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車聯網網通方案日趨成熟 通訊技術發展備受期待

  • DIGITIMES企劃
基於5G蜂巢式通訊技術的C-V2X技術方案,可在非視距環境下發揮遠端交通事故預警的提示作用。(Qualcomm)

發展車聯網關鍵V2X網通方案,目前已有DSRC與基於蜂巢式網路方案的C-V2X,現有DSRC網通技術具備成熟與商轉優勢,而基於4G/5G網通環境的C-V2X的發展未來則備受期待。

發展車聯網應用關鍵的車用通訊技術V2X(Vehicle-to-Everything),是車聯網應用中最關鍵的基礎,在車聯網發展初期V2X可用技術多元,相關通訊解決方案爭相競逐應用主流,但隨著車聯網應用更趨成熟明確,現有主流網通技術逐步收斂聚焦在DSRC、C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)兩大通訊技術。

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未來DSRC與C-V2X通訊技術應為彼此互補,在基礎安全服務以DSRC方案為主,進階V2X通訊則由基於4G/5G通訊方案的C-V2X環境提升系統效能。Qualcomm

C-V2X的高效傳輸網通環境,甚至可以做到車間傳輸行車道路狀態視訊的分享進階應用。Qualcomm

DSRC發展早  具廣泛導入優勢

短距離無線通訊技術DSRC(Dedicated Short Range Communications)又稱為IEEE802.11p,在眾多競逐車聯網網通應用技術中,大量用於智慧城市的交通設施與隊列行駛卡車通訊技術開發與建構網通環境基礎,已有大量的設施環境與車隊試點實驗數據與紀錄。

其中更以GM、Volkswagen等大型車廠已經將DSRC列入開發旗下車種應用車聯網的重要技術方案,歐 / 美等交通政策討論亦將DSRC列入新一代車聯網應用的重要技術之一,DSRC可以說是車聯網產業中相檔重要的網通應用技術選項。

DSRC則是一項無線通信方案,主要作為車輛 / 道路或車與車之間建構雙向無線資料傳輸的通信方案,可用於公眾設施或是私人使用的車間通訊運作,基本上DSRC可以建構高速無線通訊渠道、同時確保通訊的鏈路在低延時與高系統可靠度要求下運作。

比較可惜的是,DSRC迄今仍未有一個統一標準,也就是雖有標準但卻有地區上的差異,現有DSRC有歐 / 美 / 日三種區域陣營標準,就是歐洲的ENV、美國的900MHz與日本的ARIBSTD-T75不同標準差異,另ASTM(American Society for Testing and Materials)也為了ETC業務具體訂立DSRC應用於ETC場域的方案。

DSRC通訊技術成熟

DSRC的特點相當多,手線通訊距離多數設在10∼39m範圍,工作頻段視不同區域或用途,設於ISM5.8GHz、915MHz、2.45GHz等,通信傳輸速率則有500kbps/250kbps,傳輸速度與資料承載量為滿足車對車(vehicle-to-vehicle communication;V2V)或車對設施(ehicle-to-infrastructure communication;V2I)的雙向通訊用途,能承載大寬頻的車載應用資訊,加密機制有選用3DES(Triple Data Encryption Algorithm)、RSA演算法等,可應用雙向認證與加 / 解密設計需求。

DSRC在單一國家或區域應用可因為規格一致能在短時間花較少成本投入且具高相容性的車對車或車對設施的雙向無線通訊應用,應用領域也相當具彈性,如停車無線收費、區域的車輛出 / 入控制、車隊管理 / 識別、資訊服務等,目前大型汽車集團如Volkswagen本身與集團下的Audi、Skoda、Porsche 等品牌也多選擇DSRC通訊技術發展其車間通訊應用,政府單位另規劃將DSRC智慧城市與智慧運輸系統(ITS)安全應用場域。

C-V2X具通訊技術優勢  應重視回溯相容需求

車聯網的網通方案也並非僅有DSRC選項,基於4G/5G通訊方案的C-V2X則有來勢洶洶之勢,也因為其通信方案為建構於蜂巢式通訊技術應用於車對車貨車對設施通信,所以為C-V2X稱之。

相較DSRC為基於具體實施部署應用系統下逐步發展下的通信方案,C-V2X因為奠基在4G/5G通訊技術之上,因此在技術架構上顯得更為先進,在應用場域可以做到原有DSRC較難擴展的跨應用場域與更多服務應用的導入彈性。

也因為基於蜂巢式網路技術優勢,C-V2X網通方案為極先進的無線連接技術,正好符合更新一代自動駕駛應用的安全要求與自動化駕駛對應的通訊解決方案,甚至未來延伸整合新一代5G通訊服務,未來應用發展的潛能極高。

C-V2X無線通訊方案可經由採直接通訊模式,直接支援不同車廠的車間通訊、行人終端通訊與道路旁基礎設施通訊應用,在應用環境無蜂巢式通訊網路覆蓋或是無應用行動數據傳輸的用戶,均不影響其直接通訊應用情境。

DSRC與C-V2X  協同應用價值高

對於以IEEE802.11p為基礎的V2X應用,其實為IEEE802.11a Wi-Fi技術延伸而來,針對車聯網應用發展的版本分別為支援美國的DSRC或在歐洲的ITS-G5,IEEE 802.11p規範為2012年完成,使用的無線電傳輸技術原為用以替太乙太網路(Ethernet)實體網路的無線化技術方案。

可惜的是IEEE802.11p容易受到網路壅塞的影響導致傳輸出現低效能問題,在性能應用角度仍會對其車對車或車對設施通訊能力出現疑慮。

尤期在近代車用感測器大量推出,例如為車輛主動安全增設的高解析度攝影機、雷達、LiDar等感測模組,這些興新安全設備或模組導入汽車應用,仍須將傳輸應用整合到車用通訊系統,不僅增加單車的數據傳輸乘載量,對於車輛對車輛或設施的通訊數據也會因此增加傳輸負荷。

但相對的在基於蜂巢式網路環境下建構的C-V2X應用方案,除了基本車對車 / 車對設施的直接通訊應用外,所使用的無線網通技術基礎為3GPP版本14與LTE Direct等多種通訊方案,對於車輛使用場域的通訊方案優化深度更高、技術方案更新穎,甚至於基於蜂巢式無線通訊技術在處理大量與快速資料交換,很明顯佔有極大優勢。

應用於高速車輛行進的應用場域,更能符合車輛主動安全提升的使用情境技術需求,甚至還能對應應用於大量設施阻礙視線的非視距NLOS(Non-Line-of-Sight)情境下的車間或車與設施間的無線通訊傳輸應用需求。

產業觀察,未來將會有更多汽車大廠投入提供蜂巢式非安全性應用的車內通訊服務,例如現有的4G/5G車用通訊、導航、LBS等應用服務部署於車中供用戶取用,而不會僅侷限於V2V/V2I進階車用通訊應用環境。

但比較可惜的是不同版本的C-V2X通訊方案仍部分會有反向相容性的問題,例如,新標準的R14可用於4G卻與5G不支援問題,與後繼R15標準也可能因為技術方案差異無法回溯相容問題發生,甚至新一代R16也極可能有相同的問題,若標準設計跟實際應用場域無法針對回溯相容的問題改善,未來產生搭載不同通訊技術的車輛無法順利與其他車輛或設施交換資料,也會影響車聯網擴展應用的速度。