72 物联网中国联通车联网技术路线及布署策略.docx
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72物联网中国联通车联网技术路线及布署策略
【物联网】中国联通车联网技术路线及布署策略
车云网
微信号ai-cps
功能引见OT技术（工艺+精益+自动化+机器人）和IT技术（云计算+大数据+物联网+人工智能）深度融合，在场景中构建：
外形感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的机器智能认知系统，实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新制造的产业互联生态链。
2017-11-02原文
收录于话题
车联网作为新兴技术，产业链涉及各个方面，需要汽车制造商、芯片制造商、通信运营商以及内容服务供应商等通力合作。
这样不只打破了传统汽车制造行业的壁垒，同时也是对通信运营商、互联网、OTT的机遇和挑战。
中国联通于10月发表了《中国联通车联网白皮书（2017）》，该白皮书以车联网的基本概念和特征为基础，描述了车联网进展的业务愿景，定义了车联网的基本系统架构，从运营商角度探究了车联网演进的技术路线及关键技术。
本文节选自白皮书第三部分“联通车联网演进及布署策略”，需要获得白皮书全文，可添加车云菌个人微信号cheyunjun3索取。
1车联网系统架构
为满足车联网的业务需求，将来网络将接受“终端—网络—平台—使用”的统一架构，打造“多模通信+人车路协同+车云同步”的云网协同一体化网络，如图1所示。
图1：
云网协同一体化网络架构
（1）立体化通信网络
支撑将来车联网进展必定是一个立体化通信网络架构，通过横向和纵向两个方面实现多模接入、车车直通、支持多种低时延高牢靠业务的车联网通信。
横向实现3G/4G/5G网络共存，依据不同的业务需求（例如Telematics业务，V2X业务）选用不同的网络及技术，实现多模通信。
纵向实现车车之间无缝联通，在有网络掩盖情况下，可通过基站实现车车通信，而在无网络掩盖情况下，可通过V2V实现车车之间直接通信。
通过网络实现路边设备信息回传与管理，实现RSU（RoadSideUnit）的快速、机警、低成本的部署，实现数据与业务分流，降低网络时延，避开资源冲突，实现数据与业务的回传。
为了添加基于基站通信的低时延高牢靠业务，考虑沿大路部署光纤传输管道，引入边缘云计算，实现业务下沉，在靠近移动用户的位置上供应IT服务环境和云计算力气，并将业务存储和存储分发力气下沉至靠近用户侧（如基站），降低网络传输时延。
（2）云网协同平台
打造车联网协同互联云平台，实现互联互通。
在功能上，车联网云平台一方面具有网络管理力气，包括业务管理、连接管理，具有车联网通用业务分析组件；实现车车协同和车云协同；另一方面具有网络开放力气，例如进行大数据分析拓展新的业务渠道，或者向第三方企业开放网络接入功能，允许第三方企业进行业务定制。
统一的云平台是将来车联网的重要组成部分，需具备以下特性，如图2所示：
云平台作为连接网络与使用服务的桥梁，首先应支持共性平台建设，具有确定的通用性，机警性、平安性、开发性以及稳定性；其次需要保证各类用户的体验，具有网络开往力气，实现网络间的互联互通，支持泛在接入，通过模块化实现云平台的机警弹性，保证用户永世在线，并对客户做出实时响应。
最终，要实现多场景支撑功能，例如：
自动平安，路径规划、共享数据以及协同感知等。
图2：
车联网协同互联云平台核心特点
（3）业务综合化和多样化
将来车联网业务以“Telematics—智能网联—智能交通”为基本路线，将朝着综合化和多样化方向进展。
已有的Telematics业务次要供应近程信息服务，例如智能导航、视频下载、毛病诊断等。
随着LTE-V2X标准化的完成，帮忙驾驶渐渐渗透到人们生活中，包括自动平安（交叉路口防碰撞、前向刹车提示、超车提示等）、交通效率（红绿灯车速引导、交通信息及路径规划等）和信息服务（汽车分时租赁、爱好点提示、充电站引导等）。
在5G阶段车联网将实现自动驾驶功能，包括高级驾驶、编队行驶、传感器信息共享、离线驾驶等。
在大数据时代，针对车联网海量数据，融合通信网络大数据、个人用户大数据以及智能汽车和智能交通数据，供应大数据分析及推广服务，打造基于互联网和汽车的大数据生态圈。
（4）运营商的产业角色
在传统车联网产业链中，服务用户的不只是车厂和4S店，还包括互联网使用供应商、软硬件供应商、汽车近程服务供应商以及电信运营商，如图3-3所示，其中直接服务于用户的有4S店、汽车后装设备供应商以及电信运营商，其他行业则是间接服务于用户。
将来产业链将呈现各行业交叉模式，资金的流淌也呈现多向化、快速化的特点。
对电信运营商而言，车联网产业格局处于变革期，运营商的角色也在发生变化。
传统运营商在车联网产业中次要供应通信管道、维护网络稳定与平安，以流量运营为次要营收点。
随着车联网产业格局的变化，运营商也在探究新的服务角色，开头向搭建车联网平台、开展车联网业务运营转型，制造新的营收机会。
目前的转型探究次要有一下三种方式：
▪
（1）搭建车联网业务运营平台。
例如：
中国联通供应汽车信息化服务支撑平台（TelematicsServiceSupportPlatform,TSSP），供应丰富的车载信息服务；
▪
（2）基于网络阅历为汽车厂商供应车联网网络处理方案。
例如：
Verizon利用4G网络、云计算平台，向汽车厂商等等供应全套网络连接处理方案；
▪（3）基于流量优势进行车联网相关的软硬件捆绑销售。
例如：
AT&T重点定位车联网流量运营及车联网软硬件捆绑销售。
图3：
车联网产业链示意图
2车联网网络演进
2.1车联网技术路线
V2X技术演进路线如图4所示。
目前的车联网网络以LTE-V2X为主，包括Uu口通信以及PC5口通信两种方式，功能上满足3GPP提出的27种使用场景（3GPPTR22.885），包括自动平安，交通效率和信息消遣。
而LTE-eV2X的目标是在保持与LTE-V2X兼容性条件下，进一步提升V2X直通模式的牢靠性、数据速率和时延功能，以部分满足更高级的V2X业务的需求。
其相关技术次要针对PC5的添加，接受与LTE-V2X相同的资源池设计理念和相同的资源支配格式，因此可以与LTE-V2X用户共存且不产生资源碰撞干扰影响。
LTE-V2X中的添加技术次要包括载波聚合、高阶调制、发送分集，以及低时延争辩和资源池共享争辩等。
将来车联网将是5G-V2X与LTE-eV2X多种技术共存的外形，次要实现与自动驾驶相关的25种使用场景（3GPPTR22.886），包括编队行驶、高级驾驶、传感信息交互和近程驾驶等。
图4：
V2X网络演进
2.2车联网关键技术
2.2.1C-V2X通信
2015年2月，3GPPSA1正式启动了LTE-V2X业务需求争辩项目，拉开了LTE-V2X技术在3GPP各小组的标准化序幕，并于2017年3月完成V2X第一阶段标准的制定。
按C-V2X按业务模式可以分为以下4类，包括：
▪V2N（vehicle-to-network）通信，包括动态地图下载，自动驾驶相关线路规划、近程把握等；
▪V2V（vehicle-to-vehicle）通信，包括核心防碰撞，避拥塞等平安类使用，V2V平安类使用不受限于网络覆
▪盖；
▪V2P（vehicle-to-pedestrian）通信，车与人之间通信，次要用于行人平安；
▪V2I（vehicle-to-infrastructure）通信，用于车与道路设备之间通信，供应或接受本地道路交通信息。
图5：
LTE-V2X的分类
同时C-V2X依据接口的不同又可分为V2X-Direct和V2X-Cellular两种通信方式，如图3-5所示。
V2X-Direct通过PC5接口，接受车联网公用频段（如5.9GHz），实现车车、车路、车人之间直接通信，时延较低，支持的移动速度较高，但需要有良好的资源配置及拥塞把握算法。
V2X-Cellular则通过蜂窝网络Uu接口转发，接受蜂窝网频段（如1.8GHz）。
具体的PC5口和Uu口对比如表所示。
表1：
基于Uu通信和基于PC5通信比对
2.2.2边缘云
车联网业务中有关驾驶平安类业务的次要特征是低时延、高牢靠。
在时延需求上，帮忙驾驶要求20~100ms，而自动驾驶要求时延可低至3ms。
边缘云是在现有移动网络中实现低时延业务的使能技术之一。
移动多接入边缘计算（Multi-accessEdgeComputing，MEC）是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、使用核心力气的开放平台，就近供应边缘智能服务，满足行业数字化在灵敏连接、实时业务、数据优化、使用智能、平安与隐私疼惜等方面的关键需求。
一般情况下针对车联网场景，MEC系统有两种构建方式，一种是在基站侧利用若干台通用服务器构建的边缘云系统，完成流量本地卸载，及植入车联网相关应
用。
另一种是在基站内部供应确定的计算力气。
边缘云供应本地化的云服务，并可连接公有云或者其他网络内部的私有云实现混合云服务。
边缘云计算通过将本地云平台下沉在基站侧，可为移动终端供应低时延业务。
如图3-6所示，通过LTE蜂窝网络和MEC车联网平台的本地计算，在紧急情况是下发警告等服务驾驶信息给车载OBU，相比现有网络时延，车到车时延可降低至20ms以内，大幅度削减车主反应时间。
此外，通过MEC车联平台还可实现路径优化分析，行车与停车引导，平安帮忙信息推送，和区域交通服务指引等。
图6：
基于MEC平台实现车联网使用
2.2.3网络力气开放
运营商作为传统的通信服务供应者，正在努力尝试在新的产业合作中进行角色转换，以添加新的利润营收点，网络力气开放便是其中的重要方式之一。
5G网络力气开放将具有愈加丰富的内涵，除了4G网络定义的网络内部信息、QOS把握、网络监控力气、网络基础服务力气等方面力气的对外开放外，网络虚拟化、SDN技术、以及大数据分析力气的引入，也为5G网络供应了更为丰富的可以开放的网络力气，比如：
网络切片的编排管理力气等。
网络力气的开放应结合具体业务场景，并综合考虑第三方使用平台在系统架构及业务规律方面的差异性，从而实现简约敌对的开放。
此外，网络力气开放必需具有足够的机警性，随着网络功能的进一步丰富，网络力气可向第三方使用实现持续开放，而不必对第三方平台及网络系统本身进行简约的改动。
网络力气开放次要包括：
（1）网络及用户信息开放，
（2）无线业务及网络资源开放，（3）网络计算资源开放。
运营商在新的产业模式下，实现网络力气开放势在必行，包含业务域，平台域和网络域，如图7所示。
图7：
网络力气开放的三域架构愿景图
网络域包含了运营商的BSS/OSS、MANO、网络切片和网元实体、MEC、大数据分析平台等网络要素实体。
其中，BSS/OSS和MANO力气的结合实现对网络切片的统一编排管理，以及对平台域的力气开放。
网络切片可支撑不同车联网业务需求，在不同使用场景下实现不同的网络配置。
网元实体实现具体的网络把握力气、监控力气、网络信息以及网络基本服务力气的开放。
大数据分析平台实现对网络基础数据的大数据分析，并将分析结果上报给平台域进行对外开放。
其中，平台域是实现网络力气开放的大脑和核心，是连接网络内部力气和外部业务需求的纽带，也是真正实现网络智能化的关键。
车联网系统中，平台域不只具有网络管理力气，向下实现连接管理、终端管理，向上实现业务管理。
允许第三方使用接入，实现车联网业务虚拟运营管理，因此需要具备第三方业务的签约管理，对业务域的API开放和计费功能，以及对网络域的力气编排和力气调度功能。
业务域包含了车联网全部可以和网络有交互力气的个人和企业，可以是第三方业务供应商、虚拟运营商、终端用户，或是运营商的自营业务等。
业务域既可以向平台域输入网络力气的需求信息，并接受平台域供应的网络力气，也可以向平台域供应网络域需求的力气信息，实现反向的力气开放。
2.2.4车联网信息平安
作为低时延、高牢靠通信的重要使用，车联网的信息平安问题同样遭到留意。
随着车联网使用范围不断扩大，那么平安攻击也就相应增多。
在车联网“端—管—云”的基本网络架构下，每一个环节都是信息平安的防护重点。
车联网产业链较长，涉及到终端设备、通信设备、以及云端管理和服务平台，涉及的厂商有元器件供应商、设备生产商、整车厂商、软硬件技术供应商、通信服务商、信息服务供应商等，包括把握平安、数据平安、功能平安等各个方面。
车联网平安防护环节众多、网络平安问题简约，其中简约遭到攻击的部分次要包括：
端：
信息消遣系统、T-box、CAN网络、钥匙；手机、手表上的App；与CAN网络连接的OBD设备等；
管：
包括从车机、T-box到后台的通讯，App到后台的通讯等；其中V2X是车联网通信的关键技术，对于不行信节点的检测、隔离以及惩处都缺乏相应的机制；
云：
TSP后台所在的云端服务器等；
在处理车联网网络平安策略上，针对不同的部分实行不同的平安防护措施，如图8所示：
车载智能终端：
除了硬件实行加密措施，例如芯片防护、硬件加密外，开启车联网终端平安监测分析，加强对终端使用程序的使用加密、平安启动等。
通信平安：
加强访问把握，实施分域管理，对网络进行分域管理，将把握域与信息服务域进行隔离，对数据进行分域管理，降低攻击风险；加强网络切面的功能，网络侧进行特殊流量检测，提升车联网网络平安防护力气；加强身份认证及秘钥管理，进行基于证书的私有通信加密。
云服务平台：
接受现有网络技术进行平安加固，部署防火墙、入侵检测系统等平安设备；建立车联网用户凭证管理系统，对车辆、移动终端、使用程序等进行身份验证、加强秘钥管理；对不同业务进行物理隔离，依照业务的平安级别接受不同级别的平安防护措施；对数据进行加密处理，同时建立数据共享、集中管理的核心凭条，对威逼情报及担忧全要素进行系统共享。
图8：
车联网信息平安防护措施
2.2.5高精度定位
位信任息为实现车联网业务的供应重要参考，位信任息越精确 ，车联网业务牢靠性越高。
因此，高精度定位争辩是实现车联网业务的关键技术之一。
在室外场景下，常用的定位技术包括GPS、北斗、帮忙GPS（AssistedGPS,A-GPS）以及基于无线通信蜂窝网络的定位，如小区ID技术（Cell-ID），添加型小区ID技术（EnhanceCellID,ECID）。
其中北斗导航定位系统是我国拥有独立学问产权的卫星定位系统，目标是构成完善的国家卫星导航使用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛使用。
而定位技术在室内场景下的更为简约，为满足室内定位功能要求，近年来国内外学者及科研机构争辩利用WLAN、射频识（RadioFrequencyIdentification,RFID）、超宽带（UltraWideBand,UWB）、蓝牙等无线网络来实现室内移动终端的定位技术，其定位精度可达米级，而接受UWB技术甚至可达厘米级精度。
图9：
无线定位系统示意图
无线定位系统次要由两部分组成，如图9所示，包括信息提取和位置计算。
各部分功能如下：
信息提取：
可用于定位的对象包括无线信号（例如GPS、北斗、WiFi、蜂窝网等）、传感器（例如加速器、陀螺仪等）以及地图信息等，而不同的对象提取出的定位信息参数也各不相同。
对于无线信号，收发机之间距离信息需要通过估量两者无线信道链路的参数信息来猎取，该参数包括接收信号强度（ReceivedSignalStrength,RSS）、到达时间（TimeofArrival,TOA）、到达时间差（TimeDifferenceofArrival,TDOA）、到达角（AngleofArrival,AOA）等。
实际接收的无线信号受非视距传输及多径效应、暗影效应的影响，因此即便精确估量信道参数信息，也难以猎取精确 的收发机之间的直线距离。
传感器获得的是定位目标的运动方向、步长等信息。
地图信息通常通过绘制高精地图，获得向量化参数，用来对定位目标进行约束或优化。
上述参数是进行下一步位置估量的前提。
位置计算：
定位算法是整个定位系统功能的关键性影响要素，一方面要求定位算法有较好的精准度；另一方面又要求定位系统有较低的简约度和时延。
精准度与简约度之间的平衡，是定位系统开发考虑的重要要素。
依据提取参数的不同，接受的定位算法也各不相同。
例如依据无线信号提取的参数，可以接受非线性方程组算法、最优化算法或图样婚配算法，而接受传感器信息和地图信息则可接受位置跟踪算法，包括粒子滤波、路径约束等。
另外，在高精度定位系统中，通常接受多源信息融合的混合定位算法。
3车联网网络部署
3.1车联网网络部署方案
基于LTE-V2X的车联网网络架构如图3-10所示，是在蜂窝网架构基础上进行的添加和改进，其中涉及的关键网元及其功能如下：
图10：
车联网网络架构
V2X使用服务器：
核心网侧规律单元，完成对UE数据的接收和处理，以及对广播信息的配置与发送。
同时是运营商间异网互通的接口。
V2X把握单元：
核心网侧的规律把握单元，为V2X通信供应参数。
LTE-V基站：
无线侧实体单元，实现Uu口通信的数据转发，在PC5口通信的mode3下实现资源支配，在mode4下修改预配信任息。
路侧单元（RSU）：
终端实体单元，分为终端型RSU和基站型RSU，均可以实现V2X数据的发送和接收。
车载终端：
终端实体单元，实现V2X数据的发送与接收，在PC5通信mode4模式下实现资源选择的功能。
MEC服务器：
供应基于Uu口的低时延业务，对V2X的数据进行本地化处理。
在交叉路口场景（车速引导、交通灯把握等业务场景），考虑到基站机房资源受限等要素，可在就近的基站/RSU集成MEC功能，进行本地数据采集和边缘计算；在工业/企业园区等场景，可考虑在就近的站点机房/综合接入局房部署MEC边缘服务器，对园区内的车辆进行实时监控和调度；在高速大路等道路沿线，考虑到广掩盖等要素，MEC边缘服务器需分布式部署在大路沿线，但现阶段，受限于切换场景下MEC移动性管理及资源迁移方案尚不成熟，该场景可在5G网络商用部署之后（连续性掩盖高速大路等道路沿线），随着UPF核心网用户面网关下沉进行推广使用，同步的，计费、QoS等问题也可随之处理。
3.2车联网网络建设思路
车联网是才智城市和智能交通的重要组成部分，联通车联网将以实际技术进展为依据，打造多维的立体化网络，为车联网业务的多样化供应支持与服务，聚焦重点区域进行部署，加快推动LTE-V技术成熟，并探究与5G-V2X的平滑对接的进展道路。
初步部署方案准时间表如图3-11所示，全体上可分为四个阶段：
▪第一个阶段（2017-2018）以建设开放试验室为主，广泛开展产业沟通与合作，进行车联网试验基地建设以及典型场景业务演示；
▪其次阶段（2019）对LTE-V2X进行组网验证，同时对基于LTE-V2X的帮忙驾驶业务进行预商用部署，包括自动平安、交通效率及信息消遣类业务；
▪第三阶段（2020-2021）实现帮忙驾驶业务的规模推广，同时开展基于5G-V2X车联网业务的试点部署，为实现自动驾驶打下基础；
▪第四阶段（2022-）开展5G-V2X自动驾驶试验及试点推广。
图11：
车联网建设推动时间表
工业物联网（IIoT）的定义和次要细分市场
来源：
诚一商业共同体
工业物联网（IIoT，IndustrialInternetofThings）可以定义为“机器，计算机和人员使用业务转型所取得的先进的数据分析成果来实现智能化的工业操作”。
在这个工业4.0（Industry4.0）或者“工业互联网（IndustrialInternet）”的大背景下，我们将工业物联网（IIoT）作为集成方法的一部分，将其作为数字化转型中心舞台的一部分，数据是相关产品中的关键资产和生产材料，而在全球连接的产品（在整个生命周期中）的使用中分析是必不行少的功能。
工业物联网（IIoT，IndustrialInternetofThings）是物联网（IoT）中最大的和最重要的组成部分，但是从收入的角度来看现在消费者使用是物联网（IoT）最大的使用领域，而工业物联网（IIoT）的使用次要是从2018年开头的，虽然如此，工业物联网（IIoT）在整个物联网（IoT）的使用图景中照旧在变得愈加重要和愈加先进。
在2020年之前，制造业、运输业和公用电力事业将是对物联网（IoT）投资最大的行业。
依据IDC2017年物联网（IoT）的投资收入猜想，全球在2020年之前预备投资的物联网（IoT）的三大行业（区域差异）都是工业互联网市场的一部分。
制造业：
最大的工业物联网（IIoT）市场
工业物联网（IIoT）中第一大使用领域是制造业。
它也是物联网（IoT）收入（包括软件，硬件，连接和服务）的最大行业。
在2016年，制造业的投资单独占1025亿美元，而物联网（IoT）的总投资额达1780亿美元，由于全部的物联网使用场景都是在制造业中汇合的。
物联网（IoT）的总体收入为1780亿美元，制造业是迄今为止物联网的最大使用行业，工业物联网和制造业领域的业务量超过全部其他行业的全部消费者物联网（IoT）使用的投资总和。
依据2017年初IDC发布的争辩，从收入的角度看，在制造业中除了运营之外，还有两个其他最重要的使用场景是生产资产管理和维护以及现场服务。
工业物联网（IIoT）在连接的物流和交通运输业中的使用
交通运输（Transportation）是物联网（IoT）收入的其次大市场。
运输和物流（T&L，Transportationandlogistics）公司正在寻求通过物联网（IoT）供应的先进的通信和监控系统来提升它们在整个价值链中的地位。
运输市场规模达到了780亿美元的物联网（IoT）收入规模，并将连续快速增长，就像物联网（IoT）在制造业市场中一样。
交通运输的次要用途是货运监控，而物品运输的总体物联网（IoT）运输的收入费用总额达559亿美元，在2020年之前这一部分投资照旧是市场的次要推动力。
到2020年，全球连接的物流市场将以30%左右的年均复合增长率（GAGR）增长。
假如我们来看看运输和物流方面的全体工业物联网（IIoT）的进展，我们会看到数字化供应链和连接物流正在日益衰亡，同时犹如制造业一样，运输和物流（T&L，Transportationandlogistics）市场的挑战之一就是很多玩家没有制定数字化策略就在市场环境压力下迫使他们加快数字化转型。
在运输和物流（T&L，Transportationandlogistics）中大约20%的数字转换成本是支配给供应链转型的。
很明显，物联网（IoT）在这里起着重要的作用。
业界的技术专家为连接物流系统定义了四个支柱：
IT平安，通信系统，供应链监控系统和车辆/运输跟踪。
在加上云和分析，工业物联网（IIoT）是连接物流领域的驱动力，其中货运监控是其中领先的使用场景。
工业物联网（IIoT）在能源和公用电力事业中的使用
石油自然气，智能电网以及能源和公用事业市场的大量其他演化和使用案例也是工业物联网（IIoT）市场的次要组成部分。
依据IDC早些时候提到的数据，公用事业使用就是物联网收入方面的第三大产业，公用事业单独一项在2016年的收入达到了690亿美元。
此外，还有一个明显的投资领域：
电力和自然气使用的智能电网，在2016年这一领域的投资总额高达578亿美元。
工业物联网（IIoT）在整个数字化转型过程中扮演着重要角色，很多领域的数字化转型包括实现大多数部件的数字化供应链和大型生态系统的价值链，这其中明显也涉及零售/面对消费者使用方面。
然而，从工业物联网（IIoT）的角度来看，智能电网是电力供应和网络传输/支配的关键。
其他部分使用还包括工厂的无效性，以及作为智能电网和物联网支持的运营和服务所导致的维护和数据驱动的机会。
工业物联网（IIoT）在其他行业中的使用
由工业物联网（IIoT）支持实施的
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