车联网发展的原动力是为了提升交通效率,节省资源,减少污染和降低安全事故发生率,综合改善交通管理。其中最主要的两点就是安全和高效。安全是指车联网将降低交通事故发生率,减少交通拥堵并实现汽车能耗节能和降低污染排放。在交通事故预防领域,与搭载毫米波雷达、激光雷达等多种传感器的智能驾驶解决方案相比,车联网能后自如的应对雨雪等极端恶劣天气和大角度转弯等传感设备易发生误判的场景。按照美国国家公路交通安全管理局的预测,搭载 V2X 技术的中轻型车辆能够避免 80%的交通事故,重型车能够避免 71%的事故。高效是指车联网与智能驾驶可使交通拥堵减少 60%,使现有道路网的通行能力提高 2~3 倍。麦肯锡咨询公司调研发现,当无人驾驶汽车成为主流后,全球通勤者每天共可节省通勤时间 10 亿个小时。
根据国家制造强国建设战略咨询委员会组织编制的《〈中国制造 2025〉重点领域技术路线图》,结果各国研究、监管机构对于自动驾驶的定义,我们将自动驾驶分为四个发展阶段:驾驶辅助(DA, Driver Assistance),部分自动驾驶(PA, Partial Automation),有条件自动驾驶(CA, Conditional Automation)和高度/完全自动驾驶(HA/FA, High/Full Automation)。每个发展阶段对于网络的时延、传输速率都有着不同的要求,实现的功能也不断演进。目前我们正处于从驾驶辅助(DA)向部分自动驾驶(PA)发展的阶段。
V2X 技术是目前国际公认具有巨大发展潜力的车联网技术,V2X 分为车车通信(V2V,Vehicle-to-Vehicle),车人通信(V2P,Vehicle-to-Pedestrian),车路通信(V2I,Vehicle-to-Infrastructure)和车网通信(V2N,Vehicle-to-Network)四大场景。四种场景涵盖了现实交通的全部场景,具有极强的实践价值。
目前,国际上比较成熟的 V2X 技术分为两大技术路线,一是基于 IEEE 802.11p 的专用短程无线通信技术(Dedicated Short Range Communications,DSRC),二是我国参与推动的基于 LTE 的 V2X 无线通信技术(LTE-V2X,可向 5G 演进至 5G-V2X)。美国、欧盟、日本等国家已经启动基于 IEEE 802.11p 的 DSRC 专用短程无线通信技术的外场试验工作,美国交通部希望全美汽车增加 DSRC 功能。与 IEEE 802.11p 相比,LTE-V2X 具有技术上的后发优势,又可以利用成熟的蜂窝网络覆盖和芯片、终端产业基础。
DSRC 专用短程无线通信技术是一种高效的无线通信技术,提供高速的数据传输,可以满足数十米特定区域内对高速运动下的移动目标的识别和双向通信,并保证通信链路的低延时和高可靠。DSRC 专用短程无线通信技术在物理实现上主要包含路侧基础设施设备(Road Side Unit,RSU)和车载设备(On Board Unit,OBU)两个部分。美国、欧盟、日本都采取了一系列技术试验、应用示范和行政措施助力 DSRC 专用短程无线通信技术发展。美国交通部出资 4200 万美元在纽约、怀俄明州、弗罗里达州 3 个地方开展安全测试,利用 DSRC 技术减少交通拥堵和加快道路通行速度,预计截止 2017 年将试装 1 万辆。此外,美国汽车厂商通用在 2017 款凯迪拉克 CTX 已经前装 DSRC 通信模块。荷兰、德国和奥地利联合建立欧洲协同式智能交通走廊,基于 ETSI ITS-G5 技术,探索 ITS 与智能汽车发展。日本将 ITS Connect 车路、车车间通讯系统作为合作式智能交通的重要部分,丰田、本田、电装等积极推进 DSRC 专用短程无线通信技术产品研发和试验验证。在立法方面,美国也走在前端。2016 年 12 月 13 日,美国交通部正式发布《联邦机动车安全标准 ——第 150 号》(FMVSS No.150),要求所有轻型车辆强制安装 V2V 通讯设备。同时,美国交通部将该项 FMVSS 强制标准纳入《联邦机动车安全法案》(修正案草案)并向立法机构正式提出。
与基于 IEEE 802.11p 的 DSRC 专用短程无线通信技术相比较,我国重点支持具有自主知识产权的 LTE-V2X 技术研发与产业化。LTE-V2X 是一种基于 LTE 的 V2X 无线通信技术,除支持车与车、车与人、车与路侧基础设施通过直通方式进行通信外,也包含基于云服务平台的 LTE 连接和信息服务,因此具备提供专用短程直接通信与广域蜂窝通信的综合通信能力。车与车、车与人、车与路侧基础设施短程直接通信,可以不需要 LTE 网络支撑,提供主动安全等低时延要求的应用;车与云服务平台则经由 LTE 网络提供基于云端的更加丰富的综合信息服务。
在标准化方面,2015 年初 3GPP 正式启动 LTE-V2X 技术的需求和标准化研究,我国大唐电信、华为、中兴等企业都积极参与其中;3GPP SA1(需求工作组)开展了 LTE-V2X 需求研究,已经于 2016 年 3 月完成结项。2016 年初,3GPP SA2(架构工作组)启动 WI,2016 年底完成标准化。在 LTE-V2X 空口研究方面,3GPP RAN(无线技术工作组)于 2015 年 7 月启动 SI 立项,已于 2016 年 6 月完成结项;2016 年初,对直通车与车通信(V2V)启动 WI 立项,已于 2016 年 9 月完成标准化,支持基于短距离直接通信的车与车通信;2016 年 6 月,启动车与路侧基础设施通信(V2I)的 WI 立项,并于 2017 年 3 月完成标准化,至此 R14 LTE-V2X 标准全面完成。后续,3GPP 将继续开展 R15 阶段的 LTE-V2X 增强技术研究,计划到 2018 年 6 月完成。
参考观研天下发布《2018-2023年中国车联网行业市场产销态势分析与投资商机分析预测报告》
技术验证和测试方面,2016 年 6 月和 11 月,国家智能网联汽车(上海)试点示范区封闭测试区、重庆智能汽车集成系统测试示范区(i-VISTA)相继开园,园区均建设有 GPS 差分基站、 LTE-V2X 通讯基站、DSRC 和 LTE-V2X 路侧单元、智能红绿灯和各类摄像头,模拟 LTE-V2X 技术在城市道路场景的应用。
产业化方面,我国相关领域企业、科研单位分工合作,共同推广 V2X 应用推广。一是传统通信企业着重在 V2X 终端芯片领域发力,大唐电信集团完成 LTE-V2X 通信设备预商用设备开发,预计在2017年底发布LTE-V2X测试芯片,华为也计划2018年第一季度发布LTE-V2X测试芯片。二是汽车厂商、零部件厂商联合相关科研机构布局 V2X 上层应用开发与实现。一汽、上汽、长安汽车、北汽、长城等国内自主品牌汽车厂商设计开发了覆盖多种路况、工况的 V2X 应用场景。
三是跨行业企业合作开展应用示范。中国移动、上汽、华为等在杭州云栖小镇、上海嘉定开展 LTE-V2X 安全预警应用示范;中国汽研、大唐电信、长安汽车等在重庆 I-VISTA(智能汽车集成系统试验区)开展 LTE-V2X 技术测试及示范,支持车与车安全告警、道路施工预警、交叉路口行人检测等应用;交通部公路科学研究院、华为在北京通州测试场开展 LTE-V2X 应用示范等。四是测试验证公共服务平台促进 LTE-V2X 技术成熟。中国信息通信研究院联合跨行业企业初步构建了 V2X 实验室仿真测试环境,开展 LTE-V2X 的应用功能、性能、互联互通和互操作测试。
随着车联网技术的不断发展,下游应用商业模式的不断成熟,车联网市场将呈爆发式发展。我国车联网市场在全球市场当中占据较大的比重,未来市场规模仍将保持高速增长。据预计 2016 年智能网联汽车全球相关市场的总体销售额将高达 403 亿欧元,到 2020 年这一规模将高达1226 亿欧元,相较于 2016 年增长 204%,全球的联网车辆比例将达到 75%。据预测,我国车联网市场规模将在 2020 年达到 361.3 亿欧元(约合人民币 2600 亿),五年增长 276%。仅就中国市场而言,我们预计其车联网市场的规模就有望在 2025 年达到 2162 亿美元。根据预测,2015 年我国车联网市场规模已达 1500 亿元,车联网的渗透率达到 10%,未来几年,车联网的渗透率将提高至 20%,市场规模有望翻番。
车联网标准和产业发展不断传来利好消息,离不开国家从顶层发展规划上的支持。从 2010 年中国国务院总理温家宝在两会上提到了车联网作为应用示范后,相继一系列配套政策出台, 2015 年 7 月,中国汽车工业协会发布了《“十三五”汽车工业发展规划意见》,规划要求积极发展智能网联汽车。2016 年 5 月,交通部印发《交通运输标准化“十三五”发展规划》,规划聚焦智慧交通,并把智慧交通作为中国经济转型升级的一个组成部分。同年 6 月,工信部发布《车联网创新发展工作推进方案》,要求从关键技术研发、标准体系研究、平台及试验场地建设、基础设施建设、应用推广、网络与信息安全保护六大重点任务 20 项工作内容推动车联网发展。2017 年 4 月工信部联合发改委、科技部印发《汽车产业发展中长期规划》,明确提出智能网联汽车推进工程,并明确了各阶段 DA、PA、CA 的发展目标。2017 年 9 月 7 日,国家制造强国建设领导小组车联网产业发展专项委员会第一次全体会议在北京召开。会议要求“要加大关键产品研发攻关力度,完善测试验证、技术评价、质量认证等公共服务平台,促进 LTE-V2X 车联网无线通信技术等新技术的部署和应用,推动 5G 与车联网融合发展。”
在面向 2020 年及以后的 5G 时代,LTE-V2X 将继续向 5G-V2X 演进。在 5G 通信网络大量部署的时代,5G 车联网所构建的可多网接入与融合、多渠道互联网接入的体系结构,基于 D2D 技术实现的新型 V2X 的通信方式以及低时延与高可靠性、频谱与能源高效利用、优越的通信质量等特点为车联网的发展带来历史性的机遇。5G 车联网技术将实现毫秒级的时延。根据研究,当车联网的延时降低到 1ms 时能够极大地缩短从获得需要刹车信息到停下来的距离,降低了安全隐患和交通事故的概率。有资料显示,如果基于 4G(LTE)建立车联网,做出刹车反应到停下来的距离是 4.6 英尺,而 5G 的出现能将这个距离缩短为 1 英尺。5G 还会带来近乎 100%的通信可靠性,这又将事故发生的概率进一步降低。5G 带来的也不仅仅是低延迟、高可靠的优势,车联网依旧需要 5G 提供稳定性、安全性 、大容量、速度快等特性。
在应用领域,5G 车联网技术还可应用于商业领域以及自然灾害等场景。在商业领域,商店、快餐厅、酒店、加油站、4S 店等场所将会部署 5G 通信终端,当车辆接近这些场所的有效通信范围时,可以根据车主的需求快速地与这些商业机构建立 ad-hoc 网络,实现终端之间高效快捷的通信,从而可以快速订餐、订房、选择性地接收优惠信息等,且在通信过程中不需要连接互联网。这将取代目前商业机构中工作在不授权频段、通信不安全、通信质量无法保障、干扰无法控制的蓝牙或者 Wi-Fi 通信方式,也将带动一个新的大型商业运营模式的产生与发展,汽车将借助车联网实现从交通工具到智能终端的跨越式升级。就像软银 CEO 孙正义在 2017 年 MWC 的讲话中提到的那样,未来 30 年汽车的变革将彻底改变我们的出行模式甚至生活方式,超级智能汽车将不再是无人驾驶这么简单的身份,它将成为一辆“行走的四轮人工智能机器人”。
我们认为,车联网将会成为物联网最为重要的应用领域之一,并将借助 4G、5G 技术的不断发展极大的扩充应用场景。就技术路线而言,我国发展 V2X(LTE-V2X,5G-V2X)已经板上钉钉。从政府角度而言,车联网将会极大的影响道路交通的管理方式,对未来交通管理提供了极大便利,也提出了巨大挑战。无论是道路规划、道路基础设施建设、交通法规立法,政府都需要一个具有基于自主知识产权的车联网生态,方便政府对未来人们的出行进行服务和监管,所以我国产业发力支持的 V2X 技术成了政府的不二选择。从产业角度,国内企业在 V2X 技术标准化领域有这极大的话语权,华为、大唐、中兴等企业深度参与了 V2X 技术的标准话过程,并继续在产业生态前期布局中发挥着至关重要的作用,为车联网的实现打下了坚实的产业基础。在市场角度,中国将会是未来全球最大的汽车市场之一,车联网及其附属产业链将会在未来汽车市场中占有极大比例,无论是政府和国内通信企业、运营商、车企都希望在分的一杯羹,这就更加需要 V2X 这一国内企业占据主要话语权的技术。总之,车联网将成为未来物联网重要的应用场景,而 V2X 技术将在国内获得极大的发展机会,产业链上各家企业已经在积极布局 V2X 产业生态,目前这个时点是对于车联网领域龙头企业布局的最好时点。
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