1   “双智发展”城市试点和车路协同应用

2020年11月，  住房和城乡建设部办公厅、工业和信息化部办公厅印发通知，决定组织开展智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展（以下简称：双智发展）试点工作，要求试点城市以加强智慧城市基础设施建设、实现不同等级智能网联汽车在特定场景下的示范应用为目标，坚持需求引领、市场主导、政府引导、循序建设、车路协同的原则，不断提升城市基础设施智能化水平，加快智能网联汽车产业发展。我国目前确定两批共16个“双智发展”试点城市。第一批为北京、上海、广州、武汉、长沙和无锡；第二批为重庆、深圳、厦门、南京、济南、成都、合肥、沧州、芜湖和淄博。

车路协同是传统汽车行业、交通行业与信息通信行业加速融合发展的产物。车路协同业务的部署能很大程度地提升城市道路的智慧化，给各方面带来智慧化的好处。首先，提升行驶安全：通过C-V2X车载终端设备及智能路侧设备的多源感知融合，对道路环境实时状况进行感知、分析和决策，在可能发生危险或碰撞的情况下，智能网联汽车进行提前告警，为车辆出行提供更可靠、安全、实时的环境信息，从而减少交通事故或降低交通致伤亡率。其次，提高交通效率：通过C-V2X增强交通感知能力，实现交通系统网联化、智能化，构建智慧交通体系，通过动态调配路网资源，实现拥堵提醒、优化路线诱导，为城市大运量公共运输工具及特殊车辆提供优先通行权限，提升城市交通运行效率，进一步提高交通管理效率，特别是区域化协同管控的能力。第三，提供出行服务是C-V2X应用的重要组成部分，是全面提升政府监管、企业运营、人民出行水平的手段。C-V2X信息服务类典型应用包括突发恶劣天气预警、车内电子标牌等。最后，支持实现自动驾驶：通过本地信息收集、分析和决策，为智能网联汽车提供碰撞预警、驾驶辅助、信息提醒等服务，为自动驾驶提供辅助决策能力，提升自动驾驶的安全性，并降低车辆适应各种特殊道路条件的成本，加速自动驾驶汽车落地。

2  智慧城市车路协同系统和边缘计算

 目前“双智发展”城市车路协同业务试点中实现的V2X场景基本为团标一阶段[1] ，如表1所示；团标二阶段[2] 的V2X场景以及其他各类场景也在陆续部署、建设、测试及完善过程中，如表2所示。

表1 团标一阶段及基础V2X场景建设

表 2 团标二阶段多车协同V2X场景建设

由路侧边缘计算平台、路侧感知设备（摄像头、毫米波雷达、激光雷达、各类传感器）和路侧通信单元（Road Side Unit，RSU）组成的车路协同路侧系统是完成车路协同业务的核心子系统。

路侧边缘计算平台实时获取路侧感知设备的数据进行融合计算，以高性能计算能力提供更高精度和更可靠的融合感知结果和交通事件，完成目标的识别、分类、追踪和轨迹拼接等功能，还能够对车辆进行车牌识别、运动属性预测等，为路侧交通参与者提供准确的数据服务。大部分车路协同业务都是在路侧完成业务本地闭环，路侧感知设备实现路况的全天候、全要素、全方向的数据采集，路侧边缘计算系统完成路面发生的各类交通事件的融合感知分析，分析结果通过路侧RSU直接发送给路上行驶的车辆和相关的交通参与者，如图1所示。

图1 路侧系统

路侧边缘计算平台在实时完成车路协同业务的本地计算后，得到的结构化数据结果，除了实时地通过RSU传输给车辆，也同时传输给区域计算平台。区域计算平台一般部署有V2X Server，处理各MEC汇总上来的信息，完成一些交通事件的远程发送，比如突发事故事件的扩散广播；区域计算平台有实时信息处理和实时通信的需求。

智慧城市一般都会有一个市级云中心，汇总包括车路协同内的各种业务系统，对外和对内提供信息服务，包括车路协同系统收集到的道路实时信息。有些车路协同业务信息通过运营商网络发送给车和交通参与人员，即UU口模式；这些信息是市级中心云通过专线传输给运营商的5G系统。

智慧城市车路协同的计算系统一般由路侧边缘计算平台、区域计算平台和市级中心云三级计算系统组成。区域计算平台可能是1~2个行政区建一个。

3  智慧城市车路协同系统的网络架构和方案

 智慧城市车路协同系统的网络架构主要分为汇聚网络和接入网络两大部分，如图2所示。

图2 智慧城市车路协同系统的网络架构

汇聚网把区域计算中心和市级业务管理平台互联起来，通过接入网把路侧设备和市级业务管理平台互联，完成车路协同业务信息的汇总、备份和设备的统一网管，支持多个车路协同区域计算中心的汇聚组网。其中单个车路协同区域计算中心负责区域内V2X业务和信息的实时处理，车路协同市级计算中心负责全局交通数据汇聚、管理、分析，以及全局的策略管理和配置下发。

接入网负责路侧设备、路侧边缘计算平台的组网，以及与车路协同区域计算中心的信息交互。其中，路侧设备包括RSU、智能化路侧感知设备、动态交通情报板、路侧气象感知站等，边缘计算可通过对路侧设备输出的原始数据信息进行融合判断，提取结构化道路及目标物状态信息，实现数据的分析、处理，以支持车联网多样应用；很多车路协同业务在路侧网络完成业务流程，对网络实时性和带宽要求高。接入网的网络架构会有多种模式，以支持边缘计算全分布或相对集中等多种部署方式。

接入网可以细分为两个网络部分：接入路侧网络和（区域计算中心）接入回传网络。在MEC和区域计算中心部署在一起的场景里，接入路侧网络和接入回传网络是融合在一起，通信延迟对齐接入路侧网络的延迟要求。

如图3所示，接入路侧网络负责路侧摄像机、雷达、边缘计算等设备间通信，很多车路协同业务在路侧网络完成业务流程，对网络实时性要求高；以路侧边缘计算为核心的接入路侧网络是车路协同网络的基础，路口场景是智慧城市车路协同的核心场景。

图3 接入路侧网络架构

一个大型路口的车路协同网络方案案例，如图4所示。在路口的每个路段侧树立杆站，按车路协同业务需求部署感知设备（摄像头，雷达等）和RSU等，这些杆上设备都连接到杆上交换机；所有杆上交换机和汇聚路由器组建环型的接入路侧网络，汇聚路由器同时连接路侧边缘计算平台，将感知设备收集到的信息数据实时传输给边缘计算做融合感知和AI分析，并将边缘计算输出的结果实时地通过RSU发送给在路口的车辆和交通参与者。

图4 路口场景车路协同系统的接入路侧网络方案案例

接入路侧网络采用环型，一是为了节约光纤资源，二是防止单次断纤故障以提供网络的可靠性。接入路侧网络一般采用GE环网，配置环网保护机制，出现断纤故障或某个杆上交换机故障时，在50ms内完成保护倒换，保障车路协同业务不受影响。

如图5所示，接入回传网络负责区域计算中心和所管辖的路侧边缘计算平台间的通信，同时和接入路侧网络一起，负责区域计算中心和路侧设备间的通信。接入回传网有实时通信要求，但没有接入路侧网络要求高。

图5 接入回传网络架构

接入回传网的构建方案主要有两类模式：光纤自建模型和租运营商专线网络构建模式。

车路协同系统的业主可以用自有光纤或租赁光纤来构建一个覆盖所有街道的车路协同城域网，网络架构和构建模式与运营商5G承载网类似。将多个路口的汇聚路由器环形组网，一般组10G环网，在环中选择两相邻的汇聚路由器和区域计算中心的核心路由器连接。在区域计算中心和汇聚路由器环间，当地理距离远时，可以通过长距光纤或增加一至两层汇聚环网来连接，如图6所示。自建模型的好处是运营成本低和运维系统简明。 如果车路协同系统是全区域覆盖建设，自建模式是一个比较好的选择。

图6  自建接入回传网模式举例

如图7所示，车路协同系统的业主可以租用运营商的专线，把各路口的汇聚路由器和区域计算中心的核心路由器互联，为了保证可靠性，经常会租两个不同物理路径的专线来连接路口和区域计算中心。运营商专线有多种选择，当前主要有L2 VPN专线、OTN专线和5G专线等，带宽一般要求是1Gbps，因为很多项目都要求把视频和雷达信息回传备份，提供给相关单位和做路口数字孪生和大数据分析等。

图7 租专线建接入回传网模式

4  结束语

智慧城市和智慧交通是国家新基建的重要内容，车路协同业务是智慧城市中智慧交通的核心业务。

智慧城市车路协同的计算系统一般由路侧边缘计算平台、区域计算平台和市级中心云三级计算系统组成。由路侧边缘计算平台、路侧感知设备和RSU组成的车路协同路侧系统是完成车路协同业务的核心子系统。路侧边缘计算平台实时获取路侧感知设备的数据进行融合计算，以高性能计算能力提供更高精度和更可靠的融合感知结果和交通事件。

本文介绍了一个基于智慧城市车路协同三层计算平台的网络体系架构，包括汇聚网络和接入网两部分；描述了以路侧边缘计算为核心的路口场景接入路侧网络方案和接入回传网络方案的两种建网模式。

网络是车路协同系统的基础设施——“信息高速公路”；车路协同业务是一个新兴的高科技业务，也是智慧城市中最复杂的业务之一，还在不断发展演进完善中；因此车路协同网络需要顶层规划来满足车路协同系统的不断演进的业务需求。需要交通行业专家和网络专家一起努力来推动车路协同网络的研究探索和方案落地。

智慧交通网络特设组是由边缘计算产业联盟（ECC）的边缘计算网络基础架构工作组（ECNI）和IMT-2020（5G）推进组蜂窝车联（C-V2X）  工作组在2021年4月联合发起成立的产业工作组。作为业界唯一的聚焦智慧交通（车路协同）网络方案的产业组织，聚合交通行业专家和网络专家，在智慧交通的3大场景（高速，城市和封闭园区）同时推动网络需求和方案的研究、网络方案试点和测试分析，输出研究报告和规范文档，为业界提供经过实践验证的落地方案。

作者简介：

宋   军  （1969-）  ，  男，   江苏南京人，  博士，  现任边缘计算产业联盟边缘计算网络基础设施（ECNI）联执主席，智慧交通网络特设组联执主席，华为公司数通产品线资深架构师，研究方向为运营商IP网络、5G MEC网络、智慧交通（车路协同）网络、工业互联网、IP和光网络融合、固移融合通信等。

参考文献：

[1] T/CSAE 53-2020. 合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第一阶段) [S].

[2] T/CSAE 157-2020. 合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准(第二阶段) [S].

摘自《自动化博览》2022年2月刊