智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)未來展望摘要：針對車聯(lián)網(wǎng)在交通強國與新基建背景下的發(fā)展趨勢，從智能終端、網(wǎng)聯(lián)通信、邊緣服務(wù)、云端管控等多個角度指出了智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展方向，并探討了智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展在海量數(shù)據(jù)處理、通信與計算協(xié)同、邊緣服務(wù)安全、大規(guī)模測試驗證方面所面臨的問題及相應(yīng)的發(fā)展對策。關(guān)鍵詞：智能交通；智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)；發(fā)展趨勢1引言智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為交通、汽車、通信等多個行業(yè)融合匯聚的焦點，是解決交通出行安全問題、提升城市運行效率的重要技術(shù)手段⑴，因此其自出現(xiàn)以來便受到國內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)行業(yè)管理部門的重視。在車路智能化發(fā)展的支撐下，當(dāng)前的智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已能夠?qū)崿F(xiàn)交叉口車路協(xié)調(diào)與車輛輔助預(yù)警等基礎(chǔ)應(yīng)用，并正在向大規(guī)模智能化與協(xié)同化水平發(fā)展⑵。2019年9月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《交通強國建設(shè)綱要》，其中明確提出了“加強智能網(wǎng)聯(lián)汽車（智能汽車、自動駕駛、車路協(xié)同）研發(fā)，形成自主可控完整的產(chǎn)業(yè)鏈”“推動大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智

能、區(qū)塊鏈、超級計算等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合”的智慧交通發(fā)展重點。伴隨著新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的不斷推進(jìn)，智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)也將在交通、汽車、通信等多個行業(yè)的共同推動下走向新的發(fā)展階段。2智能車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向2.1車路智能終端協(xié)同化環(huán)境感知與決策隨著車聯(lián)網(wǎng)概念的逐步普及，“聰明的車”與“智慧的路”相結(jié)合的建設(shè)部署模式得到了相關(guān)行業(yè)的廣泛認(rèn)可。但當(dāng)前大部分智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用僅僅是在車-車、車-路間建立起信息交互鏈路，車輛基于網(wǎng)聯(lián)方式獲取周邊車輛與路側(cè)交通信息，結(jié)合車輛自身感知信息實現(xiàn)輔助預(yù)警場景示范，這種應(yīng)用只是在車-路交互層面完成了單交叉口的車-路協(xié)調(diào)，車-路終端的智能化與協(xié)同化水平還有所欠缺。依托于傳感、通信、計算技術(shù)的不斷進(jìn)步，車-路智能終端的協(xié)同化環(huán)境感知與決策將得到進(jìn)一步的發(fā)展。首先，通過在路側(cè)終端部署攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等感知設(shè)備，結(jié)合路側(cè)強大的邊緣計

算能力，將能夠?qū)崿F(xiàn)路側(cè)環(huán)境的融合感知，有效補足單車感知能力上的短板，并解決低網(wǎng)聯(lián)滲透率下車-車通信不足導(dǎo)致的應(yīng)用失效問題。此外，通過結(jié)合大規(guī)模智能車輛與路側(cè)終端的環(huán)境感知能力，依托邊緣計算與云計算相結(jié)合的強大數(shù)據(jù)處理能力，將能夠?qū)崿F(xiàn)車-路-云一體化的協(xié)同式環(huán)境感知，并在此基礎(chǔ)上基于全局化知識對車-路行為進(jìn)行協(xié)同化決策，有效降低智能車輛部署成本，提高交通運行效率。2.2人-車-路-云高性能網(wǎng)聯(lián)通信網(wǎng)聯(lián)通信是連接車-車、車-路信息的紐帶，也是實現(xiàn)智能車聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。網(wǎng)聯(lián)通信基于我國移動通信技術(shù)的領(lǐng)先水平與基礎(chǔ)設(shè)施的完善程度，以及基于蜂窩的車用無線通信技術(shù)（C-V2X），已成為智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中關(guān)鍵的通信方式。在C-V2X標(biāo)準(zhǔn)層面上，第三代合作伙伴計劃（3GPP）分別在2017年的R14標(biāo)準(zhǔn)和2018年的R15標(biāo)準(zhǔn)中完成了LTE-V2X與LTE-eV2X相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定⑶并于2020年7月在R16中完成了5G基礎(chǔ)上的NR-V2X標(biāo)準(zhǔn)制定。而當(dāng)前的大部分智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用均基于LTE-V2X通信方式實現(xiàn)車-車與車-路間的連接，僅能支持智能車聯(lián)網(wǎng)中車輛輔助預(yù)警應(yīng)用的實現(xiàn)，無法支撐具有大帶寬、低延時需求的更多協(xié)同化應(yīng)用場景和車載終端大規(guī)模實際應(yīng)用情況下

的性能要求。而依托NR-V2X的強大連接能力，智能車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)聯(lián)通信能力將得到進(jìn)一步增強。隨著NR-V2X芯片與模組的逐漸成熟商用，更多的車聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備將采用NR-V2X的通信方式實現(xiàn)人-車-路-云的高性能連接。在這種高性能的網(wǎng)聯(lián)通信環(huán)境下，智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將能夠進(jìn)一步加強車輛、道路和用戶之間的聯(lián)系，支持車輛編隊、高級駕駛、擴(kuò)展傳感器、遠(yuǎn)程駕駛等多種服務(wù)囹，并實現(xiàn)車輛與路側(cè)的邊緣計算卸載應(yīng)用，降低智能車輛的計算能力要求，以較低成本實現(xiàn)交通系統(tǒng)綜合效率的提升以及城市交通問題的綜合治理。2.3全方位、多層級的邊緣協(xié)同服務(wù)隨著車路終端智能化的發(fā)展，智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無時無刻不在產(chǎn)生著大量的數(shù)據(jù)，車路終端自身的計算能力已難以滿足這種海量數(shù)據(jù)的處理要求，傳統(tǒng)的中心化云計算技術(shù)也受到大數(shù)據(jù)傳輸延遲高、數(shù)據(jù)處理實時性低等瓶頸限制而難以完全支撐智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。邊緣計算技術(shù)通過把網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計算資源遷移到靠近車-路終端的網(wǎng)絡(luò)邊緣，能夠為車輛及路側(cè)設(shè)備提供高實時性的計算與存儲服務(wù)，降低各類終端的計算能力要求［5-6］。當(dāng)前智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中邊緣計算的部署與應(yīng)用還處

于一種各自為戰(zhàn)的狀態(tài)，異構(gòu)邊緣節(jié)點間、多個服務(wù)方之間缺乏有效的協(xié)同服務(wù)機(jī)制，無法支撐大范圍智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的協(xié)同聯(lián)動要求。通過建立多個服務(wù)方之間有效的接口標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同交互機(jī)制與層次化的邊緣計算架構(gòu)，智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的邊緣計算將向全方位、多層級的邊緣協(xié)同服務(wù)發(fā)展。根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)層級的應(yīng)用需求，部署不同級別的計算平臺，形成一種“中心一區(qū)域一邊緣”的實時計算體系，實現(xiàn)不同應(yīng)用場景的需求。同時，除了部署的路側(cè)邊緣節(jié)點，具有較強計算能力的自動駕駛車輛也將能夠為周邊車輛提供邊緣計算服務(wù)，從而形成全方位的群體協(xié)同計算，依托群體智能實現(xiàn)車-路動態(tài)分布式的協(xié)同計算服務(wù)，最終支撐實現(xiàn)全天候、全道路的自動駕駛。2.4城市交通系統(tǒng)實時聯(lián)動管理與控制城市交通系統(tǒng)的優(yōu)化與控制是智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在交通領(lǐng)域的重要應(yīng)用。在智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，路側(cè)交通系統(tǒng)能夠基于路側(cè)采集數(shù)據(jù)與車路交互數(shù)據(jù)進(jìn)行交通綜合分析，實時控制信號燈、路側(cè)情報板等交通控制單元，優(yōu)化交通流狀態(tài)，提升交通運行效率。但當(dāng)前智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于城市交通的優(yōu)化控制還主要集中在單個交叉路口或單個路

段，僅實現(xiàn)了單點交通控制，各種交通系統(tǒng)集中式管控平臺也主要是完成對交通系統(tǒng)的監(jiān)控功能，缺乏對整個交通系統(tǒng)的實時聯(lián)動管理與控制。隨著車輛與路側(cè)設(shè)備智能化水平的提高及邊緣計算技術(shù)的協(xié)同化發(fā)展，智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將促進(jìn)整個城市交通系統(tǒng)實時聯(lián)動管理與控制技術(shù)的發(fā)展。結(jié)合“中心一區(qū)域一邊緣”的多級邊緣計算架構(gòu)，實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)的多級云控體系。將延遲容忍、超密集數(shù)據(jù)量全集優(yōu)化分析任務(wù)保留在中心執(zhí)行，并將低延遲、高可靠控制優(yōu)化計算任務(wù)下沉到區(qū)域內(nèi)多個網(wǎng)聯(lián)的路側(cè)邊緣節(jié)點執(zhí)行，經(jīng)過多級邊緣計算節(jié)點的協(xié)同優(yōu)化分析，分布式邊緣計算將驅(qū)動多交叉口信號燈及其他路側(cè)設(shè)備快速響應(yīng)區(qū)域路網(wǎng)交通流負(fù)載，并在多區(qū)域協(xié)同的基礎(chǔ)上最終實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)的實時聯(lián)動管理與控制。3智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的關(guān)鍵問題及對策3.1 海量交通數(shù)據(jù)的實時分析與處理

智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中車路智能設(shè)備的大規(guī)模部署將促進(jìn)設(shè)備間更深層次的協(xié)同化信息交互，依托攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感設(shè)備在車端和路側(cè)的部署，人-車-路將形成更為立體的網(wǎng)聯(lián)協(xié)同系統(tǒng)，極大地改善交通的安全性、提高交通效率。在這種環(huán)境下，每輛網(wǎng)聯(lián)車或智能路側(cè)單元每天將與周邊的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生GB甚至TB量級的通信數(shù)據(jù)量，形成海量的實時交通數(shù)據(jù)；同時，隨著技術(shù)的發(fā)展與服務(wù)的豐富，人們也將產(chǎn)生更多樣化的交通出行需求。如何對這些實時海量的交通數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析與處理以實現(xiàn)交通系統(tǒng)的精準(zhǔn)管控與泛在服務(wù)，滿足各項交通出行需求，是智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中需要首先解決的問題。目前來看，全方位、多層級的邊緣協(xié)同計算服務(wù)將是解決這一問題的有效手段?！爸行囊粎^(qū)域一邊緣”的計算體系能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高效的分層處理，在這一處理架構(gòu)下，邊緣節(jié)點依托與終端的高效通信及其強大的計算存儲能力完成數(shù)據(jù)的初步分析和識別處理任務(wù)，再通過邊緣的協(xié)同計算將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)快速傳遞到區(qū)域節(jié)點進(jìn)行信息融合與優(yōu)化，最終在中心云節(jié)點完成全局?jǐn)?shù)據(jù)的匯總分析與優(yōu)化控制，不僅實現(xiàn)了

數(shù)據(jù)處理的“低延時、低成本”，還能有效對抗網(wǎng)絡(luò)抖動等不穩(wěn)定因素，提升系統(tǒng)整體的魯棒性。3.2群體通信與計算的協(xié)同在智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中，借助高性能的網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠、低延時的人-車-路的群體信息交互，全方位、多層級的邊緣計算服務(wù)對網(wǎng)聯(lián)化傳輸?shù)暮Ａ拷煌〝?shù)據(jù)完成邊緣化實時處理與分析，這使得智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中群體終端的通信與計算成為了緊密耦合的物理過程[7。但群體設(shè)備在計算中并發(fā)傳輸數(shù)據(jù)，容易造成車輛之間的傳輸功率干擾，形成惡劣的無線電干擾環(huán)境，同時群體通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c性能的動態(tài)變化也將嚴(yán)重影響群體計算的可靠性。因此，如何實現(xiàn)群體通信與計算的協(xié)同也是智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵問題。通過將多層級的邊緣計算體系與高性能的NR-V2X通信技術(shù)相融合，可以有效促進(jìn)智能車聯(lián)網(wǎng)中群體通信與計算技術(shù)的協(xié)同。結(jié)合群體通信網(wǎng)絡(luò)，可以對邊緣節(jié)點的計算資源進(jìn)行靈活管理和調(diào)度，實現(xiàn)通信與計算資源協(xié)同，從而緩解海量數(shù)據(jù)傳輸對骨干網(wǎng)絡(luò)的沖擊，降低頻繁的大數(shù)據(jù)計算交互與服務(wù)交付的時延，最終提升系統(tǒng)服務(wù)性能。

3.3 邊緣協(xié)同服務(wù)中的安全與可信從智能車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向不難看出，邊緣協(xié)同計算服務(wù)已成為降低終端部署成本、提升系統(tǒng)處理能力與效率的關(guān)鍵。車載與路側(cè)終端設(shè)備通過將自身全部或部分的計算任務(wù)遷移到路側(cè)邊緣節(jié)點或具有較強計算能力的周邊車輛，能夠顯著降低自身實現(xiàn)智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需滿足的計算能力要求，并提高任務(wù)的執(zhí)行效率。但這種計算任務(wù)的卸載往往需要向邊緣側(cè)傳輸執(zhí)行的代碼與具體數(shù)據(jù)，這些內(nèi)容也往往涉及到用戶的隱私數(shù)據(jù)，而目前邊緣計算服務(wù)中的安全保障機(jī)制尚不完善，因此如何保證邊緣協(xié)同服務(wù)中的安全與可信成為智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中面臨的乂一項關(guān)鍵問題。安全與可信一直是信息技術(shù)應(yīng)用所面臨的重要問題。針對邊緣協(xié)同服務(wù)中的安全與可信問題，除了傳統(tǒng)的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）認(rèn)證機(jī)制外，近年來興起的區(qū)塊鏈技術(shù)也是一種有效的解決方案。區(qū)塊鏈技術(shù)是一種使用密碼學(xué)保證傳輸和訪問安全，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)一致存儲、難以篡改的去中心化的數(shù)據(jù)庫。通過將區(qū)塊鏈與邊緣計算相結(jié)合，能夠有效增強智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、隱私性與資源利用。利用區(qū)塊鏈技術(shù)的安全特性與一致性共識機(jī)制，能夠有效防范邊緣協(xié)同服務(wù)中

惡意節(jié)點的攻擊，保證服務(wù)的可信性，提升智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體安全水平。3.4大規(guī)模協(xié)同環(huán)境的測試驗證與先導(dǎo)應(yīng)用智能車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)是實現(xiàn)城市交通出行的智能化、信息服務(wù)的泛在化與運行管控的全局化，在其發(fā)展過程中必將促進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模部署與應(yīng)用。目前，我國仍未真正實現(xiàn)大規(guī)模復(fù)雜交通環(huán)境下車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的測試驗證，無法為智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供驗證數(shù)據(jù)支撐，難以保證城市復(fù)雜交通系統(tǒng)中大規(guī)模智能車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的效果。因此，如何有效促進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)在大規(guī)模交通環(huán)境的測試驗證與先導(dǎo)應(yīng)用是智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正式部署前必須解決的問題。針對智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的測試驗證問題，實驗室虛擬仿真測試、封閉區(qū)域外場測試、大規(guī)模開放道路測試3個環(huán)節(jié)作為推動最終大規(guī)模協(xié)同環(huán)境部署應(yīng)用的有效手段已得到行業(yè)的廣泛認(rèn)可。目前，我國已能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室和小規(guī)模外場環(huán)境的測試驗證，但還有必要在虛擬仿真和外場測試中豐富和完善小概率、高復(fù)雜度的實際交通運行場景，建立一體化的智能車聯(lián)網(wǎng)測試評價體系。同時，依托交通強國和車聯(lián)網(wǎng)

先導(dǎo)區(qū)建設(shè)，還需要進(jìn)一步推動車聯(lián)網(wǎng)真實場景的大規(guī)模開放道路測試與應(yīng)用，測試驗證已有的車聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系及技術(shù)規(guī)范，探索驗證復(fù)雜交通環(huán)境下的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)性能，為智能車聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模部署提供技術(shù)依據(jù)，進(jìn)一步實現(xiàn)城市級車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的先導(dǎo)應(yīng)用，推動智能車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在大規(guī)模環(huán)境下的成熟落地。4結(jié)束語交通系統(tǒng)是一個人-車-路耦