算力电力协同-思路与探索》

高速公路车路协同网络需求研究总结

核心内容

本报告围绕高速公路车路协同系统的建设现状、主要问题、体系框架、网络架构及业务需求展开分析，旨在为高速公路车路协同网络的建设与应用提供参考。

主要观点

• 车路协同的重要性：车路协同是传统汽车行业、交通行业与信息通信行业融合发展的关键，对提升行驶安全、提高通行效率、完善出行信息服务及支持自动驾驶具有重要意义。
• 政策支持：国家及各部委出台多项政策，推动车联网和车路协同发展，包括《智能汽车创新发展战略》《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》等。
• 网络结构问题：当前高速公路通信网络多采用树型结构，缺乏同级节点间直接交互能力，难以满足车路协同对实时数据交互的需求。
• 网络承载能力不足：现有网络设备承载能力有限，无法满足车路协同等新型业务对高带宽和低时延的要求。
• 网络需求系统梳理不足：车路协同业务需求尚未系统梳理，不同用户对网络服务的需求存在差异，导致网络方案易反复调整。
• 网络演进困难：现有网络系统基本成型，设备更新换代快，网络架构向网状演变面临资金和规划的挑战。
• 网管维护体系薄弱：三级管理架构下，通信网络的运维管理存在不统一、多交叉的问题，影响网络的稳定性和可维护性。

关键信息

1.1 高速公路车路协同系统的建设现状

• 政策推动：从2016年至今，国家层面出台多项政策，推动车路协同及智慧高速建设。
• 示范项目：多个省份和城市已开展车路协同试点，如延崇高速、京雄高速、京沪高速、京台高速、贵阳至安顺复线、蜀道集团试点等。
• 技术应用：车路协同系统采用多种通信方式，包括PC5直连通信和Uu蜂窝通信，涉及RSU、OBU、边缘计算平台、区域计算平台、业务运营平台等。

1.2 高速公路车路协同网络面临的主要问题

1. 网络结构不合理：树型结构无法满足同级节点间的数据交互需求。
2. 网络设备承载能力受限：传输网和接入网技术多样，设备老旧，无法满足新型业务对带宽和时延的要求。
3. 网络需求未系统梳理：业务场景多样，网络指标不明确，导致网络设计依据不足。
4. 网络演进迭代困难：网络系统已基本成型，设备升级需大量资金投入和统一规划。
5. 网管维护体系薄弱：运维管理存在多层面交叉，影响网络的稳定运行和管理效率。

2.1 高速公路车路协同业务的体系架构

• 路侧感知设备：采集数据并传输至业务运营平台、区域计算平台、路侧边缘计算平台。
• 路侧边缘计算平台：进行数据融合计算，生成标准消息帧并传输至区域计算平台和RSU。
• 区域计算平台：整合区域数据和业务运营平台数据，下发至RSU和业务运营平台，实现数据共享。
• 业务运营平台：提供高精地图、智能导航、交通引导等服务，管理终端设备。

2.2 高速公路车路协同系统的网络架构

• 路段接入网：连接路侧设备、边缘计算单元与路段分中心，支持多种部署方式。
• 省干网：负责路段分中心间通信，支持多种业务通信方式。
• 通信方式：PC5直连通信和Uu蜂窝通信，分别适用于不同场景和数据处理需求。

3.1 车路协同业务内容分析

• 安全类场景：
  • 限速预警
  • 异常驾驶行为识别
  • 道路危险状况提示
  • 弱势交通参与者碰撞预警
• 效率类场景：
  • 前方拥堵提醒
  • 协作式优先车辆通行
  • 基于路侧感知的交通状况识别
• 信息服务类场景：
  • 差分数据服务
  • 场站路径引导服务
  • 高精地图版本对齐及动态更新
• 交通管理类场景：
  • 浮动车数据采集

3.2 车路协同业务部署场景分析

• 应用场景多样化：包括隧道、匝道、服务区、桥梁、主线等。
• 不同场景需求不同：如匝道分合流需协调车辆汇入，隧道需安全预警，服务区需路径引导等。
• 业务流模型：根据通信方式（PC5或Uu）和处理终端不同，分为多种业务流模型。

3.3 路段接入网需求分析

• 高带宽和低时延：支持多种感知设备和边缘计算单元的实时数据交互。
• 多技术并存：以太网、SDH、MSTP、PTN等技术并存，设备更新换代快，需统一标准和规范。

3.4 车路协同业务对省干网络需求分析

• 跨区域通信：支持路段分中心间通信，实现数据共享和业务协同。
• 业务稳定性：需确保跨区域通信的稳定性和可靠性，支持多种业务类型。

3.5 车路协同业务对网络安全的需求分析

• 数据安全：需保障数据传输和存储的安全性，防止数据泄露和篡改。
• 通信安全：采用加密和认证技术，确保通信过程的安全性。

3.6 车路协同业务对网络运维的需求分析

• 统一管理：需建立统一的运维管理平台，实现对设备的接入、监控和管理。
• 灵活运维：支持多种设备和业务的灵活运维，提升网络管理效率。

结构总结

业务流模型及时延分析

• PC5通信方式：

  • 处理终端为RSU：总时延为传输时延（RSU广播） + 处理时延（智能网联车辆）。
  • 处理终端为路侧感知设备/RSU：总时延为2×传输时延（RSU广播） + 传输时延（OBU至RSU） + 处理时延（RSU） + 处理时延（智能网联车辆）。
  • 处理终端为路侧感知设备：总时延为传输时延（RSU广播） + 处理时延（智能网联车辆）。

• Uu通信方式：

  • 处理终端为区域计算平台：总时延为传输时延（区域计算平台至RSU） + 处理时延（RSU） + 处理时延（智能网联车辆）。
  • 处理终端为业务运营平台：总时延为传输时延（业务运营平台至RSU） + 处理时延（RSU） + 处理时延（智能网联车辆）。

参与单位及编写人员

• 牵头单位：中国公路工程咨询集团有限公司、华为技术有限公司、四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、中国信息通信研究院、北京交科公路勘察设计研究院有限公司等。
• 参与单位：苏交科集团股份有限公司、中国移动上海产业研究院、湖南高速信息科技有限公司等。
• 主要编写人：张艳、樊升印、刘利文、张猛威、宋军、吴彦君、赵凤毅、敖日格勒等。

产业工作组及联盟

• 智慧交通网络特设组：由边缘计算网络基础架构工作组（ECNI）和蜂窝车联（C-V2X）工作组联合发起。
• 边缘计算产业联盟（ECC）：致力于推动边缘计算网络产业的发展。
• IMT-2020(5G)推进组：推动C-V2X技术与5G的协同发展，促进车联网产业的健康持续发展。

结束语

本研究全面分析了高速公路车路协同网络的建设现状、主要问题及需求，为相关单位在部署和应用时提供了系统性的参考。未来需加强网络架构设计、设备升级、标准制定和运维体系完善，以支持车路协同的全面推广和应用。