• 鄔賀銓院士:5G車聯網有哪些挑戰?

    2020-01-13 10:57:35 來源:新交通 評論:
    分享到:

    2020年1月10日,中國電動汽車百人會年會自動駕駛論壇在北京釣魚臺國賓館舉行,中國工程院院士鄔賀銓在論壇做主題發言,以下為發言全文: 

    image.png

    鄔賀銓:尊敬的各位領導、各位專家:

    早上好!

    我想就5G車聯網的挑戰這個題目跟大家談一下我的一些看法。

    車聯網的通信模式可以分成四類:1.V2V(怎么解決汽車與汽車之間的通信);2.V2P(汽車跟行人之間怎么通信);3.V2I(汽車跟路邊、云、紅綠燈、停車場的通信),怎么控制信號燈的轉換;4.V2N(汽車到網絡的通信),解決優化交通流量的問題,做好交通的規劃。

    我們可以看到為什么會車聯網需要有通信呢?我們的汽車車速和剎車的距離,它們是有關系的,假如每小時開到112公里的話,到剎車的時候,差不多要真正剎住需要5秒鐘,我們說100米以內可能是駕駛員的感知,200米是車輛的感知,V2V可以有300米的感知,可以提前一些,上到云可以有更遠距離的感知(2公里)。

    現在汽車作為自動駕駛,是L5級別,不同級別對傳統時延有不同的要求的,這需要有不同的技術來支撐。就通信技術而言,在4G時代,L1、L2級別的支撐應該是沒問題的,但是如果說真的要到L5級別,就需要5G,最底下一行eMBB是增強的移動寬帶,eV2X是增強的v2x通信,包括車到車、車到路、車到基礎設施等等。實際上為什么會時延有要求?我們可以停車為例,應該說對時延要求不是最嚴格的,但是我們可以算出來,如果停車精度要1米的話,扣除處理的時延10毫秒,制動感應30毫秒,這個時候可以看到V2X的時延只允許5毫秒。

    遠程駕駛、自動駕駛要求端到端的時延不超過5毫秒,可靠性要求99.999%,需要聯網,每輛車每秒的數據會到一個GB,按照移動通信標準化組織3GPP對eV2X的要求,在自動駕駛和傳感器共享的要求,時延不能高于3毫秒,傳感器共享要求帶寬1GB,我們可以看到在4G的時代,LTE的時延可能要到100毫秒,如果我們加上邊緣計算,可以減到10毫秒,但是仍然超出了目前自動駕駛的要求,所以我們需要有5G+邊緣計算,可以說車聯網需要5G,只有5G才能支持這個要求。

    車聯網的通信可以分成好幾類,總的叫V2X,一類是短距離的通信,最大傳輸距離800米這么長,而最高車速是60公里,最大數據率大概是27MB。另外容量不夠,如果交通擁堵的時候,車很多的時候就不能勝任了,在抗干擾方面以及覆蓋方面是它的不足,現在較多用C-V2X,C是蜂窩的意思,基于蜂窩的V2X可以分為在4G場景下的LTE的V2X,還有增強的LTE環境下的V2X,以及NR的V2X,就是5G,我們可以看到,在4G時代,帶寬可以擴展到上百兆,帶寬可以到上行500兆,下行1G,但是用戶面的時延10毫秒,控制面的時延50毫秒。增強的4G的V2X增加了一些功能,像車聯網編隊、高級駕駛、擴展遠程駕駛。我們注意到最右邊5G的時候,它的通信距離延伸到1公里,最高相對車速可以支持500公里,最大帶寬到1G,最重要的是時延降到3毫秒,通信可靠性能做到99.99%。相對于其他的模式,5G是比較接近車聯網需要的。

    5G本身,我們走過了第一代移動通信,一個蜂窩小區,是以頻率的不同區分用戶,我們叫頻分多址,它是模擬的,以GSN為代表的2G是數字的,以時隙的不同區分用戶,TDMA,3G都是CDMA,是以碼道的不同區分用戶,碼分多址。4G把頻分、時分、碼分都用上了,它的峰值速率可以上到100兆?,F在5G來了,在多址方式上,5G和4G有所改進,但是并沒有完全變化。

    應該說整個移動通信都是十年一代,每一代移動通信的峰值速率是前一代的100倍,所以5G峰值速率可以上到20G,但是這是極端的情況,是工作在毫米波頻段800兆的窄頻,而且一個蜂窩全部給一個用戶用,服務器就在邊上,這種情況基本上是實驗室做一個測試可以,對一般的應用是不可能的。即便做不到20G,做到1G是沒有問題的。最重要的區別不在于帶寬,而在于它擴展的應用模式叫產業互聯網和智慧城市,三代應用場景增強移動寬帶、超可靠、低延時、廣覆蓋、大連接,它基本上還依靠通信的基本原理,蜂窩做得更密,這樣容量更大,盡管頻率高了,傳輸距離短了,但是蜂窩密了,能夠適應。其實是大規模的天線,也就是說把空分的能力也加上去了,還有窄寬頻率以及物理層的改進。所以5G跟4G比,在多項性能上都有1-2個數量級的提升,比如說移動性現在能支持500公里時速的高鐵,無線接口延時減少到1毫秒,連接密度提升10倍,一平方公里有100萬個連接,能效和密度密度各提高100倍。

    但是整個5G雖然考慮了車聯網,但是準確地來說,它首先還是為了公眾通信而設計的,公眾通信跟車聯網有什么不一樣?公眾通信是面向廣大的客戶,地域很寬,而城市里頭車聯網距離很短,包括前后的車輛也就幾十米的距離,所以距離是比較短的,公眾通信80%的情況下面是在房間里頭的,處于非移動狀態,車聯網80%的情況是行駛的準備,所以對移動性管理是要求高的,通信只有在使用的時候才占用信道,但是車聯網基本上是永遠在線的。通信應該說主要是點到點,而城市車聯網的V2V環境下是點到多點,和多點到點。面向通信發送的方式是已知的,而車聯網發給誰不受車主控制,所以這要求是很多種多樣的,是不一樣的,我今天主要想說即便5G要滿足車聯網的要求也還是有很大的挑戰,比如說傳統的互聯網是叫無連接的,所謂無連接在右圖可以看到,一個信件可以拆成很多個IP包,過去是無連接,我們的路由器既有節點控制功能,也有傳送轉發功能,過去收的一個IP包打開看一下地址,找到最近的路由器做轉發,這實際上是不考慮全網優化的,現在我們希望把節點控制功能抽出來,進行網絡操作,把應用功能抽出來,然后全網收集全網的大數據,包括業務流量的數據以及車流的數據,還有網絡資源的數據。在源端就定義了端到端的這條路由,這就是叫面向連接。

    原來的無連接,一個郵件可以變成很多個信件,本來都是同一個源到同一個目的地的,但是實際上在互聯網上,我們是逐包轉發的,每一個包各自選路,這叫無連接,相當于走不通的路。在當初互聯網開始的時候認為不穩定,所以我們用這種方式能夠保證它通信的可靠性,即便一個包傳不了,可以重傳這個包,而不是一個信道都丟掉。如果用原來互聯網無連接的方式就顯得效率太低了,在車聯網上尤其如此,所以我們改用軟件定義網,也就是說通過網絡的集中管理,從頭到尾給它指定一個路由,這種情況在現實交通中,比如說我們在北京早高峰、晚高峰給公交車指定一個路由,但是平時不能對任何車定路由。而5G希望對所有的業務流能夠在源端把每一個路有指定好,優化方式。實際上在現實情況下,可能只有級別很高的高級車輛才能有這種待遇。

    如果把它用在車聯網上用,這實際上所有的車都要有單獨給它計算一個路由,這個計算量還是很大的,另外怎么能夠實時?怎么能夠滿足低延時的要求?而且傳統的通信網在做這個計算,是在網絡運營商的中心來做的,而車聯網不能夠把它放到整個網絡運營商的運營中心,因為一個城市是一個城市,所以可能這種管理集中處理功能,只有放到城市里頭,而按城市來分級可能就會多了,另外,所有的車都要端到端的指定路由,這實際上是要求比較高的,所以是不是說未來一部分車指定,一部分車不指定,所以這也是一個挑戰。

    其次,5G上面要適應高鐵的通信,很多時候坐在家里用的時候根本沒有運動速度的要求,5G要支持高帶寬,當然很多時候傳感器數據是低帶寬,所以要求是各種各樣的,我們不能把網絡做成不一樣,我們是通過邏輯上的切片,你要高帶寬的,我把網絡資源組成高帶寬,你要低延時就給你低延時,要高可靠就給你高可靠,就像馬路上一樣,大客車給它指定通道,小車給它指定通道,甚至摩托車給它指定通道,5G的時候希望這樣,但是實際上能做到這么精準、這么細致也是有難題的。

    這個我們在通信上叫網絡切片,網絡切片就是給它組成了專用通道(VPN),我們知道VPN是大客戶,是少量的,而5G現在希望對所有的都做VPN,這顯然是一個難題。另外,車聯網如果在公共公用網上只有一種業務類型,是不是所有車聯網的車都成為一個大切片呢?這種想法跟原來切片提出的“小”思想是不完全一致的。雖然都是車,但是每一輛車對通信的要求是不一樣的,里面有特種車輛、一般車輛,需要區別對待。

    還有一些問題,馬路上有一些車具有支持網絡切片的能力,原來的車并不具有支持這個能力。所有車混在一起,你有切片的能力好辦一點,沒有切片能力怎么辦?就像自動駕駛的車上路了,你可以做到不撞別人,但是不等于別人的車不撞你,所以有一個管理上的挑戰。

    另外,車聯網面對行駛中的車輛,要用無線聯網,不可能用光纖,剛才說過了,5G和其他的車聯網技術比是更有優點的。當然了,我們最方便的辦法是用運營商的網絡,車聯網上到運營商的網絡,這樣不需要重新投資基礎設施,可以節省成本。

    但是有一個問題,傳統的運營商的基礎網絡在5G的時候主要使用TDD的模式,TDD是什么意思?就是在一個頻段上既有上行也有下行,上下行不見得是對稱的,因為在消費側的應用,大部分消費側希望從網上下載視頻的多,自己往上傳視頻的少,所以在同一個頻段安排上下行的時候一般是三七開,30%的時隙用于往上傳,70%的時隙用于接收網絡的數據,可是在物聯網,我們更多的是傳感器的數據往上報,而真正網絡指令的數據還是少的,所以應該是倒的三七開。這兩者不同的上下行時隙的配比如果安在同一個運營商的網上,這兩者是有互相干擾的,所以要不就設計在不同的窄頻,否則就很難配置,所以現在就提出一個問題,車聯網能完全上到運營商的5G網絡嗎?所以我們有可能說我們城市里頭可能要建設一個支持車聯網的5G的專網,它可以有單獨的時隙配置,而不跟公眾網上的時隙配置沖突,這就需要專用頻率,歐洲對工業互聯網已經測算了,預留了76兆,德國分配100兆。目前分給車聯網的頻率是5.8G,帶寬不高于75兆,真正給V2V用的只有25兆,所以如果每一輛車都要有專用的廣播頻率的話,頻率就不夠了,所以頻率問題對車聯網來講也是一個挑戰。建設一個專用的城市車聯網的5G專網也有成本的挑戰。

    另外,盡管5G的空口時延很短,但是如果存在地面,再經過一些處理,那時延還是比較大的,所以我們需要把云的能力,部分計算能力下沉,成為邊緣云,邊緣云負責處理一些時延敏感的數據,過濾掉一些數據送到中心云,中心云搜集多個邊緣云的數據優化模型再下發,所以我們說為了適應車聯網的需要,需要大量使用邊緣計算,將存儲內容分發下沉到邊緣云來處理。

    IDC預測將來50%的數據都要在邊緣處理,當然了,兩機云會比單機云的成本節省一些,但是在車聯網場景下,如果邊緣計算下沉到路邊單元,顆粒度很小,時延很低,但是太多了就碎片化,如果放到移動通信的RSU,路邊的RSU效果是好的,但是邊緣計算就要管理很多個路邊RSU。所以這里面也有一個成本問題,而且有一個車聯網的問題,不是固定接入到一個邊緣計算,邊緣計算如果在基站,這個車一會兒開到另一個基站,也就意味著這種計算存儲要轉換到另一個基站上,這種基站到底是邊緣計算與邊緣計算之間溝通,還是上到中心云再來溝通,這里面各有優缺點,邊緣計算和邊緣計算之間直接溝通時延很短,能適應車聯網的要求,但是帶來了很大的開銷。

    5G很重要的應用是把物聯網的終端直接連到人工智能、大數據的分析,過去我們沒有5G的時候,除了光纖以外,其他手段不能解決傳感器跟后臺的大數據、人工智能之間的這種傳輸的時延問題,因此往往大數據、人工智能的決策分析都是滯后的,也就是說它會帶來很大的時延,沒法實時化,現在5G的介入使它們兩者無縫融合,AI+IoT我們叫AIoT智聯網,5G對物聯網的要求是一平方公里100萬個傳感器能聯網,傳輸時延不高于10秒,丟包率不高于1%,按照這個數字,應該是基本能夠滿足車聯網要求,盡管這里寫時延10秒,這是講端到端很長距離的,城市車聯網短距離不會有這么高。5G的AIoT需要一些技術來支撐,但是難題是什么?現在車里面幾百個傳感器都是用選來方式管理嗎?這是一個挑戰。

    另外,雖然5G一平方公里能接入100萬個傳感器,每個傳感器接進來又印證,一個一個印證到什么時間?所以要群組印證,群組印證怎么保證群組跟個性的區別?另外車聯網V2V印證還要快,還要車聯網要有大量的終端,本身也有安全問題,所以需要有安全的協議,但是安全的協議不能太復雜,否則不但增加能耗,還加大時延。這么多車聯網會產生DDOS攻擊,都被木馬攻陷了,100萬個傳感器共同訪問路邊的車聯網設施,也會把路邊的車聯網設施搞癱瘓了。

    所以總的來說雖然5G能支持車聯網大量的傳感器聯網,但是也面臨很大的挑戰,車聯網用什么標識,車聯網的物聯網里面有很多種標識方案,在5G上當然希望用IPV6,但是實際上前面4G的車聯網以及DSRC的車聯網可能會用其他的標識,怎么實現標識之間的互通就是一個問題,而且車聯網的標識一般是在一個運營商范圍里頭的,而城市里的車,可能某些車接入到移動,某些接入電信,某些接入聯通,是不同的運營商,不同的運營商之間要互通,這就帶來難題,一個是標識能不能一致,另外,過去我們三個運營商不是在任何城市都是直聯的,在中國三個運營商直聯的點只有13個,有些省,比如云南、西藏這些是沒有的,云南電信跟云南聯通要連通就要到成都的直聯點才能實現。車聯網上如果是這樣的話,時延就沒法保證,所以車聯網就要求運營商的網間直聯點要下沉到每一個城市,這也是現有運營商的網絡做不到的。

    車聯網是5G的一種業務,5G的業務采用一種開放的方式,可以說接入到你需要什么能力我可以附加什么能力,就像App一樣,這也方便我們的業務靈活性,5G本身又改變了協議的標準,傳統的移動通信是專用的協議,所以5G是互聯網的協議。之所以開放和采用互聯網的協議是為了讓現有的業務更靈活,當然也帶來挑戰,原來網絡是封閉的,協議是專用的,很少聽說有網絡安全事件發生在運營商的網絡,把運營商搞癱了,現在網絡是開放的,協議是通用的,一定意義上5G會增加更多的安全風險。車聯網對安全的要求又比一般的通信高,所以在這個情況下,我們需要付出更多的安全代價,而且車聯網一般是短包,而互聯網的TCP/IP對短包是沒有什么效率的,所以是不是考慮新的協議應對物聯網。

    運營支撐也很復雜,5G有虛擬NFV,就是網絡單元虛擬化,還有網絡切片,這些都是動態的,要進行動態的管理,很復雜的管理系統,車聯網一個問題要快速計算和處理,運營支撐系統不能只是運營商一個,可能到每一個城市也有一個,否則就不能實時性了,所以應該說實時性對5G也好,對車聯網也好,都是很大的挑戰。所以我說整個5G來講,雖然說它相對于其他移動通信系統更靠攏車聯網的需要,但是實際上車聯網的一些特點,不是5G所面對公眾通信的特點,它是不一樣的,而且有很多新的需求,現有的5G技術未必能適應。我的看法是:5G的車聯網想說愛你也不容易,汽車永遠在路上,5G的車聯網創新也永遠在路上!

    謝謝大家!


  • 關鍵字: 5G 車聯網
  •    責任編輯:suyanqin
  • 關于我們
  • 聯系我們
  • 廣告贊助
  • 全年玻色固定公式规律 火星双色球预测最新版安卓 大配资 江苏11选5任三公式 天下彩天空彩票与香港小说 担保品买入和融资买入哪个好 广西快乐十分选号软件 康美药业股票行情 四川麻将血战到底血流成河 七乐彩基本走势图图表 3d时时乐 彩票