广东联通5G+交通行业解决方案

广东联通5G+交通行业解决方案（v1.0）中国联通广东省分公司2019年11月目录目录 11. 缩略语 12. 概述 12.1. 行业背景 12.1.1. 现状 12.1.2. 各国政策 22.1.3. 标准发展 32.2. 行业需求和痛点 42.2.1. 需求分析 42.2.2. 痛点分析 63. 整体方案设计 73.1. 总体方案 73.2. 系统组成及关键技术 83.2.1. C-V2X 93.2.2. 边缘云 113.2.3. 网络切片 133.3. 系统功能及主要应用场景 143.3.1. 路况监测 143.3.2. 车辆编队 163.3.3. 远程驾驶 163.4. 平台系统模块 173.5. 终端方案 193.5.1. 5G基带芯片及5G模组 193.5.2. 5GCPE 203.5.3. 先锋者1号 213.5.4. V2X模组 223.5.5. RSU设备 243.5.6. OBU 263.6. 安全体系 283.6.1. 通用安全 283.6.2. 通信安全 293.6.3. 设备安全 293.6.4. 平台安全 314. 成功案例 314.1. 广州文远知行 314.2. 编队行驶 324.3. 远程驾驶 335. 商业合作模式 345.1. 通信服务模式 345.2. 系统集成模式 345.3. 专网建设模式 346. 投资估算 347. 服务支撑联系方式 358. 参考文献 359. 详细更新历史 351. 缩略语 12. 概述 12.1. 行业背景 12.1.1. 现状 12.1.2. 各国政策 22.1.3. 标准发展 32.2. 行业需求和痛点 42.2.1. 需求分析 42.2.2. 痛点分析 63. 整体方案设计 73.1. 总体方案 73.2. 系统组成及关键技术 83.2.1. C-V2X 93.2.2. 边缘云 113.2.3. 网络切片 133.3. 系统功能及主要应用场景 143.3.1. 路况监测 143.3.2. 车辆编队 163.3.3. 远程驾驶 163.4. 平台系统模块 173.5. 终端方案 193.5.1. 5G基带芯片及5G模组 193.5.2. 5GCPE 203.5.3. 先锋者1号 213.5.4. V2X模组 223.5.5. RSU设备 243.5.6. OBU 263.6. 安全体系 283.6.1. 通用安全 283.6.2. 通信安全 293.6.3. 设备安全 293.6.4. 平台安全 314. 成功案例 314.1. 广州文远知行 314.2. 编队行驶 324.3. 远程驾驶 335. 商业合作模式 345.1. 通信服务模式 345.2. 系统集成模式 345.3. 专网建设模式 346. 投资估算 347. 服务支撑联系方式 358. 参考文献 359. 详细更新历史 35缩略语缩略语英文全称中文名称MECMulti-accessEdgeComputing多接入边缘计算OBUOnBoardUnit车载单元RSURoadSiteUnit路测单元V2XVehicletoEverything车用无线通信技术C-V2XCellularVehicletoEverything基于蜂窝网的车用无线通信技术LTE-V2XLTE-CellularVehicletoEverything基于LTE蜂窝网的车用无线通信技术5G-V2X5G-CellularVehicletoEverything基于5G蜂窝网的车用无线通信技术V2VVehicletoVehicle车与车之间V2IVehicletoInfrastructure车与路之间V2PVehicletoPerson车与人之间V2NVehicletoNetwork车与网络之间3GPPThe3rdGenerationPartnershipProject第三代合作伙伴项目5GAA5G

AutomotiveAssociation5G汽车协会ITSIntelligentTransportSystems智能交通系统DSRCDedicatedShortRangeCommunications专属短距离通信概述行业背景现状我国交通建设发展迅速，取得巨大成就。高速公路的建设，由1996年的5300公里，增加到2017年的13.6万公里；2018年，中国汽车保有量达到2.4亿辆，驾驶人达到4.09亿人；道路的监控系统、收费系统以及通信系统基本形成，并逐渐向数字化、自动化以及智能化升级演进；交通的基础设施网络初步形成，ETC全国联网，新能源汽车推广加速。然而目前的交通系统仍然存在很多问题，主要包括出行安全、交通效率以及绿色环保三个方面。其中，交通安全与交通效率尤为受到关注。根据国家统计局发布的2014~2017交通事故统计，中国交通事故发生率一直居高不下，其中2017年发生交通事故203049起，造成的死亡人数63772人，直接财产损失121311万元。据高德发布的《2018Q2中国主要城市交通分析报告》，北京作为中国十大堵城榜首，高峰拥堵延时指数为2.095，平均车速22.4km/h。根据中华人民共和国生态环境部发布的《中国机动车环境管理年报（2018）》，2017年全国机动车四项污染物排放总量初步核算为4359.7万吨。交通运输，是国民经济的基础性、先导性、战略性产业和重要服务性行业。在产业数字化、智能化的背景下，新型智慧交通业务不断涌现，智能驾驶发展日新月异，智慧道路建设需求迫切。习近平总书记在十九大报告中提出建设“网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会”。因此，牢牢把握交通运输的“黄金时期”，建设新一代国家交通控制网，提供安全可靠、便捷畅通、经济高效、绿色低碳、智慧网联的人民满意交通，是当前交通建设的重要任务之一。2011年中国智能交通行业应用总体市场规模达到252.8亿元，比2010年201.9亿元增长了25.21％，2012年随着各地智慧城市建设的推进，在智能交通行业IT应用投资方面加大了力度，2012年比2011年增长了25.59％，规模达到了317.5亿。2013年受政府投资推动智慧城市建设的影响，智能交通行业应用投资增长至408亿元，增长率则高达28.5％。预计到2020年国内智能交通领域的投入将达到上千亿元，智能交通产业将进入新一轮的快速发展轨道。各国政策美欧日中等国家普遍非常重视车联网发展，将车联网作为国家战略性新兴产业，在国家层面开展顶层设计，推进智能交通和网联智能汽车产业发展，并通过强制立法着重推动部分重点领域发展。美国从国家战略、立法和产业研发层面全面推进车联网发展。一方面，美国交通部持续牵头推进车路协同的研究，并开展相关测试验证。另一方面，国家层面制定并发布ITS（智能交通系统）战略计划，明确2019年前重点推进车辆自动化和车辆联网两大目标实现。此外，2016年美国交通部提案以立法形式推动2023年美国所有轻型车辆强制安装DSRC（专属短距离通信）联网设备，但目前该立法暂时处于搁置状态。日本“自动驾驶系统研发计划”由内阁牵头，警察厅、总务省、经济产业省和国土交通省等多部委联合推进，政府直接参与规划，融合推进网联化、智能化和安全化发展，并设定了短期（2014-16,着重开展车联网协同系统和终端设备研发以及市场战略部署）、中期（2017-20,完成驾驶安全支持系统研发和Level2市场部署）和远期（2021-30,完成Level3/4系统研发和市场部署）发展阶段和目标。欧盟面临多样化文化和国情现状，为推动科技创新促进经济增长，于2014年正式启动了地平线2020计划，加强在智能交通、汽车自动化和网联化及产业应用方面的投入和合作。2015年发布了GEAR2030战略，重点关注高度自动化和网联自动驾驶等领域。围绕自动化、网联化和产业应用，欧盟重点推进顶层设计和关键技术研发促进车联网发展。中国政府高度重车联网相关技术和产业发展，为了提高人们的出行体验，提高中国的交通出行水平，解决安全出行、绿色出行以及高效出行的问题，国家发布一系列相关政策，支持智慧交通的建设与发展。智慧交通建设已经成为我国“十三五”规划的重要内容。2017年国务院关于印发的《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》中，明确指出要“开展新一代国家交通控制网、智慧公路建设试点，推动路网管理、车路协同和出行信息服务的智能化”。在交通运输部印发的《交通运输信息化“十三五”发展规划》中表示“信息化是实现智慧交通的重要载体和手段，智慧交通是交通运输信息化发展的方向和目标”。2018年工信部确定车联网直连通信使用5905-5925MHz，进一步促进新一代信息通信技术与传统汽车产业深度融合，支持LTE-V2X技术在智能网联汽车的应用和发展。2019年9月20日国务院国务院印发《交通强国建设纲要》，纲要提到大力发展智慧交通。推动大数据、互联网、人工智能、区块链、超级计算等新技术与交通行业深度融合。推进数据资源赋能交通发展，加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展，构建泛在先进的交通信息基础设施。标准发展3GPP作为国际的通信标准组织，从2015年便开始了LTE-V2X的标准研究。2015年2月，3GPPSA1小组开启了关于LTE-V2X业务需求的研究，3GPP对LTE-V2X的标准化工作正式启动。3GPPV2X研究主要分为三个阶段，如图2-1所示。第一阶级在R14完成，主要实现LTE-V2X的标准化以支持TR22.885中的业务场景；第二阶段是在R15中完成对LTE-V2X技术增强，进一步提升V2X的时延、速率以及可靠性等性能，以进一步满足更高级的V2X业务需求，即TR22.886。其中的增强技术主要包括载波聚合、高阶调制、发送分集、低时延研究和资源池共享等。第三阶段是NR-V2X标准技术研究，主要是在R15中完成了对NR-V2X技术研究（SI阶级），并在R16中完成对NR-V2X的标准化（WI阶段），预计在2020年3月份完成。图2-13GPPC-V2X标准演进5GAA成立于2016年9月，是全球电信行业与汽车行业的跨行业产业联盟，旨在研究未来移动交通服务端到端解决方案。5GAA的8个创始成员分别是奥迪、宝马、戴姆勒、爱立信、华为、英特尔、诺基亚和高通公司，目前已经拥有100多家成员单位，涉及通信运营商、设备商、车企和汽车零部件厂商等。目前5GAA已成立7个工作组，包括WG1业务场景和需求，WG2系统架构和解决方案，WG3评估方法和试验试点，WG4行业标准化和频谱，WG5商业模式和市场策略，WG6监管和公共事务以及WG7安全和隐私。行业需求和痛点需求分析目前3GPP已经发布了对LTE-V2X以及5G-V2X定义的27种（3GPPTR22.885）和25种（3GPPTR22.886）应用场景。其中TR22.885定义的应用场景主要实现辅助驾驶功能，包括主动安全（例如碰撞预警、紧急刹车等）、交通效率（例如车速引导）、信息服务三个方面。TR22.886主要实现自动驾驶功能，包括高级驾驶、车辆编队、离线驾驶、扩展传感器传输等。从智能交通业务发展态势看，未来车联网业务的发展趋势主要包括车载信息服务、智能安全驾驶和高效出行三大类。其对网络的需求也各不相同，典型智慧交通应用场景下的网络需求指标如表2-1所示。表2-1典型智慧交通应用场景的网络需求业务类型业务描述通信方式通信需求车载信息车载AR/VR车辆通过公网基础设施接入网络，获得多媒体内容，实现观看V2N等时延：500ms；通信速率：服务高清视频、视频会议、车载游戏等业务体验10-100Mbps；可靠性：>99%高清地图下载车辆通过公网基础设施接入网络，获得高清地图，基于高清地图的智能导航服务V2N等时延：500ms；通信速率：10-100Mbps；可靠性：>99%车辆防盗车辆盗抢检测系统一旦触发，服务中心经进行确认后，通过电话或短信等通知车主盗抢时间发生V2N等等时延：500ms；可靠性:>99%；连接数：>100000定位精度：米级智能安全驾驶碰撞预警在交叉路口等场景，车辆探测到与侧向行驶的车辆有碰撞风险时，通过预警声音或影像提醒驾驶员以避免碰撞。主要包括：•前向碰撞告警•紧急制动预警•超车预警•紧急车辆预警•异常车辆告警V2N、V2V、V2I等时延：≤100ms;通信距离：≥300m;可靠性：>99%定位精度：亚米级路况提示对交通基础设施（例如红绿灯、路灯、路牌）等进行监控检测，如发现异常及时上报及通报，主要包括：•闯红灯告警•湿滑/前方施工/前方事故等异常路段告警•限高/限宽/限重等信息提示V2N、V2I等时延：≤500ms；通信距离：≥300m；连接数：>100000定位精度：米级自动驾驶车辆利用车载感知系统结合C-V2X网络通信获取车辆位置、周围车辆信息、道路信息等环境信息V2N、V2V、V2I等时延：≤10ms；通信距离：基站/RSU覆盖；通信速率：1Gbps可靠性：>99.999%定位精度：厘米级远程驾驶驾驶员通过驾驶操控台远程操作车辆行驶。搭载在车辆上的摄像头、雷达等，通过5G网络大带宽将多路感知信息实时传达到远程驾驶操控台；驾驶员对于车辆方向盘、油门和刹车的操控信号，通过5G网络的低时延高可靠实时传达到车辆上，轻松准确的对车辆进行前进、加速、刹车、转弯、后退等驾驶操作。V2N、V2V、V2I等时延：≤10ms；通信距离：基站/RSU覆盖；通信速率：1Gbps可靠性：>99.999%定位精度：厘米级交通路口路侧和云端通过收集周边车辆速V2I、V2N时延：≤500ms；高效出行红绿灯控制度、位置信息，优化交通信号灯各相位配时参数等通信距离：≥300m；可靠性：>99%定位精度：米级车位共享对车位即车辆信息收集，按需对车位进行分时共享，充分利用空间资源V2N、V2I等时延：≤500ms；通信距离：≥300m；连接数：>100000定位精度：米级编队行驶车辆之间通过信息交互，按照一定的秩序和规则进行编队，同步进行加速、减速、刹车，延时转弯等V2V、V2I、V2N等时延：≤10ms；通信距离：≥300m；可靠性：>99.999%定位精度：米级痛点分析（1）智慧交通缺乏顶层设计目前我国城市智慧交通普遍缺少顶层设计，迫切需要建立一个系统全面的智慧交通框架体系，基于科学的方法论，从城市交通全局角度，对智慧交通进行战略规划及总体设计，自上而下、由近及远指导城市智慧交通系统的设计、建设和运行管理。（2）部门间信息共享程度低交通相关部门及下属单位数量较多，其信息化系统多数由不同的软件公司在不同时期开发，系统独立运行且不能互联互通，存在信息孤岛现象，导致交通数据呈现碎片化分布、信息利用率低且融合程度差，各部门间缺乏有效的信息沟通和共享。（3）海量交通数据难以得到充分利用由于各个部门信息系统相互独立，数据标准和格式各不相同，对存在于各个业务系统中的海量数据无法共享运用，导致对交通信息的感知和收集能力有限，数据潜在价值没有得到有效挖掘，数据没有发挥其应有的价值，在交通监控、出行服务、交通指挥、应急处置等功能中不能充分发挥事前预测、事中管理和事后评估的智慧化决策支持的作用。（4）公众出行服务能力有待加强公众出行服务较薄弱，提供给公众的出行服务信息不够实时和准确。需为出行者提供更全面、更及时的信息服务，提高出行效率；需要及时掌握目的地周边空余停车位信息，能通过智能手机、电话等提供更多个性化驾车出行服务。（5）现有蜂窝网无法满足车联网业务要求4G远程驾驶时受限于其网络的时延和速率的限制，不能满足远程驾驶业务的需求，5G网络具备比4G更高的性能，毫秒级的端到端时延以及用户体验速率最高可达1Gbpbs，能够满足远程驾驶业务的业务指标。整体方案设计总体方案未来智慧交通将是智能的立体化架构，如图3-1所示，包括终端层、网络层平台层及应用层。终端层，即基础设施层，是智慧交通的神经末梢，实现道路的全面感知与检测，同时实现感知数据的结构化处理；网络层，是基础设施层与平台应用层连接的管道，一方面将基础设施的结构化数据上传到平台层；另一方面，根据不同的业务需求提供隔离的网络资源。平台层，是智慧交通的大脑，实现车辆、路侧感知信息的采集与融合分析，面向不同应用场景提供联合决策和协同控制，实现业务管理及应用服务。应用层，实现路况监测、编队行驶、无人驾驶等智慧交通服务。通过“端-管-云”的架构，实现地面交通在云端的数字孪生映射，利用人工智能实现快速、高效的智慧交通业务应用。图3-1智慧交通整体架构系统组成及关键技术从通信的角度，构建智慧交通的系统组成和关键技术主要包括：基站、RSU设备、MEC、5G网络切片、网络安全、交通设施信息化、人工智能以及车联网云平台等。LTE-V2X网络架构如图3-2。图3-2LTE-V2X网络架构LTE-V基站：无线侧实体单元，实现Uu口通信的数据转发，在PC5口通信的Mode3下实现资源分配，在Mode4下修改预配置信息；路侧单元（RSU）：终端实体单元，实现V2X数据的发送和接收；车载终端：终端实体单元，实现V2X数据的发送与接收，在PC5通信Mode4模式下实现资源选择的功能；V2X应用服务器：逻辑单元，负责UE数据的接收和处理；广播信息配置和发送以及运营商互通；V2X控制器：逻辑控制单元，负责为PC5口通信提供鉴权，在V2X通信提供参数；MEC服务器：提供基于Uu口的低时延业务，对V2X的数据进行本地化处理。C-V2XC-V2X通信技术包含了两种通信接口：一种是车、人、路之间的短距离直接通信接口（PC5）；另一种是终端和基站之间的通信接口（Uu）。C-V2XUuUu口通信是通过基站实现的，终端与其它终端、终端与业务平台进行信息交互的方式，可以实现长距离和大范围的可靠通信，支持V2P、V2V、V2N、V2I的业务，如图3-3。图3-3C-V2XUu接口LTE-V2XUuLTEUu口的覆盖、速率等能力，已经具备支持部分车联网业务的通信需求，能够支持车辆导航、紧急救援、车辆监控等多种车联网业务应用。由于车载终端的移动速度，与普通用户存在差异。引入V2X业务后，在外场开展了在不同车速下，将V2X业务承载在不同的QCI上的基本性能验证。根据外场测试结果显示车速越高，端到端时延越大。相同条件下，承载在QCI3的业务端到端时延，相比于QCI9，可以获得10～30ms的增益，时延增益与网络负荷相关。并且，30公里/时和60公里/时的车速，对终端的速率没有影响。b）5G-V2XUu在5G网络中，C-V2X的Uu口通信技术为5GNR。5G网络允许使用全频谱（低频+高频）和创新的新空口及架构来提供最佳通信服务。目前我国主要规划是6GHz以下频谱，包括2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等频段。5G新空口技术包括大规模多天线，新频谱，新编码，新的帧结构，新的物理信号设计等。凭借5G无限的发展潜力，蜂窝技术将为车联网带来全新级别的高可靠性、更低时延、更大带宽和无缝的移动性，以期实现自动驾驶等高等级车联网业务。PC5接口PC5口通信是一种直连通信方式，实现终端与终端之间的互通；可以满足V2V、V2I、V2P3种业务形式短距离直连通信和信息交换的需要。我国工信部规划5.905-5.925MHz共20M带宽，为LTEV2X车联网直连通信的专用工作频段，用于V2V、V2I、V2P直连通信，如图3-4。图3-4C-V2XPC5接口根据运营商移动蜂窝网在通信过程中参与程度的不同，PC5直连通信可分为Mode3和Mode4两种模式。Mode3方式是基站通过Uu口跨载波调度PC5资源，为终端分配PC5资源；Mode4是UE自主资源选择，终端通过侦听的方式感知占用PC5资源，在这种工作方式下，又可以细分为两种情况：终端在蜂窝网覆盖范围外，由于不具备Uu接口通信条件，可通过基于预配置的策略进行直连通信的资源分配；终端在蜂窝网覆盖范围内，同时具备Uu和PC5接口通信条件，通过Uu接口的广播消息SIB或者RRC信令更新配置信息，引导终端进行直连通信，与预配置终端共享5.9G频谱资源。Uu口通过系统信息参与资源选择，Mode4终端通过侦听sensing的方式与预配置终端共享5.9G频谱。为避免频谱资源碰撞，基于基站调度的Mode3终端需与Mode4终端频谱隔离，当存在多运营商Mode3终端时，需协商使用5.9G频谱。高渗透率阶段，与Mode4相比，基于网络调度的Mode3终端资源碰撞率更低，可容纳更多的PC5终端。边缘云边缘云MEC是一种具有高带宽、低延时、本地化等特点的技术，可在各类移动网络边缘提供服务环境和计算能力，通过平台功能下沉靠近移动用户来减少网络操作和服务交付的时延。MEC与C-V2X融合的理念是将C-V2X业务部署在MEC平台上，借助Uu接口或PC5接口实现“人-车-路-云”协同交互，可以降低端到端数据传输时延，缓解终端或路侧智能设施的计算与存储压力，减少海量数据回传造成的网络负荷，提供具备本地特色的高质量服务。MEC与C-V2X融合的场景视图如图3-5所示。图3-5MEC与C-V2X融合场景视图MEC与C-V2X融合可以对C-V2X端到端通信能力提供增强，也可以对C-V2X应用场景提供辅助计算、数据存储等支持。MEC与C-V2X融合具有网络信息开放、低时延高性能、本地服务等特性。不同的C-V2X场景可能需要其中某一个或数个方面的能力；同一个C-V2X场景也可能通过MEC与不同通信技术的组合来实现。网络信息开放：在网络管理允许的情况下，MEC能够承载网络信息开放功，通过标准化接口开放边缘网络的实时状态信息，包括无线网络信息、位置信息、用户信息等。例如，在C-V2X的应用中，对高精度定位的需求较大，利用MEC的位置信息开放可以辅助车载终端实现快速定位，有效提高定位效率和精度。另外，利用MEC开放的无线网络信息也可以对TCP传输的控制方法进行优化，有效规避高清视频等多媒体数据传输过程中发生的网络拥塞。低时延高性能：MEC运行在靠近用户终端的网络边缘位置，能够显著降低C-V2X业务的传输时延、提供强大的计算与存储能力、改善用户体验。例如，驾驶安全类C-V2X业务对通信时延提出了苛刻的要求，将此类业务部署在MEC上，相比部署在中心云上可以显著降低业务响应时间。另外，MEC也可以为车载/路侧/行人终端提供在线辅助计算功能，实现快速的任务处理与反馈。本地服务：MEC具备本地属性，可以提供区域化、个性化的本地服务，同时降低回传网络负载压力；也可以将接入MEC的本地资源与网络其它部分隔离，将敏感信息或隐私数据控制在区域内部。例如，在智慧交叉路口场景中，MEC可以融合和分析多个路侧及车载传感器采集的数据，并对大量数据提供实时、精确和可靠的本地计算与分析。广东联通MEC运营中心目前全省已完成广州、深圳、佛山、湛江、珠海等10个边缘云节点布局，并已完成自动驾驶、智慧园区、智慧工业等10多个应用部署测试验证，如图3-6。未来可根据各行业的需求，规划设计和承载各种行业信息化应用。图3-6广东联通MEC应用部署进展网络切片相较于2/3/4G网络，5G网络的CP/UP分离，使得网络部署更加集约、灵活，控制面的重构让会话管理和移动管理功能可以按需独立部署。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络，按客户的需求灵活地提供一种或多种切片网络服务。网络切片并不是单一的技术，其集成了云计算、虚拟化、软件定义网络、分布式云架构等几大核心技术体系，通过上层统一的编排让网络具备管理和协同的能力。网络切片的每个切片是互相隔离的，包括设备、访问、传输和核心网络，可以为智慧交通提供安全、可靠的服务，通信可靠性达99.999%。另外，网络切片可为智慧交通提供QoS高优先级保障，在紧急情况可自动调整通信资源配比，占用公众资源实现应急通信，从而保证智慧交通的服务质量。如图3-7所示，图3-7基于交通业务应用的网络切片系统功能及主要应用场景智慧交通的业务场景丰富，而这些业务场景，均是以人们的出行需求为出发点，提供更加安全、便捷的出行环境。更多的交通参与者，多模式的出行方式以及复杂的交通环境，使得业务应用更偏向于数字化、智能化。因此，不同的智慧交通业务服务，需要多方参与，共同打造行业平台。针对不同的出行主体和出行需求，业务应用也偏向于多元化，既有车端的无人驾驶、编队形式、远程驾驶，也有路侧的实时路况监测、一体化治超，以及服务区的智慧服务区、ETC无感支付等。结合联通的实际经验，给出三种典型业务案例的解决方案。路况监测基于5G+C-V2X网络构建的智能路况监测平台可实现道路环境监控、流量分析、基础设施故障监控、智慧执法等业务。智能路侧设备对路面积水、路面结冰、雾霾天气、施工维护、隧道实景、车道异物、事故提醒、车速管控等交通路况实时采集，通过5G网络将信息上传至云平台实时分析决策后，再通过5G和C-V2X将信息下发给车辆和行人，用于恶劣天气预警、道路施工预警、限速预警、闯红灯预警、车内标牌、拥堵提醒、绿波通行等场景。对于交通部门可用于道路精准监控、智能交通流量分析、路段环境同步监测、可变限速信息发布、交通事件预警、违章抓拍、迅速响应指令的下发和执行，有效规避、减少交通拥堵和事故，保障出行安全、提高通行效率。智能路况监测平台包括信息采集层、信息传输层、分析决策层。信息采集层：主要通过路侧设备进行实时信息采集，实现道路特殊事件发现和交通管控。路侧设备主要包括：（1）摄像头，实时识别车辆、行人、障碍物；（2）微波检测器，感知交通运行状态；（3）气象站，获取天气情况和路面条件；（4）智能红绿灯和电子路牌，获取信号灯显示情况、道路限速提示等；信息传输层：5G网络实现采集信息的传输，LTE-V实现车-路-云之间的信息交互；分析决策层：一般包括MEC边缘云和中心云平台：MEC下沉到网络层对低时延的业务进行实时分析并快速决策；远端的中心云平台则汇聚各类信息，实现路径的整体动态规划、管控及驾驶行为分析。图3-8智慧道路监测流示意图智慧路况监测系统的上行业务流如图3-9（a）所示，路侧感知设备（如高清摄像头、激光雷达等）与5G终端对接，通过5G网络将信息实时发送给智慧交通业务管理平台；下行业务流如图3-9（b）所示，智能交通业务平台通过光纤直连RSU设备，将路况相关事件信息通过RSU实时推送给车辆，通过车载终端和手机APP给车主提示或者预警。图3-9智慧道路监测业务流示意图车辆编队车辆编队是指一组车辆按照一定的排列方式安全行驶。编队内的车辆需要具备高级感知能力，能够进行车辆与车辆、车辆与云端、车辆与环境之间海量数据实时交互及状态信息分享。大大提高车辆行驶效率、最大化公路吞吐量、降低车辆能耗、提高车辆行驶安全和舒适性。基于5G车辆编队行驶方案如图所示，车载摄像头、雷达采集车辆周边环境，OBU实现车车之间及车路之间信息交互，5G终端将采集的感知信息及车辆状态信息实时上传，平台基于上报的信息做出决策，并将决策指令下发，帮助车辆识别路况、变换行驶速度和方向。图3-10基于5G编队行驶网络解决方案远程驾驶远程驾驶是指驾驶员通过云端程序对车辆进行远程操控，利用5G大带宽和超低时延特性，车载终端回传高清路况影像至远程驾驶台，实现驾驶员对车辆的远程精准操控即人车分离。远程驾驶可广泛应用于危险区域如矿区和建筑工地，同时也成为未来租车和共享汽车行业的服务能力补充。基于5G的远程驾驶系统可分为三层，如图所示：车辆端：配有摄像头、雷达、高精度定位产品及5G终端；网络传输层，车辆端通过5G车载终端利用网络切片能力和QOS保障能力，连入无线网和核心网，将信息传输给驾驶舱；控制与平台层：驾驶舱包括多块显示器拼接而成的显示屏，模拟驾驶员正前方的视野；驾车控制组件，实现对远程车辆的控制。图3-11远程驾驶网络解决方案平台系统模块针对车联网业务具有高并发，低时延，移动性强等特点，需要综合考虑，从而设计出满足车联网业务数据处理需求的平台体系及架构。1)车联网V2X业务的特征及需求高并发：车联网V2X业务数据具有高并发的特点，根据国际和国内标准，按照基础的5大类基础信息（BSM、SPAT、MAP、RSI、RSM）进行估算，数据并发量如下：区县范围每秒百万条数据并发接入、计算；城市范围每秒千万数据并发接入、计算；全国范围每秒上亿条数据并发接入、计算。高实时：V2X业务具有高实时的特点，根据标准要求，V2X在不同业务场景下的时延如下：辅助驾驶时延不超过100ms；自动驾驶时延不超过20ms。高速移动：V2X业务具有移动性强的特点，这时需在提供边缘接入、计算服务的同时，支持边缘服务节点间的业务连续处理能力，支持车辆在不同的V2X边缘服务节点间切换时保证业务连续性。数据异构：车联网业务数据具有多元异构的特点：标准数据集BSM、MAP、SPAT、RSM、RSI等；非标准数据有摄像头采集数据、激光雷达数据、毫米波雷达数据、车辆导航数据等。基础设施共享：车联网基础设施建设成本高，如路侧设施、MEC边缘服务设备、网络切片资源等，为更好的共享基础资源，需提供车联网应用部署基础环境，以支持数据实时接入、传输、计算能力的共享。2)V2X多级平台架构及能力以V2X为核心的下一代车联网，是建立人-车-路协同的辅助驾驶、自动驾驶的基础。一个中等城市汽车保有量200万辆左右，V2X平台每秒需要处理千万级的数据，单条业务数据处理时延要求在20毫秒至100毫秒之间，这对数据接入、数据计算、数据存储、数据推送、数据安全都带来极大的挑战，传统的“中心平台-终端”架构无法满足V2X业务的需求，由此，引入V2X多级平台系统架构，平台各级能力可根据V2X业务对时延、数据计算量、部署等方面的需求，分层提供不同的服务能力：V2X中心平台：提供终端管理、用户管理、计费管理、业务管理、安全管控功能，具有全局管理功能，全局数据分析功能，跨区域业务和数据调度功能等能力；V2X区域/边缘平台：提供区域终端数据接入、区域交通数据汇聚、区域交通数据分析、边缘节点资源调度等功能，并为第三方应用厂商提供应用托管、区域数据分析基础平台、交通信息开放能力，以支撑区域V2X业务；V2X边缘节点提供车辆终端实时接入、路侧传感数据融合计算、分析及边缘侧应用托管等功能，同时，支持边缘节点间数据同步、计算协同、业务连续性保持等能力，以满足V2X边缘侧业务需求。依据对V2X多级平台各层级功能的分析，V2X多级平台应具备海量数据高并发统一接入、实时计算转发、大数据分析、高性能数据存储与开放、多级计算协同、应用托管与安全认证等基础能力：统一接入：提供多种车联网终端数据高并发的统一接入、鉴权、业务分发、消息下发等能力。实时计算转发：提供车辆终端基础业务计算（基础V2I、V2N业务）、广播消息下发等主要功能，实时处理性能要求，单条业务数据端到端处理时延小于100毫秒。大数据分析：提供数据分析基础服务平台，集成车联网基础智能算法、机器学习基础算法等，并提供第三方算法部署和大规模分布式计算的能力。数据存储与开放：提供高实时、大并发数据存储能力，包括车辆终端、RSU、交通管理数据等，用于数据运营。同时，对V2X数据进行去隐私化、分类整理后，向第三方车联网应用，如车企TSP、图商平台、互联网公司等，提供大数据开放能力。多级协同：提供V2X多级平台各层级间协同管理、数据交互等能力，具体包括各级平台的数据同步、协同计算、应用分级部署、多级路由、资源调度等。应用托管：提供V2X应用基础运行环境，具备应用注册/发布/注销、应用部署（自有/第三方）、资源动态分配、租户隔离等功能。安全认证：提供V2X多级平台安全管控能力，具体包括终端认证、证书管理、漏洞扫描、流量监控、进程监控、安全设置等。终端方案5G基带芯片及5G模组基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码，目前5G芯片厂商主要有华为海思、高通、联发科（MTK）、紫光展锐、Intel及三星半导体。图3-12各厂家5G基带芯片示意图5G无线蜂窝通信模组(以下简称5G模组)是在电路板上集成基带芯片、存储器、功放器件，并提供标准的接口功能模块，使各种终端都可以借助无线模块实现通信功能。5G模组的功能是承载端到端、端到后台服务器的数据交互，是用户数据传输通道，是5G终端的核心组件之一。图3-13芯片与模组在产品生产过程中的位置示意图主流模组厂商有广和通、移远、日海（芯讯通）、华为、美格、中兴、仁宝、闻泰科等。图3-14各厂家5G模组示意图目前5G模组仍未成熟，在5G模组成熟前，如需使用行业终端接入5G应用，目前经常采用5GCPE、中国联通“先锋者一号”或者5G手机等终端实现5G接入。5GCPE终端可以通过WiFi或以太网线接入5GCPE（CustomerPremiseEquipment，客户前置终端设备），并通过CPE连上5G基站，使用5G服务。目前市场上主流的CPE产品包括华为的CPEPro，已在中国联通华盛渠道销售。表3-2是华为CPEPro详细参数：图3-15华为CPEPro表3-2华为5GCPEPro技术参数项目描述5G芯片华为巴龙5000芯片网络制式5G：NSA/SA，频段N77/785G峰值速率下行1.65Gbps/上行250Mbps4G：FDD+TDD，频段FDD:B1,B3,B5,B7,B8,B18,B19,B20,B28,B32；TDD：B34,B38,B39,B40,B41,B42,B43；4G峰值速率下行1.6Gbps/上行150MbpsWLAN频段2.422GHz～2.482GHz（5-13ch），5.170GHz～5.330GHz，5.490GHz～5.710GHz，5.735GHz～5.835GHz，（W52.W53,W56,W58）WIFI网络制式IEEE802.11b/g/n/a/ac/ax（WiFi6），支持2.4GHz和5GHz频率LAN端口速率LAN侧提供1个10/100/1000Mbps高速以太网接口;LAN/WAN提供1个10/100/1000Mbps高速以太网接口。重量700g（不含电源适配器）电源AC（输入）：100V-240V50Hz/60HzDC（输出）：12V/2AAPN支持创建和维护APN，APN连接可以隔离运营商网络上的数据、语音和远程管理服务。先锋者1号“先锋者1号”是中国联通推出的首款自主品牌5G数据类终端；针对当前5G终端产品性能、体积、功耗不能兼顾的现状，中国联通定制开发了一款具备优异通信性能、简约的外观设计、更低的实测功耗数据终端产品。该数据终端能够提供5G接入能力，对外提供USB3.1和网络接口，支持移动电源扩展，方便简捷地对接行业终端，快速赋能5G行业应用。目前，该数据终端已经在安防、新媒体、电力巡检、远程医疗、智慧城市等领域得到了很好的应用。图3-16中国联通“先锋者1号”终端表3-3“先锋者1号”技术参数型号XFZ01操作系统Linux操作系统平台SM8150+SDX50M频段EN-DC组合；5G：n78；4G：B1/B3/B8速率DL:1.89Gbps；UL:152Mbps天线1T4R接口USB3.1typeC；RJ45（1000Mbps）；SIM/eSIM供电USB3.1(5V/3A)；DC470（12V/1.5A）外形尺寸125mmX85mmX25mm重量225g~275g工作温湿度-20℃～+55℃，10%～90%V2X模组模组是车联网产业的重要一环，是车联网的入口，是终端的重要组成部分。目前，LTE-V2X模组已经基本成熟，大唐、华为等芯片企业发布了基于各自芯片的LTE-V2X通信模组，并已进入商用阶段，移远、中兴通讯、SIMCOM等模组厂商也纷纷推出基于高通9150芯片的LTE-V2X模组。随着高通、华为5G芯片的陆续发布，移远、华为等厂商纷纷发布了5G车载模组，预计2019年底支持5G和V2X应用。考虑到商用成熟度，本文档主要描述LTE-V2X模组能力。LTE-V2X模组根据其是否支持应用处理器的情况，分为两种类型：类型A图3-17类型A模块框图1）集成应用处理器，支持Android或Linux等操作系统；2）支持LTEUu通信，支持TD-LTE、TD-HSPA、GSM/GPRS/EDGE、LTEFDD、WCDMA/HSPA等通信制式，最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps，可为车辆与平台（V2N）、车辆与路侧设备（eNB型）提供数据传输；3）支持直通链路（PC5）通信，使用ITS5.9GHz频段，可为车辆与车辆（V2V）、车辆与路侧设备（V2I）以及车辆到行人（V2P）提供低时延的信息传输，具有数据传输高可靠性和高密度、高吞吐量、高可靠性等性能特点，有效保障车辆之间以及车辆与路侧设备之间进行有效信息互通以避免碰撞事故；4）支持WiFi/BT通信；5）包含Memory，为整个模组提供存储6）提供可扩展接口，如PCIe、UART、USB、IIC等接口，方便终端厂商进行V2XOBU、RSU终端应用开发；7）支持AT指令；8）支持IMSI标识管理、软件下载与升级、参数预置等管理功能。类型B图3-18类型B模组框图1）支持LTEUu通信，支持LTEFDD、WCDMA/HSPA等通信制式，可为车辆与平台（V2N）、车辆与路侧设备（eNB型）提供数据传输，支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps；2）支持直通链路（PC5）通信，使用ITS5.9GHz频段，可为车辆与车辆（V2V）、车辆与路侧设备（V2I）以及车辆到行人（V2P）提供低时延的信息传输，具有数据传输高可靠性和高密度、高吞吐量、高可靠性等性能特点，有效保障车辆之间以及车辆与路侧设备之间进行有效信息互通以避免碰撞事故；3）提供可扩展接口，如PCIe、UART、USB、IIC、PCM、GPIO等接口，方便终端厂商进行V2XOBU、RSU终端应用开发；4）支持AT指令此外，上述两种类型模组应满足IATF16949:2016汽车行业质量管理体系标准，符合汽车级制造和品质流程要求，同时具有超宽温度范围（-40℃~+85℃）、优越的防静电和抗电磁干扰功能，使其可经受严苛环境的考验，满足ADAS、车辆安全驾驶、自动驾驶、智能交通系统等应用需求。RSU设备RSU（RoadSideUnit），是一种安装在路侧可实现V2X通信，支持V2X应用的设备。它具备C-V2XUu和PC5双模通信能力，内嵌C-ITS应用协议栈，可支持多种V2X消息。可自动连接V2X平台，可实现复杂的V2X业务逻辑，以及自动化的远程控制与管理。RSU的关系网如下图所示：图3-19RSU的关系网RSU支持路侧交通设施（信号机、传感器、标识标牌等）数据的收集，支持通过Uu或光纤与平台进行信息交互，支持通过PC5与OBU、弱势交通参与者进行V2X通信。RSU支持红绿灯信息推送、道路危险状况提醒、限速提醒、绿波车速引导、车内标牌、前方拥堵提醒等应用场景。业务功能1）RSU支持数据收集，包括路侧交通设备数据收集、通过PC5监听车辆数据和弱势交通参与者数据、通过Uu或光纤接收平台下发数据和RTK载波相位数据等。2）RSU支持数据发送，包括通过Uu或光纤向平台上报数据、通过PC5广播从平台接收的数据、高精度地图数据的推送和RTK载波相位信息的转发等，支持消息的加密与解析。3）RSU支持协议转换，将获取的路侧交通设施数据转换为国标协议。4）RSU支持消息重发，当消息发送失败时，支持自动重发机制。5）RSU支持消息按优先级排队，并按照优先级来发送和接收消息。6）RSU支持消息存储转发，至少支持100个处于转发起始时间和转发结束时间之间的有效存储转发数据文件。7）RSU支持消息立即转发，包括消息内容和处理规则等。8）RSU支持数据和设备参数防篡改。管理功能1）RSU支持主动向平台发起身份认证以及业务权限的获取。2）RSU支持远程和本地两种参数配置方式，包括输出功率、平台地址、设备编号等。3）RSU支持接入85V~264VAC市电电源、24V/48VDC电源、以太网线（POE）供电。以太网供电满足802.3at标准。4）RSU支持实时监控和自动重启，支持状态监测、实时状态上报和状态指示，包括运行状态和网络状态。6）RSU支持时钟同步，包括GPS/BEIDOU时钟同步、基站时钟同步和混合时钟同步。7）RSU支持GPS/BEIDOU定位，并支持自身GPS位置信息上报到平台。8）RSU支持平台对其运维管理、平台推送更新升级及权限管理。9）RSU需出厂时带IMEI号等身份标识，支持国际规范对产品的统一编码规范。10）RSU支持异常断电，数据自动保存。软件能力1)RSU软件支持OpenLinux系统，支持OpenCPUSDK，运行环境温度应支持-45℃~85℃。2)RSU支持系统日志的分级保存与断电不丢失，并支持日志的获取，便于故障分析。其他能力1）RSU满足IP65防护等级，满足抗6kV10/200μs雷击测试要求环境可靠性要求等。OBUOBU（OnBoardUnit），是一种安装在车辆上的可实现V2X通信，支持V2X应用的硬件单元。OBU是车载终端的核心单元，由OBU衍生出的车载终端形态各异、种类繁多，如智能后视镜、T-BOX、车机、摆放式终端等。因此主要阐述车载终端核心单元OBU的能力。车载终端有前装和后装两种形态，从推进策略上来看，后装更易于快速推广使用，更有利于C-V2X业务的快速推广覆盖。OBU的关系网如下图3-15所示：图3-20OBU关系网OBU支持通过PC5与RSU、其他OBU进行V2X通信；当范围内没有PC5数据时，支持通过Uu与平台进行信息交互。OBU支持红绿灯信息推送、车速引导、前向碰撞预警、交叉路口碰撞预警、左转辅助、道路危险状况提醒、限速提醒、绿波车速引导、车内标牌、前方拥堵提醒等应用场景。业务功能1)OBU支持数据接收，包括通过PC5监听RSU或其他OBU广播的消息、通过Uu接收平台下发的消息等，支持消息的存储与加解密，支持CASE国标消息的编解码和C-ITS国标协议集。2)OBU支持数据发送，即自身基础位置信息BSM消息的上报与广播，支持解析的V2X消息发送给车辆控制器等设备，用于辅助或自动驾驶。3)OBU支持CAN数据的读取与解析。4)OBU支持消息重发，当消息发送失败时，支持自动重发机制。5)OBU支持消息的展示与提醒、语音功能和短信收发6)OBU支持数据和设备参数防篡改。管理功能1）OBU支持主动向平台发起身份鉴权以及业务权限的获取。2）OBU支持远程和本地两种参数配置方式，包括输出功率、平台地址、设备编号等。3）OBU支持9V~32V供电电压，支持车载供电。4）OBU支持实时监控和自动重启，支持状态监测、实时状态上报和状态指示。6）OBU支持时钟同步，包括GPS/BEIDOU时钟同步、基站时钟同步和混合时钟同步。7）OBU支持高精度定位功能，定位精度至少满足cm级。8）OBU支持平台对其运维管理、平台推送更新升级及权限管理。9）OBU需出厂时带IMEI号、SN号等身份标识。10）OBU支持异常断电，数据自动保存。硬件能力1)OBU支持Uu+PC5双模通信，支持GPS/BEIDOU定位于授时功能，支持USB、UART等数据和调试接口，支持音视频接口和屏幕接口。2)OBU支持状态灯指示和硬重启功能。软件能力1)OBU软件支持OpenLinux系统，支持OpenCPUSDK，运行环境温度应支持-45℃~85℃。2)OBU支持系统日志的分级保存与断电不丢失，并支持日志的获取，便于故障分析。其他能力安装在车外的天线或其他结构件满足IP65防护等级，满足抗6kV10/200μs雷击测试要求环境可靠性要求等。安全体系安全是C-V2X车联网系统的基础，它对各种车联网业务的正常运行有着至关重要的影响。在不采取安全措施的情况下，车联网用户身份面临着被假冒的风险，指令信息面临着被伪造、篡改、重放的风险，用户隐私及敏感数据面临着被窃取泄露的风险，终端及路侧设备面临着被入侵损害的风险，业务平台面临被攻击的风险，甚至导致低时延、高可靠性业务被恶意中断的问题。因此，针对C-V2X不同通信场景，应采取有效的安全措施提高系统安全性。在3GPPR14标准的基础上，结合C-V2X安全技术研究成果，介绍C-V2X系统安全能力的优化与升级。此外，3GPP还正在进一步研究5G场景下V2X可能的安全问题，正在考虑如何解决PC5接口上的隐私保护，多播/广播环境下的关联攻击，以及设备在2/3/4/5G之间漫游时的安全保护等问题。由于尚未形成结论，在此不做赘述。通用安全1)当V2X设备使用支持V2X通信的E-UTRAN提供的服务时，3GPP网络应具备运营商授权V2X设备进行V2X通信的方法。2)3GPP网络应具备一种运营商授权V2X设备在未获得支持V2X通信的E-UTRAN服务时进行V2X通信的方法。3)3GPP网络应具备一种授权V2X设备使用车到网络通信服务的方法。4)3GPP网络应保护V2X设备传输的完整性。5)根据监管机构的要求，3GPP网络应保护V2X设备的匿名性和隐私性，保证V2X设备在V2X应用所要求的某一段时间之内不能被其他终端追踪或识别。6)根据监管机构的要求，3GPP网络应保护V2V/V2I通信终端的匿名性和隐私性，保证V2X设备不能被未经监管机构或用户授权的一方在该区域追踪。7)系统应支持使用国产商用密码算法。8)系统应支持安全传输通道，如https等。9)系统应支持敏感信息的安全存储。通信安全a)LTE-Uu接口通信安全基于LTE-Uu接口，C-V2X设备通过蜂窝网可以实现V2I2V、V2I、V2N等业务应用。因此，C-V2X设备应支持LTE通信安全机制，包括：1)应支持EPS-AKA的双向认证机制；2)应支持空口加密及完整性保护机制；3)应支持基于证书的应用层安全机制，提供附加的安全保护。b)PC5/V5接口通信安全基于PC5/V5接口，C-V2X设备以直连通信方式实现V2V，V2I，V2I2N等业务应用。为此，C-V2X设备应支持基于证书的应用层安全机制，包括：1)V2X应用之间应支持双向认证；2)V2X应用之间传输的数据应支持完整性保护；3)V2X应用之间传输的数据可支持机密性保护；4)V2X应用之间传输的数据应支持抗重放攻击；5)为了保护用户隐私，V2X用户侧设备（如车辆）可在应用层进行匿名化处理。当应用层指示应用层ID变化时，V2X设备应随机地改变自己的数据链路层ID。设备安全C-V2X设备包括车载终端设备及路侧设备，应从以下几方面做好安全加固从而提升设备自身的安全防范能力。a)硬件安全1)对于具有console接口的C-V2X设备，应以配置用户名、口令等方式进行认证授权，禁止直接登录。2)路侧设备应符合国密对于安全密码模块的第三级划分。应能够检测并防护直接访问和探测的物理攻击；执行服务时应验证操作员的身份和权限；应能够有效防止电压、温度等环境异常对模块安全性的破坏；应具备非入侵式攻击缓解技术的有效性证据和测试方法；应能够有效保护明文关键安全参数或密钥分量的输入和输出。b)系统安全1)应提供安全启动机制进行系统的完整性保护。在安全验证通过后，系统方能正常启动。2)应能够拒绝安装未知来源的应用。未经用户确认，不能安装第三方应用。应具备关键APP的防卸载能力。3)应支持对无线方式（如蓝牙、WiFi）接入的设备进行身份认证、权限控制和保证数据安全的能力。4)对具有远程连接能力的设备，应使用安全的通信协议保障管理面通道安全。5)路侧设备的认证方式应为多因素认证。6)应支持离线或在线（如：LTEGBA等）多种安全方式实现C-V2X设备的初始安全配置。c)应用安全1)对具有移动智能终端应用的C-V2X设备，在与应用的首次连接时，应采用双因素认证机制；2)在移动智能终端应用远程操作设备时，应通过短信或指纹等方式再次确认用户身份。d)数据安全1)应对敏感信息及数据的采集、存储、传输和使用进行授权管理，防止非授权访问。2)V2X设备应支持对敏感信息及数据（如密钥、证书、车辆使用者信息、交通基础信息、交通运行数据等）的加密保护。3)应对配置文件进行强制执行数字签名，以防止未经授权的修改。4)如果具备通过web远程访问C-V2X设备的功能，应使用HTTPS。e)接口安全1)路侧设备与其他网络域的设备（如交通专网的交通