直连V2X与网联V2X对比：竞争还是互补？

最近，车联网或车联万物(V2X)受到了越来越多的关注。2024年8月，美国智能交通协会(ITS America)发布了关于V2X部署问题的最新报告。

ITSA报告对当前的V2X应用进行了分析，并对两个关键的V2X部分进行了展望——使用5.9GHz频谱的直连(Direct)V2X和使用4G LTE和5G蜂窝通信的网联(Networked)V2X。此外，该报告还对未来在5.9GHz当前30MHz带宽限制之外的扩展进行了展望。

美国交通部也在8月发布了有关V2X部署计划的最终报告。

ITS America的V2X概述

ITS America的报告对V2X的发展前景提出了很好的看法，并就哪些策略可加快V2X的使用提出了有价值的建议——即使是在原始设备制造商(OEM)逐步部署直连V2X的情况下。

表1概述了报告中的关键主题。直连V2X和网联V2X之间的区别非常重要。与直连V2X相比，网联V2X App可以更快、更方便地添加到新车和现有汽车中。65%以上的新车销售都包含远程信息处理(Telematics)系统。

因此，将网联V2X与Telematics系统和网联汽车(Connected Car)系统集成的建议将带来许多好处，包括一些安全改进。

表1：ITS America报告概述。

在某些情况下，直连V2X需要更多带宽。随着直连V2X用户的未来增长，ITSA报告讨论了获得带宽的各种选择。最主要的选择是使用目前可用于Wi-Fi的5.9GHz频谱。直连V2X使用需要进行修改，以限制Wi-Fi干扰。

第二种选择是使用频率高得多的60GHz毫米波频段带宽。它适用于高比特率数据和点对点直连V2X。

直连V2X与网联V2X对比

ITSA报告基于两种可用的无线技术——公共蜂窝频谱和专用V2X频谱，提供了有关V2X两个关键部分的有用信息(表2)。该报告讨论了技术方面的问题，并就哪些V2X App适用于每个V2X部分提供了指导。这些因素在过去十年中发生了变化，随着蜂窝技术的发展，未来还会有更多变化。

表2：直连V2X与网联V2X对比。

直连V2X与专用短程通信(DSRC)V2X基本相同，但使用PC5技术在车辆、其他道路使用者和智能交通系统(ITS)基础设施之间进行直连通信。网联V2X使用蜂窝通信进行V2X应用，其时间跨度比实时响应和行动更长。

通过网联V2X进行的任何通信都必须首先经过某种中介网络、系统或平台，然后才能到达目的地。以往，由于网络延迟，这一过程所需的额外时间阻碍了大多数V2X App的部署。蜂窝网络和云计算的巨大进步减少了延迟。这使得大量V2X App可以通过4G和5G网络实现。这降低了许多车辆和基础设施V2X App的采用门槛，使其可与车辆中使用的蜂窝平台配合使用。

安全和认证是这两种方法的关键因素。直连V2X比较容易，因为它已内置在硬件和软件系统中。网联V2X由于使用了多层平台，因此复杂性更高。基本上，每个网联V2X服务提供商都必须在网络平台使用的安全和认证上，为其服务添加安全和认证。

优缺点取决于使用的App类型。V2X App和服务可分为两大类：为保护道路使用者而设计的安全相关服务，以及为道路使用者提供生活质量改善的便利服务，如节省时间、减轻负担或提供道路资产的便利。与安全相关的服务可根据威胁生命的情况细分为安全增强型服务和安全关键型服务。

扩展网联V2X的案例

几十年来，美国的V2X利益相关者一直设想通过单一技术——5.9GHz频段上的直连V2X，建立一个V2X生态系统，以实现App的使能、支持和交付。在这一假设下，众多V2X App被定义出来，从预防即将发生的车辆和行人碰撞，到紧急车辆和工作区通知。

作为一种可行的V2X方法，网联V2X的出现为直连V2X的部署提供了一种新的补充方案。同时，这也提出了可以通过网联V2X部署哪些App的问题。表3概述了为什么网联V2X应得到更多部署关注。

网联V2X通过蜂窝通信拥有庞大的基础设施，并将继续快速扩张和技术改进。目前，汽车行业的网联汽车系统都依赖于蜂窝技术，随着软件定义汽车(SDV)技术的发展，这种依赖性还将增加。

表3：网联V2X的案例。

一些安全App，如自动碰撞通知(ACN)，已通过网联V2X提供。HAAS Alert Safety Cloud等数字警报App正在强劲增长。

所有移动App都可以通过网联V2X实现，从停车管理和通行费支付到交通信号优先。

其中最受欢迎的网联V2X是通过智能手机App(如Waze、苹果地图、谷歌地图和类似应用)提供的旅行和导航信息。通常使用Android Auto和Apple CarPlay进行传输。

货运信号优先(FSP)系统通过在信号灯控制的交叉口给予货运车辆优先权来简化城市地区的货运流程。FSP系统可提高效率、减少延误、降低成本并促进可持续发展。

数据交换是由基础设施所有者和运营商(IOO)运营的数据馈送，可将道路状况信息汇总到一个权威来源，然后共享并分发到其他平台和App。美国联邦公路管理局(FHWA)于2023年推出的施工区数据交换(WZDx)计划就是一个很好的例子。WZDx提供了一种标准化格式，用于向导航平台和OEM厂商描述、共享和传播有关施工区和道路建设的信息。

联邦和州政府机构应在所有公共安全和应急车辆及类似车队中增加网联V2X。将网联V2X作为新车评价规程(NCAP)的一部分将增加其使用。

公共车队运营商是V2X增长的关键群体，也是许多V2X App的目标——从紧急车辆和校车通知到扫雪车、公交车辆和其他公共运营车队的警告。

IOO应在所有基础设施资产、交通信号和道路资产上增加蜂窝连接和直连V2X功能，以实现远程操作、监控和数据共享。

由于大多数OEM厂商管理着数以百万计车辆的网联汽车平台，因此网联V2X为增加更安全的道路和车辆解决方案提供了新的机会。

5.9GHz ITS频段外的直连V2X

ITS America的资料显示，5.9GHz频段的30MHz容量不足以支持全套V2X应用。美国交通部(USDOT)和多个行业组织(如Car2Car通信联盟和5G汽车协会)已对支持弱势道路使用者安全的App、协作感知和操控，以及其他支持自动驾驶的服务的频谱需求进行了详细分析。因此，随着V2X部署的启动，将需要更多的频谱。

图1显示了ITS America建议在5.9GHz频段为V2X增加带宽的情况。该频段是5GHz和6GHz频谱中八个免授权国家信息基础设施(U-NII)频段的一部分。ITSA建议使用U-NII-3频段，该频段与之前被美国联邦通信委员会(FCC)从V2X频段拿走的频段基本相同。该频段将与Wi-Fi共享使用，这就需要对V2X的使用做出一些限制。

问题在于Wi-Fi的潜在干扰，因为Wi-Fi信号可能比直连V2X传输强10倍。这就意味着，对丢失数据包有较强承受能力的V2X应用最适合U-NII频段。

图1：5.9GHz ITS频段外的直连V2X。(来源：VSI Labs)

Wi-Fi活动在空间和时间上各有不同。Wi-Fi活动主要集中在城市地区，在乡村道路上则较少见。白天在商业区附近和晚上在住宅区附近，Wi-Fi的使用更为频繁。V2X系统可以利用Wi-Fi使用模式，也可以监控Wi-Fi活动，以实现更动态的控制。

60GHz毫米波频段的直连V2X

30至300GHz范围内的传输被称为毫米波(mmWave)信号，因为其波长从10mm到1mm不等。毫米波范围内有多个频段。所谓的60GHz频段(从57GHz到71GHz)可用于非授权通信，并且对V2X App具有重要意义。IEEE和3GPP都指定了各自协议的毫米波版本。商用的IEEE 802.11版本是WiGig，在2,160MHz宽的信道中运行，比U-NII-3/4频段的信道宽十倍以上。表4提供了该频段的相关信息。

表4：60GHz毫米波频段的直连V2X。

在这一高频率下，V2X信号的衰减速度比5.9GHz更快，因此传输范围更短。这就需要进行波束控制来向一辆车传输信号，但其优点是干扰较小。

主要优点是传输速度更快、天线更小。对于V2I或移动车辆向固定用户的传输，速度可达1Gbps，传输范围为200m。对于移动车辆之间的传输，速度可达100Mbps。

欧洲已经为IT​​S分配了一个毫米波通道(63.72至65.88GHz)。该通道可使用WiGig技术。美国尚未分配毫米波频谱信道，但现有的FCC法规允许将该频段用于V2X。在毫米波中为V2X App采用WiGig是有意义的。

60GHz直连V2X App是高比特率传输，如传感器数据共享和高清地图信息。

最终想法

ITS America关于直连V2X和网联V2X的报告提供了有关V2X现状的出色信息和见解，并提出了实现短期和长期成功的未来选择和建议。解释这两个V2X部分的重要性尤为重要。今天使用网联V2X是一个很好的建议，可以在未来五年内加快有用的V2X App的采用。在许多年里，网联V2X的优势将远远超过直连V2X。这是因为大量车辆在销售时都配备了基于蜂窝的车联网系统，这些系统可以低成本、省力地集成网联V2X。

图2显示了V2X在过去二十年的发展历程以及一些未来展望。ITS America的报告覆盖了该图的右上角。

图2：V2X演进。(来源：VSI Labs)

该图显示了三个部分的发展——DSRC V2X、Telematics和蜂窝服务(包括智能手机的影响)。到2020年，蜂窝车联网(C-V2X)的出现基本上成为了一个用直连V2X和网连V2X取代DSRC V2X的因素。

V2X的未来将取决于这两个领域的共同成功。ITS America强调，网联V2X需要在传统的ITS-V2X社区中获得同等重视。与目前以直连V2X为中心的战略相比，这一战略在近期和长期都有更大的成功潜力。VSI Labs同意这一评估。

（原文刊登于EE Times美国版，参考链接：V2X Success Depends on Both Direct and Networked V2X，由Franklin Zhao编译。）

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