V2X-Hub，车路协同云控平台

Posted 2022-05-23 爱是与世界平行

为什么会关注到这个项目呢?

车路协同系统里,有一个云控平台的概念,之前设计了一个版本的云控平台,后来又从底层重新思考云控平台,以及关注和了解到国内开源社区的OpenV2X云控平台解决方案,也是一直再考虑云控平台究竟是什么?怎么做?

之前浏览GitHub时,看到过这个项目,留意了下,很好奇具体是干什么的.

先翻译部分文档,了解了解平台,看看能否对我设计云控平台或者云控平台的建设提供些新的思路.

• V2X Hub - Confluence (atlassian.net)
• GitHub地址：https://github.com/usdot-fhwa-OPS/V2X-Hub

1 概述

Vehicle-to-Everything (V2X) Hub是一个软件平台，使联网车辆能够与现有的交通管理硬件和系统(如交通信号控制器、交通管理中心(tmc)、行人和车辆检测系统)通信。V2X Hub的模块化设计可以有效地连接到新硬件、自定义连接到tmc，以及连接到路边设备的车辆安全应用程序。

该项目的目标是识别、开发、实施、测试、记录和部署一个系统，该系统支持多个V2I、V2V和V2P安全、移动性和环境应用程序的集成、互操作部署。V2X Hub是一个接口系统，支持基础设施和车辆之间的数据收集、集成和传播，适用于各种应用，例如:

• 信号相位和定时 (SPaT)

• 地图绘制(路口及路段)(Intersections and Road Segments)

• 其他路边设备(如指示牌、探测器)

• 定位修正

• 通讯(DSRC)

• 安全(无线安全)

• 道路状况和天气数据

2 V2X-Hub Guide

V2X HUB指南是为智能交通系统(ITS)实体、城市官员或对部署V2X HUB感兴趣的承包商开发的。本指南概述了支持联网和自动车辆(CAV)技术的基础设施连接设备，并解释了部署所需的V2X HUB硬件和软件。

V2X HUB是一个连接平台，部署在有信号的十字路口，旨在通过减少事故并向移动设备提供信息警报，使道路更安全、更智能。本文档是为部署过程中涉及的不同涉众开发的六个文档系列中的第一个。

下面列出了其余的文档：

• V2X HUB Administration Portal User Guide

• V2X HUB Plugin Programming Guide

• V2X HUB Plugins

• V2X HUB Deployment Guide

• V2X HUB Software Configuration Guide

2.1 背景

在过去的六年中，美国交通部(U.S. DOT)一直在开发单独的和综合的技术，如信号、相位和定时(spit)、MAP和V2X HUB。

这些技术将使安全信息能够通过多种通信媒体在道路车辆、火车、基础设施和移动设备之间共享。

它允许联网车辆(cv)知道附近其他cv的位置，并告知用户危险情况本文的目的是概述互联和自动化车辆(CAV)技术，并描述部署V2X HUB需要什么。

正如本文后面解释的那样，CV技术和功能可以用于优化CAV技术的发展。本文档适用于对部署V2X HUB感兴趣的ITS实体、城市官员或合同。下面将详细描述V2X HUB系统体系结构、设计和通信协议，并概述所需的硬件和软件。

2.1.1 连接和自动车辆连接

美国运输部赞助的CV研究利用无线技术的变革性能力，使地面运输更安全、更智能。CV是一辆配备了连接设备的汽车，它可以与其他联网的汽车、个人设备和基础设施进行快速、连续的无线通信。

这种通信允许彼此之间共享实时信息高数据传输速率和低延迟通信对安全应用是必不可少的车辆对车辆通信主要有两种类型:车对基础设施(V2I)和车对车(V2V)。V2I通信在车辆和部署的路边基础设施连接设备之间进行，该设备捕捉车辆生成的数据，同时提供有关安全性、机动性和环境条件的信息。

V2V通信在车辆之间交换无线数据低延迟的车辆通信可以减少交通事故和伤害。图1显示的是联网的简历在穿越一个十字路口时的通信。

cv可以通过专用短程通信(DSRC)进行通信，这是一种双向的中短程无线通信方法，旨在实现安全、高速的无线通信。1999年，美国联邦通信委员会(FCC)将5.9GHz频段中的75MHz频段分配给汽车安全和其他移动应用DSRC的关键功能属性包括低延迟、有限的干扰和恶劣天气条件下可接受的性能虽然目前CVs使用DSRC作为通信媒介，但也可以利用其他通信媒介来获得相同的功能。例如，汽车可以使用第五代移动网络(5G)或基于卫星的无线通信作为通信媒介;但是，仍然可以使用CV和CAV应用程序。

2.1.2 互联汽车应用概念

超过三十几个简历应用概念已经被开发，其中许多已经原型化和演示。

• 安全:安全应用可以通过车内警告提醒驾驶员，即使他们不在视线范围内。即将发生的碰撞情况，如车辆位于司机的盲点，车道合并，或突然刹车将报告给司机。

• 移动性:简历可以发送匿名信息，如位置和旅行速度，这将使交通管理人员帮助使道路更安全，减少拥堵。可用的数据量将鼓励开发新的移动应用程序，以保持交通畅通并改善规划。

• 环保:通过优化交通信号相位，为低排放、高使用率和支持环保驾驶的替代燃料车辆设置专用车道，CV应用将有助于减少排放和燃料使用。

根据美国交通部的说法，全面部署CV技术将导致开发和实施超越安全方面的解决方案自适应巡航控制和车辆排队等技术将有助于减少拥堵和车辆排放。从系统的不同连接点收集的天气和道路状况将被分析并分发给道路用户，帮助交通规划和路由。

2.1.3 V2I参考实现的历史

创建连接CAV环境的第一步是开发一种方法，让交通信号控制器将相位信息传递给用户。

2006年，SAE J2735 DSRC消息集字典标准诞生。2009年，在密歇根州安娜堡首次部署CV时，该标准进行了修订。该标准规定了信息集和数据元素，允许交通信号控制器(TSC)向道路用户发送报文，以及与安全、机动性和环境相关的其他信息。

2010年，成功完成了TSC与道路使用者之间的接口信息中继系统的设计、开发和测试。该系统使用NTCIP 1202通信标准的扩展版本来通信TSC提供的信号和相位信息。然后，这些信息被转换成SAE J2735消息格式，通过路边DSRC广播，并被车载单元(OBU)接收。进一步，我们的目标是开发一个支持V2I技术部署的原型解决方案。

2013年，在综合V2I原型(IVP)项目成果的基础上，创建了V2X HUB。IVP项目的目标是创建一个路边原型系统，为车载CV应用提供所需的J2735消息。IVP项目将连接更多的ITS设备，而不仅仅是交通信号控制器。V2X HUB将不同标准和协议之间的通信转换为CV应用程序可以解释的有用软件消息，从而简化了集成。

V2I参考实施项目为V2X HUB系统的采购、测试、部署和维护提供必要的要求、规范、指导和培训材料。

它提供了详细的操作说明和示例，以便为部署V2I项目中涉及的所有涉众简化技术的采用和实现。这一参考实现有助于美国交通部通过帮助V2I技术部署来减少和消除驾驶事故和死亡的目标。

2.2 V2X-Hub

V2X HUB是美国运输部V2I计划的一部分，旨在通过减少集成问题和利用现有的运输管理硬件和系统，帮助各管辖区部署V2I技术。

V2X HUB是一个开源软件平台，使用插件在不同设备之间转换消息，并在路边设备上运行CAV安全应用程序。使用J2735消息集的车辆在连接的基础设施设备和其他连接的车辆之间共享匿名基本安全消息(BSMs)。BSMs包含重要的车辆信息，如尺寸、速度、位置、航向、加速度和制动系统状态等。V2X HUB转换这些消息，并以联网车辆和基础设施都能理解的格式交换它们。它有一个开源的设计，允许它支持各种各样的软件插件。

这些插件允许高效的设备连接、消息翻译、功能和软件应用程序开发。部署基于V2X hub的系统的一些优点是:

• V2X HUB是一个开源平台，它提供文档，以减少经常伴随专有、定制系统的投资和开发。

• V2X HUB提供安全、远程的监控、配置和软件更新访问，减少运维工作量。

• 内置的消息翻译和插件架构使V2X HUB能够减少司法管辖区支持联网车辆所需的后端软件和集成工作。定制插件可以有效地开发，以满足管辖区的特定操作和设备。

• V2X HUB是制造商中立的，为运营商提供了整合不同供应商设备的灵活性，并使用内部或第三方资源添加更多的功能。

• 除了支持订阅插件之间的通信外，V2X HUB体系结构通过使用集中式消息路由，促进了与消息管理器的低延迟和高延迟外部通信。系统监控应用程序分析消息路由器和消息管理器之间的通信，通过管理插件帮助确保核心的健康。

• 不像大多数ITS应用只关注特定的用户或功能，如交通信号优先级，V2X HUB可以支持几乎任何用户或场景。此外，可以通过开发通过安全连接远程安装的新插件来添加新功能，而无需在整个基础设施中购买和安装新硬件。例如，交通信号优先级可以添加到任何配备V2X hub的交叉口，或卡车可以合并为货运优先级。可以在运行V2X HUB的交叉路口网络中添加紧急车辆抢占功能，而不需要在每个路口方法上安装和连接新硬件。

• V2X HUB可以从配备V2X HUB的路口收集高分辨率的交通信息，并将其发送到中央数据库(如TMC、Cloud)，用于评估系统性能。

V2X HUB将数据和信息分发给连接的车辆，用于提高安全性和减少拥堵，例如当检测到潜在危险情况时，车内警告。

V2X HUB还可以向交通管理中心(Transportation Management Centers)提供匿名的车辆消息，从而对系统中车辆的位置和速度有准确的实时信息。这将被用来识别交通拥挤的区域，因此交通信号和匝道表的时间可以更新。没有TSC的位置也可以受益于V2X HUB。它可以向接近弯道的车辆发送建议速度作为车载警告。道路和当地天气传感器可以集成到一起，将地面情况分配给连接的cav和运输管理中心。

2.3 V2X HUB Software

V2X HUB软件是一个健壮的、可部署的解决方案，用于在路边基础设施中实现CAV应用。

V2X HUB软件是在Ubuntu 16.04 LTS上创建和测试的，但可以在大多数Linux操作系统上运行。

V2X HUB软件使用插件架构，因此每个安装都可以配置为运行一套不同的软件应用程序和插件。

V2X HUB软件包含插件的通信路由、插件的配置以及启动、停止和监控插件的进程。创建V2X HUB软件中的每个插件都是为了完成一个功能，例如与信号控制器通信并产生消息。软件架构可以分为两个主要层，即V2X HUB Core和插件。这些层如图2所示。

V2X HUB Core是V2X HUB软件的核心，执行插件之间的所有消息路由。

它通过web浏览器显示当前的配置状态。插件是V2X HUB Core与外部子系统组件之间的双向通信接口，如图2所示。运行在V2X HUB上的应用程序确定实现该应用程序所需的插件和外部子系统组件。

插件模块是V2X HUB平台上特定于应用程序的代码块。插件模块负责处理从外部外设提取的数据，并生成发布到V2X HUB路由器的状态或其他信息。

插件还可以根据从安装在V2X HUB平台上的其他应用程序插件接收到的消息的处理结果，控制外部子系统组件或与之通信。

使用插件减少了向新设备添加功能或连接所需的工作，也减少了运营商支持cav所需的后端软件和集成工作。V2X HUB插件在外部子系统组件和V2X HUB Core之间共享和交换信息，如下图2所示

• DSRC即时转发插件-负责接收标记为传输的内部消息，并确保它们通过DSRC无线电发送出去。与路边单元(RSU)的通信将通过用户数据报包(UDP)，并按照DSRC RSU V4.1规范定义的消息(见表2)。
• 位置插件—V2X HUB平台通过串口接收外部GPS接收器的位置信息，或者在未连接GPS接收器的情况下，从本地配置文件中读取静态位置信息。
• 海上无线电技术委员会通过互联网协议(NTRIP)网络传输插件-在向位置修正提供商提供其当前位置信息后，通过互联网连接接收修正信息。MAP插件-发布J2735 MAP消息。此消息包含描述交叉路口的几何形状、曲线轮廓和路段的数据。
• SPAT插件-通过与V2X HUB的以太网连接，从交通控制器接收关于交叉口的信号、相位和定时信息，并通过DSRC广播。
• 曲线速度警告(CSW)插件-通过J2735交通事故消息(TIM)从V2X HUB接收CSW信息，这是广播到附近车辆的OBUs。
• 动态消息符号(DMS)插件-接收J2735 BSMs包含位置信息从附近的OBUs。适当的通知将通过以太网连接显示在DMS上。
• Operational Data Exchange Plugin -从V2X HUB接收存储数据，并将其上传到美国DOT云存储库。

2.4 V2X HUB Hardware

部署V2X HUB所需的硬件和软件在很大程度上取决于要部署的应用程序。V2X HUB软件可以在任何运行Linux操作系统的平台上运行，但是在测试和部署V2X HUB项目时使用了以下规范。