中國聯通：智能路側單元白皮書(15頁).pdf

1、中國聯合網絡通信有限公司 2019.10 中國聯通 智能路側單元白皮書 “5G+智慧交通”系列白皮書 中國聯通智能路側單元白皮書 1 目錄目錄 摘要 . 2 1 背景介紹 . 3 2 RSU 架構及功能 . 4 2.1 基本功能和架構 . 4 2.2 業務功能 . 5 2.3 管理功能 . 7 3 基本要求 . 8 3.1 安全要求 . 8 3.2 通信要求 . 8 3.3 軟件要求 . 9 3.4 硬件要求 . 9 3.5 性能要求 . 11 3.6 可擴展性 . 11 4 RSU 應用案例和解決方案 . 11 4.1 智慧路況監測 . 11 4.2 車路協同自動駕駛 . 12 4.3 輔助

2、車輛進行高精度定位導航 . 12 5 展望 . 13 中國聯通智能路側單元白皮書 2 摘要摘要 交通運輸是國民經濟的基礎性、先導性、戰略性產業和重要服務性行業。以 5G 和 C-V2X 為代表的車聯網技術正逐滲透到交通運輸行業中， 促進行業變革和 產業升級，實現智慧交通，滿足人們對于安全出行、高效出行以及綠色出行的美 好愿望。目前基于車聯網的技術標準規范已基本制定完成，產業鏈條初步完善， 各地也涌現出一批車聯網測試和示范基地， 并開始探索車聯網的運營和商業模式。 中國聯通深度布局基于 5G+C-V2X 的智慧交通產業發展，聚焦“智慧道路+ 智能駕駛+智能管控”的車路協同一體化交通體系，通過技術

3、創新、產品研發、業 務推廣以及產業合作，打造面向智能交通的車聯網落地應用。在此背景下，中國 聯通制定“車路+智慧交通”系列白皮書。此白皮書為中國聯通針對智能路側單 元制定的技術規范，期望能對車聯網產業發展提供參考。 中國聯通智能路側單元白皮書 3 1 背景背景介紹介紹 隨著車聯網業務的普及，V2X 的車聯網業務模式已經被廣大車主所接受； 通過運營商網絡，車輛用戶的基礎通信、在線導航和在線娛樂的需求已經得到極 大的滿足；在此基礎之上，對于車輛的自動控制駕駛能力的提升，道路交通環境 的優化和節能減排的需求逐步上升為車輛用戶當前急迫的行車需求。 目前車輛主要通過 ADAS 系統提升自身的感知能力，以

4、適應行車道路的變 化；但是受成本技術等限制，ADAS 系統在惡劣天氣等極端情況下的有效性將大 幅下降?；跓o線通信技術發展而來的 LTE-V2X 技術，增強了車與車之間以及 車與道路基礎設施之間的交互能力，可以提供比 ADAS 技術更為廣闊的行車業 務場景，并能配合 ADAS 技術提升行車道路感知的可靠性。 3GPP作為國際的通信標準組織， 從2015年便開始了LTE-V2X的標準研究。 2015 年 2 月，3GPP SA1 小組開啟了關于 LTE-V2X 業務需求的研究，3GPP 對 LTE-V2X 的標準化工作正式啟動。此后，3GPP 分別在網絡架構（SA2） 、安全 （SA3）以及無線

5、接入（RAN）各小組立項開展 V2X 標準化研究。3GPP V2X 研 究主要分為三個階段， 如圖 1-3 所示。 第一階級在 R14 完成， 主要實現 LTE-V2X 的標準化以支持 TR 22.885 中的業務場景； 第二階段是在 R15 中完成對 LTE-V2X 技術增強，進一步提升 V2X 的時延、速率以及可靠性等性能，以進一步滿足更 高級的 V2X 業務需求，即 TR 22.886。其中的增強技術主要包括載波聚合、高階 調制、發送分集、低時延研究和資源池共享等。第三階段是 NR-V2X 標準技術 研究，主要是在 R15 中完成了對 NR-V2X 技術研究（SI 階級） ，并在 R16

6、 中完 成對 NR-V2X 的標準化（WI 階段） ，預計在 2020 年 6 月份完成。 圖 1 3GPP C-V2X 標準演進 在頻譜方面，2018 年工信部印發的車聯網（智能網聯汽車）直連通信使 中國聯通智能路側單元白皮書 4 用 5905-5925MHz 頻段管理規定中，指明“規劃 5905-5925MHz 頻段作為基于 LTE-V2X 技術的車聯網（智能網聯汽車）直連通信的工作頻段”。 在技術研究方面，各行業標準組織針對技術規范、設備規范以及測試規范等 推出相關的行業/團體標準。其中，針對 RSU 已完成基于 LTE 的車聯網無線通 信技術 支持直連通信的路側設備設備技術要求以及基于

7、 LTE 的車聯網無線 通信技術 支持直連通信的路側設備測試方法 。 2018 年，工信部組織并完成了“三跨”（跨通信模組、跨終端提供商、跨整 車廠）V2X 互聯互通測試，共有 20 余家企業參與，其中包括 3 家通信模組廠家 以及 8 家 LTE-V2X 終端提供商。2019 年 10 月份，工信部將安全認證納入互聯 互通測試的重點，并完成了國內首次“四跨”互聯互通應用示范活動，本次測試 共有 60 多家公司參與。目前國家各部委正在積極推動 C-V2X 商業化，提出“車 聯網先導區”概念，鼓勵開展城市級的智慧交通應用落地。目前通信企業、主機 廠、 互聯網企業均在大力推動智慧交通相關產品， 已

8、逐步形成相關的芯片、 終端、 平臺及應用，完成多個安全、效率及信息類的應用驗證。 智能路側設備（Road Side Unit, RSU）作為道路基礎設施網絡化、智能化的 關鍵基礎設備，將承擔道路與車輛之間通信的重任，為 L5 級自動駕駛的終極目 標鋪平道路。 2 RSU 架構及功能架構及功能 2.1 基本功能和架構 RSU 產品構架可以分層業務功能部分和設備管理部分兩大部分： 業務功能部分用于實現 RSU 的主體業務場景需求，分為交通信息收發，交 通設備接入，交通場景分析和定位授時等業務模塊。 管理功能部分用于維護 RSU 日常運行時候的維護管理，安全管理，配置管 理和升級管理。 中國聯通智能

9、路側單元白皮書 5 RSURSU功能功能 業務功能 管理功能 交通信息收發 交通設備接入 交通場景分析 定位和授時 邊緣計算和云平臺整合 RSI SPAT RSM MAP 紅綠燈控制器 微波雷達 事件檢測相機 交通事件告示牌 . 交通事件發布 交通狀態分析 GNSS定位和授時 RTK差分信號轉發代理 MEC接入 云平臺大數據分析 安全管理 配置管理 升級管理 維護管理 設備安全 認證鑒權 運行統計 狀態監控 故障告警 圖 2 RSU 功能架構 2.2 業務功能 （1）交通信息收發 接收來自車輛 OBU 和路側設施產生的交通信息，根據交通場景需要，通過 PC5 或者 Uu 接口，以標準化的形式發

10、送給相應的交通實體中；目前主要涉及 4 中國聯通智能路側單元白皮書 6 類消息： RSI（Road Side Information）路側事件消息：由 RSU 向所覆蓋范圍內的車 輛 OBU 廣播當前區域內發布的交通事件信息和交通標志牌信息。 RSM（Basic Safety Message）路側安全消息：由 RSU 向所覆蓋范圍內的車 輛 OBU 廣播當前區域，通過各種檢測手段（雷達，事件檢測攝像機等）獲取到 的參與交通場景的各種物體（包括車輛，非機動車，行人等）的實時狀態信息。 SPAT（Signal Phase and Timing Message）信號燈消息：由 RSU 向所覆蓋范 圍

11、內的車輛 OBU 廣播當前道路路口的信號燈當前狀態信息，作為車輛是否被允 許通行的依據。 MAP 地圖消息：由 RSU 向所覆蓋范圍內的車輛 OBU 廣播當前區域內路網 信息，包含路口信息，路段信息，車道信息和道路連接關系等。 （2）交通設備接入 為了達到更好的交換交通場景信息的目的， 通過各種硬件和軟件結合的方式， 將交通場景中所需的信息源產生的交通數據匯集到 RSU 后，通過標準化的協議 發送到車輛 OBU 使用。常用的交通設備包括信號燈控制器，微波雷達，AI 事件 檢測相機和交通信息告示牌。由于交通設備與 RSU 之間的接口基本以廠家私有 為主，因此 RSU 的需要提供對各種接口協議適配

12、的能力。 （3）交通場景分析 RSU 對于收到的來自車輛 OBU 和路側各種交通設備的信息，通過分析，可 以提煉出路況狀態的實時報告，進而可以以交通事件的形式，發送給與之相關的 其他 RSU 和 OBU，從而改善后續交通通行效率。 （4）定位和授時 RSU 本身可以通過 GNSS 系統進行高精度定位，以用于各類消息中。RSU 可以把接收到的來自 RTCM 數據源的消息廣播給車載 OBU 設備， 實現車載 OBU 的高精度定位。 中國聯通智能路側單元白皮書 7 （5）邊緣計算和云平臺整合 MEC 作為 RSU 的能力擴展單元，除了能提升 RSU 的計算和存儲能力外， 也能引入更多的本地應用，豐富

13、交通場景的業務需求。同時，在 RSU 上應用分 布式的業務應用設計模型， 通過 MEC 數據匯聚后接入核心云平臺集中處理展現， 能實現整個城市或者地區的交通路網動態規劃調節能力。 2.3 管理功能 （1）安全管理 （a）設備安全管理 RSU 配置專用的硬件加密模塊，作為安全管理的基礎器件提供本地的加解 密功能。存儲于 RSU 的本地配置數據和業務數據，需要采用 Trustzone 方式安全 存儲，防止不必要的泄露和刪改。 為防范入侵和網絡攻擊，RSU 設備需要從設備系統和網絡環境等多方面考 慮安全問題，除了對系統固件進行必要的加固防范，對于設備暴露的硬件通信接 口也要通過軟件系統進行鎖定和禁用

14、。 對于本地和遠端的管理維護行為，除了必要的雙向賬號驗證外，還要求對全 過程實施通信承載加密，防止第三方截取。 （b）對 PC5 接口上的 C-V2X 消息認證鑒權 C-V2X 業務運行安全機制中，要求通過 PKI 數字證書認證體系來對 RSU 收 發消息進行簽名和驗簽操作，以達到驗證消息發送端是否合法有效。具體執行標 準參見GB/T 37376-2019 交通運輸 數字證書格式 （2）配置管理 提供對 RSU 業務運行所需的各種硬件和軟件資源的參數設置。 （3）維護管理 提供網絡維護管理方式，對 RSU 資源的使用情況和狀態進行實時監控。 中國聯通智能路側單元白皮書 8 （4）運行統計 提供

15、對 RSU 在業務使用過程中，各個接口上發送和接收消息種類和數量的 統計。 （5）狀態監控 提供對 RSU 自身資源的使用狀態進行監控， 防止異常的資源占用情況發生。 （6）故障告警 針對業務使用的異常情況（例如 GNSS 定位同步失?。?，通過消息告警的方 式反饋。 （7）升級管理 針對業務功能和安全需求的改進，RSU 可以通過 OTA 方式遠程升級系統固 件，滿足業務需求。 3 基本要求基本要求 3.1 安全要求 滿足基于 LTE 的車聯通通信安全技術要求和智能網聯汽車車載端信 息安全技術要求 。 3.2 通信要求 滿足基于 LTE 的車聯網無線通信技術 總體技術要求 ， 基于 LTE 的

16、車 聯網無線通信技術 空中接口技術要求和基于 LTE 的車聯網無線通信技術 網絡層技術要求 。 中國聯通智能路側單元白皮書 9 3.3 軟件要求 RSU 軟件構架如圖 3 所示，其中： 設備業務功能包含：硬件與接口適配，協議適配，信息分發和定位與時鐘功 能功能。業務功能采用模塊化設計，可以根據業務發展需要，開發和加載新的業 務功能，滿足實際業務場景的需求。 管理功能包含：安全管理，配置管理，升級管理，運行統計，狀態監控和告 警管理?；镜南到y管理可以通過自檢和日志等手段進行系統狀態分析；支持本 地端口和通過網絡遠程接入的方式進行維護管理。 圖 3 RSU 軟件要求 整體 RSU 軟件基于開放式

17、的 Linux 系統，可根據系統硬件需要和軟件協議 進行相應裁剪和二次開發，以滿足適配各種外圍接口設備的需求。 3.4 硬件要求 RSU 硬件構架如圖 4 所示。其中： 中國聯通智能路側單元白皮書 10 圖 4 RSU 硬件架構 運算單元：通用構架的應用處理器； 存儲單元：承載運算單元運行所需的實時數據（RAM） ，和通過文件系統形 式存儲非易失性數據（EMMC） ； 加密單元：實時的硬件加密和驗簽的物理實體； 主通信單元：支持 V2N 通信 LTE-Uu 口和 5GNR 口，以及支持 V2I 通信的 LTE-PC5 口； 其他通信單元：根據業務需要，可以在 RSU 提供以太網，光纖，WIFI

18、/BT， USB 和串口滿足不同類型設備的本地接入需求； 天線單元：針對不同的無線通信單元，提供相應的天線接口用于信號收發； GNSS 單元：提供 GPS 和 Biedou 的衛星定位系統，用于 RSU 定位和授時； 電源單元：RSU 內部采用直流供電，外圍供電可以接入 220V 市電和-48V 直流供電，亦可根據環境需要，采用 POE 或者提供光伏/電瓶方式提供電源； 外圍單元：提供運行狀態和電源狀態指示所需的 LED 指示，以及針對告警 所需的聲光指示器件。 中國聯通智能路側單元白皮書 11 3.5 性能要求 （1）故障指標 商用 RSU 設備可用度為 99.99%，MTBF（平均無故障運

19、行時間）為 10 年， 系統年平均中斷時間小于 3 分鐘。 （2）溫度濕度 RSU 應適應以下環境溫度范圍內正常工作及存儲要求： 支持在-35+70溫度內正常工作； 支持在-40+85溫度內正常存儲； 防護等級：IP67。 （3）射頻通信指標 射頻發射功率500 米。 3.6 可擴展性 RSU 設備需要提供可擴展性能力，通過其內置的接口，方便的接入第三方 交通設施，實現整體的交通應用功能。 4 RSU 應用案例和解決方案應用案例和解決方案 4.1 智慧路況監測 針對交通流量的實時監測上， RSU產品能提供比傳統方案更為豐富的數據。 傳統方案通過地磁檢測方式減速車流密度，或者通過車主移動 APP

20、 提供車 速和定位信息進行數據分析推算道路通信狀態。RSU 可以獲取比傳統方式更為 豐富的車流數據信息。 中國聯通智能路側單元白皮書 12 RSU 直接接收來自車輛 OBU 的 BSM 消息，能直接獲取車輛上報的車速信 息； 通過接入的運動檢測相機， RSU 能對路口車流量進行數據分析和密度估算。 另外，對于到處出現到異常事故等信息，可以通過 OBU 上報等形式直接被 RSU 捕捉和上傳至數據中心處理。這些信息又可以作為交通信號燈調整的直接數據， 以達到優化車流的目的。 4.2 車路協同自動駕駛 傳統自動駕駛 ADAS 系統，主要通過雷達和 AI 攝像機來感知道路狀況，進 而通過分析決策來控制

21、車輛行駛。但是道路情況往往是復雜的，在高速和一些非 視距場景（路口，急彎和駝峰橋等）下，ADAS 的解決方案將無法發揮左右；而 且，ADAS 系統受天氣因素影響也很明顯，大雨和夏季高溫將導致 ADAS 系統 效果非常難于穩定有效。 基于 C-V2X 技術的 RSU 產品對自動駕駛車輛在這些場景中， 起到了很好補 充效果。 RSU 通過接收解析來自 RSU 的 RSI 和 RSM 消息， 自動駕駛車輛能夠“看 見”路口遮蔽物后的車輛和行人，并完全不受到天氣因素的影響。相反，RSU 可 以提供前方路段的實時天氣信息和道路積水情況，避免不必要的安全事故。車輛 通過解析來自 RSU 的 SPAT 消息

22、，獲得路口交通信號燈的相位信息，從而調整 車速，提高行駛效率。對于特殊的路段（例如：可變車道） ，通過 RSU 實時下發 本地高精度地圖，能引導車輛安全有效通過。 4.3 輔助車輛進行高精度定位導航 傳統車輛的 GNSS 導航在城市峽谷等路段， 因為收到高樓遮擋而使得衛星信 號惡化， 進而影響定位導航。 RSU 設備可以在這些地區提供廣播轉發基于 CORS 參考站的差分定位信號， 從而為車輛提高定位的能力。 并且， RSU 可以通過 MAP 消息發送本地路網的實時信息，進而引導車輛進行合理的行駛。 中國聯通智能路側單元白皮書 13 5 展望展望 伴隨著新一代信息技術的發展和應用， 車路協同成為

23、實現智慧交通和智能駕 駛的重要手段之一。智能路側單元 RSU 作為智能交通應用場景中極為重要的組 成部分，承擔著道路智能化的關鍵角色。通過 RSU 收集路側信息并將其廣播給 車端，實現車路之間的信息交互，從而提高車輛的可靠性、提升交通效率。與此 同時，智能 RSU 具備簡單的業務處理能力，實現業務的本地化處理，降低網絡 傳輸以及核心云平臺的壓力。 中國聯通結合 5G 優勢與合作伙伴一起深入開展 RSU 產品研發、測試驗證 和產品推廣， 加快推進聯通相關標準制定， 與交通基礎設施融合實現產業鏈落地。 中國聯通智能路側單元白皮書 14 主要貢獻單位主要貢獻單位 中國聯合網絡通信有限公司 北京星云互聯科技有限公司 大唐高鴻數據網絡技術股份有限公司 歡迎您對白皮書及智慧交通建設提出寶貴意見！ 聯系人： 邱佳慧，18612968363， 許幸榮，18611691220， 劉琪，18601106706，