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來(lái)源：貿澤電子 作者：Doctor M Vehicle to Everything (V2X)，車(chē)聯(lián)萬(wàn)物，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是賦予車(chē)輛通信能力，通過(guò)多種通信形式將車(chē)輛連接到任何可以與車(chē)輛交互的對象，包括其他車(chē)輛、行人、路邊基礎設施和網(wǎng)絡(luò )。V2X連接了行人、車(chē)輛、道路、云和其他交通要素，允許車(chē)輛收集更多信息，并促進(jìn)自主駕駛技術(shù)的創(chuàng )新和應用。此外，V2X還有助于構建智能交通系統，開(kāi)發(fā)新的車(chē)輛和交通服務(wù)模式和形式，提高交通效率，節約資源，減少污染，避免交通事故，改善交通管理。在很大程度上，V2X技術(shù)正在成為決定未來(lái)幾年自動(dòng)駕駛汽車(chē)成功的關(guān)鍵因素之一。許多頂級汽車(chē)制造商，包括寶馬、梅賽德斯、路虎、雷諾、大眾等均已加入V2X發(fā)展陣營(yíng)。 什么是V2X技術(shù)？ V2X是新一代無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)，它可以實(shí)現車(chē)輛與其環(huán)境要素之間的實(shí)時(shí)通信，如其他車(chē)輛、道路基礎設施、行人、摩托車(chē)、騎自行車(chē)的人，以及使用道路的任何人或任何其他東西。根據初始設計，這項技術(shù)主要依賴(lài)于5.9GHz頻段的專(zhuān)用短程通信建立起可靠的無(wú)線(xiàn)電鏈路。 V2X的主要目標是拯救生命，這可以通過(guò)在緊急情況下控制車(chē)輛移動(dòng)來(lái)實(shí)現。另一個(gè)涉及車(chē)輛控制的重要目標是通過(guò)改善與周?chē)?chē)輛的協(xié)調來(lái)提高交通效率。V2X技術(shù)允許車(chē)輛在半徑近1,000米的范圍內與其周?chē)能?chē)輛和基礎設施交換信息。如果將V2X的交換信息與當前ADAS輸入數據相結合，能有效擴大實(shí)際可視性并防止事故。 連接的車(chē)輛會(huì )交換幾種類(lèi)型的V2X消息，共享的數據包括從位置、速度和方向到任何周?chē)系K物等信息。分散環(huán)境信息 (DENM) 允許連接的車(chē)輛發(fā)送/接收有關(guān)危險駕駛行為、事故、危險天氣條件和交通的警報。這些警報可用于確定必要的警告和相關(guān)措施。 根據V2X數據降低速度，可以防止或顯著(zhù)降低可能發(fā)生事故的嚴重性。相隔幾百米的車(chē)輛可以使用V2X進(jìn)行通信。在駕駛員或其他駕駛輔助傳感器觀(guān)察到危險之前，可以很早就檢測到危險情況。在大多數情況下，不需要急剎車(chē)或快速操縱，因為此前的預警讓駕駛員有足夠的時(shí)間減速并稍微改變車(chē)輛的行駛路線(xiàn)以規避潛在的危險。 創(chuàng )建嵌入式系統安全的四個(gè)步驟 保證嵌入式系統足夠安全絕非易事，目前行業(yè)里尚無(wú)針對所有嵌入式設備的通用安全策略。不過(guò)，設計人員可以嘗試從以下四個(gè)方面入手去開(kāi)發(fā)一個(gè)安全可靠的嵌入式系統。 一是評估潛在的威脅和漏洞。具體操作包括：分析產(chǎn)品的生命周期，評估開(kāi)發(fā)商、硬件制造商、軟件供應商、電信運營(yíng)商、用戶(hù)和任何相關(guān)方對最終產(chǎn)品安全的影響，確定所有可能的軟件和物理攻擊點(diǎn)及其發(fā)生的可能性，制定有安全要求的技術(shù)規范。 二是根據需求設計可靠的軟件體系架構。充分利用中間件和虛擬化技術(shù)，進(jìn)行組件劃分，還應允許在共享平臺上運行多個(gè)操作系統。 三是選擇工具和組件。為嵌入式系統選擇的軟件開(kāi)發(fā)平臺其安全性至關(guān)重要，它必須符合國際或地區安全標準。系統硬件的選擇亦是如此，從制造商和分銷(xiāo)商處購買(mǎi)的所有電路板、傳感器和外圍設備都應符合解決方案所需的安全標準。 四是進(jìn)行安全測試。嵌入式系統中硬件和軟件組件的安全測試不應被忽視，要作為必選項獨立于系統其他測試功能。 V2X體系結構 V2X技術(shù)有多種通信形式，包括V2V (車(chē)輛到車(chē)輛) 和V2I (車(chē)輛到基礎設施) 、V2P (車(chē)輛到行人) 、V2C (車(chē)輛到云) 等技術(shù)。 
圖1：V2X體系結構 (圖源：ADI) · V2V (車(chē)輛到車(chē)輛)：V2V使得車(chē)輛之間能夠無(wú)線(xiàn)交換有關(guān)其速度、位置和行駛方向的數據，其目標是通過(guò)預測潛在的碰撞來(lái)緩解道路擁堵，減少交通事故。V2V還可用于提醒周?chē)?chē)輛緊急制動(dòng)、危險交通狀況和天氣狀況等。 · V2P (車(chē)輛對行人)：世界衛生組織報告稱(chēng)，全世界每年有近27萬(wàn)行人死于交通事故。V2P技術(shù)有可能大幅減少這一數字。此外，能智能手機和其他智能設備上的V2P技術(shù)還能幫助行人與車(chē)輛交換有用的數據。除了分享位置信息，行人的設備還可以警告司機，比如他們需要更多的時(shí)間過(guò)街。這項技術(shù)對老人和兒童將起到一定的保護作用，是一個(gè)很實(shí)用的功能。 · V2I (車(chē)輛到基礎設施)：V2I是一種智能通信技術(shù)，它允許車(chē)輛與道路基礎設施進(jìn)行通信。這是一項世界性的技術(shù)，旨在幫助智慧城市的實(shí)現，使全球道路更加安全。V2X的路邊單元 (RSU) 還用于警告車(chē)輛有關(guān)道路狀況，比如道路施工情況，以便他們可以安全減速和變換車(chē)道，避免突然制動(dòng)帶來(lái)的潛在危險。據公開(kāi)的數據，數千臺配備V2X設備和攝像頭的路邊單元已經(jīng)在美國、歐洲和亞洲使用，美國25多個(gè)州和20多個(gè)歐盟成員國已經(jīng)啟動(dòng)了基礎設施部署項目。 · V2C (車(chē)輛到云)：V2C的目標是使車(chē)輛能夠與云進(jìn)行通信。事實(shí)上，車(chē)輛使用V2C技術(shù)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)信息娛樂(lè )和其他領(lǐng)域的車(chē)內服務(wù)，能有效提高駕駛效率和樂(lè )趣。 V2X技術(shù)是決定未來(lái)幾年自動(dòng)駕駛汽車(chē)成功的關(guān)鍵因素之一。這項技術(shù)正在迅速崛起，并將有可能克服ADAS系統 (高級駕駛員輔助系統) 的局限性，同時(shí)確保道路安全，并通過(guò)緩解交通擁堵來(lái)減少能源/燃油消耗。奧迪美國是首家宣布通過(guò)V2X技術(shù)擴展交通信號燈信息的制造商，該技術(shù)包括綠燈優(yōu)化速度咨詢(xún) (GLOSA) 系統，為奧迪駕駛員提供速度建議，以幫助他們趕上綠燈。 V2X發(fā)展路線(xiàn)圖 V2X的應用進(jìn)程將分階段推出，稱(chēng)為“Day1”、“Day2”和“Day3”。其中，Day1 V2X提供救生情景感知；Day2 V2X應用程序可以利用其他車(chē)輛共享的傳感器數據；Day3 V2X應用程序主要提供車(chē)輛之間協(xié)商的方式，以提高道路的使用效率和安全性。為了簡(jiǎn)化V2X的引入，早期的Day1實(shí)施只會(huì )提醒駕駛員，而不會(huì )控制車(chē)輛。 從一個(gè)V2X部署階段轉移到下一個(gè)階段，例如從Day1到Day2，將受到多個(gè)因素的制約。 一是下一代通信標準的可用性：V2X每一個(gè)階段的用例均需要高可靠性和極高級別的通信吞吐量，因此，應首選先進(jìn)的新通信標準3GPP C-V2X Rel.16或IEEE 802.11bd。這些標準正在制定中，幾年后產(chǎn)品將實(shí)現商業(yè)化。 二是自動(dòng)車(chē)輛 (AV) 的普及程度：AV將在V2X上更可靠地運行，尤其是在具有豐富數據的可靠目標檢測、交通燈指示、道路使用者之間的協(xié)調以及檢測障礙物的能力方面。高度自動(dòng)化車(chē)輛的普及率越高，V2X Day2 / Day3部署的需求就越高。 對V2X的發(fā)展，市場(chǎng)預期是這樣的：Day1的服務(wù)從2019年開(kāi)始大規模部署；Day2的服務(wù)部署計劃在2024年底開(kāi)始；Day3預計將在2028年。
圖2：預期的V2X發(fā)展路線(xiàn)圖 (圖源：Auototalk) V2X中的兩種無(wú)線(xiàn)接入技術(shù) 目前，有兩種無(wú)線(xiàn)技術(shù)通過(guò)相互補充用以滿(mǎn)足V2X服務(wù)的關(guān)鍵需求。這兩種技術(shù)分別是C-V2X和DSRC/ITS-G5，它們在許可和非許可兩個(gè)不同頻段上運行。 · DSRC/ITS-G5 DSRC是由IEEE制定并且有主要車(chē)輛制造商支持的標準，它的標準化流程可以追溯至2004年，IEEE在802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) (WLAN) 標準系列下制定了新的車(chē)載通信標準，即IEEE 802.11p，直至2007年左右，IEEE 802.11p標準才趨于穩定。接下來(lái)，IEEE又著(zhù)手制定了1609.x系列標準，用作V2X的安全性框架。與此同時(shí)，美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì ) (SAE) 從汽車(chē)工業(yè)的需求出發(fā)，開(kāi)始制定關(guān)于V2V應用的標準，并將其稱(chēng)為DSRC，采用的通信標準即是IEEE 802.11p和1609.x。區別于其他常見(jiàn)的WiFi、藍牙等通信協(xié)議，位于5.9GHz頻帶的一段75MHz帶寬被劃為DSRC的專(zhuān)屬頻譜。 · C-V2X C-V2X (蜂窩V2X) 是基于3GPP全球統一標準的通信技術(shù)，基于4G/5G等蜂窩網(wǎng)通信技術(shù)演進(jìn)形成的車(chē)用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，包含LTE-V2X和5G-V2X。 在過(guò)去幾年中，DSRC是唯一可用的V2X技術(shù)。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的多次大規�，F場(chǎng)測試，基于DSRC的V2X于2015年在日本投入生產(chǎn)，并于2017年在美國選定車(chē)型投入生產(chǎn)。2019年，大眾發(fā)布了基于DSRC的高爾夫8，也是該公司市場(chǎng)上第一款使用V2X的汽車(chē)。在美國，數以千計的RSU裝備了DSRC V2X。在此過(guò)程中，中國則力推C-V2X的部署。目前，有關(guān)DSRC和C-V2X這兩項技術(shù)的發(fā)展以及應用場(chǎng)景的討論仍在繼續。 在V2X的部署上，歐洲走在了行業(yè)的前列�；赪i-Fi的DSRC技術(shù)，繼大眾高爾夫8推出之后，大眾汽車(chē)ID.electric系列也配備了基于DSRC的V2X技術(shù)，這是V2X在全球量產(chǎn)汽車(chē)中的極大規模實(shí)施。在基礎設施建設方面，奧地利高速公路運營(yíng)商ASFINAG已開(kāi)始在全國范圍內的高速公路上安裝DSRC V2X技術(shù)。 V2X產(chǎn)品及用例 作為“綠色交通”創(chuàng )新項目的一部分，德國漢堡港務(wù)局與恩智浦 (NXP)、西門(mén)子 (Siemens) 等企業(yè)合作，利用NXP V2X技術(shù)改善繁忙港區的交通流量，V2X路側單元 (RSU) 已經(jīng)安裝到當地的交通燈控制器上。自2021年初起，陸續有150輛卡車(chē)配備了以V2X技術(shù)為特色的車(chē)載單元 (OBU) 。RSU和OBU之間的雙向通信使裝有OBU的卡車(chē)司機能夠在交通路口請求優(yōu)先權，并且RSU向OBU發(fā)送速度建議信息和下一個(gè)路口綠燈的倒計時(shí)。這些V2X部署均是通過(guò)NXP的RoadLINK V2X產(chǎn)品系列實(shí)現的。采用的芯片組是單芯片V2X調制解調器SAF5400和完全認證的硬件安全元件SXF1800，符合通用標準EAL4+和FIPS 140-2 3級。 NXP RoadLINK SAF5400/V110是第二代V2X解決方案，支持歐洲、北美和韓國定義的全球DSRC標準，提供高性能橢圓曲線(xiàn)數字簽名算法 (ECDSA) 驗證引擎、MRC天線(xiàn)分集和遠程天線(xiàn)控制。帶有軟件定義無(wú)線(xiàn)電 (SDR) 處理器的SAF5300/SAF5400收發(fā)器為V2V和V2I應用提供了系統解決方案，覆蓋了世界各地的V2X應用，具有高質(zhì)量的通信性能和AEC-Q100二級資質(zhì)。收發(fā)機上集成了RFCMOS芯片，與基帶處理器相結合，執行數字調制 (PHY) 和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制 (MAC) 處理。 RoadLink方案中采用的SAF5400芯片是一款適用于V2X應用的汽車(chē)認證單芯片DSRC調制解調器，每秒接收和驗證多達2,000條消息，基于軟件定義的高 RX/TX質(zhì)量，為傳輸和接收的消息提供更好的保障。此外，SAF5400采用球柵陣列 (LFBGA249) 封裝，占據很小的PCB空間，非常適用于多層PCB。
圖3：SAF5400 芯片方框圖 (圖源：NXP) DSRC和C-V2X源于不同的技術(shù)，源于WiFi的DSRC，在部署上可以借用現有的ETC資源和基礎設施，易于推廣，但也存在著(zhù)傳輸可靠性和速率低、傳輸范圍小、傳輸時(shí)延較大，以及通信傳輸穿透性不強等問(wèn)題。源于LTE的C-V2X，尤其是5G的大規模商用，獨有的高傳輸可靠性、百兆級傳輸速率，理論可達1,000米的傳輸范圍，低至1-3毫秒的傳輸時(shí)延等技術(shù)，使其在V2X應用市場(chǎng)大有后來(lái)居上的趨勢。然而，對于任何移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，提供100%的蜂窩網(wǎng)絡(luò )覆蓋率都是一個(gè)非常困難的挑戰。對于聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛而言，無(wú)線(xiàn)電覆蓋漏洞將帶來(lái)更糟糕的后果。ADI公司的RadioVerse方案為C-V2X提供了無(wú)線(xiàn)電增強功能，即便在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )覆蓋的情況下也可以工作。 ADRV9026是RadioVerse組合在雙波段軟件無(wú)線(xiàn)電 (SDR) 方面的產(chǎn)品之一，是一個(gè)單芯片、高集成度射頻IC。它有四個(gè)發(fā)射和四個(gè)接收通道，可以獨立編程和控制。通過(guò)使用先進(jìn)的本地振蕩器結構，ADRV9026可以在6GHz以下的多個(gè)頻段同時(shí)發(fā)射和接收。圖4顯示了使用單個(gè)射頻IC ADRV9026在不同頻帶或不同無(wú)線(xiàn)接入中并發(fā)傳輸和接收的示例。
圖4：ADRV9026能夠在多個(gè)頻段同時(shí)傳輸和接收 (圖源：ADI) V2X前景展望 目前，世界各地的許多V2X試驗都在進(jìn)行中，美國、中國和諸多歐盟成員國都在積極部署與V2X基礎設施相關(guān)的項目。支持V2X的汽車(chē)制造商有奧迪、寶馬、戴姆勒、福特、路虎、雷諾、特斯拉和豐田等國際知名企業(yè)。除此之外，一大批的半導體企業(yè)也在全力布局V2X產(chǎn)業(yè)，NXP、ADI、高通、博世、Intel均已開(kāi)發(fā)并推出了因此相應的V2X智能交通產(chǎn)品。也許，V2X這項技術(shù)將在未來(lái)十年內遍布世界的每個(gè)角落。 根據Industry Research預測，2022-2028年期間，在汽車(chē)市場(chǎng)，全球V2X規模預計將從2021年的18.65億美元增長(cháng)到2028年的193億美元，年復合增長(cháng)率 (CAGR) 達到38%。Markets and Markets Research則預計，到2027年，V2X技術(shù)的普及率將達到60%左右。從主要參與者來(lái)看，美國有望成為全球領(lǐng)導者，北美將是2017年至2025年期間最大的V2X市場(chǎng)，其次是歐盟國家。到2025年，僅V2X網(wǎng)絡(luò )安全這一項就會(huì )有3.65億美元的市場(chǎng)。盡管在今天看來(lái)V2X可能是一種新興技術(shù)，但不久之后，它將成為大多數基礎設施計劃中的固定設備。 |
