Automotive Engineers, SAE）從汽車工業(yè)的需求出發(fā)，也開始制定關(guān)于 V2V 應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，并將其稱為 DSRC。而 DSRC 所采用的通信標(biāo)準(zhǔn)即是 IEEE 802.11p 和 1609.x。現(xiàn)在，人們將 DSRC 和相應(yīng)的下層標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為 DSRC。


LTE-V 是 3GPP 在 2017 年新發(fā)布的。與 IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不同，LTE-V 是一組基于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的 V2I 和 V2V 的通信物理層協(xié)議。


現(xiàn)有的研究表明，相較于 DSRC，LTE-V 擁有更大的帶寬，因而能更好地支持非安全性應(yīng)用，例如文件下載和互聯(lián)網(wǎng)連接。然后，LTE-V 的通信延時較大，阻礙了它在安全性相關(guān)的場景中的應(yīng)用。DSRC 在碰撞預(yù)警等安全性相關(guān)的場景中的表現(xiàn)，優(yōu)于 LTE-V。


DSRC 與 LTE-V 的異同 （A. Filippi et al., “Ready to roll: Why 802.11p beats LTE and 5G for V2X”）表 1 在各個方向上對 DSRC 和 LTE-V 進(jìn)行了對比。



表 1: DSRC 和 LTE-V 的對比

綜上所述，要通過 V2X 升級現(xiàn)有的自動駕駛系統(tǒng)并提升其安全性能，是首選。


進(jìn)一步認(rèn)識 DSRC


在美國和其它許多國家，各方都在積極地發(fā)展和部署 DSRC。2014 年 2 月，美國交通部首度承諾它將大力支持 DSRC 在輕型車輛上的應(yīng)用。從那時開始，美國國會，美國交通部，IEEE 以及各個大的車企，都在積極地推薦 DSRC 的立法工作。值得一提的是，美國公路交通安全管理局要求在不久的將來，車輛都需要以 DSRC 做為 V2V 車輛安全標(biāo)準(zhǔn)。車輛將會通過 DSRC 發(fā)送和接收基礎(chǔ)安全信息（即 Basic Safety Messages, BSMs）。這一要求得到了絕大多數(shù)車企的支持。只有少部分手機(jī)和 Wi-Fi 領(lǐng)域的企業(yè)表示了反對。大規(guī)模部署 DSRC 的時間表如下圖所示。



DSRC 部署時間表
DSRC 要點(diǎn)：


專屬帶寬：位于 5.9GHz 頻帶的一段 75MHz 的帶寬被劃為 DSRC 專屬的交通安全頻譜。這與一些常見的其它通信協(xié)議有所不同。例如，Wi-Fi、藍(lán)牙和 Zigbee 就是共享開放的 2.4Ghz 頻帶。


短距離通信：DSRC 的目標(biāo)通信范圍在 1 千米之內(nèi)。相對于蜂窩通信和衛(wèi)星通信來說，其通信距離較短。


75MHz 的帶寬被分為 7 個頻道，如下圖所示。


DSRC 頻道的劃分


每輛車都會在信道 172 中，以每秒 10 到 20 次的頻率，交互 DSRC 基礎(chǔ)安全信息。緊急信息則會在信道 184 中，以更高的優(yōu)先級進(jìn)行傳播。


每一條基礎(chǔ)安全信息都包含兩部分信息。第一部分信息是強(qiáng)制性信息，包括位置、速度、方向、角度、加速度、制動系統(tǒng)狀態(tài)和車輛尺寸。第二部分是可選信息，例如防抱死系統(tǒng)狀態(tài)、歷史路徑、傳感器數(shù)據(jù)、方向盤狀態(tài)等。下圖 展示了基礎(chǔ)信息的具體格式細(xì)節(jié)。



DSRC 基礎(chǔ)安全信息的格式要求

以上就是關(guān)于什么是 V2X車載通信、DSRC？ DSRC 和 LTE-V之間的聯(lián)系及應(yīng)用的知識介紹，今后在 V2X 的支持下，我們能在不同的粒度和層級上 (即從單個車輛的粒度，到某個路口、某片街區(qū)的層級，直到整個城市的級別)，調(diào)度并協(xié)調(diào)交通。

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