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1   “雙智發(fā)展”城市試點和車路協(xié)同應用

2020年11月，  住房和城鄉(xiāng)建設部辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)通知，決定組織開展智慧城市基礎設施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展（以下簡稱：雙智發(fā)展）試點工作，要求試點城市以加強智慧城市基礎設施建設、實現(xiàn)不同等級智能網(wǎng)聯(lián)汽車在特定場景下的示范應用為目標，堅持需求引領、市場主導、政府引導、循序建設、車路協(xié)同的原則，不斷提升城市基礎設施智能化水平，加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國目前確定兩批共16個“雙智發(fā)展”試點城市。第一批為北京、上海、廣州、武漢、長沙和無錫；第二批為重慶、深圳、廈門、南京、濟南、成都、合肥、滄州、蕪湖和淄博。

車路協(xié)同是傳統(tǒng)汽車行業(yè)、交通行業(yè)與信息通信行業(yè)加速融合發(fā)展的產(chǎn)物。車路協(xié)同業(yè)務的部署能很大程度地提升城市道路的智慧化，給各方面帶來智慧化的好處。首先，提升行駛安全：通過C-V2X車載終端設備及智能路側設備的多源感知融合，對道路環(huán)境實時狀況進行感知、分析和決策，在可能發(fā)生危險或碰撞的情況下，智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行提前告警，為車輛出行提供更可靠、安全、實時的環(huán)境信息，從而減少交通事故或降低交通致傷亡率。其次，提高交通效率：通過C-V2X增強交通感知能力，實現(xiàn)交通系統(tǒng)網(wǎng)聯(lián)化、智能化，構建智慧交通體系，通過動態(tài)調(diào)配路網(wǎng)資源，實現(xiàn)擁堵提醒、優(yōu)化路線誘導，為城市大運量公共運輸工具及特殊車輛提供優(yōu)先通行權限，提升城市交通運行效率，進一步提高交通管理效率，特別是區(qū)域化協(xié)同管控的能力。第三，提供出行服務是C-V2X應用的重要組成部分，是全面提升政府監(jiān)管、企業(yè)運營、人民出行水平的手段。C-V2X信息服務類典型應用包括突發(fā)惡劣天氣預警、車內(nèi)電子標牌等。最后，支持實現(xiàn)自動駕駛：通過本地信息收集、分析和決策，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供碰撞預警、駕駛輔助、信息提醒等服務，為自動駕駛提供輔助決策能力，提升自動駕駛的安全性，并降低車輛適應各種特殊道路條件的成本，加速自動駕駛汽車落地。

2  智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)和邊緣計算

 目前“雙智發(fā)展”城市車路協(xié)同業(yè)務試點中實現(xiàn)的V2X場景基本為團標一階段[1] ，如表1所示；團標二階段[2] 的V2X場景以及其他各類場景也在陸續(xù)部署、建設、測試及完善過程中，如表2所示。

表1 團標一階段及基礎V2X場景建設

表 2 團標二階段多車協(xié)同V2X場景建設

由路側邊緣計算平臺、路側感知設備（攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、各類傳感器）和路側通信單元（Road Side Unit，RSU）組成的車路協(xié)同路側系統(tǒng)是完成車路協(xié)同業(yè)務的核心子系統(tǒng)。

路側邊緣計算平臺實時獲取路側感知設備的數(shù)據(jù)進行融合計算，以高性能計算能力提供更高精度和更可靠的融合感知結果和交通事件，完成目標的識別、分類、追蹤和軌跡拼接等功能，還能夠對車輛進行車牌識別、運動屬性預測等，為路側交通參與者提供準確的數(shù)據(jù)服務。大部分車路協(xié)同業(yè)務都是在路側完成業(yè)務本地閉環(huán)，路側感知設備實現(xiàn)路況的全天候、全要素、全方向的數(shù)據(jù)采集，路側邊緣計算系統(tǒng)完成路面發(fā)生的各類交通事件的融合感知分析，分析結果通過路側RSU直接發(fā)送給路上行駛的車輛和相關的交通參與者，如圖1所示。

圖1 路側系統(tǒng)

路側邊緣計算平臺在實時完成車路協(xié)同業(yè)務的本地計算后，得到的結構化數(shù)據(jù)結果，除了實時地通過RSU傳輸給車輛，也同時傳輸給區(qū)域計算平臺。區(qū)域計算平臺一般部署有V2X Server，處理各MEC匯總上來的信息，完成一些交通事件的遠程發(fā)送，比如突發(fā)事故事件的擴散廣播；區(qū)域計算平臺有實時信息處理和實時通信的需求。

智慧城市一般都會有一個市級云中心，匯總包括車路協(xié)同內(nèi)的各種業(yè)務系統(tǒng)，對外和對內(nèi)提供信息服務，包括車路協(xié)同系統(tǒng)收集到的道路實時信息。有些車路協(xié)同業(yè)務信息通過運營商網(wǎng)絡發(fā)送給車和交通參與人員，即UU口模式；這些信息是市級中心云通過專線傳輸給運營商的5G系統(tǒng)。

智慧城市車路協(xié)同的計算系統(tǒng)一般由路側邊緣計算平臺、區(qū)域計算平臺和市級中心云三級計算系統(tǒng)組成。區(qū)域計算平臺可能是1~2個行政區(qū)建一個。

3  智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構和方案

 智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構主要分為匯聚網(wǎng)絡和接入網(wǎng)絡兩大部分，如圖2所示。

圖2 智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構

匯聚網(wǎng)把區(qū)域計算中心和市級業(yè)務管理平臺互聯(lián)起來，通過接入網(wǎng)把路側設備和市級業(yè)務管理平臺互聯(lián)，完成車路協(xié)同業(yè)務信息的匯總、備份和設備的統(tǒng)一網(wǎng)管，支持多個車路協(xié)同區(qū)域計算中心的匯聚組網(wǎng)。其中單個車路協(xié)同區(qū)域計算中心負責區(qū)域內(nèi)V2X業(yè)務和信息的實時處理，車路協(xié)同市級計算中心負責全局交通數(shù)據(jù)匯聚、管理、分析，以及全局的策略管理和配置下發(fā)。

接入網(wǎng)負責路側設備、路側邊緣計算平臺的組網(wǎng)，以及與車路協(xié)同區(qū)域計算中心的信息交互。其中，路側設備包括RSU、智能化路側感知設備、動態(tài)交通情報板、路側氣象感知站等，邊緣計算可通過對路側設備輸出的原始數(shù)據(jù)信息進行融合判斷，提取結構化道路及目標物狀態(tài)信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理，以支持車聯(lián)網(wǎng)多樣應用；很多車路協(xié)同業(yè)務在路側網(wǎng)絡完成業(yè)務流程，對網(wǎng)絡實時性和帶寬要求高。接入網(wǎng)的網(wǎng)絡架構會有多種模式，以支持邊緣計算全分布或相對集中等多種部署方式。

接入網(wǎng)可以細分為兩個網(wǎng)絡部分：接入路側網(wǎng)絡和（區(qū)域計算中心）接入回傳網(wǎng)絡。在MEC和區(qū)域計算中心部署在一起的場景里，接入路側網(wǎng)絡和接入回傳網(wǎng)絡是融合在一起，通信延遲對齊接入路側網(wǎng)絡的延遲要求。

如圖3所示，接入路側網(wǎng)絡負責路側攝像機、雷達、邊緣計算等設備間通信，很多車路協(xié)同業(yè)務在路側網(wǎng)絡完成業(yè)務流程，對網(wǎng)絡實時性要求高；以路側邊緣計算為核心的接入路側網(wǎng)絡是車路協(xié)同網(wǎng)絡的基礎，路口場景是智慧城市車路協(xié)同的核心場景。

圖3 接入路側網(wǎng)絡架構

一個大型路口的車路協(xié)同網(wǎng)絡方案案例，如圖4所示。在路口的每個路段側樹立桿站，按車路協(xié)同業(yè)務需求部署感知設備（攝像頭，雷達等）和RSU等，這些桿上設備都連接到桿上交換機；所有桿上交換機和匯聚路由器組建環(huán)型的接入路側網(wǎng)絡，匯聚路由器同時連接路側邊緣計算平臺，將感知設備收集到的信息數(shù)據(jù)實時傳輸給邊緣計算做融合感知和AI分析，并將邊緣計算輸出的結果實時地通過RSU發(fā)送給在路口的車輛和交通參與者。

圖4 路口場景車路協(xié)同系統(tǒng)的接入路側網(wǎng)絡方案案例

接入路側網(wǎng)絡采用環(huán)型，一是為了節(jié)約光纖資源，二是防止單次斷纖故障以提供網(wǎng)絡的可靠性。接入路側網(wǎng)絡一般采用GE環(huán)網(wǎng)，配置環(huán)網(wǎng)保護機制，出現(xiàn)斷纖故障或某個桿上交換機故障時，在50ms內(nèi)完成保護倒換，保障車路協(xié)同業(yè)務不受影響。

如圖5所示，接入回傳網(wǎng)絡負責區(qū)域計算中心和所管轄的路側邊緣計算平臺間的通信，同時和接入路側網(wǎng)絡一起，負責區(qū)域計算中心和路側設備間的通信。接入回傳網(wǎng)有實時通信要求，但沒有接入路側網(wǎng)絡要求高。

圖5 接入回傳網(wǎng)絡架構

接入回傳網(wǎng)的構建方案主要有兩類模式：光纖自建模型和租運營商專線網(wǎng)絡構建模式。

車路協(xié)同系統(tǒng)的業(yè)主可以用自有光纖或租賃光纖來構建一個覆蓋所有街道的車路協(xié)同城域網(wǎng)，網(wǎng)絡架構和構建模式與運營商5G承載網(wǎng)類似。將多個路口的匯聚路由器環(huán)形組網(wǎng)，一般組10G環(huán)網(wǎng)，在環(huán)中選擇兩相鄰的匯聚路由器和區(qū)域計算中心的核心路由器連接。在區(qū)域計算中心和匯聚路由器環(huán)間，當?shù)乩砭嚯x遠時，可以通過長距光纖或增加一至兩層匯聚環(huán)網(wǎng)來連接，如圖6所示。自建模型的好處是運營成本低和運維系統(tǒng)簡明。 如果車路協(xié)同系統(tǒng)是全區(qū)域覆蓋建設，自建模式是一個比較好的選擇。

圖6  自建接入回傳網(wǎng)模式舉例

如圖7所示，車路協(xié)同系統(tǒng)的業(yè)主可以租用運營商的專線，把各路口的匯聚路由器和區(qū)域計算中心的核心路由器互聯(lián)，為了保證可靠性，經(jīng)常會租兩個不同物理路徑的專線來連接路口和區(qū)域計算中心。運營商專線有多種選擇，當前主要有L2 VPN專線、OTN專線和5G專線等，帶寬一般要求是1Gbps，因為很多項目都要求把視頻和雷達信息回傳備份，提供給相關單位和做路口數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)分析等。

圖7 租專線建接入回傳網(wǎng)模式

4  結束語

智慧城市和智慧交通是國家新基建的重要內(nèi)容，車路協(xié)同業(yè)務是智慧城市中智慧交通的核心業(yè)務。

智慧城市車路協(xié)同的計算系統(tǒng)一般由路側邊緣計算平臺、區(qū)域計算平臺和市級中心云三級計算系統(tǒng)組成。由路側邊緣計算平臺、路側感知設備和RSU組成的車路協(xié)同路側系統(tǒng)是完成車路協(xié)同業(yè)務的核心子系統(tǒng)。路側邊緣計算平臺實時獲取路側感知設備的數(shù)據(jù)進行融合計算，以高性能計算能力提供更高精度和更可靠的融合感知結果和交通事件。

本文介紹了一個基于智慧城市車路協(xié)同三層計算平臺的網(wǎng)絡體系架構，包括匯聚網(wǎng)絡和接入網(wǎng)兩部分；描述了以路側邊緣計算為核心的路口場景接入路側網(wǎng)絡方案和接入回傳網(wǎng)絡方案的兩種建網(wǎng)模式。

網(wǎng)絡是車路協(xié)同系統(tǒng)的基礎設施——“信息高速公路”；車路協(xié)同業(yè)務是一個新興的高科技業(yè)務，也是智慧城市中最復雜的業(yè)務之一，還在不斷發(fā)展演進完善中；因此車路協(xié)同網(wǎng)絡需要頂層規(guī)劃來滿足車路協(xié)同系統(tǒng)的不斷演進的業(yè)務需求。需要交通行業(yè)專家和網(wǎng)絡專家一起努力來推動車路協(xié)同網(wǎng)絡的研究探索和方案落地。

智慧交通網(wǎng)絡特設組是由邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）的邊緣計算網(wǎng)絡基礎架構工作組（ECNI）和IMT-2020（5G）推進組蜂窩車聯(lián)（C-V2X）  工作組在2021年4月聯(lián)合發(fā)起成立的產(chǎn)業(yè)工作組。作為業(yè)界唯一的聚焦智慧交通（車路協(xié)同）網(wǎng)絡方案的產(chǎn)業(yè)組織，聚合交通行業(yè)專家和網(wǎng)絡專家，在智慧交通的3大場景（高速，城市和封閉園區(qū)）同時推動網(wǎng)絡需求和方案的研究、網(wǎng)絡方案試點和測試分析，輸出研究報告和規(guī)范文檔，為業(yè)界提供經(jīng)過實踐驗證的落地方案。

作者簡介：

宋   軍  （1969-）  ，  男，   江蘇南京人，  博士，  現(xiàn)任邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟邊緣計算網(wǎng)絡基礎設施（ECNI）聯(lián)執(zhí)主席，智慧交通網(wǎng)絡特設組聯(lián)執(zhí)主席，華為公司數(shù)通產(chǎn)品線資深架構師，研究方向為運營商IP網(wǎng)絡、5G MEC網(wǎng)絡、智慧交通（車路協(xié)同）網(wǎng)絡、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IP和光網(wǎng)絡融合、固移融合通信等。

參考文獻：

[1] T/CSAE 53-2020. 合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準(第一階段) [S].

[2] T/CSAE 157-2020. 合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準(第二階段) [S].

摘自《自動化博覽》2022年2月刊