C-V2X业务演进白皮书

Posted 2021-09-01 爱是与世界平行

C-V2X业务演进白皮书

• C-V2X业务演进白皮书
• 1 C-V2X业务演进趋势
• • 1.1 C-V2X业务向更加安全、绿色、智能、协同演进
  • 1.2 C-V2X业务演进需要跨行业广泛协作
• 2 典型的C-V2X演进业务
• • 2.1 C-V2X演进业务架构
  • 2.2 C-V2X演进业务简介
  • • 2.2.1 车辆汇入汇出
    • 2.2.2 车辆路径引导
    • 2.2.3 电动汽车动态路径规划
    • 2.2.4 基于车路协同的交叉口通行
    • 2.2.5 基于实时网联数据的交通信号配时动态优化
    • 2.2.6 交叉口动态车道管理
    • 2.2.7 高速公路专用道柔性管理
    • 2.2.8 编队行驶
    • 2.2.9 协作式车队管理
    • 2.2.10 基于车路协同的远程软件升级
    • 2.2.11 基于车路协同的主被动电子收费
    • 2.2.12 智能停车引导
• 3 C-V2X业务演进部署推进建议

C-V2X业务演进白皮书

1 C-V2X业务演进趋势

1.1 C-V2X业务向更加安全、绿色、智能、协同演进

随着C-V2X及5G技术发展，与之而来的更大数据吞吐量、更低时延、更高安全性和更海量连接等特性，极大地促进了智能驾驶和智慧交通发展。通过“车-路-云”协同，一方面推动智能网联汽车快速发展，提供更安全、更智能的出行方式；另一方面赋能智能路况综合感知、动态协同交通控制等功能，为智能交通发展奠定基础。

业界热点逐步从“单车智能”到“车-路并举”，“智能化+网联化”已成为信息通信、汽车、交通、公安等跨行业广泛认可的发展趋势。随着网络技术的不断发展和智能驾驶、智慧交通等应用需求的升级，C-V2X业务演进在第一阶段基础安全告警和交通信息通知类业务的基础上，逐步从车-路-云协同感知向车-路-云网联协同控制发展，推动C-V2X业务在驾驶安全、交通效率、信息服务这三个方面向着更加安全、协同、智能、绿色演进。

1.2 C-V2X业务演进需要跨行业广泛协作

C-V2X业务演进表现出鲜明的跨行业协同特色： 一方面需要通信行业提供网联通信以及网联协同智能的支撑、另一方面需要智能交通企业提供道路交通静态、动态状态感知与交通策略及时控制、第三方面需要通信、交通、汽车、自动驾驶平台与应用软件企业等各种数据提供方支持业务流互联互通以及业务数据共享等。

随着C-V2X业务的发展，这三个方面不断加深协作的深度和广度。表1.2-1简要列举了业务应用参与方和基础支撑能力之间的供应关系。

C-V2X业务演进涉及信息通信、汽车、交通、自动驾驶平台与应用软件提供企业等，相关方都有机会根据实际条件提供并发展相应业务。

• 电信运营商与供应商

电信运营商在C-V2X业务的落地中将扮演越来越重要的角色。基于5G+C-V2X+MEC，能够提供端到端网络通信以及车联网业务使能平台，从而为C-V2X业务演进提供协同通信和网联协同计算能力。除此之外，网联相关的数据，MEC业务使能相关的数据也有助于使能更丰富和复杂的C-V2X演进业务。

IMT-2020 (5G)推进组C-V2X业务演进白皮书3网络性能及计算能力将直接影响业务应用的支持等级，主要考量指标为通信传输时延、通信吞吐量、连接可用性、通信可靠性、MEC计算能力、MEC支持多应用的能力等。

• 智能交通企业

智能交通企业是车路协同相关应用的重要数据提供方和智慧道路建设和运营方。随着“智慧道路”逐步落地和MEC的引入，智能路侧设备作为C-V2X业务演进的重要载体，与人、车、路、交通数据中心协同，可以提供更加丰富和实时的道路静态和动态数据：例如各种感知信息（摄像头信息、路侧雷达信息、车端信息等）。结合交通管理中心下发的交通管理信息（例如交通管理数据库、交通违章数据库、高速公路管理数据库等）等还能够支持更丰富的安全、效率类业务。

• 自动驾驶平台与应用软件企业

自动驾驶平台与应用软件企业通过自动驾驶平台、应用软件、应用数据等为C-V2X演进业务提供业务应用支撑，为车联网用户的信息交互，应用使用提供平台与工具。算法与软件设计的合理、效率及用户体验将直接决定应用的接受度，自动驾驶平台与应用软件，结合应用层相关数据，与通信网络平台、智慧道路基础设施等紧密结合，有利于推动和挖掘更丰富的C-V2X演进业务。

• 汽车厂商

汽车作为C-V2X演进业务的载体，汽车用户是驾驶安全、交通效率、信息服务三大类的直接使用者。业务应用的有效性与友好性将直接决定汽车销售的市场份额。一方面，汽车总线数据是车车、车路协同应用的基础；另一方面，汽车厂商一般拥有汽车相关数据私有云，可以直接提供C-V2X业务，也可以向第三方应用提供相关数据支持。上述涉及多源数据有效融合，一方面需要考虑不同的数据源要提供标准的数据接口，另一方面需要考虑数据共享的安全和隐私保护。

2 典型的C-V2X演进业务

2.1 C-V2X演进业务架构

总体业务架构如图2.1-1所示，C-V2X演进业务涉及云端、路侧端和车载端三个领域。

其中云端与第三方业务应用的信息中心，为路侧端和车载端发送全局的业务控制、业务共享信息，并存储全局设施、环境、用户、业务信息；

路侧端与路侧信号控制器或者边缘服务器相连，收集驾驶、交通环境状态信息，进行路侧决策并发送路侧业务控制到车载端；

车载端收集路侧控制信息、全局信息、周边环境信息进行动态感知及实时决策。

2.2 C-V2X演进业务简介

驾驶安全、交通效率、信息服务三大类业务结合车路协同的发展，在C-V2X业务演进阶段（1-3年）将集中在如图2.2-1所示新业务。新业务根据C-V2X网联覆盖范围以及网联智能协同程度的不同，还可以继续细分不同的子场景。

2.2.1 车辆汇入汇出

车辆汇入汇出是指主车（HV）与远车（RV）分别位于匝道入口/出口两侧，HV预备从匝道汇入主道。

• 有路侧单元（RSU）的情况下：RSU广播汇入指令，引导两侧车流通行，HV与RV接收到汇入指令后按指令要求通行；或者路侧单元广播路侧的感知信息，HV与RV接收感知信息后，自行决策进行汇入汇出。
• 无路侧单元（RSU）的情况下：HV和RV通过车车通信互相传递车辆信息，由车载单元自行计算汇入策略并广播汇入指令。

车辆汇入汇出特别适用于高速公路、快速路等路段的开放道路入口汇入汇出场景，辅助高速公路及快速路管理，在保证安全的前提下，通过选择合理的汇入时间、汇入位置和汇入速度，减少汇入车辆对主线车流的影响，提高高速公路及快速路的匝道处通行效率。

车辆汇入汇出也包括车辆换道行驶场景。

车辆汇入汇出涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.2 车辆路径引导

车辆路径引导是指基于云端/服务端、路侧端或MEC平台端，根据出行车辆的需求，基于地图信息、历史信息、车辆实时状态、驾驶人行为信息以及交通基础设施信息、路网交通状态信息、综合感知信息等，预测交通状况，计算出行车辆行驶策略，通过C-V2X网络为出行车辆提供准确、实时、高效的出行路径规划和行驶引导。车辆路径引导场景可分为全局路径引导和局部路段引导。

全局路径引导是指对车辆出行线路的路径规划；局部路段引导是指在某一路段或某一特定场景为车辆提供精细化的速度和行驶车道引导。

对于全局路径引导，目前地图服务商、出行服务商已经可以根据收集到的交通大数据来提供服务，并获得了广泛的应用。随着C-V2X和5G通信基础设施的部署和应用，地图服务商、出行服务商可以获得更加精准、广泛的细粒度数据，例如复杂立交桥的垂直位置和行驶信息，因而可以提供更加精准的全局路径引导。

对于局部路段引导，目前地图服务商和出行服务商也可以根据收集到的交通大数据来提供初步的云端引导服务，但是不精准、不及时。随着5G\\MEC\\LTE-V2X设施的部署和应用，路侧RSU/MEC可以获得更细粒度、更实时的交通流数据，基于路侧RSU/MEC的局部路段引导服务可以做的更精准，使得车道级引导、基于红绿灯信息的车速引导等也能获得广泛应用。目前一些智能网联示范区已经开始提供基于V2X的局部路段引导服务。

车辆路径引导涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.3 电动汽车动态路径规划

电动汽车路径规划是指电动汽车（EV）出行时，考虑到电池电量、出发点和目的地位置、充电站（CS）信息、交通路况信息，为电动汽车出行路线、充电行驶路线做出规划以及动态调整。

• 在有智能路侧单元（RSU）的情况下：RSU广播充电站信息，交通路况感知信息，电动汽车通过接收此类信息，更新本地动态地图，由车载单元计算行驶路线；或者电动汽车将本地信息(电池电量、出发点和目的地位置)上传RSU，由RSU为电动汽车计算行驶路线。
• 在没有RSU的情况下：电动汽车通过车车通信互相传递充电站信息和交通路况感知信息，由车载单元计算行驶路线。
• 在有蜂窝网覆盖的情况下：电动汽车也可以通过蜂窝网络向远程服务器获取充电站信息和交通路况感知信息来进行行车路线规划。

电动汽车动态路径规划综合考虑充电站信息和交通路况感知信息进行路径规划，能够减少电动汽车行程时间、充电等待时间，提高道路通行效率、充电站服务能力，缓解电动汽车用户的里程焦虑问题，进一步促进电动汽车在我国的普及。随着城市充电桩、充电站、路侧单元的部署，未来电动汽车动态路径规划具有十分重要的作用。

电动汽车动态路径规划涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.4 基于车路协同的交叉口通行

基于车路协同的交叉口通行是指主车（HV）驶向交叉路口：

• HV向V2X服务器（可以位于云端或者位于边缘）发送车辆行驶信息，V2X服务器根据车辆行驶信息、目标交叉路口的交通信息、其他车辆上报的行驶信息，为HV生成通过交叉路口的通行调度信息，并发送给HV；
• HV通过路侧RSU获取相关感知信息、其他车辆信息、V2X服务器的云端信息等，自身生成调度信息。
• HV可按照通行调度信息，结合V2X功能感知的、以及其它车载传感器感知的周边环境信息，控制HV通过交叉路口。

基于车路协同的交叉口通行从全局最优的角度为车辆分配入口车道、出口车道、以及引导车速等信息，能够提高通行效率，实现辅助驾驶，为智慧交通管理与控制提供助力。

该类应用需要部署智能路侧设备（RSU），车载通信设备等以支持交通基础设施的信息化，交通工具的智能化和网联化，通过边缘计算平台或者云端平台实现智能交通的业务管控和设备管控，形成车-路-网一体化智慧交通体系。

基于车路协同的交叉口通行涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.5 基于实时网联数据的交通信号配时动态优化

基于实时网联数据信号配时动态优化是指车辆通过C-V2X实时上报驾驶相关信息，路口交通信号控制器结合交通、车辆通行等信息进行交叉路口交通信号时长或者信号变化的调整，如果有条件可以结合交通控制中心的背景数据和方案进行优化。

本应用适用于城市及郊区普通道路及公路的信号控制交叉路口、信号控制匝道的入口、干道多交叉路口、区域内多交叉路口等的信号协同控制优化。

相对于目前的静态或半静态的交通信号调整，结合C-V2X提供的交通实时感知数据，在网联车与其他常规车辆混合的交通环境下，或者完全联网汽车环境下的实时网联数据信号配时动态优化,在保证安全性的前提下提升信号控制交叉口及匝道交通控制的效率。

基于实时网联数据交通信号配时动态优化涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.6 交叉口动态车道管理

交叉口动态车道管理是针对交叉口的拥堵问题，通过动态划分交叉口处的车道功能，实现对交叉口进口道的空间资源进行实时地合理分配。

交叉口动态车道管理应用需要的基本系统由智能车载单元（OBU/T-BOX）和智能路侧设备（RSU）实现。智能路侧设备收集车辆的状态数据包括位置、速度、转向等等，实时确定交叉口的各个流向的交通需求，计算合理的车道功能划分结果，并发送给智能车载单元，进而诱导网联车辆行驶至对应车道，该应用通过动态的车道管理提高交叉口的运行效率。

交叉口动态车道管理涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.7 高速公路专用道柔性管理

高速公路专用道柔性管理是指在高速公路上为远车（RV）设置专用车道，RV在专用道行驶时广播当前状态及出清距离或RSU广播路段占用状态；或RV通过向云平台发送行驶规划路径中专用车道出清请求，云端根据RV行驶规划路径，提前对规划路径中的RSU及其他车辆发送出清请求，主车（HV）收到RV、RSU或云平台消息后，若判断自身位于RV的出清距离内，则离开专用道。

专用道柔性管理适用于高速公路、快速路等路段的道路通行管理，以满足紧急车辆的快速通行需求，通过对社会车辆的避让管理产生动态的专用道，改善紧急车辆的行程时间。

该应用涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.8 编队行驶

编队行驶是通过C-V2X等无线通信技术将同向行驶的车辆进行连接，尾随的车辆可接收到前面车辆加速、刹车等信息，并在最短的时间内做出反应。

编队的通信主要包括编队内部车辆间通信和编队与外部（智能路侧设备RSU或者其他车辆）的通信。

当RSU广播道路信息时, 可以根据车道方向采用定向或非定向的方式。

通常车队头车是自动驾驶等级为L0-L3级别的车辆，跟随车辆是基于实时信息交互并保持稳定车距的自动驾驶L3-L4级别成员车辆。

在编队行驶中，列队中靠后的车辆能做出和前面车辆对应的行动。

无人驾驶车辆之间的刹车和加速几乎可以同步，远远超过了人类驾驶员的反应时间，从而可以获得更高的安全性和更近的车距。

编队行驶能减少运输企业对于司机的需求，降低驾驶员的劳动强度，减小车队行驶中的风阻，并且降低车辆油耗。此外，编队行驶可以释放更多车道给其他车辆通行，显著改善交通拥堵并提升运输效率，进一步缓解交通压力。

编队行驶涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.9 协作式车队管理

协作式车队管理是指车队的车头从云端及周边车辆获取安全、交通环境、车载传感器等信息，形成车队行驶策略，从而完成整个车队的动态管理，确保车队安全、高效出行。

协作式车队管理适用于在网络覆盖下的城市及郊区道路。该应用能够有效提升车队管理效率，保证车队车头信息获取的全面性，既能够从云端获取基于整体交通状况的行驶建议，又能通过车队内车辆间信息的共享交互实现近距离安全行驶，并且能够实时进行车队内及车队间灵活调控，实现安全与效率的同时提升。

协作式车队管理的主要场景包括车队加入/离开、车队融合/拆分等

协作式车队管理涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.10 基于车路协同的远程软件升级

基于车路协同的远程软件（OTA）升级是基于V2X OTA平台，在无线网络信号良好时，智能车载设备通过无线网络获取升级包；无线网络信号不良时，智能车载设备通过智能路侧设备（RSU）获取升级包。其中V2X OTA平台，既可以在已有的V2X公有平台基础上扩展，也可以独立部署。智能路侧设备本身可以利用V2N升级，但只能从单一的数据来源获取升级包。

出于安全、效率的角度，OTA是未来智能车载设备OBU/T-BOX、智能路侧设备RSU更新的关键手段，正式量产的所有OBU/T-BOX、RSU都应该支持OTA远程升级功能。目前已经可以商用基于V2N的OTA升级，基于车路协同，需要进一步扩展基于V2I以及I2N的OTA升级。这有利于提高OTA应用的及时、安全与可靠。

基于车路协同的远程软件升级涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.11 基于车路协同的主被动电子收费

基于车路协同的电子收费是指以车载单元（OBU）作为支付终端，对车辆在道路行驶所产生的费用，以及车主所消费的商品或者服务进行账务支付的一种服务方式。主要包括：

• 主动式：HV通过V2I 的方式将支付请求发送给接收路侧单元（RSU），随后与路侧单元（RSU）建立专用通信链路的P2P 单播会话，完成相应电子支付流程。

• 被动式：路侧单元（RSU）通过I2V 的方式将支付场景（如ETC、交通罚款）的支付服务和活动状态进行广播，随后接入服务的HV 与路侧单元（RSU）建立专用通信链路的P2P 单播会话，完成相应电子支付流程。

  基于车路协同，汽车通过车载终端与路侧单元的数据交互，使其成为金融支付终端，具备移动支付和主动支付的能力，在保证支付安全的条件下减少付费时间，有效地提高了付费和车辆通行效率。

现有的高速公路收费、停车支付、拥堵收费、充电支付、加油支付、违章罚款等人工支付操作，均可升级通过基于车路协同的主被动电子收费自动完成，有效提高工作效率。在此基础上，面向车路协同、自动驾驶的各种路侧信息服务，还能够进一步结合车路协同的主动电子收费应用，提升用户体验和服务水平，发展新的商业模式。

该应用涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

2.2.12 智能停车引导

智能停车引导是指针对停车场的停车管理系统中存在的车位查找困难、车位状态管理不方便和成本高、停车定位导航不方便、车辆自主代客泊车难度大等问题，结合V2X智能路侧设备、V2X云平台、V2X智能车载终端，实现室外停车库车位状态管理、车位申请与授权、停车导航入库、车位查找、动静态障碍物躲避、泊车路径规划、自主泊车入位等功能。

智能停车引导涉及的关键技术、设备、部署条件如下：

3 C-V2X业务演进部署推进建议

基于“车-路-云”协同的C-V2X业务的演进与很多因素有关，其中C-V2X网联通信规模（车路、车路云）、网联智能化（车路协同智能，车路云协同智能）程度是核心影响要素。进一步的，表3-1分析了C-V2X演进业务对C-V2X网联通信规模以及C-V2X网联协同智能化程度的依赖度，由此推演结合C-V2X网联通信规模和C-V2X网联协同智能化发展，C-V2X演进业务的推进建议。

说明：

① 该表格中的数字，代表行所对应的应用对每列不同程度C-V2X网联通信与C-V2X网联协同智能的依赖性。数字从5到1递减：其中“5”表示对应的列支持的能力是行所在应用的必要条件，即对通信和计算能力强依赖；“3”表示对应的列支持的能力，通信能力是必须，计算能力可选；“1”表示对应的列可有可无，通信与计算能力都是可选。

② 上述通信能力是指业务数据的转发能力，包括车-路，车-路-云之间。

③ 上述计算能力包含对业务数据的处理能力，例如感知数据的识别、融合；控制策略的生成等。

④ 业务类别A：该类业务数据需要在车端与路端之间交互，业务数据的处理在车端。

⑤ 业务类别B：该类业务数据需要在车端与路端之间交互，同时业务数据处理在智能路侧设备及边缘计算平台。

⑥ 业务类别C：该类业务数据需要在车-路-云之间交互，同时业务数据处理主要集中在云端平台。

C-V2X演进业务的推进，建议针对上述不同业务类别特征，结合C-V2X网联通信、C-V2X网联协同智能发展的不同阶段，逐步推进。

（1）业务类别A

从技术层面来看，C-V2X网联通信的有效性、可靠性将直接影响这类业务落地部署的质量。但通信体系的完善需要一定的时间周期，目前可在假设通信质量满足有效性和可靠性条件下推演该类业务推进过程。C-V2X网联通信覆盖率体现在智能路侧设备RSU的覆盖率和智能车载终端（OBU/T-BOX）渗透率两方面。

随着C-V2X网联通信覆盖率逐步提升，A类业务推进分为初期，中期和成熟期：

• 初期：稀疏或无RSU条件，智能车载终端渗透率10%～30%，在支持第一阶段基本辅助驾驶功能和道路安全预警功能基础上，逐步支持例如车辆汇入汇出等C-V2X新业务，可望小幅度提升目前已有辅助驾驶服务和安全预警服务的安全性与用户体验。

• 中期：中等覆盖度RSU条件，智能车载终端渗透率40%～60%，持续支持A类业务，特别是车路协同的交叉口通行、高速公路专用道、编队行驶、车路协同OTA，车路协同电子收费、智能停车引导等相关演进业务，提升交通效率、扩展商业用户体验、发展新业务与商业模式。

• 成熟期：全覆盖RSU条件，智能车载终端渗透率80%～100%，全面支持A类业务部署，提升驾驶安全和交通效率，实现绿色安全出行。

在上述不同阶段，C-V2X网联通信发展与单车智能发展是互相独立的。

如果单车智能无法支持相关业务应用算法和应用数据处理，则需要结合MEC边缘计算平台或者云平台即C-V2X网联协同智能来推进相关业务（即业务类型B）。

（2）业务类别B

B类业务对于C-V2X网联通信仍然是强依赖，一些情况下还需要5G系统大吞吐量的支持。与A类业务最大的不同在于业务数据处理由多接入边缘计算平台（MEC）来实施，即C-V2X网联协同智能技术。这类业务，一方面受MEC多接入边缘计算平台部署覆盖率影响较大，另一方面需要该平台作为计算主体具备实时局部信息处理、分享、支持多业务的能力。

MEC的引入初始阶段主要目标在于提升本地/局部业务应用所需信息的有效性和实时性、支持融合感知数据识别与处理、实时本地控制策略制定与分发，促进基于车路协同的C-V2X业务的演进。特别是对于当车端自身计算能力有限的情况下，结合C-V2X网联通信和MEC计算能力的协助，除了支持B类业务，还可能有助于A类业务的快速发展。

进一步的，随着多种感知信息的深度融合，对C-V2X业务的支持将进一步向精细化、全面支持用户的个性需求方向演进；在充分结合本地AI优化、计算优化等技术的支持下，还将进一步影响C-V2X新业务推出方式和发展方向。

MEC作为业务使能平台一方面需要整合通用的使能技术，另一方面需要提供标准接口支持多业务提供方，特别需要注意的是，MEC业务接口标准化是实现规模部署的必要条件。

（3）业务类别C

该类业务演进不仅需要5G网络的通信支持，还与业务数据云平台之间互联互通的进程密切相关。一方面是业务跨平台的互联互通，另一方面是多数据源的数据共享。

• 初期：无跨平台互通，以5G网络与C-V2X网联通信获取的相关数据辅助单一云平台，引入提升交通效率为主的业务，例如电动汽车路径动态规划，基于实时网联数据的交通信号动态调整，基于车路协同的远程软件升级等应用。

• 中期：局部跨平台融合条件，5G、C-V2X等通信网络数据与其他运营数据平台内嵌融合，可提升导航服务和智慧出行服务的用户体验，提升交通效率，进一步引入和深化相关应用，例如车辆路径引导，电动汽车路径动态规划，基于实时网联数据的交通信号动态调整，基于车路协同的远程软件升级，基于车路协同的主被动电子收费等应用。

• 成熟期：全面跨平台融合条件，5G、C-V2X等通信网络数据平台与官方数据平台和企业数据平台深度融合，可实现道路行驶状态和用户选择倾向的精密评价与预测，全面支持各自交通服务类软件的用户体验升级，节能减排类业务由个体优化逐步发展为全局优化。

综上所述，为了顺利推进C-V2X演进业务，提出如下建议：

• 一是结合C-V2X和5G网络规模试验与商用，加快车载C-V2X以及智能路侧设备的建设，推进5G和C-V2X网络覆盖，提高C-V2X网联通信覆盖率；

• 二是推动MEC融合C-V2X的标准化与建设部署，推动C-V2X网联协同智能，使能更加丰富的C-V2X演进业务；

• 三是加强多部门协同管理，支持跨业务平台在业务、数据的互联互通。