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• 萬字詳解5G車聯網技術

5G車聯網技術主要涉及車載設備、路側設施、網絡、云平臺、安全和高精度定位。車聯網車載設備有前裝和后裝不同的產品形態；路側設施包括4G/5G蜂窩基站通信基礎設備、C-V2X專用通信基礎設施、路側智能設施、MEC（多接入邊緣計算/移動邊緣計算）設備；網絡層面在5G時代會重點部署網絡切片；云平臺考慮分級部署，并建設云控平臺；安全方面將從網絡通信、業務應用、車載終端和路側設備三個方面保障；高精度定位通過GNSS或其差分補償RTK、無線電（例如蜂窩網、局域網等）、慣性測量單元、傳感器以及高精度地圖實現。

本文節選自《5G與車聯網技術》一書的第5章，部分內容有所刪減。本書主編吳冬升，東南大學博士，現任高新興科技集團股份有限公司高級副總裁、粵港澳大灣區自動駕駛產業聯盟副理事長。

01 5G車聯網車載設備

智能網聯主要通過OBU（On Board Unit,車載單元）實現。OBU是一種安裝在車輛上用于實現V2X通信的硬件設備，可實現和其他車輛OBU（PC5）、路側RSU（PC5）、行人（PC5）和V2X平臺（Uu）之間通信。OBU上需要集成通信網絡，包括4G/5GUu通信芯片和模組，LTE-V2X/5G NR-V2X通信芯片和模組。

智能網聯汽車的車載終端OBU形態多樣化，包括傳統的2G/3G/4G T-BOX（遠程信息處理器）、Tracker（追蹤器）、OBD（車載自動診斷系統）、UBI、智能后視鏡、行車記錄儀，以及ETC有源車載終端OBU和汽車電子標志無源OBU等。隨著5G商用化時代和C-V2X預商用時代來臨，智能網聯汽車車載終端的產品形態正在發生變化。

1.1?傳統智能網聯車載終端

傳統智能網聯車載終端包括T-BOX、Tracker、OBD、UBI、ETC OBU、汽車電子標志OBU等。

（1）T-BOX

T-BOX（Telematic BOX）是前裝智能車載終端，滿足車規級要求，集成2G、3G或4G無線模塊，直接與汽車CAN總線通信，獲取車身狀態、車況信息等，并且將這些參數上傳到云平臺，同時可以接收云平臺下發的指令并回傳執行結果，具有自檢、遠程查詢、遠程參數設置和遠程升級等功能。前裝設備滿足車規級。通常來說車規級要求高于工規級，工規級要求高于商業級。比如溫度要求，一般來說，商業級（0～70℃）、工規級（-40～85℃）、車規級（-40～120℃）、軍工級（-55～150℃）。

（2）Tracker

Tracker（追蹤器）能實現定位管理，知道車輛的實時位置信息。Tracker根據配置不同，功能也不同，實現的也不再僅僅是一個定位功能。比如4G Tracker可以做到4G通信、車輛定位、車輛狀態檢測、異常提醒、4G Wi-Fi、藍牙4.0/3.0數傳、駕駛行為分析、行駛里程統計、遠程設置及維護等功能。

（3）OBD

OBD（On-Board Diagnostics）是后裝設備，能在車輛運行過程中實時監測發動機電控系統及車輛的其他功能模塊工作狀況，如發現工況異常，則根據特定的算法判斷出具體的故障。OBD接口的位置一般在方向盤下的內飾板中，靠近駕駛員膝蓋附近，采用OBD-Ⅱ接口標準，梯形16針DLC形式接插件，讀取車輛CAN總線信息。有了OBD上報的各類數據，通過搭建車隊管理平臺，可以實現車隊的量化考核（統計排名等），安全用車（駕駛評分、車輛健康評估、安全告警等），效率提升（評估車輛和司機工作量等），成本透明（里程油耗監控等）。

（4）UBI

UBI（Usage-Based Insurance/User-Behavior Insurance）即基于車主行為差異化保險，一般集成六軸陀螺儀算法和碰撞識別技術。三軸陀螺儀分別感應Roll（左右傾斜）、Pitch（前后傾斜）、Yaw（左右搖擺）全方位動態信息，六軸陀螺儀是指三軸加速器（三軸加速器就是感應XYZ立體空間三個方向，前后左右上下軸向的加速）和三軸陀螺儀合在一起的稱呼。有了UBI設備，保險公司可以實現針對不同客戶的精準定價，還可以實現無需人員現場出勤的索賠管理等業務。同時，車企還能夠利用UBI數據進行產品優化，消費者可以利用UBI數據進行駕駛行為分析等。

（5）ETC OBU

ETC OBU是有源設備，一般安裝在后視鏡座底部附近的擋風玻璃后面，工作在5.8GHz頻段。與安裝在收費車道上的路側單元（簡稱RSU）按照GB/T20851-2007標準的專用短程通信（DSRC）協議進行無線通信。帶IC卡的ETC OBU稱為雙片式，不帶IC卡的稱為單片式。

（6）汽車電子標志OBU

汽車電子標志OBU是無源設備，安裝在汽車前擋風玻璃上，工作在920～925MHz頻段。ETC OBU因為需要電池提供電力，使用壽命一般為5年，而汽車電子標志OBU不需要額外電力，使用壽命可伴隨車輛終身。車輛速度支持方面，ETC系統空中交易一次200ms左右，一般支持車速為60km/h，汽車電子標志空中識讀一次20ms左右，可支持車速達到240km/h。

1.2?C-V2X車載終端

（1）OBU基本功能

OBU的基本功能包括業務、管理和安全三類，其中業務功能圍繞V2X業務的實現，完成BSM消息的上報、V2X消息的接收與解析、CAN數據的讀取與解析、消息的展示與提醒；管理功能負責完成設備的認證、管理與維護；安全功能負責實現OBU設備自身，以及OBU與其他交互對象之間信息交互的安全保護，OBU功能如圖1所示。

圖1 OBU功能

業務功能圍繞V2X業務的實現，完成BSM（車輛安全消息）的上報，V2X消息的接收與解析、CAN數據的讀取與解析、消息的展示與提醒等功能。管理功能負責完成設備的認證、管理和維護。安全功能負責實現OBU設備自身以及OBU與其他交互對象間信息交互的安全保護。

（2）OBU產品形態

目前的LTE-V2X OBU主要做消息展示與提醒，對應前裝和后裝有不同的產品形態。前裝方面，除了C-V2X功能集成到T-BOX外，消息顯示與提醒可以放到液晶儀表盤或者中控顯示屏。典型C-V2X+T-BOX前裝設備的主要硬件包括LTE-V2X模塊、GNNS（全球導航衛星系統）、LTE、MCU（微控制單元）、CAN控制器、車載以太網、電源管理、LTE-V2X雙天線/LTE天線/GNSS天線等。

后裝方面，在國家第一個車聯網先導區無錫，中國移動發布了YJ801智能后視鏡C-V2X試商用版本，能夠實現紅綠燈信號推送、導航、定位等功能；在美國懷俄明州交通局（WYDOT）DSRC項目中使用OnboardHMI設備，可以看到嚴重預警信息（例如極端大霧天氣、道路施工等）、普通預警信息（例如雨雪天氣等）、限速信息、前向碰撞預警、車輛速度信息等；在美國佛羅里達州Tampa，由坦帕-希爾斯堡高速公路管理局（THEA）牽頭的DSRC項目中部署智能后視鏡HMI設備，可顯示前車緊急剎車信息、限速信息、車輛速度信息等。

（3）OBU未來融合產品形態

①5G融合。隨著5G商用時代到來，支持5G的車載終端會陸續推出。5G、LTE、LTE-V2X、Wi-Fi-6、藍牙、GNSS、北斗等，可能需要多達18根天線提供相關業務，鯊魚鰭復合天線及分布在車輛周圍的各種其他天線已經無法滿足需求，支持多頻通信、具有遠程數據處理功能的智能天線將應運而生。

②ETC、汽車電子標志融合。ETC和汽車電子標志產品，將與C-V2X功能融合。例如半前裝ETC OBU可以連接C-V2X+T-BOX設備，與CAN總線隔離，實現不停車收費。汽車電子標志OBU可以連接C-V2X+T-BOX設備，提供車輛信息交互的“身份根”信息。

1.3?車載終端部署趨勢

2018年12月，工信部在《車聯網（智能網聯汽車）產業發展行動計劃》明確提出，到2020年，車聯網用戶滲透率達到30%以上，新車駕駛輔助系統（L2）搭載率達到30%以上，聯網車載信息服務終端的新車裝配率達到60%以上。中國汽車工程學會預測，2025年、2030年我國銷售新車聯網比率將分別達到80%、100%，聯網汽車銷售規模將分別達到2800萬輛、3800萬輛。預測到2025年L1/L2聯網汽車占比55%，L3聯網汽車占比20%，L4/L5聯網汽車占比5%。盡管中國汽車產業面臨產銷量下滑挑戰，智能網聯汽車依然將迎來快速發展期。

02 5G車聯網路側設施

5G智能網聯路側基礎設施主要包括通信基礎設施（4G/5G蜂窩基站）、C-V2X專用通信基礎設施（多形態的RSU）、路側智能設施、MEC（多接入邊緣計算/移動邊緣計算）設備。

2.1?5G通信基礎設施

中國目前共有558萬個4G基站，而5G基站建設大概率會采取先城區、再郊區，先熱點、再連片，先低頻、再高頻，先室外、再室內，先宏站、再小微基站的模式，積極穩妥分步推進。除了宏站，5G發展還涉及大量小微基站、光傳輸、核心網、多接入邊緣計算等。預計中國5G投資周期十年，總投資金額1.6萬億元。

2.2?C-V2X專用通信基礎設施

（1）RSU基本功能[3]

C-V2X RSU是部署在路側的通信網關，解決的是感知層面的網聯化。RSU的基本功能包括業務、管理和安全三類。RSU功能如圖2所示。

圖5-2 RSU功能

業務能力圍繞V2X業務的實現，匯集路側交通設施和道路交通參與者的信息，上傳至V2X平臺，并將V2X消息廣播給道路交通參與者。管理功能負責完成設備認證、管理和維護。安全功能負責實現RSU設備自身，以及RSU與其他交互對象之間信息交互的安全保護。

（2）RSU產品形態

RSU具有不同的產品形態。基礎版本支持LTE-V2X PC5通信能力，匯集路側智能設施和道路交通參與者的信息，上傳至云平臺，并將V2X消息廣播給道路交通參與者。RSU還有LTE Uu+LTE-V2X PC5雙模版本。5G時代到來后，RSU產品形態將更加多樣化，比如5G Uu+LTE-V2X PC5版本、LTE-V2X PC5+5G NR-V2X PC5版本，或者5G Uu+LTE-V2X PC5+5G NR-V2X PC5版本。除此之外，交通部主推的ETC路側設備、公安部主推的汽車電子標志路側設備，甚至是交通信號燈都存在和V2X合一的產品形態，如圖5-3所示。RSU產品形態除了豐富通信能力外，還有一種可能，向智能化RSU演進，即RSU上集成智能化邊緣計算能力，除了網聯化能力外，還將具備決策和控制能力。

圖3 C-V2X RSU產品形態演進之路

2.3?路側智能設施

路側智能設施包括智能化交通控制設施（交通信號燈、標志、標線、護欄等）和攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等各類環境感知設備，其中應用較多的是交通信號燈和多傳感器的融合。

（1）交通信號燈

交通信號燈信息可以通過信號燈控制中心平臺傳遞到車聯網云平臺，再傳遞給RSU，然后通過RSU廣播給車載OBU。但是由于信號燈控制中心平臺處于公安內網，需要跨越邊界網關傳遞信息，存在十幾秒時延，無法及時向通過路口的車輛推送紅綠燈信息。較好的處理方式是在每個路口都由信號燈路口控制器分出一路信號給RSU，直接由RSU廣播給車載OBU。

（2）多傳感器融合

采用單一傳感器存在諸多挑戰，比如攝像頭沒有深度信息、受外界條件影響大；毫米波雷達無法探知高度信息、行人探測效果弱；激光雷達距離有限（16線約100m，32線約200m）、角分辨率不足、環境敏感度高（受大雪、大雨、灰塵影響）等。

因此路側可以考慮采取多傳感器融合方式，比如大于200m范圍采用毫米波雷達，200～80m采用激光雷達+毫米波雷達，80m以內采用攝像頭+激光雷達+毫米波雷達，如圖5-4所示。毫米波雷達和激光雷達實時采集環境信息，分析路面所有大機動車、小機動車、非機動車、行人等的位置、速度、角度和距離，判斷障礙物的危險系數，有效提前預警；雷達和攝像頭安裝得越近越好，有利于激光雷達三維坐標標定到圖像上，這樣攝像頭可以為雷達檢測到的障礙物提供融合識別數據，并能提供障礙物真實的圖像信息。例如車道線檢測，先在攝像頭圖像中檢測出車道線，然后再將激光雷達生成的點投射到圖像上，找出落在車道線上的點在激光雷達坐標系中的坐標，通過這些坐標生成激光雷達坐標系中的車道線。

圖4 多傳感器融合的路側智能設施

2.4?MEC

（1）基于MEC的C-V2X整體架構

3GPP在TS23.285（V2X服務架構增強）中定義了4G蜂窩網絡支持V2X應用的改造架構，在蜂窩網絡原有的架構中，增加了V2X應用服務器、V2X控制功能（CF）、V2X應用等網元/功能。3GPP進一步基于TS23.501引入關鍵5GC網元，再增加MEC，形成潛在的C-V2X演進架構，如圖5-5所示。如UMTS（通用移動通信系統）、E-UTRAN（3G的無線接入網）、MME（移動管理節點）、S/P-GW、HSS（歸屬簽約用戶服務器）等4G網元功能，將演變為5G NR、AMF（接入和移動管理功能）、SMF（會話管理功能）、UPF（用戶面功能）、UDM（統一數據管理）的5G架構，而V2X應用服務器將成為5G體系中的應用程序功能（AF）。

MEC支持多接入技術，其部署既可以和4G網絡結合，也可以在5G部署后與5G NR邊緣節點結合。針對低時延、高可靠性需求的C-V2X業務，在引入MEC技術后，相比部署在中心云上可以顯著降低業務響應時間。MEC也可以為車載/路側/行人終端提供在線輔助計算功能，實現快速的任務處理與反饋。另外，MEC具備本地屬性，可以提供區域化、個性化的本地服務，同時降低回傳網絡負載壓力。也可以將接入MEC的本地資源與網絡其他部分隔離，將敏感信息或隱私數據控制在區域內部。

圖5 基于MEC的C-V2X整體架構

（2）面向LTE-V2X的MEC業務架構

面向LTE-V2X的MEC業務架構如圖6所示，其架構具有如下特點。

圖6?面向LTE-V2X的MEC業務架構

①可采用多種LTE-V2X車載終端（OBU）、路側單元（RSU）及攝像頭、雷達等其他路側智能化設備接入網絡或MEC平臺，即各類型終端可以選擇通過Uu或PC5接口接入LTE-V2X網絡進而接入MEC平臺，或通過其他合理的接入技術直接接入MEC平臺。

②可靈活部署MEC平臺，即MEC平臺可選擇部署在路側單元（RSU）后，或部署在eNB節點后，抑或部署在其他合理的位置。

③可靈活配置網絡中MEC平臺的層級數目，即網絡中可部署多級MEC平臺，下級MEC平臺可作為上級MEC平臺的接入端，且當網絡中存在多層級MEC平臺時，不限制上下級MEC平臺之間的網絡連接方式。

④MEC平臺分為三層，包括虛擬化基礎設施、微服務組件、接入管理、應用管理以及V2X服務器。MEC接入管理可以接入RSU、OBU、智能化交通控制設施（交通信號燈、標志、標線、護欄等）、攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等各類環境感知設備的信息，同時向上連接云平臺。MEC需要具備多傳感器融合處理能力，比如攝像頭+激光雷達+毫米波雷達融合分析算法；還需要具備ITS相關協議處理能力，比如針對交叉路口防碰撞預警業務，在車輛經過交叉路口時，MEC通過對車輛位置、速度及軌跡分析研判，分析出可能存在的碰撞風險，通過RSU傳輸到車輛OBU，起到預警目的。

（3）MEC與C-V2X融合場景

基于MEC的C-V2X業務場景主要包括信息服務類、安全駕駛類和駕駛效率類。為了支撐這些C-V2X業務，MEC平臺除了基礎能力外，還需要提供其他相應的能力，例如，V2X相關應用的管理能力、V2X用戶的位置服務能力、V2X業務分流及QoS服務能力、大數據存儲和智能分析能力、V2X用戶身份識別和車輛管理能力，以及協同管理能力等。

依據是否需要路側協同以及車輛協同，可以將MEC與C-V2X融合場景分為“單車與MEC交互”“單車與MEC及路側智能設施交互”“多車與MEC協同交互”“多車與MEC及路側智能設施協同交互”四大類[4]。

無需路側協同的C-V2X應用可以直接通過MEC平臺為車輛或行人提供低時延、高性能服務；當路側部署了能接入MEC平臺的路側雷達、攝像頭、智能紅綠燈、智能化標志等智能設施時，相應地C-V2X應用可以借助路側感知或采集的數據為車輛或行人提供更全面的信息服務。在沒有車輛協同時，單個車輛可以直接從MEC平臺上部署的相應C-V2X應用獲取服務；在多個車輛同時接入MEC平臺時，相應地C-V2X應用可以基于多個車輛的狀態信息，提供智能協同的信息服務，如圖7所示。

圖7 MEC與C-V2X融合場景

03 5G車聯網網絡

5G對網絡進行了全面設計，可以對各類資源及QoS進行端到端管理。網絡切片是SDN/NFV技術應用于5G網絡的關鍵服務，一個網絡切片將構成一個端到端的邏輯網絡，涵蓋所有網段，包括無線網絡、有線網絡、傳輸網、核心網、業務應用，按切片需求方的需求靈活地提供一種或多種網絡服務，將所需的網絡資源靈活動態地在全網中面向不同的需求進行分配及能力釋放，并進一步動態優化網絡連接，降低成本，提升效益。

網絡切片不是一個單獨的技術，它基于云計算、虛擬化、軟件定義網絡、分布式云架構等幾大技術群實現，通過上層統一的編排讓網絡具備管理、協同能力，從而實現基于一個通用的物理網絡基礎架構平臺，能夠同時支持多個邏輯網絡的功能。

網絡切片的能力包括超高帶寬、超低時延、海量連接、切片編排與自動部署、SLA性能保障、切片能力開放、切片商城。其中超高帶寬、超低時延、海量連接是5G提供的基礎能力，在網絡切片中也可以根據垂直行業需要進行定制化的設計；切片編排與自動部署、SLA性能保障則是切片運維和運營需要的端到端核心能力，主要實現垂直行業應用的快速創新和上線，并保證SLA滿足用戶的要求；切片能力開放和切片商城則是5G網絡切片的用戶側能力，主要提供網絡切片的用戶接口，方便用戶訂購、管理網絡切片，并和垂直行業自身的系統和應用融合，打造行業的數字化應用。網絡切片的工作流程如圖8所示。

圖8 網絡切片流程

5G網絡可以為車聯網提供eMBB、mMTC、URLLC不同類型的網絡切片。eMBB切片可以承載車載VR實時通信、全景合成等業務；mMTC切片可以承載汽車分時租賃等業務；URLLC切片可以承載AR導航等業務。

04 5G車聯網云平臺

統一的云平臺是未來車聯網的重要組成部分。云平臺作為連接網絡與應用服務的橋梁，首先應支持共性平臺建設，具有一定的通用性、靈活性、安全性以及穩定性；其次需要保證各類用戶的體驗，具有網絡開放能力，實現網絡間的互聯互通，支持泛在接入，通過模塊化實現云平臺的靈活彈性，保證用戶永遠在線，并對客戶做出實時響應；最后，要實現多場景支撐功能，例如主動安全、路徑規劃、共享數據以及協同感知等[5]。

車聯網云平臺作為車聯網V2X業務的基礎能力平臺，旨在為V2X業務及上層應用提供數據高并發接入、融合分析、高精度定位、網絡能力開放、邊緣計算、業務連續性保障等基礎能力，以滿足車聯網輔助駕駛、自動駕駛的業務需求[10]。

4.1?5G車聯網云平臺架構[6]

5G車聯網云邊協同，可部署三級計算體系，其云平臺架構如圖9所示。云中心平臺主要支撐全網業務，并提供全局管理功能，包括全網業務運營管理、全局交通環境感知及優化、多級計算能力調度、應用多級動態部署、跨區域業務及數據管理等功能。V2X區域中心平臺主要支撐省/市區域范圍內業務，包括區域業務運營管理、區域交通環境感知及優化、區域數據分析/開放/應用托管、邊緣協同計算調度、V2X邊緣節點管理等功能，可服務對時延要求較高的業務場景。V2X邊緣節點主要支撐邊緣范圍內高實時、高帶寬的V2X業務，包括邊緣范圍內邊緣數據融合感知、動態全景感知圖構建等功能，可服務于高級輔助駕駛和自動駕駛等應用。

圖9 車聯網云平臺架構

4.2 5G車聯網云平臺功能

車聯網云平臺提供網絡協同融合感知、實時計算/分析、數據存儲/開放、能力聚合/開放、資源調度、協同計算等多種基礎功能，同時，云平臺在參照多級架構進行部署時，各級平臺功能可依據所提供的應用服務按需進行部署，如圖10所示。

圖10?車聯網云平臺功能

4.3?5G車聯網云控平臺

云控平臺是通過“人車路網云一體化”，為智能駕駛提供協同感知、協同決策、協同控制服務的基礎性平臺。云控平臺采用自主可控、安全可靠的云控基礎軟件系統，建設邏輯統一、物理分散的云計算中心，標準統一、開放共享的基礎數據中心，實現人、車輛、基礎設施、交通環境等領域的基礎數據整合應用，為智能汽車的研發制造、安全運行、交通管理、應用服務等提供支撐。

5G車聯網云構建的一體化開放數據公共服務平臺和云控平臺，如圖11所示，可為車載終端、一體化路側智能設施、第三方車聯網應用平臺提供高并發接入、實時計算、應用托管、數據開放、決策控制等能力。海量微觀數據和宏觀數據，如微觀的個人駕駛行為數據，宏觀的交通數據等，將接入到云平臺。車聯網數據經過清洗、脫敏、建模、分析以及可視化后，一方面可用于提供一體化開放數據公共服務，衍生出大量面向主機廠、一級供應商、運營商、行業客戶、政府管理者、普通消費者的增值服務；另外一方面可用于提供云控服務實現智能決策和實時調控。

圖11 一體化開放數據和云控平臺

05 5G車聯網安全

智能網聯汽車面臨諸多的信息安全威脅，包括外部威脅，如車聯網移動終端遠程控制APP防護、充電樁操作系統防護和電量數據采集數據加密傳輸、智能車鑰匙防止破解開鎖、OBD接口CAN報文防護等；終端威脅，如T-BOX威脅、IVI威脅、終端升級OTA（空中下載技術）威脅、車載OS威脅、接入風險、傳感器風險、車內網絡傳輸風險、車載終端架構的安全威脅等；網絡威脅，如認證風險（沒有驗證發送者的身份信息、偽造身份、動態劫持等）、傳輸風險（車輛信息沒有加密或強度不夠、密鑰信息暴露、所有車型使用相同的對稱密鑰等）、協議風險（一種協議偽裝成另一種協議等）；云端威脅，如數據隱私性、數據完整性、數據可恢復性等。

5.1 車聯網安全需求

車聯網主要從網絡通信、業務應用、車載終端和路側設備三個方面保障LTE-V2X系統安全需求[7]。

（1）網絡通信安全需求

LTE-V2X網絡通信安全包含蜂窩通信接口通信安全和直連通信接口通信安全，在系統設計時應滿足如下安全需求。

蜂窩通信接入過程中，終端與服務網絡之間應支持雙向認證，確認對方身份的合法性。蜂窩通信過程中，終端與服務網絡應對LTE網絡信令支持加密、完整性以及抗重放保護，對用戶數據支持加密保護，確保傳輸過程中信息不被竊聽、偽造、篡改、重放。

直連通信過程中，系統應支持對消息來源的認證，保證消息的合法性；支持對消息的完整性及抗重放保護，確保消息在傳輸時不被偽造、篡改、重放；應根據需要支持對消息的機密性保護，確保消息在傳輸時不被竊聽，防止用戶敏感信息泄露。直連通信過程中，系統應支持對真實身份標志及位置信息的隱藏，防止用戶隱私泄露。

（2）業務應用安全需求

基于云平臺的業務應用與移動互聯網“云、管、端”的業務交互模式相同，故其安全需求與現有網絡業務應用層安全需求基本一致，需確保業務接入者及服務者身份的真實性、業務內容訪問的合法性、數據存儲及傳輸的機密性及完整性，平臺操作維護管理的有效性，并做好日志審計確保可追溯性。

基于直連通信的業務應用具有新的特點，需要滿足傳輸帶寬、處理實時性等各方面要求，由此要求安全附加信息盡量精簡，運算處理時間盡量壓縮，以滿足車聯網業務快速響應的特點。在業務消息的傳輸過程中，系統還應支持數據源的認證，保證數據源頭的合法性，防止假冒終端或偽造的數據信息；支持對消息的完整性及抗重放保護，防止消息被篡改、重放；根據需要可支持消息的機密性，保證消息在傳輸時不被竊聽，防止用戶私密信息泄露；同時支持對終端真實身份標志及位置信息的隱藏，防止用戶隱私泄露。

（3）車載終端和路側設備安全需求

車載終端和UE型RSU具有很多共同的安全需求，其內容涉及硬件設計、系統權限管理、運行環境安全、資源安全管理等方面，主要安全需求如下。

①應注意有線和無線接口的安全防護。②應具備對敏感數據的存儲和運算進行隔離的能力。③應支持系統啟動驗證功能，固件升級驗證功能，程序更新和完整性驗證功能以及環境自檢功能，確保基礎運行環境的安全。④應支持訪問控制和權限管理功能。⑤應具有安全信息采集能力和基于云端的安全管理能力。⑥應具有入侵檢測和防御能力。

除了上述共同的安全需求外，UE型RSU還應支持物理安全防護能力、防拆卸或拆卸報警能力、部署位置變動的報警能力等。eNB型RSU形態與eNB類似，應參考現有eNB設備安全技術要求及安全防護要求進行安全保護。

5.2 直連通信場景下應用層安全機制[7]

為了實現OBU、RSU等V2X設備間的安全認證和安全通信，LTE-V2X車聯網系統使用基于公鑰證書的PKI機制確保設備間的安全認證和安全通信，采用數字簽名等技術手段實現V2V/V2I/V2P直連通信安全。密碼算法應采用國家密碼管理局批準的國密算法，數字證書應符合國家標準或者行業標準的技術要求。

為了能夠對基于數字證書的應用層安全機制提供有效支撐，LTE-V2X車聯網系統需要建立一套完整的CA管理系統，實現證書頒發、證書撤銷、終端安全信息收集、數據管理、異常分析等一系列與安全相關的功能，確保V2X業務的安全。“四跨”測試驗證安全基礎PKI/CA系統，包括偽造限速預警防御（在路邊配置一個攻擊RSU，廣播偽造限速信息20km/h，演示車輛能夠過濾不可信的RSU消息）、偽造紅綠燈信息防御（在非交叉路口配置一個攻擊RSU，持續廣播信號燈消息，演示車輛在通過該點位過程中，不觸發任何紅綠燈相關預警和提示）、偽造緊急車輛防御（在路側放置一臺不可信OBU，未實現通信安全身份認證機制，持續對外廣播偽造的緊急車輛消息，演示車輛路過時，不會觸發前向碰撞預警）、偽造前向碰撞預警防御（在路側放置一臺不可信OBU，未實現通信安全身份認證機制，持續對外廣播偽造的前方車輛消息，演示車輛路過時，不會觸發前向碰撞預警）。

引入滿足LTE-V2X場景的消息認證專用安全芯片，存儲個人身份證書和簽名私鑰，提供數字簽名、簽名驗證和數據加解密等密鑰服務。智能網聯汽車在周邊有200臺其他智能網聯汽車的極端情況下，實現V2V功能，每秒鐘將接收200×10=2000條消息，因此安全芯片需要保障性能、算法功能、可靠性、安全性及應用能力。

06 5G車聯網高精度定位[8]

定位技術是車聯網的關鍵技術之一，是實現車輛安全通行的重要保障。在車聯網應用中，不同的應用場景對定位的要求也不同。例如輔助駕駛對車的定位精度要求在米級，而自動駕駛業務對定位的精度要求為亞米級甚至厘米級。雖然不同應用對定位精度要求不同，但定位的連續性是車聯網業務安全可靠的必要前提，考慮到環境（遮擋、光線、天氣）、成本以及穩定性等因素，單純采用某一種定位技術并不能滿足車聯網業務的定位需求。

根據場景以及定位性能的需求不同，車輛定位方案是多種多樣的。在大多數的車聯網應用場景中，通常需要通過多種技術的融合來實現精準定位，包括GNSS（全球導航衛星系統）、無線電（蜂窩網、局域網等）、慣性測量單元（IMU）、傳感器以及高精度地圖。其中，GNSS或其差分補償RTK（實時動態），是最基本的定位方法。考慮到GNSS技術在遮擋場景、隧道以及室內的不穩定性（或不可用），其應用場景受限于室外環境。基于傳感器的定位是車輛定位的另一種常見方法，然而高成本和對環境的敏感性也限制了其應用前景。通常，GNSS或傳感器等單一技術難以滿足現實復雜環境中車輛高精度定位的要求，無法保證車聯網定位的穩定性。因此會通過其他輔助方法如慣性導航、高精度地圖等，以滿足高精度定位需求。

6.1 車聯網定位需求

車聯網主要應用場景有交通安全業務、交通效率業務、信息服務業務三大類，各類中典型業務對定位的需求如表1所示。

表1?C-V2X主要應用場景及定位指標

同時，自動駕駛作為車聯網的典型應用已經逐步滲透到人們的生活中，封閉或半封閉園區的無人擺渡、無人清掃、無人派送，以及礦區的無人采礦、無人運輸等，已經成為無人駕駛的典型應用。高精度定位是實現無人駕駛或者遠程駕駛的基本前提，因此自動駕駛對定位性能的要求也非常嚴苛，其中L4/L5級自動駕駛對于定位的需求如表2所示。

表2?L4/L5級自動駕駛汽車定位指標

6.2 基于RTK差分系統的GNSS定位

全球導航衛星系統（Global Navigation Satellite System,GNSS）是能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標、速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統，包括美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯衛星導航系統（GLONASS）、歐洲的伽利略系統（GALILEO）和中國的北斗系統（BDS）。

高精度GNSS增強技術通過地面差分基準參考站進行衛星觀測，形成差分改正數據，再通過數據通信鏈路將差分改正數據播發到流動測量站，進而流動測量站根據收到的改正數進行定位。

6.3 傳感器與高精地圖匹配定位

視覺定位是通過攝像頭或激光雷達等視覺傳感器設備獲取視覺圖像，再提取圖像序列中的一致性信息，根據一致性信息在圖像序列中的位置變化估計車輛的位置。根據事先定位所采用的策略，視覺定位可分為基于路標庫和圖像匹配的全局定位、同時定位與地圖構建的SLAM（即時定位與地圖構建）、基于局部運動估計的視覺里程計三種方法。

①全局定位。全局定位需要預先采集場景圖像，建立全局地圖或路邊數據庫，當車輛需要定位時，將當期位置圖像與路邊數據庫進行匹配，再估計當期圖像與對應路邊之間的相對位置，最終得到全局的定位信息。

②V-SLAM。同時定位與地圖構建基于采集到的視覺信息，在車輛行駛的過程中對經過的區域進行地圖構建和定位。

③視覺里程計。視覺里程計（VO）是以增量式地估計移動機器人的運動參數。視覺里程計關注如何計算圖像序列中相鄰圖像間所反映出的機器人位姿變化，并將局部運動估計的結果累積到車輛軌跡中。

參考文獻

[1]吳冬升.智能網聯車載終端滲透率提升之道[J].通信世界.2019:30-33.

[2]IMT-2020（5G）推進組.LTE-V2XOBU白皮書[R].2019.

[3]IMT-2020（5G）推進組.LTE-V2XRSU白皮書[R].2019.

[4]IMT-2020（5G）推進組.MEC與C-V2X融合白皮書[R].2019,1.

[5]中國聯通.中國聯通車聯網白皮書[R].2017.

[6]中國移動.中國移動車聯網V2X平臺白皮書[R].2019.

[7]IMT-2020（5G）推進組.LTE-V2X安全技術[R].2019.

[8]IMT-2020（5G）推進組.車輛高精度定位白皮書[R].2019.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的万字详解5G车联网技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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