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高新興科技集團(tuán)股份有限公司倪泓鑫，吳冬升

1　引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車與車路協(xié)同已經(jīng)成為全球核心戰(zhàn)略，我國(guó)也將智能網(wǎng)聯(lián)汽車提升到國(guó)家戰(zhàn)略的高度，從戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)路徑和體系建設(shè)等多個(gè)層面出臺(tái)政策引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。國(guó)家發(fā)改委、工信部、交通運(yùn)輸部、公安部、國(guó)標(biāo)委等多個(gè)部門聯(lián)合編制和頒發(fā)了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》《車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》等一系列頂層設(shè)計(jì)文件，將構(gòu)建自主可控的智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)創(chuàng)新體系、先進(jìn)完備的智能網(wǎng)聯(lián)汽車路網(wǎng)設(shè)施體系、全面高效的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息安全體系等作為國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)。邊緣計(jì)算作為智慧交通與智能網(wǎng)聯(lián)的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點(diǎn)之一，具有低時(shí)延、高算力等特點(diǎn)，支持實(shí)現(xiàn)全天候全時(shí)空全維度的信息感知，能夠有效解決傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施存在的感知數(shù)據(jù)單一、置信度較低等問(wèn)題，從而支撐輔助駕駛、自動(dòng)駕駛以及交通管控、城市管理等應(yīng)用場(chǎng)景。

邊緣計(jì)算在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域存在三大技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：邊緣計(jì)算與V2X通信融合發(fā)展、邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)協(xié)同應(yīng)用、邊緣計(jì)算與5G-A一體化拓展。

2　邊緣計(jì)算與V2X通信融合發(fā)展

2.1 邊緣計(jì)算與V2X通信融合一體化設(shè)計(jì)

邊緣計(jì)算、路側(cè)V2X（Vehicle to Everything，V2X）通信單元是智慧交通與智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)中的重要組成部分，其中傳統(tǒng)路側(cè)通信單元主要實(shí)現(xiàn)V2X通信，承擔(dān)路與車、路與云間的通信和數(shù)據(jù)交互；傳統(tǒng)路側(cè)邊緣計(jì)算負(fù)責(zé)感知計(jì)算和融合、實(shí)時(shí)感知交通態(tài)勢(shì)及V2X業(yè)務(wù)計(jì)算。這兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備共同承擔(dān)了智能網(wǎng)聯(lián)路側(cè)系統(tǒng)的重要角色，但分離式的方案也存在成本高、連接不方便、算力資源浪費(fèi)等問(wèn)題。并且，隨著車路協(xié)同應(yīng)用的深入，路側(cè)不再局限于給車輛提供道路感知信息，還要為車輛駕駛提供決策和控制服務(wù)，通信中要有計(jì)算，計(jì)算中要有通信。

因此，實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算與V2X通信融合是車聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)趨勢(shì)之一，其一體化設(shè)計(jì)要求主要包括以下三點(diǎn)：其一是硬件高可靠性與可維護(hù)性。邊緣計(jì)算直接部署在路側(cè)環(huán)境需面臨惡劣的環(huán)境條件，如高溫、低溫、濕度變化等，因此需要考慮到硬件的耐用性和可靠性，并同時(shí)滿足通信計(jì)算一體化的需求。其二是數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)能力。路側(cè)V2X通信單元生成和接收大量數(shù)據(jù)，包括車輛位置、速度、行駛方向等信息，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)需要具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力來(lái)處理這些信息。邊緣計(jì)算與V2X通信融合后需實(shí)時(shí)處理這些數(shù)據(jù)并臨時(shí)存儲(chǔ)，以支持后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和挖掘。因此，一體化設(shè)計(jì)需要包括高性能的計(jì)算硬件和足夠的存儲(chǔ)空間，以及高效的數(shù)據(jù)處理算法。其三是低延遲通信。對(duì)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車和V2X通信而言，低延遲是確保行車安全的關(guān)鍵。邊緣計(jì)算與V2X通信融合后減少了車路云系統(tǒng)中不同設(shè)備的傳輸鏈路，顯著降低了數(shù)據(jù)在路側(cè)系統(tǒng)側(cè)傳輸過(guò)程中的延遲。

2.2 邊緣計(jì)算與V2X通信融合在車路云一體化架構(gòu)中的應(yīng)用

車路云一體化指的是通過(guò)新一代信息與通信技術(shù)將人、車、路、云的物理空間、信息空間融合為一體，基于系統(tǒng)協(xié)同感知、決策與控制，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車交通系統(tǒng)安全、節(jié)能、舒適及高效運(yùn)行的信息物理系統(tǒng)^[1]。邊緣計(jì)算與V2X通信融合使得車路云一體化架構(gòu)的算力資源更加靈活且可動(dòng)態(tài)分配。在高算力需求情況下，如交通高峰時(shí)段或突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整算力資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬分配，優(yōu)先保障關(guān)鍵任務(wù)的執(zhí)行，如緊急車輛的導(dǎo)航和事故信息的快速傳播。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整確保了系統(tǒng)的高效運(yùn)行和快速響應(yīng)能力。

邊緣計(jì)算與V2X通信融合為實(shí)現(xiàn)多級(jí)決策支持提供了技術(shù)基礎(chǔ)。分層決策機(jī)制使得系統(tǒng)既能快速響應(yīng)實(shí)時(shí)事件，又能進(jìn)行長(zhǎng)期規(guī)劃和優(yōu)化，其主要分為兩方面：一方面，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并執(zhí)行快速?zèng)Q策，如交通流控制和事故預(yù)防措施等。另一方面，云端可以利用其更強(qiáng)大的計(jì)算能力進(jìn)行復(fù)雜的分析任務(wù)，如交通模式預(yù)測(cè)和路網(wǎng)優(yōu)化策略等。

此外，邊緣計(jì)算與V2X通信融合在一體化設(shè)備中處理數(shù)據(jù)，可降低感知數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延和隱私數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)，并且通過(guò)采用加密通信、匿名化處理和訪問(wèn)控制策略，系統(tǒng)可以進(jìn)一步保護(hù)數(shù)據(jù)安全和用戶隱私。邊緣計(jì)算通過(guò)V2X通信融合與云端服務(wù)器可形成算力網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合多元化的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)算力資源的感知與度量、集中與分布協(xié)同控制、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合部署優(yōu)化等，以提供算力服務(wù)的方式助力車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的快速部署與高效運(yùn)行。

3　邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)協(xié)同應(yīng)用

3.1　邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)

邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的負(fù)載均衡和資源優(yōu)化，根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)要求實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)的高效處理，因此也對(duì)整個(gè)系統(tǒng)提出了更多要求。其一是接口標(biāo)準(zhǔn)化與協(xié)議一致性，為了實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)之間的無(wú)縫協(xié)同，需要確保雙方采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和協(xié)議。這包括數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議以及安全標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，以保證數(shù)據(jù)可以在邊緣節(jié)點(diǎn)和云平臺(tái)之間自由流動(dòng)，且不會(huì)因格式不匹配或協(xié)議差異導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或延遲。其二是實(shí)時(shí)性與同步機(jī)制，邊緣計(jì)算需實(shí)時(shí)處理來(lái)自車輛和路側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將重要信息及時(shí)上報(bào)給云控平臺(tái)，同時(shí)接收來(lái)自云端的策略更新和指令。這要求系統(tǒng)具備快速的數(shù)據(jù)處理能力和低延遲的通信機(jī)制，以及確保數(shù)據(jù)一致性和時(shí)序正確性的同步策略。其三是動(dòng)態(tài)資源管理，云控平臺(tái)和邊緣計(jì)算均可動(dòng)態(tài)地調(diào)整資源分配，包括算力資源、存儲(chǔ)資源以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的動(dòng)態(tài)管理，以應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景下的需求變化。

3.2　邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)協(xié)同的應(yīng)用分析

邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)的協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理與決策，同時(shí)通過(guò)云端的轉(zhuǎn)發(fā)使得車輛和路側(cè)設(shè)施能夠在數(shù)據(jù)生成地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，大幅減少了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間并提高了決策速度。邊緣計(jì)算只負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)的處理，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)后傳輸給云控平臺(tái)，云控平臺(tái)結(jié)合車路云一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行需消耗高算力的業(yè)務(wù)計(jì)算，得出更完善且全面的決策數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給其他邊緣側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用。

邊緣計(jì)算與云控平臺(tái)的協(xié)同應(yīng)用主要滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車、交通管控部門的業(yè)務(wù)需求，包括增強(qiáng)行車安全類應(yīng)用、提升行車效率類應(yīng)用、節(jié)能類應(yīng)用、提升交通運(yùn)行性能類應(yīng)用、車輛與交通大數(shù)據(jù)相關(guān)應(yīng)用等。根據(jù)T/CSAE 53-2020、T/CSAE 157-2020等應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)定義，業(yè)務(wù)應(yīng)用需要邊緣計(jì)算及云控平臺(tái)協(xié)同分析，主要分為幾類。其中如協(xié)作式變道、協(xié)作式車輛匯入、協(xié)作式交叉路口通行、動(dòng)態(tài)車道管理、協(xié)作式優(yōu)先車輛通行等業(yè)務(wù)應(yīng)用需要邊緣計(jì)算進(jìn)行決策計(jì)算，并將決策結(jié)果提供給云控平臺(tái)，如基于路側(cè)輔助的交叉路口碰撞、基于路側(cè)輔助的左轉(zhuǎn)輔助等業(yè)務(wù)應(yīng)用需要邊緣計(jì)算提供路側(cè)數(shù)據(jù)，云控平臺(tái)結(jié)合車端數(shù)據(jù)進(jìn)行決策計(jì)算。

4　邊緣計(jì)算與5G-A一體化拓展

4.1　提高帶寬與網(wǎng)絡(luò)性能

2021年4月27日，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃）在第46次PCG（Project Cooperation Group，項(xiàng)目合作組）會(huì)議上正式將5G演進(jìn)的名稱確定為5G-Advanced（5G-A），標(biāo)志著全球5G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展進(jìn)入新階段。在5G-A網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步深入車聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用之后，邊緣計(jì)算和5G-A在車聯(lián)網(wǎng)的一體化拓展方案將提供高品質(zhì)算網(wǎng)協(xié)同的移動(dòng)聯(lián)接及數(shù)據(jù)處理能力。邊緣計(jì)算與5G-A一體化拓展具體有三個(gè)特點(diǎn)：提高帶寬與網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)切片與應(yīng)用協(xié)同、通感算一體化。

5G-A為邊緣計(jì)算提供了前所未有的高帶寬和低延遲網(wǎng)絡(luò)連接，這對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和傳輸至關(guān)重要。在車聯(lián)網(wǎng)全息路口的應(yīng)用中，大量來(lái)自攝像頭、傳感器和車輛的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)處理和分析，5G-A的高帶寬確保了數(shù)據(jù)可以快速?gòu)倪吘売?jì)算上傳至云端，且超低的延遲可以保證實(shí)時(shí)決策和響應(yīng)能力。

4.2　網(wǎng)絡(luò)切片與應(yīng)用協(xié)同

網(wǎng)絡(luò)切片是提供特定網(wǎng)絡(luò)能力的、端到端的邏輯專用網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片的幾個(gè)特性，可以將網(wǎng)絡(luò)切片擴(kuò)展理解為：在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建端到端、按需定制和隔離的邏輯網(wǎng)絡(luò)，提供不同的功能、性能、成本、連接關(guān)系的組合，支持獨(dú)立運(yùn)維，為不同的業(yè)務(wù)和用戶群提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

5G-A的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)允許為不同的服務(wù)和應(yīng)用創(chuàng)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)片段，每個(gè)片段都有自己的帶寬和延遲特性。因此，5G-A可以為邊緣計(jì)算的關(guān)鍵應(yīng)用任務(wù)分配高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)資源，如緊急車輛通行優(yōu)先、協(xié)作式變道、自動(dòng)駕駛實(shí)時(shí)引導(dǎo)等。其通過(guò)提供更智能的網(wǎng)絡(luò)資源和更可靠的安全隔離，實(shí)現(xiàn)各類車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的極致性能和較好的用戶體驗(yàn)。

4.3　實(shí)現(xiàn)通感算一體化

通感算一體化是指網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具備物理空間和數(shù)字空間感知、泛在智能通信與計(jì)算能力。具備通感算一體的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各網(wǎng)元設(shè)備通過(guò)通感算軟硬件資源的協(xié)同與共享，實(shí)現(xiàn)多維感知、協(xié)作通信、智能計(jì)算功能的深度融合、互惠增強(qiáng)，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)具備新型閉環(huán)信息流智能交互與處理及廣域智能協(xié)作的能力，為5G-A、6G的智慧城市、智慧交通、智能家居等典型應(yīng)用場(chǎng)景提供了支持^[2]。

5G-A的通感融合共生可結(jié)合邊緣計(jì)算進(jìn)行一體化空口和硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)5G-A及感知、決策和控制等功能于一體，滿足道路監(jiān)管、自動(dòng)駕駛、高清地圖構(gòu)建等業(yè)務(wù)。

5　結(jié)束語(yǔ)

邊緣計(jì)算作為車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中不可或缺的組成部分，具有高可靠、低時(shí)延等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同自動(dòng)駕駛、賦能低碳高效出行的核心設(shè)備。當(dāng)前我國(guó)處于新能源汽車與交通產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵時(shí)期，邊緣計(jì)算作為重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施之一，需在V2X通信、異構(gòu)計(jì)算、5G-A及應(yīng)用場(chǎng)景深度融合等方面持續(xù)創(chuàng)新引領(lǐng)，提高我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，助力建設(shè)汽車與交通強(qiáng)國(guó)，滿足人們對(duì)于安全出行、高效出行以及綠色出行的美好愿望。

作者簡(jiǎn)介：

倪泓鑫（1995-），男，現(xiàn)任廣州高新興網(wǎng)聯(lián)科技有限公司產(chǎn)品規(guī)劃部經(jīng)理，主要從事車路協(xié)同產(chǎn)品規(guī)劃、邊緣計(jì)算等方面的研究。

吳冬升（1975-），男，博士，現(xiàn)任高新興科技集團(tuán)股份有限公司高級(jí)副總裁，國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心（高新興）副主任，主要從事5G、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等方面的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì).智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展年度研究報(bào)告[R].2022.

[2]陳山枝.蜂窩車聯(lián)網(wǎng)(C-V2X)及其賦能智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的辯思與建議[J].電信科學(xué),2022.

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年第二期暨《邊緣計(jì)算2024專輯》