C - V2X ： 汽车 5G 之路

C-V2X:THE 走向 汽车5G CONTENTS 执行摘要4 C-V2X技术的兴起与发展6 C-V2X网络体系结构9 第2天+使用案例：要求和挑战10 Conclusion12 执行摘要 汽车行业向自动驾驶和联网车辆的稳定发展为车辆的未来提供了非常有希望的前景。这种发展 得到了行业强大技术进步的支持，尤其是CellularV2X（VehicletoEverything）技术。车辆自动化扩展的关键贡献者C-V2X，如图1所示 车辆，路边单位和行人之间的通信线路，使车辆更加了解其周围环境，并交换时间敏感和安全关键信息。 C-V2X规避了自动驾驶能力，并通过提供非视线360°感知来补充现有的视线（LOS）传感器（LiDaR，雷达和摄像头）能力。这将车辆的“视野”扩展到更远的距离，甚至包括盲目转弯和低能见度的天气条件。业界应该利用这项技术来提供未来的智能移动解决方案。 本白皮书面向基于V2X的系统的开发人员，包括AutoTier1/OEM、通信服务提供商以及智能手机和智能设备制造商。它涵盖了C-V2X支持高级用例的演变、相关挑战以及Capgemini提供的解决方案。讨论了用例概述和支持这些用例的要求。 5 图1：V-2-X生态系统（来源：5GAA） 4生物药物革命 当今的V2X应用集中于基于静态和动态车辆状态的第1天应用。静态信息 是指车辆的物理方面，例如其长度和宽度，而动态状态是指变化的参数，例如速度和加速度。这些应用中的大多数需要在1-10Hz频率和50-100ms的端端延迟范围内发送周期性消息。to. 满足高级用例的需求，避免碰撞等第1天用例将向第2天以上用例发展，例 如协作式自动驾驶应用程序，这些应用程序可以共享检测到的物体上的信息或 执行协作操纵，具有高可靠性，低延迟和高吞吐量要求，如图4a和4b. 图3：通信接口（来源：Qualcomm） 图4：第1天和第2天使用案例（来源：Autotalks.com） C-V2X技术的兴起与发展 当今的汽车系统使用高级驾驶员辅助系统（ADAS）来增强车辆的安全性。ADAS技术利用视觉/摄像头系统，传感器技术和汽车数据网络来提供更安全的驾驶体验。 随着新技术的出现，这些系统正在迅速改进，但它们仍然受到传感器范围的限制，并且可能因恶劣天气或建筑物等障碍物而退化。车辆对车辆(V2V)、车辆对基础设施(V2I)和车辆对行人(V2P)技术，统称为V2X，克服了当今ADAS系统面临的局限性，并将成为智能交通系统(ITS)的基础。 V2X技术已从基于802.11p的DSRC（专用短程通信）发展到基于3GPP标准的C-V2X，该演进旨在满足高级用例的需求，如图2. C-V2X是3GPP定义的V2X技术（版本14）的总称，提供基于未经许可的ITS5.9GHz频段的设备到设备PC5通信（见图3），并利用现有的 基于4G/5G技术的蜂窝基础设施。可以通过PC5或蜂窝网络基础设施进行C-V2X通信，如图35G连接还支持超低延迟(URLLC)应用。与5G的融合称为5GC-V2X。 图2：高级安全用例（来源：Qualcomm） 6生物药物革命7 一辆车最多可以生产 100GB 一个月的数据， 这需要高带宽通信和存储/计算能力。 C-V2X网络 体系结构 以下是C-V2X架构的关键组件，如图5所示： 1.V2X的事情：具有V2X/V2N功能的设备，如车辆、行人、交通灯等。C-V2X支持用于V2V/V2I/V2P应用的PC5和用于V2N应用 的Uu/NR接口。 2.服务提供商网络组件托管在蜂窝基础设施的访问和核心网络中，如图5所示： •C-V2XRSU:V2X设备作为独立设备位于蜂窝基础设施上或位于MEC上。支持PC5和Uu/NR接口 •MEC:具有CPU和GPU功能的边缘计算平台，可托管RSU ，计算机视觉和4G/5GRAN应用程序等多个应用程序，以实现低延迟应用程序 3.第三方服务提供商启用要开发的一组丰富的应用程序： •OEM数据中心：存储车辆数据以进行分析和洞察。它托管在公共或私有云平台上 •基础设施服务：提供与基础设施应用相关的服务，如交通管理中心(TMC)或应急响应(ER) •云平台：用于存储和处理车辆数据的公共或私有云平台 •SCMS服务器:用于V2X安全的PKI服务 •第三方应用：这些包括地图、车队管理等，并托管在云平台上 C-V2X是远程信息处理和ADAS系统的关键技术，包括车载单元（OBU ）和路边单元（RSU）以及相关的4G/5G 蜂窝网络基础设施，需要支持各种用例的QoS要求（数据速率、延迟和可靠性）。基于设备和基于网络的边缘计算平台支持多种汽车应用，例如，V2V和V2I成为边缘计算和5G技术快速增长的用例。迄今为止，最大的瓶颈是将数据从车辆传输到外部服务器和云平台。一辆汽车在一个月的时间内可以产生高达100GB的数据，这需要高带宽通信和存储/计算能力。为了启用V2X协议，公司因此需要在整个汽车生态系统中安装基于边缘的设备。 •A基于设备的边缘计算平台也称为电子座舱平台，可以根据处理从车内网络启用的不同传感器、摄像头和无线网络实时接收到的本地 • • V2X控制功能：规定V2X设备和相关服务 V2X应用程序服务器：将数据推送到V2X设备的网关。可以位 于MEC上，适用于HD地图更新等应用程序，以减少网络延 迟 图5：C-V2X网络体系结构（来源：凯捷工程） 数据做出决策。这种功能通过避免事故、减少交通拥堵和帮助被困司机，改善了乘客的整体驾驶体验，并提高了安全性。 •A基于网络的移动边缘计算(MEC)是5G网络不可或缺的一部分，可实现低延迟V2X应用，其中5G频谱在3-300GHz范围内运行，数据速 率高达20Gbps，频谱效率为30bps/Hz，移动性高达500m/h，U平面延迟为0.5ms，C平面延迟为10ms。它涵盖了各种车辆应用，包括语音，数据，视频通话，OTT（UHD视频），视频聊天和V2X。基于网络的MEC提供。 实时驾驶服务，利用高清实时地图，实时交通监控和警报，以及提供更丰富的乘客体验。MEC应用可以在部署在5G/LTE基站的MEC服务器上运行。这些功能提供了路边功能，以支持车辆合作驾驶的能力，了解道路危险，并在驾驶员之间提供更好的用户体验和更大的信任。 和乘客。 8生物药物革命9 第2天+使用案例：要求和挑战 3GPP版本15/16定义了增强的V2X服务要求，以支持以下V2XDay2+用例： •车辆排队:这使得车辆能够动态地形成一起行驶的群组。队列中的所有车辆从领先车辆接收周期性数据,以维持队列操作。 该信息允许车辆之间的距离的显著减小,其中转换为时间的间隙的大小可以低至亚秒。 •高级驾驶：这实现了半自动或全自动驾驶。假定车辆之间的距离较长 。每个车辆和/或RSU与其附近的车辆共享从其本地传感器获得的数据,从而允许那些车辆协调其轨迹或操纵。此外,每个车辆与其附近的车辆共享其驾驶意图。此用例组的好处是行驶更安全、避免碰撞和提高交通效率。 这个用例组的好处是 更安全的旅行，避免碰撞， 提高交通效率。 •扩展传感器：这些功能可在车辆、RSU、行人设备和V2X应用服 务器之间交换通过本地传感器收集的原始或处理数据或实时视频数据 。它们增强了 对车辆环境的感知超出了它自己的传感器可以检测到的范围，并提供了对当地情况的更全面的看法。 •远程驾驶:这使远程驾驶员或V2X应用程序能够为那些无法自行驾驶或驾驶的乘客操作远程车辆 位于危险的环境中。在像公共交通一样变化有限且路线可预测的情况下，可以使用基于云计算的驾驶。此外，该用例组可以考虑访问基于云的后端服务平台。 The表1下面总结了Day2+应用程序的延迟和可靠性要求 表1：来源（3GPP版本15/版本16） 11 图6：第1天和第2天+用例（来源：C2CC） 10生物药物革命 如所示图7，需要分层架构来实现这些用例。 •访问层:C-V2XPC5将向3GPPRel16中定义的新无线电(NR)PC5发展。NRPC5建立在3GPPRel15中标准化的5GNR之上。NRPC5将为Gnb覆盖和覆盖外场景内的直接通信提供选项。它将支持单播、组播和广播通信机制 •设施层: º增强当前标准以支持集体感知而不是合作意识。信息将在车辆的当前环境中而不是在其当前状态中广播 º扩展现有消息集以支持特定用例，如长期道路工程警告(LWW)和协同自适应巡航控制(CACC)等。 º加强拥塞控制管理 •安全层:向3GPP定义的基于安全反射功能(SRF)的架构演进(定义下) 图7：分层架构（来源：Capgemini） 挑战: 1.C-V2X和NRV2X不能向后兼容。因此，车辆应配备具有有效共存机制的C-V2X和NRV2X无线电 2.支持第1天和第2天使用案例的V2X服务的向后兼容性 3.需要V2X堆栈增强和性能调优，以支持Day2+用例的延迟和可靠性 凯捷C-V2X解决方案概述 CapgeminiC-V2X软件框架可实现更快 上市时间和汽车和电信应用的快速发展。软件堆栈可以驻留在OBU上 /RSU/行人设备或边缘计算节点，以开发创新的V2X应用程序。该堆栈符合区域标准，可互操作，并预先移植到基于C-V2X技术的行业领先平台上。 我们的智能RSU架构基于凯捷的边缘计算平台ENSCONCE，结合了C-V2X、计算机视觉和5G功能，用于智能城市/智能交叉口应用。 可以使用ENSCONCE实现的扩展传感器用例包括交叉路口移动辅助（IMA），弱势道路用户（VRU），高清地图传感器共享等等。 12生物药物革命13 Conclusion Capgemini为C-V2X市场提供端到端OBU/RSU/VRU和边缘平台解决方案。与其他可用解决方案相比，该组合解决方案的功能在市场上无与伦比， 是关键的差异化因素。 AutoTier1、OEM和智能设备制造商使用V2X堆栈来实现V2V/V2I/V2P应用。自动级堆栈在业界领先的平台上针对性能和可靠性进行了优化，并将支持Day2+应用，因为标准向5GC-V2X发展，如图8所示。 智能RSU在ENSCONCE边缘计算平台上为通信服务提供商、智慧城市开发商和基础设施提供商提供集成的5GRAN、计算机视觉和V2XRSU解决方案 。这为行业为市场开发创新和功能丰富的边缘解决方案提供了路径。 凯捷在蜂窝通信领域拥有超过25年的经验，从传统3G到当前一代的4G/5G解决方案。随着行业向汽车5GC-V2X发展，C-V2X和边缘计算能力补充了这些功能。这些现成可用的解决方案可显著降低拥有成本和上市时间，并提供全球交付模式，实现成本优化和及时交付。 RaghuramanBHEEMARAO 作者 产品线经理-汽车软件框架解决方案 RaghuramanBHEEMARAO，是汽车软件框架解决方案的产品线经理。他拥有20多年的行业经验，在凯捷工作了17 年以上 他的职责包括V2X产品活动、路线图、售前、产品开发和合作伙伴关系。V2X的经验包括DSRC/C-V2X技术、V2V/V2I/V2P用例、协议层和硅平台。 15 14生物药物革命 关于凯捷工程 CapgeminiEngineering在工程和研发服务方面处于世界领先地位，将其广泛的行业知识和数字和软件方面的尖端技术相结合，以支持物理世界和数字世界的融合。再加上 集团其他成员的能力，它帮助客户加速他们的智能产业之旅。凯捷工程公司在30多个国家拥有超过55,000名工程师和科学家团队成员，涉及航空、航天、国防、海军、汽车、铁路、基础设施和运输 、能源、公用事业和化学品、生命科学、通信、半导体和电子、工业和消费、软件和互联网等领域。 凯捷工程是凯捷集团不可或缺的一部分，凯捷集团是全球领导者，与公司合作，通过利用技术的力量来转变和管理他们的业务。该集团每天都遵循其宗旨，即通过技术释放人类能源，实现包容性和可持续的未来。它是一个负责任的多元化组织，在50多个国家拥有