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车联网双模设计势不可挡 设立5G专网将加速普及
 

【作者: 施莉芸】2019年04月12日 星期五

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图一 : 未来使用DSRC将可接轨C-V2X外,目前也已着手研发可同时支援DSRC及C-V2X的「双模基站」或「双模路侧单元」。(source:electronic design)
图一 : 未来使用DSRC将可接轨C-V2X外,目前也已着手研发可同时支援DSRC及C-V2X的「双模基站」或「双模路侧单元」。(source:electronic design)

车联网(V2X)技术的概念及应用早在20年前就被提出,自1999年起,美国交通部为推动相关道路安全应用,提出短距无线通讯技术(Dedicated Short Range Communication, DSRC),目的便是为了透过车辆上搭载的装置,并结合感测、通讯、网路、数据处理等技术,将资讯在平台上进行存取、利用,有效掌握即时且准确的资讯,在提升运输安全的同时,也能够依照不同需求提供各项服务。


工研院资通所组长蒋村杰指出,以工研院基於WAVE/DSRC所研发之「iRoadSafe智慧道路安全警示系统」来说,透过车对车、车对路通讯即时交换资讯,提升车辆对环境的感知能力,可於路囗与高速公路匝道等易肇事路段侦测可能发生危险之车辆,透过RSU(Roadside Unit)路侧设备与OBU (Onboard Unit)车载机之间的即时通讯,提供驾驶人行车安全之预警能力。


他接着说明,此系统可提供驾驶者拥有路囗防撞警示(Intersection Movement Assist, IMA)、路囗左转安全警示(Left Turn Assist, LTA)、紧急电子煞车警示(Emergency Electronic Brake Light, EEBL)、前方防碰撞警示(Forward Collision Warning, FCW)以及危险路况警示(Road Hazard Signalling, RHS)等行车安全预警,不仅为符合美国V2V Mandate应用趋势以及欧洲ITS (Intelligent Transport Systems)需求之系统产品,更获颁「创新界奥斯卡奖」美誉的爱迪生奖(Edison Awards)。


DSRC与C-V2X各具优势 双模设计成车连网趋势

由於目前DSRC发展技术相对成熟,不仅已有相关标准及车厂相继采用,在系统稳定上也已进入可量产阶段,蒋村杰观察,由於目前仍无行动商提供相关服务,因此目前台湾车联网也多是架构於DSRC技术标准上所发展而成的系统。


但相较於DSRC,基於蜂巢式网路(行动网路)的蜂巢式车联网(Cellular Vehicle-to -Everything, C-V2X),现阶段虽仍由标准组织3GPP制定中,不过由於C-V2X为采用直接通讯模式,支援车两与其他汽车、行人、路侧设施进行直接通讯,无需使用蜂巢式网路或成为行动数据电信用户,这项优势将可为安全及未来自动驾驶在不同情境下带来更加卓越的性能。



图二 : 工研院资通所组长蒋村杰解释,DSRC与C-V2X两项技术标准,其实是竞争兼互补的关系。
图二 : 工研院资通所组长蒋村杰解释,DSRC与C-V2X两项技术标准,其实是竞争兼互补的关系。

看准两大技术皆具可期的发展性,蒋村杰说明,虽目前系统大部分都是架构於DSRC上,不过由於两种技术标准差别仅在底层及网路层,且根据标准所订,两者在应用层面的使用上将可互通切换。他也指出,未来使用DSRC将可接轨C-V2X外,目前也已着手研发可同时支援DSRC及C-V2X的「双模基站」或「双模路侧单元」。


蒋村杰解释,DSRC与C-V2X两项技术标准,其实是竞争兼互补的关系。他指出,就像Wi-Fi与行动网路,使用者在使用上并不会有差异,两种技术差别仅在底层技术及网路层的不同,且由於3GPP与IEEE 1609达成协议,因此在上层应用面则保持一致。


因DSRC与C-V2X各具优劣势,因此,两项标准相互融合交是未来方向。在有网路、有基地台状况下,采用C-V2X会更有效率,同时C-V2X更具技术前瞻性,有逐渐升级可能;相对而言,DSRC则发展较成熟,且具系统稳定的优势。总和两项技术的各面向,双模设计将成为车连网势不可挡的发展方向。


瞄准低延迟、超可靠性与高速传输 5G C-V2X最快2021上路

他接着说明,以美国制定的WAVE/DSRC(Wireless Access in Vehicular Environment, WAVE车用环境无线存取)DSRC技术而言,是以IEEE 802.11p标准作为底层之通讯协定,上层则以IEEE 1609系列标准所构,并由政府立法规范,以5.875到5.925GHz作为使用频段,提供车用环境之短距通讯服务。


而C-V2X目前则是由3GPP从2015年8月起,针对蜂巢式车联网应用情境与系统需求,分成Rel-14到Rel-16进行3阶段标准制定工作。前两阶段为依据长期演进技术(Long Tern Evolution, LTE)架构,完成车间通讯服务需求;第三阶段则针对新无线电技术第一阶段(New Radio Access Technology Phase 1)架构,进行Rel-16 5G C-V2X标准化研究。



图三 : C-V2X采直接通讯模式,可支援车两与其他汽车、行人、路侧设施进行直接通讯,这项优势将可为安全及未来自动驾驶在不同情境下带来更加卓越的性能。(source:BOSCH)
图三 : C-V2X采直接通讯模式,可支援车两与其他汽车、行人、路侧设施进行直接通讯,这项优势将可为安全及未来自动驾驶在不同情境下带来更加卓越的性能。(source:BOSCH)

在实际导入上,蒋村杰指出,在不要求时间延迟或主动性安全的情况下,以目前4G LTE就可以做到车联网技术;但若要利用5G通讯技术的URLLC低延迟的功能,就须等到Rel-16定义出炉後才较明朗,因此蒋村杰认为,市场上市至少要等到2021年之後。


为了达成5G C-V2X超低延迟、超可靠性与高速传输需求,蒋村杰指出,不同於DSRC仅需将RSU路侧设备与OBU车载机之间的即时通讯,并将管理机制提出作适当管理,布建完成便能使用;C-V2X则须考虑到UE(User Equipment)、频谱、河网…等设备,更重要的是,需考量是否能够符合电信规范,以及能否与国际标准串接,因此在施行上挑战更大。


在LTE Release 14版本中,3GPP已先将C-V2X标准,区分为V2V/V2I(Infrastructure)/V2P(Pedestrian)应用为主的短距离通讯介面(PC5 Interface),及透过行动基地台到云端网路、适用长距离通讯的V2N(Network)应用介面(Uu Interface)等两种类型。


蒋村杰表示,在技术上,Uu Interface虽须等到Rel-16出炉後,在Low Latency才能有较突破的发展,不过在高速行驶的状况之下,是否达成与号志连动等应用要求,都仍有待观察。


相对而言,PC5 Interface在实行上则不仅须解决两车对开时,行驶速度所造成的相对速度差,更面临隐私的问题,由於未来V2V可以跳过基地台做直接通讯,在监测上,恐怕需要一个介面与标准,让监测单位得到这方面资讯,也因此,电信业者也需要从中思考,如何得知两个使用者的使用情况,或另寻其他商业模式。


升级5G成本大 官立专网有助加速普及

此外,经营一个电信网路,不仅要执照费用、基地台需要升级,在网路的布建成本上,要从4G转到5G,网路端也需要跟着升级,因此也需考量是否有足够的应用能够达到有效回收。


蒋村杰指出,未来车联网提供5G服务有两种方式,一是电信公司提供,否则就是建立5G垂直产业应用网路(或称5G专网、企业私网、垂直场域)。他接着说明,以国外案例来看,垂直专网大多由电信商提供服务,并应用在科学园区或工业区等特定区域内。


蒋村杰则建议,政府可提供一个专用於行车安全的频道。事实上,蒋村杰指出,台湾可叁考美国於2015年所提出的CBRS频谱共享机制,透过频谱资源共享,将是一个非常好的机会让相关业者投入研发,不仅将能解决上述营运商商业模式的问题,也将加速车联网普及脚步。


[CTIMES名词解释]

公众宽频无线服务(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)


美国於2015年提出CBRS频谱共享机制,采三层式授权架构(three-tiered framework),主要目的在促进3.5GHz频段(3550-3700MHz)频段资源之运用,使消费者、业者与政府三方依据不同层级使用规则,透过频谱资源共享,增加乡村与偏远地区人民近用宽频网路的机会,并促进先进制造技术(advanced manufacturing)、能源与健康照护服务之发展。


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