1   “雙智發(fā)展”城市試點(diǎn)和車(chē)路協(xié)同應用

2020年11月，  住房和城鄉建設部辦公廳、工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)通知，決定組織開(kāi)展智慧城市基礎設施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)協(xié)同發(fā)展（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：雙智發(fā)展）試點(diǎn)工作，要求試點(diǎn)城市以加強智慧城市基礎設施建設、實(shí)現不同等級智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)在特定場(chǎng)景下的示范應用為目標，堅持需求引領(lǐng)、市場(chǎng)主導、政府引導、循序建設、車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國目前確定兩批共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(cháng)沙和無(wú)錫；第二批為重慶、深圳、廈門(mén)、南京、濟南、成都、合肥、滄州、蕪湖和淄博。

車(chē)路協(xié)同是傳統汽車(chē)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(chē)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(lái)智慧化的好處。首先，提升行駛安全：通過(guò)C-V2X車(chē)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(shí)時(shí)狀況進(jìn)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(chē)進(jìn)行提前告警，為車(chē)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(guò)C-V2X增強交通感知能力，實(shí)現交通系統網(wǎng)聯(lián)化、智能化，構建智慧交通體系，通過(guò)動(dòng)態(tài)調配路網(wǎng)資源，實(shí)現擁堵提醒、優(yōu)化路線(xiàn)誘導，為城市大運量公共運輸工具及特殊車(chē)輛提供優(yōu)先通行權限，提升城市交通運行效率，進(jìn)一步提高交通管理效率，特別是區域化協(xié)同管控的能力。第三，提供出行服務(wù)是C-V2X應用的重要組成部分，是全面提升政府監管、企業(yè)運營(yíng)、人民出行水平的手段。C-V2X信息服務(wù)類(lèi)典型應用包括突發(fā)惡劣天氣預警、車(chē)內電子標牌等。最后，支持實(shí)現自動(dòng)駕駛：通過(guò)本地信息收集、分析和決策，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)提供碰撞預警、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(chē)輛適應各種特殊道路條件的成本，加速自動(dòng)駕駛汽車(chē)落地。

2  智慧城市車(chē)路協(xié)同系統和邊緣計算

 目前“雙智發(fā)展”城市車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)試點(diǎn)中實(shí)現的V2X場(chǎng)景基本為團標一階段[1] ，如表1所示；團標二階段[2] 的V2X場(chǎng)景以及其他各類(lèi)場(chǎng)景也在陸續部署、建設、測試及完善過(guò)程中，如表2所示。

表1 團標一階段及基礎V2X場(chǎng)景建設

表 2 團標二階段多車(chē)協(xié)同V2X場(chǎng)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(lèi)傳感器）和路側通信單元（Road Side Unit，RSU）組成的車(chē)路協(xié)同路側系統是完成車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)的核心子系統。

路側邊緣計算平臺實(shí)時(shí)獲取路側感知設備的數據進(jìn)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(lèi)、追蹤和軌跡拼接等功能，還能夠對車(chē)輛進(jìn)行車(chē)牌識別、運動(dòng)屬性預測等，為路側交通參與者提供準確的數據服務(wù)。大部分車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)都是在路側完成業(yè)務(wù)本地閉環(huán)，路側感知設備實(shí)現路況的全天候、全要素、全方向的數據采集，路側邊緣計算系統完成路面發(fā)生的各類(lèi)交通事件的融合感知分析，分析結果通過(guò)路側RSU直接發(fā)送給路上行駛的車(chē)輛和相關(guān)的交通參與者，如圖1所示。

圖1 路側系統

路側邊緣計算平臺在實(shí)時(shí)完成車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)的本地計算后，得到的結構化數據結果，除了實(shí)時(shí)地通過(guò)RSU傳輸給車(chē)輛，也同時(shí)傳輸給區域計算平臺。區域計算平臺一般部署有V2X Server，處理各MEC匯總上來(lái)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；區域計算平臺有實(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)市級云中心，匯總包括車(chē)路協(xié)同內的各種業(yè)務(wù)系統，對外和對內提供信息服務(wù)，包括車(chē)路協(xié)同系統收集到的道路實(shí)時(shí)信息。有些車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)信息通過(guò)運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給車(chē)和交通參與人員，即UU口模式；這些信息是市級中心云通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)傳輸給運營(yíng)商的5G系統。

智慧城市車(chē)路協(xié)同的計算系統一般由路側邊緣計算平臺、區域計算平臺和市級中心云三級計算系統組成。區域計算平臺可能是1~2個(gè)行政區建一個(gè)。

3  智慧城市車(chē)路協(xié)同系統的網(wǎng)絡(luò )架構和方案

 智慧城市車(chē)路協(xié)同系統的網(wǎng)絡(luò )架構主要分為匯聚網(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(chē)路協(xié)同系統的網(wǎng)絡(luò )架構

匯聚網(wǎng)把區域計算中心和市級業(yè)務(wù)管理平臺互聯(lián)起來(lái)，通過(guò)接入網(wǎng)把路側設備和市級業(yè)務(wù)管理平臺互聯(lián)，完成車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)信息的匯總、備份和設備的統一網(wǎng)管，支持多個(gè)車(chē)路協(xié)同區域計算中心的匯聚組網(wǎng)。其中單個(gè)車(chē)路協(xié)同區域計算中心負責區域內V2X業(yè)務(wù)和信息的實(shí)時(shí)處理，車(chē)路協(xié)同市級計算中心負責全局交通數據匯聚、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(chē)路協(xié)同區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(dòng)態(tài)交通情報板、路側氣象感知站等，邊緣計算可通過(guò)對路側設備輸出的原始數據信息進(jìn)行融合判斷，提取結構化道路及目標物狀態(tài)信息，實(shí)現數據的分析、處理，以支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)多樣應用；很多車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)在路側網(wǎng)絡(luò )完成業(yè)務(wù)流程，對網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性和帶寬要求高。接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )架構會(huì )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(gè)網(wǎng)絡(luò )部分：接入路側網(wǎng)絡(luò )和（區域計算中心）接入回傳網(wǎng)絡(luò )。在MEC和區域計算中心部署在一起的場(chǎng)景里，接入路側網(wǎng)絡(luò )和接入回傳網(wǎng)絡(luò )是融合在一起，通信延遲對齊接入路側網(wǎng)絡(luò )的延遲要求。

如圖3所示，接入路側網(wǎng)絡(luò )負責路側攝像機、雷達、邊緣計算等設備間通信，很多車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)在路側網(wǎng)絡(luò )完成業(yè)務(wù)流程，對網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性要求高；以路側邊緣計算為核心的接入路側網(wǎng)絡(luò )是車(chē)路協(xié)同網(wǎng)絡(luò )的基礎，路口場(chǎng)景是智慧城市車(chē)路協(xié)同的核心場(chǎng)景。

圖3 接入路側網(wǎng)絡(luò )架構

一個(gè)大型路口的車(chē)路協(xié)同網(wǎng)絡(luò )方案案例，如圖4所示。在路口的每個(gè)路段側樹(shù)立桿站，按車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)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(luò )，匯聚路由器同時(shí)連接路側邊緣計算平臺，將感知設備收集到的信息數據實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)地通過(guò)RSU發(fā)送給在路口的車(chē)輛和交通參與者。

圖4 路口場(chǎng)景車(chē)路協(xié)同系統的接入路側網(wǎng)絡(luò )方案案例

接入路側網(wǎng)絡(luò )采用環(huán)型，一是為了節約光纖資源，二是防止單次斷纖故障以提供網(wǎng)絡(luò )的可靠性。接入路側網(wǎng)絡(luò )一般采用GE環(huán)網(wǎng)，配置環(huán)網(wǎng)保護機制，出現斷纖故障或某個(gè)桿上交換機故障時(shí)，在50ms內完成保護倒換，保障車(chē)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 )負責區域計算中心和所管轄的路側邊緣計算平臺間的通信，同時(shí)和接入路側網(wǎng)絡(luò )一起，負責區域計算中心和路側設備間的通信。接入回傳網(wǎng)有實(shí)時(shí)通信要求，但沒(méi)有接入路側網(wǎng)絡(luò )要求高。

圖5 接入回傳網(wǎng)絡(luò )架構

接入回傳網(wǎng)的構建方案主要有兩類(lèi)模式：光纖自建模型和租運營(yíng)商專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )構建模式。

車(chē)路協(xié)同系統的業(yè)主可以用自有光纖或租賃光纖來(lái)構建一個(gè)覆蓋所有街道的車(chē)路協(xié)同城域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )架構和構建模式與運營(yíng)商5G承載網(wǎng)類(lèi)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域計算中心的核心路由器連接。在區域計算中心和匯聚路由器環(huán)間，當地理距離遠時(shí)，可以通過(guò)長(cháng)距光纖或增加一至兩層匯聚環(huán)網(wǎng)來(lái)連接，如圖6所示。自建模型的好處是運營(yíng)成本低和運維系統簡(jiǎn)明。 如果車(chē)路協(xié)同系統是全區域覆蓋建設，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(chē)路協(xié)同系統的業(yè)主可以租用運營(yíng)商的專(zhuān)線(xiàn)，把各路口的匯聚路由器和區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(huì )租兩個(gè)不同物理路徑的專(zhuān)線(xiàn)來(lái)連接路口和區域計算中心。運營(yíng)商專(zhuān)線(xiàn)有多種選擇，當前主要有L2 VPN專(zhuān)線(xiàn)、OTN專(zhuān)線(xiàn)和5G專(zhuān)線(xiàn)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(guān)單位和做路口數字孿生和大數據分析等。

圖7 租專(zhuān)線(xiàn)建接入回傳網(wǎng)模式

4  結束語(yǔ)

智慧城市和智慧交通是國家新基建的重要內容，車(chē)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(chē)路協(xié)同的計算系統一般由路側邊緣計算平臺、區域計算平臺和市級中心云三級計算系統組成。由路側邊緣計算平臺、路側感知設備和RSU組成的車(chē)路協(xié)同路側系統是完成車(chē)路協(xié)同業(yè)務(wù)的核心子系統。路側邊緣計算平臺實(shí)時(shí)獲取路側感知設備的數據進(jìn)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(gè)基于智慧城市車(chē)路協(xié)同三層計算平臺的網(wǎng)絡(luò )體系架構，包括匯聚網(wǎng)絡(luò )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(chǎng)景接入路側網(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(chē)路協(xié)同系統的基礎設施——“信息高速公路”；車(chē)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雜的業(yè)務(wù)之一，還在不斷發(fā)展演進(jìn)完善中；因此車(chē)路協(xié)同網(wǎng)絡(luò )需要頂層規劃來(lái)滿(mǎn)足車(chē)路協(xié)同系統的不斷演進(jìn)的業(yè)務(wù)需求。需要交通行業(yè)專(zhuān)家和網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)家一起努力來(lái)推動(dòng)車(chē)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 )特設組是由邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ECC）的邊緣計算網(wǎng)絡(luò )基礎架構工作組（ECNI）和IMT-2020（5G）推進(jìn)組蜂窩車(chē)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(chē)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(zhuān)家和網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)家，在智慧交通的3大場(chǎng)景（高速，城市和封閉園區）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)和測試分析，輸出研究報告和規范文檔，為業(yè)界提供經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證的落地方案。

作者簡(jiǎn)介：

宋   軍  （1969-）  ，  男，   江蘇南京人，  博士，  現任邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟邊緣計算網(wǎng)絡(luò )基礎設施（ECNI）聯(lián)執主席，智慧交通網(wǎng)絡(luò )特設組聯(lián)執主席，華為公司數通產(chǎn)品線(xiàn)資深架構師，研究方向為運營(yíng)商IP網(wǎng)絡(luò )、5G MEC網(wǎng)絡(luò )、智慧交通（車(chē)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：

[1] T/CSAE 53-2020. 合作式智能運輸系統車(chē)用通信系統應用層及應用數據交互標準(第一階段) [S].

[2] T/CSAE 157-2020. 合作式智能運輸系統車(chē)用通信系統應用層及應用數據交互標準(第二階段) [S].

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年2月刊