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鸿课堂O大唐高鸿王世良:C-V2X模组架构的定义与思考

2020-07-03 10:47
C114通信网
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C-V2X模组是车载通信系统的核心,承担了在“人—车—路—云”之间进行数据传输的功能,是实现车路网联的中枢。

近日,大唐高鸿智能网联产品事业部首席架构师王世良在业内就C-V2X模组进行了干货分享,以下为主要内容。

大家好,我叫王世良。 今天分享的主题是C-V2X模组架构的定义与思考。主要包含三部分:C-V2X终端对模组的要求、如何定义C-V2X模组以及大唐高鸿在C-V2X模组研发方面的实践和成果。

首先,我先为大家简单介绍一下大唐高鸿。大唐高鸿是中国信科集团旗下上市公司(股票代码:000851),是集团车联网产业的骨干载体。

大唐高鸿是C-V2X系列标准的核心制定者,五大标准化组织的核心成员,参编标准超过数十项,拥有多项C-V2X核心专利;也是车联网领域国家重大科技专项的牵头单位,参与了近十项的国家重大科技专项。

近些年来,大唐高鸿一直致力于车联网相关产品的研发以及产业化的推进。作为C-V2X核心通信模组及终端设备的提供商,我们与数十家产业链下游的企业有密切合作。同时,作为C-V2X智慧交通解决方案的供应商,我们参与了十多个车联网示范区及车路协同项目的建设,具有丰富成熟的商业化落地经验。

一、C-V2X终端对于模组的要求

我们先从C-V2X的系统架构作为切入口。

下图展示了一个最简单的C-V2X系统。路侧设备RSU和车载设备OBU可以通过C-V2X的PC5接口直接通信,还可以通过C-V2X的Uu接口,也就是我们最常用的4G/5G移动网络与后台的云之间的相互通信。当然回传接口,尤其是对RSU而言可以不用4G/5G移动网络,而采用以太光纤等有线网络。另外,在现有的系统中,RSU一般会配备一些路侧设备和基础设施,常见的有红绿灯,雷达、摄像头等。

在这个系统当中,C-V2X模组主要服务的对象是两类终端——RSU和OBU。

从网络角度分析,这两类终端设备的地位不同。RSU是固定网络设备,而OBU是移动网络设备。

从技术角度分析,RSU和OBU的组成类似。核心部件都需要有MCU((Microcontroller Unit),配备GNSS(Global Navigation Satellite System)模组获取位置和时钟信息,需要HSM(Hardware Security Module)进行信息安全的处理,还需要Uu模组负责回传,最主要的是需要PC5的模组来负责直接通信,因此PC5模组是RSU和OBU通用的核心部件。

C-V2X网络通信方式与传统的4G/5G蜂窝数据不同。4G/5G网络都会部署基站,基站对于接入的终端(手机等移动设备)具有控制功能,因此在链路上两者的定义也不同。我们一般称一个为downlink,一个为uplink。但是对于C-V2X PC5直接通信而言,所有设备的地位在通信角度上都是对等的,因此在链路上不能用downlink/uplink作为区分。在3GPP的标准上,我们叫sidelink。所以从通信对等的角度来看,RSU和OBU是完全相同的,仅在所承载的业务上存在区别,两者完全可以使用同一款模组。

由上述可见,C-V2X模组也是一个通信模组。但是与常见的通信模组相比有显著差异——传统通信系统只需要做好底层通信,而C-V2X却是独立自成体系的协议族。

传统通信系统在网络协议中,需要解决的是物理层和数据链路层的通信,网络层可以直接复用IP协议,传输层可以复用TCP、UDP协议,应用层可以复用HTTP、MQTT协议,这些都是特别成熟的协议,也有丰富的生态业务。

C-V2X模组的物理层和数据链路层为3GPP定义的LTE-V2X,网络层则是CCSA定义的DSMP,应用层是基于CCSA定义的消息级的应用场景。

与传统的通信系统相比,C-V2X系统具有以下特点:

第一、它是一个从物理层到应用层都进行了定义、自成体系的一个系统;

第二、它是一个跨多行业的系统,涉及通信圈、汽车圈、交通圈等;

第三、不同于传统通信主要关注单播,C-V2X是一个优先关注广播的系统,主要用于发送短消息。因此,在指标方面并不会要求特别高的数据吞吐量,而是对丢包和时延更加敏感。

第四、C-V2X的模组是一个针对车联网深度优化的系统,在增强了针对性的同时也牺牲了普适性,因此需要一定程度的跨层优化才能达到性能最优。比如说LTE-V2X的数据传输基于半持续调度的机制,因此,应用层在发送数据时,就只有在数据包的起点和周期与底层的半持续调度机制匹配起来时才能取得丢包和时延的最优,并不能像传统通信那样只要有数据就可以随时发送。另外,系统在容量大时都会发生拥塞,那么底层系统发生拥塞时,底层会返回测量结果,这时也需要应用层来考虑降负荷。因此,C-V2X是一个需要跨层优化的系统。

综上所述,C-V2X通信系统是一个特点鲜明的系统,因此也要求C-V2X模组具有更多的可能性,这就是跟其他通信模组的不同之处。

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