鄔賀銓院士：5G車聯(lián)網(wǎng)有哪些挑戰(zhàn)？

2020年1月10日，中國電動汽車百人會年會自動駕駛論壇在北京釣魚臺國賓館舉行，中國工程院院士鄔賀銓在論壇做主題發(fā)言，以下為發(fā)言全文：　

鄔賀銓：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家：

早上好！

我想就5G車聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)這個題目跟大家談一下我的一些看法。

車聯(lián)網(wǎng)的通信模式可以分成四類：1.V2V（怎么解決汽車與汽車之間的通信）；2.V2P（汽車跟行人之間怎么通信）；3.V2I（汽車跟路邊、云、紅綠燈、停車場的通信），怎么控制信號燈的轉(zhuǎn)換；4.V2N（汽車到網(wǎng)絡(luò)的通信），解決優(yōu)化交通流量的問題，做好交通的規(guī)劃。

我們可以看到為什么會車聯(lián)網(wǎng)需要有通信呢？我們的汽車車速和剎車的距離，它們是有關(guān)系的，假如每小時開到112公里的話，到剎車的時候，差不多要真正剎住需要5秒鐘，我們說100米以內(nèi)可能是駕駛員的感知，200米是車輛的感知，V2V可以有300米的感知，可以提前一些，上到云可以有更遠距離的感知（2公里）。

現(xiàn)在汽車作為自動駕駛，是L5級別，不同級別對傳統(tǒng)時延有不同的要求的，這需要有不同的技術(shù)來支撐。就通信技術(shù)而言，在4G時代，L1、L2級別的支撐應(yīng)該是沒問題的，但是如果說真的要到L5級別，就需要5G，最底下一行eMBB是增強的移動寬帶，eV2X是增強的v2x通信，包括車到車、車到路、車到基礎(chǔ)設(shè)施等等。實際上為什么會時延有要求？我們可以停車為例，應(yīng)該說對時延要求不是最嚴格的，但是我們可以算出來，如果停車精度要1米的話，扣除處理的時延10毫秒，制動感應(yīng)30毫秒，這個時候可以看到V2X的時延只允許5毫秒。

遠程駕駛、自動駕駛要求端到端的時延不超過5毫秒，可靠性要求99.999%，需要聯(lián)網(wǎng)，每輛車每秒的數(shù)據(jù)會到一個GB，按照移動通信標準化組織3GPP對eV2X的要求，在自動駕駛和傳感器共享的要求，時延不能高于3毫秒，傳感器共享要求帶寬1GB，我們可以看到在4G的時代，LTE的時延可能要到100毫秒，如果我們加上邊緣計算，可以減到10毫秒，但是仍然超出了目前自動駕駛的要求，所以我們需要有5G+邊緣計算，可以說車聯(lián)網(wǎng)需要5G，只有5G才能支持這個要求。

車聯(lián)網(wǎng)的通信可以分成好幾類，總的叫V2X，一類是短距離的通信，最大傳輸距離800米這么長，而最高車速是60公里，最大數(shù)據(jù)率大概是27MB。另外容量不夠，如果交通擁堵的時候，車很多的時候就不能勝任了，在抗干擾方面以及覆蓋方面是它的不足，現(xiàn)在較多用C-V2X，C是蜂窩的意思，基于蜂窩的V2X可以分為在4G場景下的LTE的V2X，還有增強的LTE環(huán)境下的V2X，以及NR的V2X，就是5G，我們可以看到，在4G時代，帶寬可以擴展到上百兆，帶寬可以到上行500兆，下行1G，但是用戶面的時延10毫秒，控制面的時延50毫秒。增強的4G的V2X增加了一些功能，像車聯(lián)網(wǎng)編隊、高級駕駛、擴展遠程駕駛。我們注意到最右邊5G的時候，它的通信距離延伸到1公里，最高相對車速可以支持500公里，最大帶寬到1G，最重要的是時延降到3毫秒，通信可靠性能做到99.99%。相對于其他的模式，5G是比較接近車聯(lián)網(wǎng)需要的。

5G本身，我們走過了第一代移動通信，一個蜂窩小區(qū)，是以頻率的不同區(qū)分用戶，我們叫頻分多址，它是模擬的，以GSN為代表的2G是數(shù)字的，以時隙的不同區(qū)分用戶，TDMA，3G都是CDMA，是以碼道的不同區(qū)分用戶，碼分多址。4G把頻分、時分、碼分都用上了，它的峰值速率可以上到100兆?，F(xiàn)在5G來了，在多址方式上，5G和4G有所改進，但是并沒有完全變化。

應(yīng)該說整個移動通信都是十年一代，每一代移動通信的峰值速率是前一代的100倍，所以5G峰值速率可以上到20G，但是這是極端的情況，是工作在毫米波頻段800兆的窄頻，而且一個蜂窩全部給一個用戶用，服務(wù)器就在邊上，這種情況基本上是實驗室做一個測試可以，對一般的應(yīng)用是不可能的。即便做不到20G，做到1G是沒有問題的。最重要的區(qū)別不在于帶寬，而在于它擴展的應(yīng)用模式叫產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市，三代應(yīng)用場景增強移動寬帶、超可靠、低延時、廣覆蓋、大連接，它基本上還依靠通信的基本原理，蜂窩做得更密，這樣容量更大，盡管頻率高了，傳輸距離短了，但是蜂窩密了，能夠適應(yīng)。其實是大規(guī)模的天線，也就是說把空分的能力也加上去了，還有窄寬頻率以及物理層的改進。所以5G跟4G比，在多項性能上都有1-2個數(shù)量級的提升，比如說移動性現(xiàn)在能支持500公里時速的高鐵，無線接口延時減少到1毫秒，連接密度提升10倍，一平方公里有100萬個連接，能效和密度密度各提高100倍。

但是整個5G雖然考慮了車聯(lián)網(wǎng)，但是準確地來說，它首先還是為了公眾通信而設(shè)計的，公眾通信跟車聯(lián)網(wǎng)有什么不一樣？公眾通信是面向廣大的客戶，地域很寬，而城市里頭車聯(lián)網(wǎng)距離很短，包括前后的車輛也就幾十米的距離，所以距離是比較短的，公眾通信80%的情況下面是在房間里頭的，處于非移動狀態(tài)，車聯(lián)網(wǎng)80%的情況是行駛的準備，所以對移動性管理是要求高的，通信只有在使用的時候才占用信道，但是車聯(lián)網(wǎng)基本上是永遠在線的。通信應(yīng)該說主要是點到點，而城市車聯(lián)網(wǎng)的V2V環(huán)境下是點到多點，和多點到點。面向通信發(fā)送的方式是已知的，而車聯(lián)網(wǎng)發(fā)給誰不受車主控制，所以這要求是很多種多樣的，是不一樣的，我今天主要想說即便5G要滿足車聯(lián)網(wǎng)的要求也還是有很大的挑戰(zhàn)，比如說傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)是叫無連接的，所謂無連接在右圖可以看到，一個信件可以拆成很多個IP包，過去是無連接，我們的路由器既有節(jié)點控制功能，也有傳送轉(zhuǎn)發(fā)功能，過去收的一個IP包打開看一下地址，找到最近的路由器做轉(zhuǎn)發(fā)，這實際上是不考慮全網(wǎng)優(yōu)化的，現(xiàn)在我們希望把節(jié)點控制功能抽出來，進行網(wǎng)絡(luò)操作，把應(yīng)用功能抽出來，然后全網(wǎng)收集全網(wǎng)的大數(shù)據(jù)，包括業(yè)務(wù)流量的數(shù)據(jù)以及車流的數(shù)據(jù)，還有網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)據(jù)。在源端就定義了端到端的這條路由，這就是叫面向連接。

原來的無連接，一個郵件可以變成很多個信件，本來都是同一個源到同一個目的地的，但是實際上在互聯(lián)網(wǎng)上，我們是逐包轉(zhuǎn)發(fā)的，每一個包各自選路，這叫無連接，相當于走不通的路。在當初互聯(lián)網(wǎng)開始的時候認為不穩(wěn)定，所以我們用這種方式能夠保證它通信的可靠性，即便一個包傳不了，可以重傳這個包，而不是一個信道都丟掉。如果用原來互聯(lián)網(wǎng)無連接的方式就顯得效率太低了，在車聯(lián)網(wǎng)上尤其如此，所以我們改用軟件定義網(wǎng)，也就是說通過網(wǎng)絡(luò)的集中管理，從頭到尾給它指定一個路由，這種情況在現(xiàn)實交通中，比如說我們在北京早高峰、晚高峰給公交車指定一個路由，但是平時不能對任何車定路由。而5G希望對所有的業(yè)務(wù)流能夠在源端把每一個路有指定好，優(yōu)化方式。實際上在現(xiàn)實情況下，可能只有級別很高的高級車輛才能有這種待遇。

如果把它用在車聯(lián)網(wǎng)上用，這實際上所有的車都要有單獨給它計算一個路由，這個計算量還是很大的，另外怎么能夠?qū)崟r？怎么能夠滿足低延時的要求？而且傳統(tǒng)的通信網(wǎng)在做這個計算，是在網(wǎng)絡(luò)運營商的中心來做的，而車聯(lián)網(wǎng)不能夠把它放到整個網(wǎng)絡(luò)運營商的運營中心，因為一個城市是一個城市，所以可能這種管理集中處理功能，只有放到城市里頭，而按城市來分級可能就會多了，另外，所有的車都要端到端的指定路由，這實際上是要求比較高的，所以是不是說未來一部分車指定，一部分車不指定，所以這也是一個挑戰(zhàn)。

其次，5G上面要適應(yīng)高鐵的通信，很多時候坐在家里用的時候根本沒有運動速度的要求，5G要支持高帶寬，當然很多時候傳感器數(shù)據(jù)是低帶寬，所以要求是各種各樣的，我們不能把網(wǎng)絡(luò)做成不一樣，我們是通過邏輯上的切片，你要高帶寬的，我把網(wǎng)絡(luò)資源組成高帶寬，你要低延時就給你低延時，要高可靠就給你高可靠，就像馬路上一樣，大客車給它指定通道，小車給它指定通道，甚至摩托車給它指定通道，5G的時候希望這樣，但是實際上能做到這么精準、這么細致也是有難題的。

這個我們在通信上叫網(wǎng)絡(luò)切片，網(wǎng)絡(luò)切片就是給它組成了專用通道（VPN），我們知道VPN是大客戶，是少量的，而5G現(xiàn)在希望對所有的都做VPN，這顯然是一個難題。另外，車聯(lián)網(wǎng)如果在公共公用網(wǎng)上只有一種業(yè)務(wù)類型，是不是所有車聯(lián)網(wǎng)的車都成為一個大切片呢？這種想法跟原來切片提出的“小”思想是不完全一致的。雖然都是車，但是每一輛車對通信的要求是不一樣的，里面有特種車輛、一般車輛，需要區(qū)別對待。

還有一些問題，馬路上有一些車具有支持網(wǎng)絡(luò)切片的能力，原來的車并不具有支持這個能力。所有車混在一起，你有切片的能力好辦一點，沒有切片能力怎么辦？就像自動駕駛的車上路了，你可以做到不撞別人，但是不等于別人的車不撞你，所以有一個管理上的挑戰(zhàn)。

另外，車聯(lián)網(wǎng)面對行駛中的車輛，要用無線聯(lián)網(wǎng)，不可能用光纖，剛才說過了，5G和其他的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)比是更有優(yōu)點的。當然了，我們最方便的辦法是用運營商的網(wǎng)絡(luò)，車聯(lián)網(wǎng)上到運營商的網(wǎng)絡(luò)，這樣不需要重新投資基礎(chǔ)設(shè)施，可以節(jié)省成本。

但是有一個問題，傳統(tǒng)的運營商的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)在5G的時候主要使用TDD的模式，TDD是什么意思？就是在一個頻段上既有上行也有下行，上下行不見得是對稱的，因為在消費側(cè)的應(yīng)用，大部分消費側(cè)希望從網(wǎng)上下載視頻的多，自己往上傳視頻的少，所以在同一個頻段安排上下行的時候一般是三七開，30%的時隙用于往上傳，70%的時隙用于接收網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，可是在物聯(lián)網(wǎng)，我們更多的是傳感器的數(shù)據(jù)往上報，而真正網(wǎng)絡(luò)指令的數(shù)據(jù)還是少的，所以應(yīng)該是倒的三七開。這兩者不同的上下行時隙的配比如果安在同一個運營商的網(wǎng)上，這兩者是有互相干擾的，所以要不就設(shè)計在不同的窄頻，否則就很難配置，所以現(xiàn)在就提出一個問題，車聯(lián)網(wǎng)能完全上到運營商的5G網(wǎng)絡(luò)嗎？所以我們有可能說我們城市里頭可能要建設(shè)一個支持車聯(lián)網(wǎng)的5G的專網(wǎng)，它可以有單獨的時隙配置，而不跟公眾網(wǎng)上的時隙配置沖突，這就需要專用頻率，歐洲對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)測算了，預(yù)留了76兆，德國分配100兆。目前分給車聯(lián)網(wǎng)的頻率是5.8G，帶寬不高于75兆，真正給V2V用的只有25兆，所以如果每一輛車都要有專用的廣播頻率的話，頻率就不夠了，所以頻率問題對車聯(lián)網(wǎng)來講也是一個挑戰(zhàn)。建設(shè)一個專用的城市車聯(lián)網(wǎng)的5G專網(wǎng)也有成本的挑戰(zhàn)。

另外，盡管5G的空口時延很短，但是如果存在地面，再經(jīng)過一些處理，那時延還是比較大的，所以我們需要把云的能力，部分計算能力下沉，成為邊緣云，邊緣云負責處理一些時延敏感的數(shù)據(jù)，過濾掉一些數(shù)據(jù)送到中心云，中心云搜集多個邊緣云的數(shù)據(jù)優(yōu)化模型再下發(fā)，所以我們說為了適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)的需要，需要大量使用邊緣計算，將存儲內(nèi)容分發(fā)下沉到邊緣云來處理。

IDC預(yù)測將來50%的數(shù)據(jù)都要在邊緣處理，當然了，兩機云會比單機云的成本節(jié)省一些，但是在車聯(lián)網(wǎng)場景下，如果邊緣計算下沉到路邊單元，顆粒度很小，時延很低，但是太多了就碎片化，如果放到移動通信的RSU，路邊的RSU效果是好的，但是邊緣計算就要管理很多個路邊RSU。所以這里面也有一個成本問題，而且有一個車聯(lián)網(wǎng)的問題，不是固定接入到一個邊緣計算，邊緣計算如果在基站，這個車一會兒開到另一個基站，也就意味著這種計算存儲要轉(zhuǎn)換到另一個基站上，這種基站到底是邊緣計算與邊緣計算之間溝通，還是上到中心云再來溝通，這里面各有優(yōu)缺點，邊緣計算和邊緣計算之間直接溝通時延很短，能適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)的要求，但是帶來了很大的開銷。

5G很重要的應(yīng)用是把物聯(lián)網(wǎng)的終端直接連到人工智能、大數(shù)據(jù)的分析，過去我們沒有5G的時候，除了光纖以外，其他手段不能解決傳感器跟后臺的大數(shù)據(jù)、人工智能之間的這種傳輸?shù)臅r延問題，因此往往大數(shù)據(jù)、人工智能的決策分析都是滯后的，也就是說它會帶來很大的時延，沒法實時化，現(xiàn)在5G的介入使它們兩者無縫融合，AI+IoT我們叫AIoT智聯(lián)網(wǎng)，5G對物聯(lián)網(wǎng)的要求是一平方公里100萬個傳感器能聯(lián)網(wǎng)，傳輸時延不高于10秒，丟包率不高于1%，按照這個數(shù)字，應(yīng)該是基本能夠滿足車聯(lián)網(wǎng)要求，盡管這里寫時延10秒，這是講端到端很長距離的，城市車聯(lián)網(wǎng)短距離不會有這么高。5G的AIoT需要一些技術(shù)來支撐，但是難題是什么？現(xiàn)在車里面幾百個傳感器都是用選來方式管理嗎？這是一個挑戰(zhàn)。

另外，雖然5G一平方公里能接入100萬個傳感器，每個傳感器接進來又印證，一個一個印證到什么時間？所以要群組印證，群組印證怎么保證群組跟個性的區(qū)別？另外車聯(lián)網(wǎng)V2V印證還要快，還要車聯(lián)網(wǎng)要有大量的終端，本身也有安全問題，所以需要有安全的協(xié)議，但是安全的協(xié)議不能太復(fù)雜，否則不但增加能耗，還加大時延。這么多車聯(lián)網(wǎng)會產(chǎn)生DDOS攻擊，都被木馬攻陷了，100萬個傳感器共同訪問路邊的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)施，也會把路邊的車聯(lián)網(wǎng)設(shè)施搞癱瘓了。

所以總的來說雖然5G能支持車聯(lián)網(wǎng)大量的傳感器聯(lián)網(wǎng)，但是也面臨很大的挑戰(zhàn)，車聯(lián)網(wǎng)用什么標識，車聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)里面有很多種標識方案，在5G上當然希望用IPV6，但是實際上前面4G的車聯(lián)網(wǎng)以及DSRC的車聯(lián)網(wǎng)可能會用其他的標識，怎么實現(xiàn)標識之間的互通就是一個問題，而且車聯(lián)網(wǎng)的標識一般是在一個運營商范圍里頭的，而城市里的車，可能某些車接入到移動，某些接入電信，某些接入聯(lián)通，是不同的運營商，不同的運營商之間要互通，這就帶來難題，一個是標識能不能一致，另外，過去我們?nèi)齻€運營商不是在任何城市都是直聯(lián)的，在中國三個運營商直聯(lián)的點只有13個，有些省，比如云南、西藏這些是沒有的，云南電信跟云南聯(lián)通要連通就要到成都的直聯(lián)點才能實現(xiàn)。車聯(lián)網(wǎng)上如果是這樣的話，時延就沒法保證，所以車聯(lián)網(wǎng)就要求運營商的網(wǎng)間直聯(lián)點要下沉到每一個城市，這也是現(xiàn)有運營商的網(wǎng)絡(luò)做不到的。

車聯(lián)網(wǎng)是5G的一種業(yè)務(wù)，5G的業(yè)務(wù)采用一種開放的方式，可以說接入到你需要什么能力我可以附加什么能力，就像App一樣，這也方便我們的業(yè)務(wù)靈活性，5G本身又改變了協(xié)議的標準，傳統(tǒng)的移動通信是專用的協(xié)議，所以5G是互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議。之所以開放和采用互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議是為了讓現(xiàn)有的業(yè)務(wù)更靈活，當然也帶來挑戰(zhàn)，原來網(wǎng)絡(luò)是封閉的，協(xié)議是專用的，很少聽說有網(wǎng)絡(luò)安全事件發(fā)生在運營商的網(wǎng)絡(luò)，把運營商搞癱了，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)是開放的，協(xié)議是通用的，一定意義上5G會增加更多的安全風險。車聯(lián)網(wǎng)對安全的要求又比一般的通信高，所以在這個情況下，我們需要付出更多的安全代價，而且車聯(lián)網(wǎng)一般是短包，而互聯(lián)網(wǎng)的TCP/IP對短包是沒有什么效率的，所以是不是考慮新的協(xié)議應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)。

運營支撐也很復(fù)雜，5G有虛擬NFV，就是網(wǎng)絡(luò)單元虛擬化，還有網(wǎng)絡(luò)切片，這些都是動態(tài)的，要進行動態(tài)的管理，很復(fù)雜的管理系統(tǒng)，車聯(lián)網(wǎng)一個問題要快速計算和處理，運營支撐系統(tǒng)不能只是運營商一個，可能到每一個城市也有一個，否則就不能實時性了，所以應(yīng)該說實時性對5G也好，對車聯(lián)網(wǎng)也好，都是很大的挑戰(zhàn)。所以我說整個5G來講，雖然說它相對于其他移動通信系統(tǒng)更靠攏車聯(lián)網(wǎng)的需要，但是實際上車聯(lián)網(wǎng)的一些特點，不是5G所面對公眾通信的特點，它是不一樣的，而且有很多新的需求，現(xiàn)有的5G技術(shù)未必能適應(yīng)。我的看法是：5G的車聯(lián)網(wǎng)想說愛你也不容易，汽車永遠在路上，5G的車聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新也永遠在路上！

謝謝大家！