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1   “雙智發(fā)展”城市試點(diǎn)和車路協(xié)同應(yīng)用

2020年11月，  住房和城鄉(xiāng)建設(shè)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(chǔ)設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車協(xié)同發(fā)展（以下簡(jiǎn)稱：雙智發(fā)展）試點(diǎn)工作，要求試點(diǎn)城市以加強(qiáng)智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)汽車在特定場(chǎng)景下的示范應(yīng)用為目標(biāo)，堅(jiān)持需求引領(lǐng)、市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)、循序建設(shè)、車路協(xié)同的原則，不斷提升城市基礎(chǔ)設(shè)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(guó)目前確定兩批共16個(gè)“雙智發(fā)展”試點(diǎn)城市。第一批為北京、上海、廣州、武漢、長(zhǎng)沙和無(wú)錫；第二批為重慶、深圳、廈門、南京、濟(jì)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(wù)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(shè)備及智能路側(cè)設(shè)備的多源感知融合，對(duì)道路環(huán)境實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行感知、分析和決策，在可能發(fā)生危險(xiǎn)或碰撞的情況下，智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)行提前告警，為車輛出行提供更可靠、安全、實(shí)時(shí)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(qiáng)交通感知能力，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)網(wǎng)聯(lián)化、智能化，構(gòu)建智慧交通體系，通過動(dòng)態(tài)調(diào)配路網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)擁堵提醒、優(yōu)化路線誘導(dǎo)，為城市大運(yùn)量公共運(yùn)輸工具及特殊車輛提供優(yōu)先通行權(quán)限，提升城市交通運(yùn)行效率，進(jìn)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(wù)是C-V2X應(yīng)用的重要組成部分，是全面提升政府監(jiān)管、企業(yè)運(yùn)營(yíng)、人民出行水平的手段。C-V2X信息服務(wù)類典型應(yīng)用包括突發(fā)惡劣天氣預(yù)警、車內(nèi)電子標(biāo)牌等。最后，支持實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(yù)警、駕駛輔助、信息提醒等服務(wù)，為自動(dòng)駕駛提供輔助決策能力，提升自動(dòng)駕駛的安全性，并降低車輛適應(yīng)各種特殊道路條件的成本，加速自動(dòng)駕駛汽車落地。

2  智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)和邊緣計(jì)算

 目前“雙智發(fā)展”城市車路協(xié)同業(yè)務(wù)試點(diǎn)中實(shí)現(xiàn)的V2X場(chǎng)景基本為團(tuán)標(biāo)一階段[1] ，如表1所示；團(tuán)標(biāo)二階段[2] 的V2X場(chǎng)景以及其他各類場(chǎng)景也在陸續(xù)部署、建設(shè)、測(cè)試及完善過程中，如表2所示。

表1 團(tuán)標(biāo)一階段及基礎(chǔ)V2X場(chǎng)景建設(shè)

表 2 團(tuán)標(biāo)二階段多車協(xié)同V2X場(chǎng)景建設(shè)

由路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)、路側(cè)感知設(shè)備（攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、各類傳感器）和路側(cè)通信單元（Road Side Unit，RSU）組成的車路協(xié)同路側(cè)系統(tǒng)是完成車路協(xié)同業(yè)務(wù)的核心子系統(tǒng)。

路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取路側(cè)感知設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，以高性能計(jì)算能力提供更高精度和更可靠的融合感知結(jié)果和交通事件，完成目標(biāo)的識(shí)別、分類、追蹤和軌跡拼接等功能，還能夠?qū)囕v進(jìn)行車牌識(shí)別、運(yùn)動(dòng)屬性預(yù)測(cè)等，為路側(cè)交通參與者提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)服務(wù)。大部分車路協(xié)同業(yè)務(wù)都是在路側(cè)完成業(yè)務(wù)本地閉環(huán)，路側(cè)感知設(shè)備實(shí)現(xiàn)路況的全天候、全要素、全方向的數(shù)據(jù)采集，路側(cè)邊緣計(jì)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(jié)果通過路側(cè)RSU直接發(fā)送給路上行駛的車輛和相關(guān)的交通參與者，如圖1所示。

圖1 路側(cè)系統(tǒng)

路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)在實(shí)時(shí)完成車路協(xié)同業(yè)務(wù)的本地計(jì)算后，得到的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)果，除了實(shí)時(shí)地通過RSU傳輸給車輛，也同時(shí)傳輸給區(qū)域計(jì)算平臺(tái)。區(qū)域計(jì)算平臺(tái)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(yuǎn)程發(fā)送，比如突發(fā)事故事件的擴(kuò)散廣播；區(qū)域計(jì)算平臺(tái)有實(shí)時(shí)信息處理和實(shí)時(shí)通信的需求。

智慧城市一般都會(huì)有一個(gè)市級(jí)云中心，匯總包括車路協(xié)同內(nèi)的各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對(duì)外和對(duì)內(nèi)提供信息服務(wù)，包括車路協(xié)同系統(tǒng)收集到的道路實(shí)時(shí)信息。有些車路協(xié)同業(yè)務(wù)信息通過運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車和交通參與人員，即UU口模式；這些信息是市級(jí)中心云通過專線傳輸給運(yùn)營(yíng)商的5G系統(tǒng)。

智慧城市車路協(xié)同的計(jì)算系統(tǒng)一般由路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)、區(qū)域計(jì)算平臺(tái)和市級(jí)中心云三級(jí)計(jì)算系統(tǒng)組成。區(qū)域計(jì)算平臺(tái)可能是1~2個(gè)行政區(qū)建一個(gè)。

3  智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和方案

 智慧城市車路協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為匯聚網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)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(luò)架構(gòu)

匯聚網(wǎng)把區(qū)域計(jì)算中心和市級(jí)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)互聯(lián)起來，通過接入網(wǎng)把路側(cè)設(shè)備和市級(jí)業(yè)務(wù)管理平臺(tái)互聯(lián)，完成車路協(xié)同業(yè)務(wù)信息的匯總、備份和設(shè)備的統(tǒng)一網(wǎng)管，支持多個(gè)車路協(xié)同區(qū)域計(jì)算中心的匯聚組網(wǎng)。其中單個(gè)車路協(xié)同區(qū)域計(jì)算中心負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)V2X業(yè)務(wù)和信息的實(shí)時(shí)處理，車路協(xié)同市級(jí)計(jì)算中心負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)路側(cè)設(shè)備、路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)的組網(wǎng)，以及與車路協(xié)同區(qū)域計(jì)算中心的信息交互。其中，路側(cè)設(shè)備包括RSU、智能化路側(cè)感知設(shè)備、動(dòng)態(tài)交通情報(bào)板、路側(cè)氣象感知站等，邊緣計(jì)算可通過對(duì)路側(cè)設(shè)備輸出的原始數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合判斷，提取結(jié)構(gòu)化道路及目標(biāo)物狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理，以支持車聯(lián)網(wǎng)多樣應(yīng)用；很多車路協(xié)同業(yè)務(wù)在路側(cè)網(wǎng)絡(luò)完成業(yè)務(wù)流程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性和帶寬要求高。接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)有多種模式，以支持邊緣計(jì)算全分布或相對(duì)集中等多種部署方式。

接入網(wǎng)可以細(xì)分為兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)部分：接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)和（區(qū)域計(jì)算中心）接入回傳網(wǎng)絡(luò)。在MEC和區(qū)域計(jì)算中心部署在一起的場(chǎng)景里，接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)和接入回傳網(wǎng)絡(luò)是融合在一起，通信延遲對(duì)齊接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)的延遲要求。

如圖3所示，接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)路側(cè)攝像機(jī)、雷達(dá)、邊緣計(jì)算等設(shè)備間通信，很多車路協(xié)同業(yè)務(wù)在路側(cè)網(wǎng)絡(luò)完成業(yè)務(wù)流程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性要求高；以路側(cè)邊緣計(jì)算為核心的接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)是車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，路口場(chǎng)景是智慧城市車路協(xié)同的核心場(chǎng)景。

圖3 接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

一個(gè)大型路口的車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)方案案例，如圖4所示。在路口的每個(gè)路段側(cè)樹立桿站，按車路協(xié)同業(yè)務(wù)需求部署感知設(shè)備（攝像頭，雷達(dá)等）和RSU等，這些桿上設(shè)備都連接到桿上交換機(jī)；所有桿上交換機(jī)和匯聚路由器組建環(huán)型的接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)，匯聚路由器同時(shí)連接路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)，將感知設(shè)備收集到的信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給邊緣計(jì)算做融合感知和AI分析，并將邊緣計(jì)算輸出的結(jié)果實(shí)時(shí)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(chǎng)景車路協(xié)同系統(tǒng)的接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)方案案例

接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)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(luò)的可靠性。接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)一般采用GE環(huán)網(wǎng)，配置環(huán)網(wǎng)保護(hù)機(jī)制，出現(xiàn)斷纖故障或某個(gè)桿上交換機(jī)故障時(shí)，在50ms內(nèi)完成保護(hù)倒換，保障車路協(xié)同業(yè)務(wù)不受影響。

如圖5所示，接入回傳網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)區(qū)域計(jì)算中心和所管轄的路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)間的通信，同時(shí)和接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)一起，負(fù)責(zé)區(qū)域計(jì)算中心和路側(cè)設(shè)備間的通信。接入回傳網(wǎng)有實(shí)時(shí)通信要求，但沒有接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)要求高。

圖5 接入回傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

接入回傳網(wǎng)的構(gòu)建方案主要有兩類模式：光纖自建模型和租運(yùn)營(yíng)商專線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(gòu)建一個(gè)覆蓋所有街道的車路協(xié)同城域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和構(gòu)建模式與運(yùn)營(yíng)商5G承載網(wǎng)類似。將多個(gè)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(jì)算中心的核心路由器連接。在區(qū)域計(jì)算中心和匯聚路由器環(huán)間，當(dāng)?shù)乩砭嚯x遠(yuǎn)時(shí)，可以通過長(zhǎng)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(yùn)營(yíng)成本低和運(yùn)維系統(tǒng)簡(jiǎn)明。 如果車路協(xié)同系統(tǒng)是全區(qū)域覆蓋建設(shè)，自建模式是一個(gè)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(yùn)營(yíng)商的專線，把各路口的匯聚路由器和區(qū)域計(jì)算中心的核心路由器互聯(lián)，為了保證可靠性，經(jīng)常會(huì)租兩個(gè)不同物理路徑的專線來連接路口和區(qū)域計(jì)算中心。運(yùn)營(yíng)商專線有多種選擇，當(dāng)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?yàn)楹芏囗?xiàng)目都要求把視頻和雷達(dá)信息回傳備份，提供給相關(guān)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(jié)束語(yǔ)

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

智慧城市車路協(xié)同的計(jì)算系統(tǒng)一般由路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)、區(qū)域計(jì)算平臺(tái)和市級(jí)中心云三級(jí)計(jì)算系統(tǒng)組成。由路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)、路側(cè)感知設(shè)備和RSU組成的車路協(xié)同路側(cè)系統(tǒng)是完成車路協(xié)同業(yè)務(wù)的核心子系統(tǒng)。路側(cè)邊緣計(jì)算平臺(tái)實(shí)時(shí)獲取路側(cè)感知設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合計(jì)算，以高性能計(jì)算能力提供更高精度和更可靠的融合感知結(jié)果和交通事件。

本文介紹了一個(gè)基于智慧城市車路協(xié)同三層計(jì)算平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，包括匯聚網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)兩部分；描述了以路側(cè)邊緣計(jì)算為核心的路口場(chǎng)景接入路側(cè)網(wǎng)絡(luò)方案和接入回傳網(wǎng)絡(luò)方案的兩種建網(wǎng)模式。

網(wǎng)絡(luò)是車路協(xié)同系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施——“信息高速公路”；車路協(xié)同業(yè)務(wù)是一個(gè)新興的高科技業(yè)務(wù)，也是智慧城市中最復(fù)雜的業(yè)務(wù)之一，還在不斷發(fā)展演進(jìn)完善中；因此車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)需要頂層規(guī)劃來滿足車路協(xié)同系統(tǒng)的不斷演進(jìn)的業(yè)務(wù)需求。需要交通行業(yè)專家和網(wǎng)絡(luò)專家一起努力來推動(dòng)車路協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的研究探索和方案落地。

智慧交通網(wǎng)絡(luò)特設(shè)組是由邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）的邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)工作組（ECNI）和IMT-2020（5G）推進(jìn)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(luò)方案的產(chǎn)業(yè)組織，聚合交通行業(yè)專家和網(wǎng)絡(luò)專家，在智慧交通的3大場(chǎng)景（高速，城市和封閉園區(qū)）同時(shí)推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)需求和方案的研究、網(wǎng)絡(luò)方案試點(diǎn)和測(cè)試分析，輸出研究報(bào)告和規(guī)范文檔，為業(yè)界提供經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的落地方案。

作者簡(jiǎn)介：

宋   軍  （1969-）  ，  男，   江蘇南京人，  博士，  現(xiàn)任邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（ECNI）聯(lián)執(zhí)主席，智慧交通網(wǎng)絡(luò)特設(shè)組聯(lián)執(zhí)主席，華為公司數(shù)通產(chǎn)品線資深架構(gòu)師，研究方向?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商IP網(wǎng)絡(luò)、5G MEC網(wǎng)絡(luò)、智慧交通（車路協(xié)同）網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IP和光網(wǎng)絡(luò)融合、固移融合通信等。

參考文獻(xiàn)：

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

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年2月刊