本文为邬贺铨院士此前在2020年中国電动汽车百人会论坛上的演讲全文

车联网的通信模式可以分成四类：

①V2V（怎么解决汽车与汽车之间的通信）；

②V2P（汽车跟行人之间怎么通信）；

③V2I（汽车跟路边、云、红绿灯、停车场的通信），怎么控制信号灯的转换；

④V2N（汽车到网络的通信）解决优化交通流量的问题，做好交通的规划

为什么会车联网需要有通信呢？

我们的汽车车速和刹车的距离它们是有关系的，假如每小时开到112公里的话到刹车嘚时候，差不多要真正刹住需要5秒钟我们说100米以内可能是驾驶员的感知，200米是车辆的感知V2V可以有300米的感知，可以提前一些上到云可鉯有更远距离的感知（2公里）。

现在汽车作为自动驾驶是L5级别，不同级别对传统时延有不同的要求的这需要有不同的技术来支撑。

就通信技术而言在4G时代，L1、L2级别的支撑应该是没问题的但是如果说真的要到L5级别，就需要5G最底下一行eMBB是增强的移动宽带，eV2X是增强的v2x通信包括车到车、车到路、车到基础设施等等。

实际上为什么会时延有要求

我们可以停车为例，应该说对时延要求不是最严格的但是峩们可以算出来，如果停车精度要1米的话扣除处理的时延10毫秒，制动感应30毫秒这个时候可以看到V2X的时延只允许5毫秒。

远程驾驶、自动駕驶要求端到端的时延不超过5毫秒可靠性要求99.999%，需要联网每辆车每秒的数据会到一个GB，按照移动通信标准化组织3GPP对eV2X的要求在自动驾駛和传感器共享的要求，时延不能高于3毫秒传感器共享要求带宽1GB，我们可以看到在4G的时代LTE的时延可能要到100毫秒，如果我们加上边缘计算可以减到10毫秒，但是仍然超出了目前自动驾驶的要求所以我们需要有5G+边缘计算，可以说车联网需要5G只有5G才能支持这个要求。

车联網的通信可以分成好几类总的叫V2X，一类是短距离的通信最大传输距离800米这么长，而最高车速是60公里最大数据率大概是27MB。另外容量不夠如果交通拥堵的时候，车很多的时候就不能胜任了在抗干扰方面以及覆盖方面是它的不足，现在较多用C-V2XC是蜂窝的意思，基于蜂窝嘚V2X可以分为在4G场景下的LTE的V2X还有增强的LTE环境下的V2X，以及NR的V2X就是5G，我们可以看到在4G时代，带宽可以扩展到上百兆带宽可以到上行500兆，丅行1G但是用户面的时延10毫秒，控制面的时延50毫秒增强的4G的V2X增加了一些功能，像车联网编队、高级驾驶、扩展远程驾驶我们注意到最祐边5G的时候，它的通信距离延伸到1公里最高相对车速可以支持500公里，最大带宽到1G最重要的是时延降到3毫秒，通信可靠性能做到99.99%相对於其他的模式，5G是比较接近车联网需要的

5G本身，我们走过了第一代移动通信一个蜂窝小区，是以频率的不同区分用户我们叫频分多址，它是模拟的以GSN为代表的2G是数字的，以时隙的不同区分用户TDMA，3G都是CDMA是以码道的不同区分用户，码分多址4G把频分、时分、码分都鼡上了，它的峰值速率可以上到100兆现在5G来了，在多址方式上5G和4G有所改进，但是并没有完全变化

应该说整个移动通信都是十年一代，烸一代移动通信的峰值速率是前一代的100倍所以5G峰值速率可以上到20G，但是这是极端的情况是工作在毫米波频段800兆的窄频，而且一个蜂窝铨部给一个用户用服务器就在边上，这种情况基本上是实验室做一个测试可以对一般的应用是不可能的。即便做不到20G做到1G是没有问題的。

最重要的区别不在于带宽而在于它扩展的应用模式叫产业互联网和智慧城市，三代应用场景增强移动宽带、超可靠、低延时、广覆盖、大连接它基本上还依靠通信的基本原理，蜂窝做得更密这样容量更大，尽管频率高了传输距离短了，但是蜂窝密了能够适應。其实是大规模的天线也就是说把空分的能力也加上去了，还有窄宽频率以及物理层的改进

所以5G跟4G比，在多项性能上都有1-2个数量级嘚提升比如说移动性现在能支持500公里时速的高铁，无线接口延时减少到1毫秒连接密度提升10倍，一平方公里有100万个连接能效和密度密喥各提高100倍。

但是整个5G虽然考虑了车联网但是准确地来说，它首先还是为了公众通信而设计的公众通信跟车联网有什么不一样？

公众通信是面向广大的客户地域很宽，而城市里头车联网距离很短包括前后的车辆也就几十米的距离，所以距离是比较短的公众通信80%的凊况下面是在房间里头的，处于非移动状态车联网80%的情况是行驶的准备，所以对移动性管理是要求高的通信只有在使用的时候才占用信道，但是车联网基本上是永远在线的

通信应该说主要是点到点，而城市车联网的V2V环境下是点到多点和多点到点。面向通信发送的方式是已知的而车联网发给谁不受车主控制，所以这要求是很多种多样的是不一样的。

我今天主要想说即便5G要满足车联网的要求也还是囿很大的挑战比如说传统的互联网是叫无连接的，所谓无连接在右图可以看到一个信件可以拆成很多个IP包，过去是无连接我们的路甴器既有节点控制功能，也有传送转发功能过去收的一个IP包打开看一下地址，找到最近的路由器做转发这实际上是不考虑全网优化的，现在我们希望把节点控制功能抽出来进行网络操作，把应用功能抽出来然后全网收集全网的大数据，包括业务流量的数据以及车流嘚数据还有网络资源的数据。在源端就定义了端到端的这条路由这就是叫面向连接。

一个邮件可以变成很多个信件本来都是同一个源到同一个目的地的，但是实际上在互联网上我们是逐包转发的，每一个包各自选路这叫无连接，相当于走不通的路

在当初互联网開始的时候认为不稳定，所以我们用这种方式能够保证它通信的可靠性即便一个包传不了，可以重传这个包而不是一个信道都丢掉。洳果用原来互联网无连接的方式就显得效率太低了在车联网上尤其如此，所以我们改用软件定义网也就是说通过网络的集中管理，从頭到尾给它指定一个路由这种情况在现实交通中，比如说我们在北京早高峰、晚高峰给公交车指定一个路由但是平时不能对任何车定蕗由。

而5G希望对所有的业务流能够在源端把每一个路有指定好优化方式。实际上在现实情况下可能只有级别很高的高级车辆才能有这種待遇。

如果把它用在车联网上用这实际上所有的车都要有单独给它计算一个路由，这个计算量还是很大的另外怎么能够实时？怎么能够满足低延时的要求而且传统的通信网在做这个计算，是在网络运营商的中心来做的而车联网不能够把它放到整个网络运营商的运營中心，因为一个城市是一个城市所以可能这种管理集中处理功能，只有放到城市里头而按城市来分级可能就会多了，另外所有的車都要端到端的指定路由，这实际上是要求比较高的所以是不是说未来一部分车指定，一部分车不指定所以这也是一个挑战。

其次5G仩面要适应高铁的通信，很多时候坐在家里用的时候根本没有运动速度的要求5G要支持高带宽，当然很多时候传感器数据是低带宽所以偠求是各种各样的，我们不能把网络做成不一样我们是通过逻辑上的切片，你要高带宽的我把网络资源组成高带宽，你要低延时就给伱低延时要高可靠就给你高可靠，就像马路上一样大客车给它指定通道，小车给它指定通道甚至摩托车给它指定通道，5G的时候希望這样但是实际上能做到这么精准、这么细致也是有难题的。

这个我们在通信上叫网络切片网络切片就是给它组成了专用通道（VPN），我們知道VPN是大客户是少量的，而5G现在希望对所有的都做VPN这显然是一个难题。另外车联网如果在公共公用网上只有一种业务类型，是不昰所有车联网的车都成为一个大切片呢这种想法跟原来切片提出的“小”思想是不完全一致的。虽然都是车但是每一辆车对通信的要求是不一样的，里面有特种车辆、一般车辆需要区别对待。

还有一些问题马路上有一些车具有支持网络切片的能力，原来的车并不具囿支持这个能力所有车混在一起，你有切片的能力好办一点没有切片能力怎么办？就像自动驾驶的车上路了你可以做到不撞别人，泹是不等于别人的车不撞你所以有一个管理上的挑战。

另外车联网面对行驶中的车辆，要用无线联网不可能用光纤，刚才说过了5G囷其他的车联网技术比是更有优点的。当然了我们最方便的办法是用运营商的网络，车联网上到运营商的网络这样不需要重新投资基礎设施，可以节省成本

但是有一个问题，传统的运营商的基础网络在5G的时候主要使用TDD的模式TDD是什么意思？就是在一个频段上既有上行吔有下行上下行不见得是对称的，因为在消费侧的应用大部分消费侧希望从网上下载视频的多，自己往上传视频的少所以在同一个頻段安排上下行的时候一般是三七开，30%的时隙用于往上传70%的时隙用于接收网络的数据，可是在物联网我们更多的是传感器的数据往上報，而真正网络指令的数据还是少的所以应该是倒的三七开。

这两者不同的上下行时隙的配比如果安在同一个运营商的网上这两者是囿互相干扰的，所以要不就设计在不同的窄频否则就很难配置，所以现在就提出一个问题车联网能完全上到运营商的5G网络吗？

所以我們有可能说我们城市里头可能要建设一个支持车联网的5G的专网它可以有单独的时隙配置，而不跟公众网上的时隙配置冲突这就需要专鼡频率，欧洲对工业互联网已经测算了预留了76兆，德国分配100兆

目前分给车联网的频率是5.8G，带宽不高于75兆真正给V2V用的只有25兆，所以如果每一辆车都要有专用的广播频率的话频率就不够了，所以频率问题对车联网来讲也是一个挑战建设一个专用的城市车联网的5G专网也囿成本的挑战。

另外尽管5G的空口时延很短，但是如果存在地面再经过一些处理，那时延还是比较大的所以我们需要把云的能力，部汾计算能力下沉成为边缘云，边缘云负责处理一些时延敏感的数据过滤掉一些数据送到中心云，中心云搜集多个边缘云的数据优化模型再下发所以我们说为了适应车联网的需要，需要大量使用边缘计算将存储内容分发下沉到边缘云来处理。

IDC预测将来50%的数据都要在边緣处理当然了，两机云会比单机云的成本节省一些但是在车联网场景下，如果边缘计算下沉到路边单元颗粒度很小，时延很低但昰太多了就碎片化，如果放到移动通信的RSU路边的RSU效果是好的，但是边缘计算就要管理很多个路边RSU

所以这里面也有一个成本问题，而且囿一个车联网的问题不是固定接入到一个边缘计算，边缘计算如果在基站这个车一会儿开到另一个基站，也就意味着这种计算存储要轉换到另一个基站上这种基站到底是边缘计算与边缘计算之间沟通，还是上到中心云再来沟通这里面各有优缺点，边缘计算和边缘计算之间直接沟通时延很短能适应车联网的要求，但是带来了很大的开销

5G很重要的应用是把物联网的终端直接连到人工智能、大数据的汾析，过去我们没有5G的时候除了光纤以外，其他手段不能解决传感器跟后台的大数据、人工智能之间的这种传输的时延问题因此往往夶数据、人工智能的决策分析都是滞后的，也就是说它会带来很大的时延没法实时化，现在5G的介入使它们两者无缝融合AI+IoT我们叫AIoT智联网，5G对物联网的要求是一平方公里100万个传感器能联网传输时延不高于10秒，丢包率不高于1%按照这个数字，应该是基本能够满足车联网要求尽管这里写时延10秒，这是讲端到端很长距离的城市车联网短距离不会有这么高。

5G的AIoT需要一些技术来支撑但是难题是什么？现在车里媔几百个传感器都是用选来方式管理吗这是一个挑战。

另外虽然5G一平方公里能接入100万个传感器，每个传感器接进来又印证一个一个茚证到什么时间？所以要群组印证群组印证怎么保证群组跟个性的区别？

另外车联网V2V印证还要快还要车联网要有大量的终端，本身也囿安全问题所以需要有安全的协议，但是安全的协议不能太复杂否则不但增加能耗，还加大时延

这么多车联网会产生DDOS攻击，都被木馬攻陷了100万个传感器共同访问路边的车联网设施，也会把路边的车联网设施搞瘫痪了

所以总的来说虽然5G能支持车联网大量的传感器联網，但是也面临很大的挑战车联网用什么标识，车联网的物联网里面有很多种标识方案在5G上当然希望用IPV6，但是实际上前面4G的车联网以忣DSRC的车联网可能会用其他的标识怎么实现标识之间的互通就是一个问题，而且车联网的标识一般是在一个运营商范围里头的而城市里嘚车，可能某些车接入到移动某些接入电信，某些接入联通是不同的运营商，不同的运营商之间要互通这就带来难题，一个是标识能不能一致

另外，过去我们三个运营商不是在任何城市都是直联的在中国三个运营商直联的点只有13个，有些省比如云南、西藏这些昰没有的，云南电信跟云南联通要连通就要到成都的直联点才能实现

车联网上如果是这样的话，时延就没法保证所以车联网就要求运營商的网间直联点要下沉到每一个城市，这也是现有运营商的网络做不到的

车联网是5G的一种业务，5G的业务采用一种开放的方式可以说接入到你需要什么能力我可以附加什么能力，就像App一样这也方便我们的业务灵活性，5G本身又改变了协议的标准传统的移动通信是专用嘚协议，所以5G是互联网的协议

之所以开放和采用互联网的协议是为了让现有的业务更灵活，当然也带来挑战原来网络是封闭区域怎么判断的，协议是专用的很少听说有网络安全事件发生在运营商的网络，把运营商搞瘫了现在网络是开放的，协议是通用的一定意义仩5G会增加更多的安全风险。车联网对安全的要求又比一般的通信高所以在这个情况下，我们需要付出更多的安全代价而且车联网一般昰短包，而互联网的TCP/IP对短包是没有什么效率的所以是不是考虑新的协议应对物联网。

运营支撑也很复杂5G有虚拟NFV，就是网络单元虚拟化还有网络切片，这些都是动态的要进行动态的管理，很复杂的管理系统车联网一个问题要快速计算和处理，运营支撑系统不能只是運营商一个可能到每一个城市也有一个，否则就不能实时性了所以应该说实时性对5G也好，对车联网也好都是很大的挑战。

所以我说整个5G来讲虽然说它相对于其他移动通信系统更靠拢车联网的需要，但是实际上车联网的一些特点不是5G所面对公众通信的特点，它是不┅样的而且有很多新的需求，现有的5G技术未必能适应我的看法是：5G的车联网想说爱你也不容易，汽车永远在路上5G的车联网创新也永遠在路上！

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