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行車安全升級 DSRC的時代新任務
政策推動、法規完備

【作者: 王岫晨】   2019年04月11日 星期四

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圖一 :  DSRC與-V2X兩種系統發展都可以在車輛和環境中共存,然其成本與複雜性,將導致汽車製造商最終僅選擇其中一種技術。
圖一 : DSRC與-V2X兩種系統發展都可以在車輛和環境中共存,然其成本與複雜性,將導致汽車製造商最終僅選擇其中一種技術。

儘管構建可兼容C-V2X和DSRC的車輛是可行的,但這種策略會增加成本與複雜性,這將導致汽車製造商最終僅選擇其中一種技術。

聯網車輛的設備和基礎設施設計人員正面對著兩個主要的選擇:選擇DSRC短距離無線通訊技術,或者LTE-V2X無線技術。這兩種技術究竟是會互補而共存,或者會有一方勝出,正成為市場上許多人熱烈探討的話題。許多人認為,這兩種技術最終將會被證明是互補而非競爭關係,但也有人認為,這兩種關係最終將會像是過去的VHS與Beta之爭一樣,最終只會產生出一個贏家。


不論爭論的重點是什麼,最終還是得回到技術層面來。為聯網汽車設計設備和基礎設施的工程師,將會選擇使用哪種通信技術?事實上,僅管未來存在著廣泛的可能性,但就目前來看有兩種主要選擇:這正是短距離通訊技術(DSRC)和LTE-V2X無線技術。


從DSRC的競爭技術看起

DSRC是目前在美國聯網汽車市場佔有主導地位的技術。事實上,它是由美國聯邦監管機構所制訂的,在2016年,美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)啟動了規則的制定流程,要求所有在2023年銷售的汽車都必須配備DSRC的V2V技術。


然而,有一種技術正與DSRC競爭中,就是LTE-V2X蜂巢式通信技術。大眾汽車就宣布其所有的自動駕駛車輛,都將由LTE來提供通訊,而中國百度公司不久前也完成了對LTE自動駕駛車輛的測試。許多產業和企業的倡導者直言不諱地表明了LTE相對於DSRC的優勢,他們認為LTE具有更強的互操作性、更寬的頻寬、更高的網絡安全性,並可在私人手機信號塔上來運行分散式網路,而非透過政府支付的專用小型基地台。



圖二 : DSRC設備已於2017年開始在美國和日本進行生產,並將於2019年在歐洲開始量產。
圖二 : DSRC設備已於2017年開始在美國和日本進行生產,並將於2019年在歐洲開始量產。

許多人也認為,如果沒有廣泛的LTE連接,要發展完全自動駕駛的車輛將是不可行的。此外,LTE為其他物聯網和智慧城市應用提供了許多相同的優勢,因此無論是否用於汽車,LTE網路的開發都是不可避免的。特別是隨著5G的起飛,4G LTE直接銜接到5G技術也為V2X未來的應用開啟了更大的可能性。


然而,DSRC也並非完全沒有競爭優勢,其許多明顯的缺點只會在未來才可能出現。就目前來看,DSRC仍將持續滿足聯邦政府的任務需要,許多V2V設備的設計仍然集中在DSRC技術上。另一方面,目前美國的道路上並沒有汽車行駛所需要的LTE訊號發送塔。


蜂巢式技術的優勢

之所以會用VHS與Beta競爭的關係來形容DSRC與LTE-V2X,是因為有另一派的人認為,兩者競爭最終只會留下一種存活的技術,來看看他們為什麼這樣覺得。



圖三 : DSRC因其低延遲和高可靠性等特性而得到了廣泛的應用前景。圖為NXP所推出的解決方案。
圖三 : DSRC因其低延遲和高可靠性等特性而得到了廣泛的應用前景。圖為NXP所推出的解決方案。

事實上,現階段許多包括汽車製造商與晶片供應商,都正在選擇關鍵的汽車通訊規格。我們往前看,在今年一月所舉辦的CES展,在展會的第一天,福特汽車便已經公開承諾,將於2022年開始在美國的所有新車型中,部署汽車V2X技術,也就是C-V2X。以LTE技術為主軸C-V2X正是LTE-V2X,在未來更可銜接新一代的5G通訊技術。5G的優勢不用多說,它對於自駕車輛的通訊用途簡直就是如虎添翼。而福特此舉也使得許多汽車競爭對手,對於是否採用更為成熟的DSRC技術出現了觀望。


就在同一天,福特、德國汽車製造商奧迪、意大利摩托車製造商杜卡迪,以及關鍵晶片組供應商高通宣布,將合作並共同加速推動C-V2X技術的商業部署,以提高行車安全性、交通效率和自動駕駛的進展。他們認為C-V2X技術擁有獨到之處,且與DSCR有很大的區別,因為C-V2X與即將推出的5G行動通訊技術高度兼容,換句話說,未來將比現的LTE要快上許多。


C-V2X這種無線通信技術的特點,就在於可以與支援該技術的車輛、人員或交通管理基礎設施(如交通信號燈)進行「talk(交談)」和「listen(傾聽)」,以傳遞重要訊息,並幫助城市交通更安全、更少壅塞狀態。而在未來,若搭配快速的5G網路,C-V2X更可實現連接設備之間的直接通訊,換句話說,訊號就不需要再透過基地台,而是允許車輛間快速發送和接收信息。它可以讓駕駛員在遇到狀況之前,就先知道前方道路發生了什麼狀況。


DSRC將是最終贏家?

在過去幾年中,DSRC是唯一可用的V2X技術。經過長時間且多次的大規模現場測試,以DSRC為基礎的V2X設備已於2017年開始在美國和日本進行生產,並將於2019年在歐洲開始量產。而最近所推出了C-V2X技術,具有相同的功能,可達到車輛之間直接通信聯繫的目的。


C-V2X由3GPP組織的蜂巢式調變技術所定義,這導致其與DSRC間的非互操作接入層在根本上就已經不同。儘管如此,這兩種技術卻正用來解決相同的應用,且其他如網路、安全性其具有相同的網絡、安全性和應用層。雖然以DSRC技術為基礎的V2X被計畫用於美國、歐洲和日本等地的車輛部署,但C-V2X也正在其他地區獲得很高的發展空間。


由於DSRC和C-V2X源自於不同的技術,也導致了兩種系統根本上相異的操作方法。源自Wi-Fi技術的DSRC,針對成本和簡單性進行了最佳化,並且其本質上是支持分散式操作的。至於源自LTE的C-V2X,則增加了啟用分散式操作的新機制。



圖四 : 有些人認為,C-V2X和DSRC之間,將如同VHS與Beta一樣展開史詩般的競爭。
圖四 : 有些人認為,C-V2X和DSRC之間,將如同VHS與Beta一樣展開史詩般的競爭。

許多人認為,DSRC和LTE兩種解決方案最終將被證明是互補而非競爭,因為它們可為不同級別的任務提供多種不同的感測能力,進而可帶來更安全的駕駛體驗。對目前來說,最重要的是要及時了解新興汽車技術的技術需求,並保持足夠的靈活性來適應不斷變化的趨勢。然而翻開以前VHS與Beta的競爭史,就會明白沒有人願意為了VHS網路而去建造一輛Beta汽車。兩技術若要共存,彼此間的互補性將是最大公約數。


當然,支持DSRC的一派認為,DSRC已經開發了10年,並且已得到充分證明。有些人認為,C-V2X和DSRC之間,將如同VHS與Beta一樣展開史詩般的競爭。VHS與Beta之間競爭的特性是:彼此各自存在且不相容、各擁其主、各有優點,而最後只會有一個存活。就目前的發展態勢,DSRC與-V2X兩種系統都可以在車輛和環境中共存,至於最後是否將有單一技術出線能成為最終贏家?專家認為,儘管構建可以同時兼容C-V2X和DSRC的車輛在技術上是可行的,但這種策略會增加成本與複雜性,這將導致汽車製造商最終僅選擇其中一種技術。


結語

DSRC因其低延遲和高可靠性等特性而得到了廣泛的應用前景。美國聯邦通信委員會(FCC)在5.9GHz頻段中分配了75MHz的頻譜,這是用於車輛到車輛,和車輛到基礎設施間的通信。此外,歐洲電信標準協會(ETSI)在5.9GHz頻段內分配了30MHz的頻譜。2017年DSRC車載設備和路邊設備的整體市場總額為1億600萬美元。此外,同年全球汽車DSRC市場估計為6,070萬美元,預計接下來將以6.8%的年複合成長率增加。有了各國政府政策的推動,法規的完備以及對安全意識的提升,預期DSRC市場接下來幾年的發展也將會十分蓬勃。


[解釋名詞]DSRC

DSRC是一種短距離無線通信技術,可使車輛直接與其他道路使用者和其他道路使用者進行通信,而無需透過基地台或其他基礎設施。每輛車以安全和匿名的方式,每秒發送10次其位置、方向和速度。所有周圍的車輛都接收到該消息,並且每個車輛自行評估與由發送訊號車輛間的安全風險。其風險被定義為安全應用,例如左轉輔助(LTA)、交叉運動輔助(IMA)等。



圖五 :  DSRC目的在於實現網路安全,並透過車輛驗證來確保接收訊息的真實性。
圖五 : DSRC目的在於實現網路安全,並透過車輛驗證來確保接收訊息的真實性。

DSRC目的在於實現網路安全,並透過車輛驗證來確保接收訊息的真實性。這些訊息由於不能鏈接到車輛、不暴露其身份,因此不違反駕駛員隱私。目前5.9GHz頻段的75MHz專用頻譜是被分配給智慧交通系統(ITS),並專門用於DSRC技術。在過去十多年來,DSRC技術已針對V2X應用進行了標準化,並全面實施和測試,大型DSRC生態鏈已能提供全套可互操作的解決方案。


DSRC的主要優勢是讓車輛可以看見盲點,也就是非視線範圍所能觸及的視角,這些死角通常也沒辦法透過感測器來獲取資訊。透過DSRC技術,即使存在著障礙物,它也可以最佳化車輛的機動性,以高達500km/h的速度來應對快速變化的環境。在實際應用上已經證明可以實現超過1km的偵測範圍。


DSRC實現了至今仍難以實現的大規模道路使用者(車輛)間的鏈接,為V2V和V2I的安全性提供了重要基礎。DSRC可以確保車輛間的可互操作達到安全標準,無論車輛大小、品牌與型號如何,都可以協助車輛達到最佳化的交通運行,最大化交通流量並減少堵塞狀況發生。


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