一、前言

2017年9月18日，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟攜手重慶長安汽車、通用汽車、清華大學(xué)等單位發(fā)布了我國第一部V2X應(yīng)用層團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)：《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) T/CSAE?53-2017》，該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布填補(bǔ)了我國V2X應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)的空白。

2020年12月31日，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟聯(lián)合星云互聯(lián)、重慶長安汽車、通用汽車等單位對2017年的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了完善，推出《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）T/CSAE 53－2020》（以下簡稱DAY1）標(biāo)準(zhǔn)代替了T/CSAE 53－2017標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟也聯(lián)同星云互聯(lián)科技、電信科學(xué)技術(shù)研究院、華為技術(shù)有限公司等單位推出了V2X第二階段標(biāo)準(zhǔn)：《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）》（以下簡稱DAY2標(biāo)準(zhǔn)），在第一階段標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)之上豐富了應(yīng)用層場景。

北匯信息作為蜂窩車聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2019年進(jìn)入C-V2X市場后，深耕C-V2X測試領(lǐng)域，已為數(shù)十家企業(yè)交付了成套的C-V2X測試臺(tái)架及測試服務(wù)，包括國內(nèi)多家汽車整車廠、零部件企業(yè)以及檢測機(jī)構(gòu)。

1.1在DAY1標(biāo)準(zhǔn)中對合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)進(jìn)行了描述

合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)，旨在通過智能運(yùn)輸系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)道路安全、通行效率、信息服務(wù)等各類應(yīng)用。為此，不同廠商車輛之間，以及這些車輛與其所能到達(dá)的區(qū)域范圍內(nèi)的道路基礎(chǔ)設(shè)施之間，必須實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

以車用通訊系統(tǒng)中的車載單元（OBUOn-Board Unit）為例，車載設(shè)備通常包括了如下圖所示的子系統(tǒng)：

圖1合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)車載設(shè)備構(gòu)成示意圖

• 無線電通信子系統(tǒng)：接收和發(fā)送空中信號。一個(gè)車載設(shè)備里可以裝配一個(gè)或者多個(gè)無線電通信子系統(tǒng)；
• 定位系統(tǒng)：該子系統(tǒng)通常包含全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS, Global Navigation Satellite System）接收器，用以提供車輛的位置、方向、速度和時(shí)間等信息。該子系統(tǒng)可以通過車速信號、慣性測量單元、差分定位系統(tǒng)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)定位；
• 車載設(shè)備處理單元：運(yùn)行程序以生成需要發(fā)送的空中信號，以及處理接收的空中信號；
• 天線：實(shí)現(xiàn)射頻信號的接收和發(fā)送。

車載設(shè)備通過接口與應(yīng)用電子控制單元相連，在應(yīng)用電子控制單元中運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)車用通信系統(tǒng)的應(yīng)用，并通過人機(jī)交互界面（HMI, Human Machine Interface）來實(shí)現(xiàn)對駕駛員的提醒，包括圖像、聲音、振動(dòng)等方式。

1.2標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)用范圍進(jìn)行了圈定

基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）指定的通訊系統(tǒng)七層參考模型，及歐美正在制定的車用通訊系統(tǒng)構(gòu)架，車用通信系統(tǒng)通?？梢苑譃橄到y(tǒng)應(yīng)用、應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。DAY1標(biāo)準(zhǔn)著重關(guān)注了應(yīng)用層及應(yīng)用層與上下相鄰兩層的數(shù)據(jù)交互接口，如圖2所示。應(yīng)用層協(xié)議主要包括消息集和消息集內(nèi)的數(shù)據(jù)幀與數(shù)據(jù)元素，以及消息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼方式。DAY1標(biāo)準(zhǔn)通過對道路安全、通行效率和信息服務(wù)等基礎(chǔ)應(yīng)用的分析，定義在實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用時(shí)，本車與其他車輛、道路交通設(shè)施及其他交通參與者之間的信息交互內(nèi)容、交互協(xié)議與接口等。

圖2標(biāo)準(zhǔn)范圍示意圖

二、車用通信系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用

2.1 DAY1應(yīng)用場景

DAY1標(biāo)準(zhǔn)選擇了安全、效率、信息服務(wù)三個(gè)方面覆蓋了17個(gè)應(yīng)用場景，包括前向碰撞預(yù)警、交叉路口碰撞預(yù)警、異常車輛提醒、綠波車速引導(dǎo)、前方擁堵提醒、汽車近場支付等。如表1：

表1 DAY1應(yīng)用列表

DAY1標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用定義、主要場景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求6個(gè)方面對17個(gè)場景進(jìn)行定義的同時(shí)，也根據(jù)應(yīng)用對通信頻率和時(shí)延的不同需求將17個(gè)一期應(yīng)用分為了兩大類：

• 一是高時(shí)延（＞100 ms）、低頻率（＜10 Hz）的應(yīng)用，可通過4G蜂窩通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)；
• 二是低時(shí)延（≤100 ms）、高頻率（≥10 Hz）的應(yīng)用，需要LTE-V2X、DSRC或5G通信技術(shù)的支持才能實(shí)現(xiàn)。

通過對比DAY1階段的CSAE53-2017和CSAE53-2020兩個(gè)版本需求，我們不難發(fā)現(xiàn)，相較于CSAE53-2017標(biāo)準(zhǔn)，CSAE53-2020對定位精度提出了更高要求，如表2所示：

表2一期應(yīng)用按通訊需求分類表

除前方擁堵提醒定位精度保持5m、智能汽車近場支付定位精度取消外，其余應(yīng)用都將定位精度由5m提升到了1.5m，這對GNSS定位精度提出了更高的要求。

2.2 DAY2應(yīng)用場景

DAY2標(biāo)準(zhǔn)基于DAY1標(biāo)準(zhǔn)，選擇面向安全、效率、信息服務(wù)、交通管理、高級智能駕駛等領(lǐng)域，定義了12個(gè)典型應(yīng)用，其中包括感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式變道、協(xié)作式車輛匯入等應(yīng)用，如表3：

表3 DAY2應(yīng)用列表

DAY2標(biāo)準(zhǔn)也在應(yīng)用定義、預(yù)期效果、主要場景、系統(tǒng)基本原理、通信方式、基本性能要求和數(shù)據(jù)交互需求7個(gè)方面，對12個(gè)第二階段應(yīng)用場景分別進(jìn)行描述。

對比DAY1和DAY2標(biāo)準(zhǔn)，我們不難發(fā)現(xiàn)，DAY1標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場景更多關(guān)注的是單車在車路協(xié)同環(huán)境下的預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)，而在DAY2階段，更多的場景則聚焦到了車路協(xié)作、交通控制管理等方面。筆者從場景分類維度對DAY1和DAY2中的場景進(jìn)行了區(qū)分，如表4：

表4中國標(biāo)準(zhǔn)V2X通訊應(yīng)用場景

由表4我們可以看到，DAY2標(biāo)準(zhǔn)中，對盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警、弱勢交通參與者碰撞預(yù)警、緊急車輛提醒三個(gè)場景進(jìn)行了更為深入的研討。在對應(yīng)的安全分類中加入了感知數(shù)據(jù)共享、協(xié)作式車輛匯入、協(xié)作式交叉口通行應(yīng)用場景，在效率分類中新加入了道路收費(fèi)服務(wù)、動(dòng)態(tài)車道管理、協(xié)作式車輛匯入及協(xié)作式交叉口同行場景，在信息服務(wù)分類中加入了差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)、場站路徑引導(dǎo)服務(wù)、道路收費(fèi)服務(wù)應(yīng)用場景。同時(shí)也新增加了交通管理及高級智能駕駛兩個(gè)分類，在交通管理分類中新增了動(dòng)態(tài)車道管理及浮動(dòng)車數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場景，在高級智能駕駛分類新增了協(xié)作式車輛編隊(duì)管理應(yīng)用場景。

值得關(guān)注的是，DAY2標(biāo)準(zhǔn)更聚焦于“協(xié)作”上，DAY2標(biāo)準(zhǔn)中對于車輛的命名由DAY1標(biāo)準(zhǔn)中的HV(Host Vehicle)和RV(Remote Vehicle)變?yōu)榱薊V1(Equipped Vehicle 1)，EV-2（Equipped Vehicle 2），這也意味著標(biāo)準(zhǔn)由DAY1階段的關(guān)注自車“權(quán)益”轉(zhuǎn)向了DAY2階段的關(guān)注交通參與者的“權(quán)益”，也佐證了筆者DAY2標(biāo)準(zhǔn)更聚焦于“協(xié)作”的觀點(diǎn)。

本文以DAY1中的盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景和DAY2中的協(xié)作式變道場景為例說明。

盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警和協(xié)作式變道兩個(gè)場景共同關(guān)注點(diǎn)及預(yù)期效果都在于兩輛車之間如何安全的進(jìn)行變道，以消除駕駛盲區(qū)所帶來的駕駛風(fēng)險(xiǎn)。圖3、4、5分別是DAY1的變道預(yù)警場景和DAY2的協(xié)作式變道場景，展示了一輛車（盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景中為HV，協(xié)作式變道場景中為EV-1）在行駛過程中意圖變道，另一輛車(盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景中為RV，協(xié)作式變道場景中為EV-2)在該過程中存在安全風(fēng)險(xiǎn)，以期避免風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的過程。不同的是盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景的預(yù)期目的是HV駕駛員收到預(yù)警后，能有足夠時(shí)間采取措施，避免與相鄰車道上的 RV發(fā)生碰撞。而協(xié)作式變道場景的預(yù)期目的則是相關(guān)車輛（EV-2）接收到 EV-1變道意圖信息，結(jié)合自身行駛狀態(tài)與周圍環(huán)境信息做出判斷，采取減速讓道或加速通過駕駛行為。

圖3 DAY1盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景

圖4 DAY2協(xié)作式變道場景EV-2加速通過

圖5 DAY2協(xié)作式變道場景EV-2減速讓行

在盲區(qū)預(yù)警/變道預(yù)警場景中關(guān)注的是HV的行駛安全及狀態(tài)，而在協(xié)作式變道場景更多關(guān)注的是協(xié)作車輛之間的協(xié)作行為。

三、應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

CSAE應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)遵循“消息集-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”三層嵌套結(jié)構(gòu)規(guī)則對應(yīng)用層數(shù)據(jù)集進(jìn)行制定；采用了ASN.1抽象語法進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)和不同編程語言的兼容；考慮到射頻性能，數(shù)據(jù)集交互的編解碼方式遵循非對齊壓縮編碼規(guī)則UPER（Unaligned Packet Encoding Rules），有效壓縮空口通信數(shù)據(jù)包的大小。

在DAY1標(biāo)準(zhǔn)中定義了基礎(chǔ)的BSM、SPAT、RSI、MAP、RSM五大類消息，如圖6。DAY2在DAY1基礎(chǔ)上對MAP、RSI消息進(jìn)行了拓展之外，也新提出了PAM、PSM、RSC等新的消息體，如圖7。

圖6 DAY1中的應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

圖7 DAY2中的應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)集

四、總結(jié)

DAY1標(biāo)準(zhǔn)、DAY2標(biāo)準(zhǔn)的推出對中國V2X通信標(biāo)準(zhǔn)的建立和深化有著重要意義，對車用通信系統(tǒng)應(yīng)用場景開發(fā)、驗(yàn)證及商用起到了極大的推動(dòng)作用。

北匯信息作為蜂窩車聯(lián)（C-V2X）工作組成員，2020年也參與到了由中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、IMT-2020（5G）推進(jìn)組C-V2X工作組、中國汽車工程學(xué)會(huì)等單位承辦的“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用示范活動(dòng)“中，如圖8。

圖8北匯信息在“C-V2X新四跨暨大規(guī)模先導(dǎo)應(yīng)用示范活動(dòng)“

北匯信息專注于汽車電子，深耕C-V2X測試，提供專業(yè)多元化的C-V2X測試系統(tǒng)搭建及測試咨詢服務(wù)。

本次為大家簡單介紹了中國V2X通訊標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)將會(huì)為大家?guī)砀嗟幕贑-V2X測試的相關(guān)內(nèi)容。同時(shí)也歡迎垂詢和溝通，共同探討。

注：本文圖片素材源于CSAE 53-2017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)、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）、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）