2023年V2X部署进展及2024年后路线图
本文翻译自AUTOCRYPT 公司的报告《VEHICLE-TO-EVERYTHING: CURRENT STATE AND FUTURE PROSPECTS——V2X Deployment Progress in 2023 Prospect and Roadmap Beyond 2024》。翻译不准确之处敬请谅解，仅供产业界参考 ...
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| 本文翻译自AUTOCRYPT 公司的报告《VEHICLE-TO-EVERYTHING: CURRENT STATE AND FUTURE PROSPECTS——V2X Deployment Progress in 2023 Prospect and Roadmap Beyond 2024》。翻译不准确之处敬请谅解，仅供产业界参考。本文来源| 5G行业应用 （1）V2X，革新道路运输的技术 预计2022年至2029年间，全球汽车V2X市场年复合增长率将达到45.2%。V2X（Vehicle to everything）通信技术被业界专家广泛认为是改善道路安全和缓解交通拥堵的一种解决方案。通过实现车辆（V2V）、基础设施点（V2I）和行人（V2P）之间的实时数据共享，V2X允许车辆看透障碍物，并获取半径超过一公里的实时交通信息。V2X通常与ADAS进行比较，因为这两种技术都旨在通过降低碰撞可能性和畅通交通流来提高道路安全和交通效率。当然，这两种技术使用不同的方法来实现其目标。ADAS基于摄像头、雷达和激光雷达改善车辆对周围环境的感知，而V2X通过车载单元（OBU）和路边单元（RSU）实时信息交换来改善车辆对周围环境的了解。尽管这两种技术有很多重叠的优点，但也有许多只有V2X才能提供的独特功能，例如车辆-基础设施协同自动驾驶（vehicle-infrastructure cooperated autonomous driving，VICAD）。此外，两种方法的差异意味着V2X在ADAS的基础上可以显著提高自动驾驶的可靠性。根据《财富》商业洞察力发布的一份报告，预计2029年全球汽车V2X市场的总价值将达到110亿美元，2022年至2029年的年复合增长率将达到45.2%。这远远超出了一些最成功行业的增长率，这些行业的年复合增长率通常在10%到25%之间[1]。然而，最近关于V2X发展情况在很大程度上被电动汽车和ADAS相关的“自动驾驶”媒体报道所掩盖，这使得V2X的公开信息非常有限，尽管其市场在幕后快速增长。本白皮书旨在通过提供V2X的详细概述来填补这一信息空白，包括对一些常见问题的回答，如：1) V2X技术是否已准备好进行大规模商业部署？2) 业界如何克服V2X中的技术、实践和安全挑战？3) 还有什么挑战没有解决？4) 在未来的五年、十年和十五年里，我们可以期待什么？（2）V2X技术是否已准备好进行大规模商业部署？ 截至2023年，V2X技术已完全准备就绪，可以部署和实施以供商业使用。该技术的有效性和可靠性已在跨行业互操作性测试中反复验证。亚洲、欧洲和北美的许多C-ITS试验台现在都配备了RSU，许多原始设备制造商也在生产过程中为其车辆配备OBU。此外，后装RSU和OBU也可广泛用于改装。大规模部署V2X的能力是一项重要成就，因为业界十多年来一直在努力克服各种障碍和挑战。下一节将探讨业界为V2X部署铺平道路所必须克服的一些挑战。（3）业界如何克服V2X部署的挑战？挑战1：DSRC和C-V2X之间的区别阻碍V2X部署的最大障碍之一是行业参与者之间缺乏使用哪种通信协议的一致性。一些人更喜欢使用基于WLAN的DSRC（专用短程通信），而其他人更喜欢使用LTE和基于5G的C-V2X（蜂窝V2X）。每个OEM和道路基础设施运营商都有自己的立场和偏好，导致这两种技术之间的持续竞争。尽管DSRC和C-V2X的数据传输方式不同，但它们在相同的机制下运行，并提供相同的好处。这可以与互联网进行比较，互联网的工作方式是相同的，无论它是通过Wi-Fi连接还是通过蜂窝数据连接。然而，有一个关键区别：由于C-V2X使用与现有蜂窝网络相同的通信协议，因此它允许V2X连接和互联网/云连接的集成。因此，C-V2X通信可进一步细分为两种模式：PC5模式和Uu模式。PC5接口允许直连V2V消息传递，就像DSRC一样，而Uu接口允许通过蜂窝网络间接V2V消息传递，就像两部手机之间的即时消息传递一样。考虑到基于订阅商业模式的潜力，移动网络运营商肯定支持C-V2X。此外，许多汽车原始设备制造商和道路基础设施运营商在后期开始采用V2X，由于其支持云连接和OTA更新的能力，他们决定使用C-V2X。其中包括奥迪、宝马、戴姆勒、福特、特斯拉和丰田。另一方面，许多已经在早期部署了基于DSRC的V2X单元的OEM发现为了集成而切换到C-V2X是不合理的，因为现有网关可以支持云连接。在引入C-V2X之前，已经测试和部署DSRC多年的道路运营商也是如此。截至2023年，北美和中国基本同意使用C-V2X作为事实上的V2X通信协议，逐步淘汰DSRC。然而，欧洲在很大程度上仍然分裂于两者之间。  图1 DSRC和C-V2X发展时间表解决方案：混合动力幸运的是，这两种技术之间的差异不再是V2X部署的障碍。鉴于欧洲市场不太可能在短期内达成共识，许多V2X硬件制造商、软件供应商和网络安全提供商已开发出与这两种协议兼容的解决方案，以便行业参与者可以继续部署V2X而不必担心兼容性。然而，由于DSRC和C-V2X不能在基本访问层实现互操作，因此需要更复杂的硬件和额外的开发工作来实现双重兼容性。因此，尽管这种混合方法可以帮助行业克服其直接的互操作性问题，但从长远来看，它不是最佳解决方案。许多专家预测，这两个协议中的一个将最终消亡，结束混合时代。挑战2：速度和可靠性与DSRC不同，C-V2X通信的可靠性取决于消息能否以超高速一致地传输。为了确保数百辆车和基础设施点之间在任何时候都保持一致的速度和零延迟，必须有足够的带宽来服务于大量的数据传输。许多行业专家建议V2X通信的最佳信道带宽为30至50 MHz，包括关键安全应用的20 MHz范围。解决方案：专用频率范围为了确保C-V2X消息能够在没有延迟的情况下传输，全球的监管机构已经为V2X应用预留了5.9GHz的专用频带。美国将5.850-5.895 GHz（45 MHz）的频率范围专用于DSRC，将5.895-5.925 GHz（30 MHz）的频率范围专用于C-V2X。欧盟专用5.875-5.915 GHz（40 MHz），专门用于与安全相关的V2X道路应用。中国为C-V2X PC5接口专用5.905-5.925 GHz（20 MHz），前10 MHz专用于V2V通信，后10 MHz专用于V2I通信。  图2 欧盟V2X应用的专用频率范围挑战3：安全由于V2X参与者根据收到的信息做出决策，因此这些信息的准确性对道路安全至关重要。如果恶意行为人故意编写误导性消息或篡改其他两方之间发送的消息，他们将能够影响接收方的决定和后续操作，可能导致碰撞。保证报文准确性必须满足三个条件，消息必须1）来自受信任的参与者，2）真实，3）在传输过程中不得更改。此外，与金融和医疗等其他敏感行业的数据传输不同，V2V通信是直接在最终用户之间进行的，这意味着用户必须能够在不泄露自己身份的情况下验证彼此的可信度。为了满足这些条件，业界需要建立一个端到端、分散和匿名的身份验证过程，这与任何其他现有的身份验证系统不同。解决方案：基于PKI的消息安全道路运输监管机构已将公钥基础设施（PKI）用于V2X环境中双向身份验证的使用标准化。定义为美国的安全凭证管理系统（SCMS）和欧盟的C-ITS凭证管理系统（CCMS），这种标准化的V2X PKI体系结构允许所有道路用户在不暴露其身份的情况下签署和验证消息。V2X生态系统中使用的证书由多层认证的第三方机构颁发，形成了一个强大且分散的认证系统。与金融业使用的传统身份证不同，金融业使用的身份证通常有效期为一至三年，向车辆发放的假名证在短短一周内到期，为VIP登记的车辆甚至在数小时内到期。如此短的有效期是为了防止追踪车辆的位置。挑战4：传统车辆的向后兼容性一些人认为，即使所有新车都配备V2X连接，在传统车辆完全淘汰之前，仍可能需要长达十年或二十年的时间。因此，交通协调和协同自动驾驶的好处不会很快显现出来。为了解决这一挑战，业界需要致力于向后兼容性，并允许传统车辆轻松加入V2X生态系统。解决方案：改装到目前为止，有许多方法可以将V2X OBU集成到车辆中。除了在生产过程中被工厂安装到车辆中之外，还有一系列适用于传统车辆的后装OBU。这些单元可以单独购买，并通过USB或蓝牙连接集成到现有的车辆主机单元中。原始设备制造商还可以在车辆维护期间为客户提供改装选项，使传统车辆的驾驶员可以轻松升级，而只需购买新车的一小部分成本。这些选项将大大提高V2X在大众市场的可用性和可访问性。挑战5：激励和货币化V2X部署的最后一个挑战与经济性有更多关系。由于两个主要原因，汽车原始设备制造商在采用V2X方面进展缓慢：缺乏早期采用的激励措施，以及难以预测市场需求。在大多数传统市场中，先行者通常会获得竞争优势，因为客户和消费者倾向于将新理念或新技术与品牌联系起来，就像特斯拉与电动汽车和优步与叫车理念紧密联系一样。然而，这种先发优势在V2X市场中不太普遍，因为随着越来越多的道路运营商和OEM部署V2X，V2X的好处是逐步实现的。因此，没有一个玩家会被视为“游戏规则改变者”。解决方案：法规变更尽管对V2X的监管仍存在争议。但在政府和几个行业协会的共同努力下，越来越多的激励措施开始浮出水面。主要激励措施之一来自欧洲新车评估计划Euro NCAP，该计划在2025年路线图中宣布，2024年开始的所有新车必须配备V2X连接才能获得五星安全评级。这一举措将有效激励原始设备制造商在其车辆上大规模部署V2X。Euro NCAP解释，这一时间安排的原因是，预计所有技术不确定性将在2024年前得到解决[2]。 （4）V2X部署进度和预期 对V2X的一个常见批评是，在道路上的所有车辆都具备V2X功能之前，该技术不会带来多少有意义的好处。这是一种误解，源于对该技术缺乏了解。务必了解V2X并不等同于自动驾驶，有很多V2I、V2V和V2P用例不需要完全覆盖V2X。事实上，大多数早期和中期V2X用例都基于V2I通信，因此不需要连接周围的车辆。V2X的部署可以分为三个阶段，每个阶段之后，它们的利益逐渐扩大。下面是每个阶段可以预期的利益列表。阶段1：早期部署（在选定的基础设施点和新车型中）在早期部署阶段，道路上一小部分配备V2X的车辆将能够与选定的配备V2X的基础设施点进行通信。在此阶段，大多数V2X用例将基于车辆到基础设施（V2I）通信。一些具体示例：信号相位和配时（SPaT）SPaT是一个V2I用例，其中车辆从其路线上即将到来的交通信号接收信息，然后使用该信息预测是否会遇到绿灯或红灯。然后，车辆可以平稳地调整其速度，以通过或在十字路口停车。这样可以防止在黄灯下突然加速和制动，消除T-bone（一辆车的车头垂直撞上另一辆车的侧身）事故和十字路口追尾碰撞的可能性。紧急车辆抢占（EVP）EVP是另一个早期V2I用例，其中应急车辆将其实时位置、速度和行驶路径发送到其路线上所有即将到来的交通信号机。接收到信息后，每个交通信号灯计算应急车辆到达所需的时间，并自动调整灯的持续时间，以便应急车辆只遇到绿灯。道路施工警告便携式RSU可安装在道路施工作业场所。这些RSU将提前向进入的车辆发送消息，警告他们切换到其他车道。这可防止道路施工现场前方突然变道。无缝收费所选配备V2X的基础设施点可用作收费站，减少所需的电子收费站（ETC）数量。ETC通常要求车辆在通过前减速至一定速度，而V2X启用的收费可以完全无缝。车辆不需要减速或通过任何设施。行人信号分机对于行动不便（PRM）的人来说，在正常时间内穿越宽交叉口是一个挑战。在这些情况下，PRMs持有的便携式V2X设备将与行人信号分机进行通信。信号持续时间将相应延长，使行人能够安全通过。阶段2：中期部署（在大多数基础设施点和新车型中）在稍后些的部署阶段，所有关键基础设施点将配备V2X连接，使路边摄像头能够从几乎所有道路获取信息。在此阶段，V2I通信将开始启用自主驾驶，称为车辆-基础设施协同自动驾驶（vehicle-infrastructure cooperated autonomous driving，VICAD）。以下是一些场景：避免碰撞由于路边摄像头覆盖道路的大部分区域，因此它们将能够根据传感器获取的信息预测潜在的碰撞，并将该信息发送给相应的车辆。与ADAS中使用的车载传感器不同，路边摄像头具有更客观的道路视图，可以检测车辆盲点中的各种情况。队列警告路边的交通摄像头可以将实时的交通信息发送给前来的车辆，让车辆切换到拥堵程度较低的车道，避免不必要的排队。前方危险警告在相同的逻辑下，路边摄像头将实时检测事故和危险，并将该信息发送给前来的车辆，以便它们能够避免危险。阶段3：最后阶段部署（在大多数基础设施点、车辆和行人中）从长远来看，几乎所有基础设施点、车辆和行人都将配备V2X连接，从而可以将V2X服务扩展到V2V和V2P场景。L4级和L4.5级自动驾驶将得到广泛应用。交通协调通过广泛的V2I和V2V连接，所有道路使用者将能够通过保持最佳速度和距离，以及在交叉口和车道合并处的协调来相互协作。编队行驶V2X最受欢迎的特性之一是当整个车队的车辆相互锁定其位置以实现统一移动时的编队行驶。这通常被视为长途旅行和卡车运输的一个有希望的解决方案，允许一个司机一次控制整个车队，给其他人休息的时间。 （5）2024年以后的预期是什么？ 到目前为止，围绕V2X的大多数技术和实际挑战已经解决，等待行业参与者启动全面部署。然而，每一个开始都有它的障碍。尽管已经克服了所有的挑战，行业参与者仍然发现很难预测V2X的明确需求，因为一般人群对该技术知之甚少。事实上，V2X的潜在需求是巨大的，因为人们一直有强烈的安全和方便的愿望，但人们不会需要一项他们不知道的技术。相反，由于没有来自需求方的压力，许多行业参与者正在等待到最后一分钟。因此，NCAP等安全评级项目的要求，以及其他政府政策和激励措施，是启动该技术部署的关键驱动因素。许多原始设备制造商预计从2024年开始将V2X作为标准功能。  图3 V2X实施的预期时间线不过，将V2X作为标准功能并不意味着消费者将立即享受所有好处。在早期部署阶段（2024–2027），由于缺少用例，市场需求可能会受到限制。在这个阶段，原始设备制造商和行业参与者可以加大努力，推广该技术支持的用户友好功能，并为V2X订阅提供免费试用期。一旦技术普及到普通消费者的汽车上，口碑会很快给市场带来动力。随着覆盖范围的扩大和使用应用的增多，中期部署（2027-2030年）期间的市场需求可能会激增。在这个阶段，行业参与者预计将开始从他们的商业模式中获利，大多数新车购买者预计将加入V2X服务。关于AUTOCRYPT： AUTOCRYPT是汽车网络安全和智能移动技术领域的领先者。它专门开发和集成车内系统、V2X通信、即插即用和车队管理的安全软件和流程，为安全可靠的C-ITS生态系统铺平道路。 AUTOCRYPT是将可信执行环境（TEE）集成到汽车系统中的先驱，为此获得了ASPICE CL2认证。其AutoCrypt?Security Fuzzer是世界上第一款针对车辆协议设计的模糊软件，帮助原始设备制造商和一级供应商超越UN R155和ISO/SAE 21434。 参考文献：[1] Fortune Business Insight. (2022, April) Automotive V2X Market Size, Share & COVID-19 Impact Analysis.https://www.fortunebusinessinsights.com/automotive-v2x-market-103320[2] Euro NCAP. 2025 Roadmap - In Pursuit of Vision Zero.https://www.fortunebusinessinsights.com/automotive-v2x-market-103320 END  |
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