車聯網作為新興技術，產業鏈涉及各個方面，需要汽車制造商、芯片制造商、通信運營商以及內容服務提供商等通力合作。這樣不僅打破了傳統汽車制造行業的壁壘，同時也是對通信運營商、互聯網、OTT 的機遇和挑戰。

中國聯通于10月發表了《中國聯通車聯網白皮書（2017）》，該白皮書以車聯網的基本概念和特征為基礎，描述了車聯網發展的業務愿景，定義了車聯網的基本系統架構，從運營商角度探索了車聯網演進的技術路線及關鍵技術。本文節選自白皮書第三部分“聯通車聯網演進及布署策略”，需要獲得白皮書全文，可添加車云菌個人微信號cheyunjun3索取。

1車聯網系統架構

為滿足車聯網的業務需求，未來網絡將采用“終端—網絡—平臺—應用”的統一架構，打造“多模通信+人車路協同+車云同步”的云網協同一體化網絡，如圖1所示。

圖1：云網協同一體化網絡架構

（1）立體化通信網絡

支撐未來車聯網發展必然是一個立體化通信網絡架構，通過橫向和縱向兩個方面實現多模接入、車車直通、支持多種低時延高可靠業務的車聯網通信。橫向實現3G/4G/5G網絡共存，依據不同的業務需求（例如Telematics業務，V2X業務）選用不同的網絡及技術，實現多模通信。縱向實現車車之間無縫聯通，在有網絡覆蓋情況下，可通過基站實現車車通信，而在無網絡覆蓋情況下，可通過V2V實現車車之間直接通信。通過網絡實現路邊設施信息回傳與管理，實現RSU（Road Side Unit）的快速、靈活、低成本的部署，實現數據與業務分流，降低網絡時延，避免資源沖突，實現數據與業務的回傳。為了增強基于基站通信的低時延高可靠業務，考慮沿公路部署光纖傳輸管道，引入邊緣云計算，實現業務下沉，在靠近移動用戶的位置上提供IT服務環境和云計算能力，并將業務存儲和存儲分發能力下沉至靠近用戶側（如基站），降低網絡傳輸時延。

（2）云網協同平臺

打造車聯網協同互聯云平臺，實現互聯互通。在功能上，車聯網云平臺一方面具有網絡管理能力，包括業務管理、連接管理，具有車聯網通用業務分析組件；實現車車協同和車云協同；另一方面具有網絡開放能力，例如進行大數據分析拓展新的業務渠道，或者向第三方企業開放網絡接入功能，允許第三方企業進行業務定制。統一的云平臺是未來車聯網的重要組成部分，需具備以下特性，如圖2所示：云平臺作為連接網絡與應用服務的橋梁，首先應支持共性平臺建設，具有一定的通用性，靈活性、安全性、開發性以及穩定性；其次需要保證各類用戶的體驗，具有網絡開往能力，實現網絡間的互聯互通，支持泛在接入，通過模塊化實現云平臺的靈活彈性，保證用戶永遠在線，并對客戶做出實時響應。最后，要實現多場景支撐功能，例如：主動安全，路徑規劃、共享數據以及協同感知等。

圖2：車聯網協同互聯云平臺核心特點

（3）業務綜合化和多樣化

未來車聯網業務以“Telematics—智能網聯—智能交通”為基本路線，將朝著綜合化和多樣化方向發展。已有的Telematics業務主要提供遠程信息服務，例如智能導航、視頻下載、故障診斷等。隨著LTE-V2X標準化的完成，輔助駕駛漸漸滲透到人們生活中，包括主動安全（交叉路口防碰撞、前向剎車提醒、超車提醒等）、交通效率（紅綠燈車速引導、交通信息及路徑規劃等）和信息服務（汽車分時租賃、興趣點提醒、充電站引導等）。在5G階段車聯網將實現自動駕駛功能，包括高級駕駛、編隊行駛、傳感器信息共享、離線駕駛等。在大數據時代，針對車聯網海量數據，融合通信網絡大數據、個人用戶大數據以及智能汽車和智能交通數據，提供大數據分析及推廣服務，打造基于互聯網和汽車的大數據生態圈。

（4）運營商的產業角色

在傳統車聯網產業鏈中，服務用戶的不僅是車廠和4S店，還包括互聯網應用提供商、軟硬件提供商、汽車遠程服務提供商以及電信運營商，如圖3-3所示，其中直接服務于用戶的有4S店、汽車后裝設備提供商以及電信運營商，其他行業則是間接服務于用戶。未來產業鏈將呈現各行業交錯模式，資金的流動也呈現多向化、快速化的特點。

對電信運營商而言，車聯網產業格局處于變革期，運營商的角色也在發生變化。傳統運營商在車聯網產業中主要提供通信管道、維護網絡穩定與安全，以流量運營為主要營收點。隨著車聯網產業格局的變化，運營商也在探索新的服務角色，開始向搭建車聯網平臺、開展車聯網業務運營轉型，創造新的營收機會。目前的轉型探索主要有一下三種方式：

• （1）搭建車聯網業務運營平臺。例如：中國聯通提供汽車信息化服務支撐平臺（Telematics Service Support Platform,TSSP），提供豐富的車載信息服務；

• （2）基于網絡經驗為汽車廠商提供車聯網網絡解決方案。例如：Verizon利用4G網絡、云計算平臺，向汽車廠商等等提供全套網絡連接解決方案；

• （3）基于流量優勢進行車聯網相關的軟硬件捆綁銷售。例如：AT&T重點定位車聯網流量經營及車聯網軟硬件捆綁銷售。

圖3：車聯網產業鏈示意圖

2車聯網網絡演進

2.1車聯網技術路線

V2X技術演進路線如圖4所示。目前的車聯網網絡以LTE-V2X為主，包括U u口通信以及PC5口通信兩種方式，功能上滿足3GPP提出的27種應用場景（3GPPTR22.885），包括主動安全，交通效率和信息娛樂。而LTE-eV2X的目標是在保持與LTE-V2X兼容性條件下，進一步提升V2X直通模式的可靠性、數據速率和時延性能，以部分滿足更高級的V2X業務的需求。其相關技術主要針對PC5的增強，采用與LTE-V2X相同的資源池設計理念和相同的資源分配格式，因此可以與LTE-V2X用戶共存且不產生資源碰撞干擾影響。LTE-V2X中的增強技術主要包括載波聚合、高階調制、發送分集，以及低時延研究和資源池共享研究等。未來車聯網將是5G-V2X與LTE-eV2X多種技術共存的狀態，主要實現與自動駕駛相關的25種應用場景（3GPPTR22.886），包括編隊行駛、高級駕駛、傳感信息交互和遠程駕駛等。

圖4：V2X網絡演進

2.2車聯網關鍵技術

2.2.1C-V2X通信

2015年2月，3GPPSA1正式啟動了LTE-V2X業務需求研究項目，拉開了LTE-V2X技術在3GPP各小組的標準化序幕，并于2017年3月完成V2X第一階段標準的制定。

按C-V2X按業務模式可以分為以下4類，包括：

• V2N（vehicle-to-network）通信，包括動態地圖下載，自動駕駛相關線路規劃、遠程控制等；

• V2V（vehicle-to-vehicle）通信，包括核心防碰撞，避擁塞等安全類應用，V2V安全類應用不受限于網絡覆

• 蓋；

• V2P（vehicle-to-pedestrian）通信，車與人之間通信，主要用于行人安全；

• V2I（vehicle-to-infrastructure）通信，用于車與道路設施之間通信，提供或接受本地道路交通信息。

圖5：LTE-V2X的分類 

同時C-V2X根據接口的不同又可分為V2X-Direct和V2X-Cellular兩種通信方式，如圖3-5所示。V2X-Direct通過PC5接口，采用車聯網專用頻段（如5.9GHz），實現車車、車路、車人之間直接通信，時延較低，支持的移動速度較高，但需要有良好的資源配置及擁塞控制算法。V2X-Cellular則通過蜂窩網絡U u接口轉發，采用蜂窩網頻段（如1.8GHz）。具體的PC5口和U u口對比如表所示。

表1：基于Uu通信和基于PC5通信比對

2.2.2邊緣云

車聯網業務中有關駕駛安全類業務的主要特征是低時延、高可靠。在時延需求上，輔助駕駛要求20~100ms，而自動駕駛要求時延可低至3ms。邊緣云是在現有移動網絡中實現低時延業務的使能技術之一。

移動多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing，MEC）是在靠近人、物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在敏捷連接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。一般情況下針對車聯網場景，MEC系統有兩種構建方式，一種是在基站側利用若干臺通用服務器構建的邊緣云系統，完成流量本地卸載，及植入車聯網相關應

用。另一種是在基站內部提供一定的計算能力。邊緣云提供本地化的云服務，并可連接公有云或者其他網絡內部的私有云實現混合云服務。

邊緣云計算通過將本地云平臺下沉在基站側，可為移動終端提供低時延業務。如圖3-6所示，通過LTE蜂窩網絡和MEC車聯網平臺的本地計算，在緊急情況是下發警告等服務駕駛信息給車載OBU，相比現有網絡時延，車到車時延可降低至20ms以內，大幅度減少車主反應時間。此外，通過MEC車聯平臺還可實現路徑優化分析，行車與停車引導，安全輔助信息推送，和區域交通服務指引等。

圖6：基于MEC平臺實現車聯網應用

2.2.3網絡能力開放

運營商作為傳統的通信服務提供者，正在努力嘗試在新的產業合作中進行角色轉換，以增加新的利潤營收點，網絡能力開放便是其中的重要方式之一。5G網絡能力開放將具有更加豐富的內涵，除了4G網絡定義的網絡內部信息、QOS控制、網絡監控能力、網絡基礎服務能力等方面能力的對外開放外，網絡虛擬化、SDN技術、以及大數據分析能力的引入，也為5G網絡提供了更為豐富的可以開放的網絡能力，比如：網絡切片的編排管理能力等。

網絡能力的開放應結合具體業務場景，并綜合考慮第三方應用平臺在系統架構及業務邏輯方面的差異性，從而實現簡單友好的開放。此外，網絡能力開放必須具有足夠的靈活性，隨著網絡功能的進一步豐富，網絡能力可向第三方應用實現持續開放，而不必對第三方平臺及網絡系統自身進行復雜的改動。網絡能力開放主要包括：（1）網絡及用戶信息開放，（2）無線業務及網絡資源開放，（3）網絡計算資源開放。

運營商在新的產業模式下，實現網絡能力開放勢在必行，包含業務域，平臺域和網絡域，如圖7所示。

圖7：網絡能力開放的三域架構愿景圖

網絡域包含了運營商的BSS/OSS、MANO、網絡切片和網元實體、MEC、大數據分析平臺等網絡要素實體。其中，BSS/OSS和MANO能力的結合實現對網絡切片的統一編排管理，以及對平臺域的能力開放。網絡切片可支撐不同車聯網業務需求，在不同應用場景下實現不同的網絡配置。網元實體實現具體的網絡控制能力、監控能力、網絡信息以及網絡基本服務能力的開放。大數據分析平臺實現對網絡基礎數據的大數據分析，并將分析結果上報給平臺域進行對外開放。

其中，平臺域是實現網絡能力開放的大腦和核心，是連接網絡內部能力和外部業務需求的紐帶，也是真正實現網絡智能化的關鍵。車聯網系統中，平臺域不僅具有網絡管理能力，向下實現連接管理、終端管理，向上實現業務管理。允許第三方應用接入，實現車聯網業務虛擬運營管理，因此需要具備第三方業務的簽約管理，對業務域的API開放和計費功能，以及對網絡域的能力編排和能力調度功能。

業務域包含了車聯網所有可以和網絡有交互能力的個人和企業，可以是第三方業務提供商、虛擬運營商、終端用戶，或是運營商的自營業務等。業務域既可以向平臺域輸入網絡能力的需求信息，并接受平臺域提供的網絡能力，也可以向平臺域提供網絡域需求的能力信息，實現反向的能力開放。

2.2.4車聯網信息安全

作為低時延、高可靠通信的重要應用，車聯網的信息安全問題同樣受到重視。隨著車聯網應用范圍不斷擴大，那么安全攻擊也就相應增多。在車聯網“端—管—云”的基本網絡架構下，每一個環節都是信息安全的防護重點。車聯網產業鏈較長，涉及到終端設備、通信設備、以及云端管理和服務平臺，涉及的廠商有元器件供應商、設備生產商、整車廠商、軟硬件技術提供商、通信服務商、信息服務提供商等，包括控制安全、數據安全、功能安全等各個方面。車聯網安全防護環節眾多、網絡安全問題復雜，其中容易受到攻擊的部分主要包括：

端：信息娛樂系統、T-box、CAN網絡、鑰匙；手機、手表上的App；與CAN網絡連接的OBD設備等；

管：包括從車機、T-box到后臺的通訊，App到后臺的通訊等；其中V2X是車聯網通信的關鍵技術，對于不可信節點的檢測、隔離以及處罰都缺乏相應的機制；

云：TSP后臺所在的云端服務器等；

在解決車聯網網絡安全策略上，針對不同的部分采取不同的安全防護措施，如圖8所示：

車載智能終端：除了硬件采取加密措施，例如芯片防護、硬件加密外，開啟車聯網終端安全監測分析，加強對終端應用程序的應用加密、安全啟動等。

通信安全：加強訪問控制，實施分域管理，對網絡進行分域管理，將控制域與信息服務域進行隔離，對數據進行分域管理，降低攻擊風險；加強網絡切面的功能，網絡側進行異常流量檢測，提升車聯網網絡安全防護能力；加強身份認證及秘鑰管理，進行基于證書的私有通信加密。

云服務平臺：采用現有網絡技術進行安全加固，部署防火墻、入侵檢測系統等安全設備；建立車聯網用戶憑證管理系統，對車輛、移動終端、應用程序等進行身份驗證、加強秘鑰管理；對不同業務進行物理隔離，依照業務的安全級別采用不同級別的安全防護措施；對數據進行加密處理，同時建立數據共享、集中管理的核心憑條，對威脅情報及不安全因素進行系統共享。

圖8：車聯網信息安全防護措施

2.2.5高精度定位

位置信息為實現車聯網業務的提供重要參考，位置信息越準確，車聯網業務可靠性越高。因此，高精度定位研究是實現車聯網業務的關鍵技術之一。

在室外場景下，常用的定位技術包括GPS、北斗、輔助GPS(Assisted GPS,A-GPS)以及基于無線通信蜂窩網絡的定位，如小區ID技術（Cell-ID），增強型小區ID技術（Enhance Cell ID,ECID）。其中北斗導航定位系統是我國擁有獨立知識產權的衛星定位系統，目標是形成完善的國家衛星導航應用產業支撐、推廣和保障體系，推動衛星導航在國民經濟社會各行業的廣泛應用。而定位技術在室內場景下的更為復雜，為滿足室內定位性能要求，近年來國內外學者及科研機構研究利用WLAN、射頻識（Radio Frequency Identification,RFID）、超寬帶（Ultra Wide Band,UWB）、藍牙等無線網絡來實現室內移動終端的定位技術，其定位精度可達米級，而采用UWB技術甚至可達厘米級精度。

圖9：無線定位系統示意圖

無線定位系統主要由兩部分組成，如圖9所示，包括信息提取和位置計算。各部分功能如下：

信息提取：可用于定位的對象包括無線信號（例如GPS、北斗、WiFi、蜂窩網等）、傳感器（例如加速器、陀螺儀等）以及地圖信息等，而不同的對象提取出的定位信息參數也各不相同。對于無線信號，收發機之間距離信息需要通過估計兩者無線信道鏈路的參數信息來獲取，該參數包括接收信號強度（Received Signal Strength,RSS）、到達時間（Time of Arrival,TOA）、到達時間差（Time Difference of Arrival,TDOA）、到達角（Angle of Arrival,AOA）等。實際接收的無線信號受非視距傳輸及多徑效應、陰影效應的影響，因而即使精確估計信道參數信息，也難以獲取準確的收發機之間的直線距離。傳感器獲得的是定位目標的運動方向、步長等信息。地圖信息通常通過繪制高精地圖，獲得向量化參數，用來對定位目標進行約束或優化。上述參數是進行下一步位置估計的前提。

位置計算：定位算法是整個定位系統性能的關鍵性影響因素，一方面要求定位算法有較好的精準度；另一方面又要求定位系統有較低的復雜度和時延。精準度與復雜度之間的平衡，是定位系統開發考慮的重要因素。根據提取參數的不同，采用的定位算法也各不相同。例如根據無線信號提取的參數，可以采用非線性方程組算法、最優化算法或圖樣匹配算法，而采用傳感器信息和地圖信息則可采用位置跟蹤算法，包括粒子濾波、路徑約束等。另外，在高精度定位系統中，通常采用多源信息融合的混合定位算法。

3車聯網網絡部署

3.1車聯網網絡部署方案

基于LTE-V2X的車聯網網絡架構如圖3-10所示，是在蜂窩網架構基礎上進行的增強和改進，其中涉及的關鍵網元及其功能如下：

圖10：車聯網網絡架構

V2X應用服務器：核心網側邏輯單元，完成對UE數據的接收和處理，以及對廣播信息的配置與發送。同時是運營商間異網互通的接口。

V2X控制單元：核心網側的邏輯控制單元，為V2X通信提供參數。

LTE-V基站：無線側實體單元，實現U u口通信的數據轉發，在PC5口通信的mode3下實現資源分配，在mode4下修改預配置信息。

路側單元（RSU）：終端實體單元，分為終端型RSU和基站型RSU，均可以實現V2X數據的發送和接收。

車載終端：終端實體單元，實現V2X數據的發送與接收，在PC5通信mode4模式下實現資源選擇的功能。

MEC服務器：提供基于U u口的低時延業務，對V2X的數據進行本地化處理。在交叉路口場景（車速引導、交通燈控制等業務場景），考慮到基站機房資源受限等因素，可在就近的基站/RSU集成MEC功能，進行本地數據采集和邊緣計算；在工業/企業園區等場景，可考慮在就近的站點機房/綜合接入局房部署MEC邊緣服務器，對園區內的車輛進行實時監控和調度；在高速公路等道路沿線，考慮到廣覆蓋等因素，MEC邊緣服務器需分布式部署在公路沿線，但現階段，受限于切換場景下MEC移動性管理及資源遷移方案尚不成熟，該場景可在5G網絡商用部署之后（連續性覆蓋高速公路等道路沿線），隨著UPF核心網用戶面網關下沉進行推廣使用，同步的，計費、QoS等問題也可隨之解決。

3.2車聯網網絡建設思路

車聯網是智慧城市和智能交通的重要組成部分，聯通車聯網將以實際技術發展為依據，打造多維的立體化網絡，為車聯網業務的多樣化提供支持與服務，聚焦重點區域進行部署，加快推進LTE-V技術成熟，并探索與5G-V2X的平滑對接的發展道路。

初步部署方案及時間表如圖3-11所示，整體上可分為四個階段：

• 第一個階段（2017-2018）以建設開放實驗室為主，廣泛開展產業交流與合作，進行車聯網試驗基地建設以及典型場景業務演示；

• 第二階段（2019）對LTE-V2X進行組網驗證，同時對基于LTE-V2X的輔助駕駛業務進行預商用部署，包括主動安全、交通效率及信息娛樂類業務；

• 第三階段（2020-2021）實現輔助駕駛業務的規模推廣，同時開展基于5G-V2X車聯網業務的試點部署，為實現自動駕駛打下基礎；

• 第四階段（2022-）開展5G-V2X自動駕駛試驗及試點推廣。

圖11：車聯網建設推進時間表 

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