车联网边缘计算的技术趋势

摘要：边缘计算在车联网应用场景下发挥了关键作用，并在“车路云一体化”系统架构中承载着云侧算力下沉及端侧计算任务的重要使命。本文分析了边缘计算在车联网领域的三大技术发展趋势：边缘计算与V2X通信融合发展、边缘计算与云控平台协同应用、边缘计算与5G-A一体化拓展。

作者：高新兴科技集团股份有限公司 倪泓鑫，吴冬升
来源：来源 | 《自动化博览》2024年第二期暨《边缘计算2024专辑》

1 引言   

智能网联汽车与车路协同已经成为全球核心战略，我国也将智能网联汽车提升到国家战略的高度，从战略规划、技术路径和体系建设等多个层面出台政策引领行业发展。国家发改委、工信部、交通运输部、公安部、国标委等多个部门联合编制和颁发了《智能网联汽车创新发展战略》《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》《交通强国建设纲要》等一系列顶层设计文件，将构建自主可控的智能网联汽车技术创新体系、先进完备的智能网联汽车路网设施体系、全面高效的智能网联汽车信息安全体系等作为国家战略任务。边缘计算作为

智慧交通与智能网联的新型基础设施建设重点之一，具有低时延、高算力等特点，支持实现全天候全时空全维度的信息感知，能够有效解决传统基础设施存在的感知数据单一、置信度较低等问题，从而支撑辅助驾驶、自动驾驶以及交通管控、城市管理等应用场景。

边缘计算在车联网领域存在三大技术发展趋势：边缘计算与V2X通信融合发展、边缘计算与云控平台协同应用、边缘计算与5G-A一体化拓展。

2 边缘计算与V2X通信融合发展   

2.1  边缘计算与V2X通信融合一体化设计

边缘计算、路侧V2X（Vehicle to Everything，V2X）通信单元是智慧交通与智能网联系统中的重要组成部分，其中传统路侧通信单元主要实现V2X通信，承担路与车、路与云间的通信和数据交互；传统路侧边缘计算负责感知计算和融合、实时感知交通态势及V2X业务计算。这两个独立的设备共同承担了智能网联路侧系统的重要角色，但分离式的方案也存在成本高、连接不方便、算力资源浪费等问题。并且，随着车路协同应用的深入，路侧不再局限于给车辆提供道路感知信息，还要为车辆驾驶提供决策和控制服务，通信中要有计算，计算中要有通信。

因此，实现边缘计算与V2X通信融合是车联网边缘计算的关键技术趋势之一，其一体化设计要求主要包括以下三点：其一是硬件高可靠性与可维护性。边缘计算直接部署在路侧环境需面临恶劣的环境条件，如高温、低温、湿度变化等，因此需要考虑到硬件的耐用性和可靠性，并同时满足通信计算一体化的需求。其二是数据处理与存储能力。路侧V2X通信单元生成和接收大量数据，包括车辆位置、速度、行驶方向等信息，边缘计算节点需要具备强大的数据处理和存储能力来处理这些信息。边缘计算与V2X通信融合后需实时处理这些数据并临时存储，以支持后续的数据分析和挖掘。因此，一体化设计需要包括高性能的计算硬件和足够的存储空间，以及高效的数据处理算法。其三是低延迟通信。对于智能网联汽车和V2X通信而言，低延迟是确保行车安全的关键。边缘计算与V2X通信融合后减少了车路云系统中不同设备的传输链路，显著降低了数据在路侧系统侧传输过程中的延迟。

2.2  边缘计算与V2X通信融合在车路云一体化架构中的应用

车路云一体化指的是通过新一代信息与通信技术将人、车、路、云的物理空间、信息空间融合为一体，基于系统协同感知、决策与控制，实现智能网联汽车交通系统安全、节能、舒适及高效运行的信息物理系统。边缘计算与V2X通信融合使得车路云一体化架构的算力资源更加灵活且可动态分配。在高算力需求情况下，如交通高峰时段或突发事件发生时，系统可以自动调整算力资源和网络带宽分配，优先保障关键任务的执行，如紧急车辆的导航和事故信息的快速传播。这种动态调整确保了系统的高效运行和快速响应能力。

边缘计算与V2X通信融合为实现多级决策支持提供了技术基础。分层决策机制使得系统既能快速响应实时事件，又能进行长期规划和优化，其主要分为两方面：一方面，边缘计算节点可以处理实时数据并执行快速决策，如交通流控制和事故预防措施等。另一方面，云端可以利用其更强大的计算能力进行复杂的分析任务，如交通模式预测和路网优化策略等。

此外，边缘计算与V2X通信融合在一体化设备中处理数据，可降低感知数据的传输时延和隐私数据泄露的风险，并且通过采用加密通信、匿名化处理和访问控制策略，系统可以进一步保护数据安全和用户隐私。边缘计算通过V2X通信融合与云端服务器可形成算力网络，结合多元化的车联网应用，实现算力资源的感知与度量、集中与分布协同控制、计算和网络的联合部署优化等，以提供算力服务的方式助力车联网应用的快速部署与高效运行。

3 边缘计算与云控平台协同应用   

3.1 边缘计算与云控平台的协同联动

边缘计算与云控平台的协同联动能够实现更高效的负载均衡和资源优化，根据车联网业务要求实现对不同数据的高效处理，因此也对整个系统提出了更多要求。其一是接口标准化与协议一致性，为了实现边缘计算与云控平台之间的无缝协同，需要确保双方采用标准化的接口和协议。这包括数据格式、通信协议以及安全标准的统一，以保证数据可以在边缘节点和云平台之间自由流动，且不会因格式不匹配或协议差异导致数据丢失或延迟。其二是实时性与同步机制，边缘计算需实时处理来自车辆和路侧设备的数据，并将重要信息及时上报给云控平台，同时接收来自云端的策略更新和指令。这要求系统具备快速的数据处理能力和低延迟的通信机制，以及确保数据一致性和时序正确性的同步策略。其三是动态资源管理，云控平台和边缘计算均可动态地调整资源分配，包括算力资源、存储资源以及网络带宽的动态管理，以应对不同场景下的需求变化。

3.2 边缘计算与云控平台协同的应用分析

边缘计算与云控平台的协同可以实现高效实时的数据处理与决策，同时通过云端的转发使得车辆和路侧设施能够在数据生成地点进行实时处理，大幅减少了数据传输时间并提高了决策速度。边缘计算只负责原始数据的处理，转化为结构化数据后传输给云控平台，云控平台结合车路云一体化系统的数据进行需消耗高算力的业务计算，得出更完善且全面的决策数据，并转发给其他边缘侧，从而实现协同应用。

边缘计算与云控平台的协同应用主要满足智能网联汽车、交通管控部门的业务需求，包括增强行车安全类应用、提升行车效率类应用、节能类应用、提升交通运行性能类应用、车辆与交通大数据相关应用等。根据T/CSAE 53-2020、T/CSAE 157-2020等应用标准定义，业务应用需要边缘计算及云控平台协同分析，主要分为几类。其中如协作式变道、协作式车辆汇入、协作式交叉路口通行、动态车道管理、协作式优先车辆通行等业务应用需要边缘计算进行决策计算，并将决策结果提供给云控平台，如基于路侧辅助的交叉路口碰撞、基于路侧辅助的左转辅助等业务应用需要边缘计算提供路侧数据，云控平台结合车端数据进行决策计算。

4 边缘计算与5G-A一体化拓展

4.1 提高带宽与网络性能

2021年4月27日，3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）在第46次PCG（Project Cooperation Group，项目合作组）会议上正式将5G演进的名称确定为5G-Advanced（5G-A），标志着全球5G技术和标准发展进入新阶段。在5G-A网络进一步深入车联网行业应用之后，边缘计算和5G-A在车联网的一体化拓展方案将提供高品质算网协同的移动联接及数据处理能力。边缘计算与5G-A一体化拓展具体有三个特点：提高带宽与网络性能、网络切片与应用协同、通感算一体化。

5G-A为边缘计算提供了前所未有的高带宽和低延迟网络连接，这对于实时数据处理和传输至关重要。在车联网全息路口的应用中，大量来自摄像头、传感器和车辆的数据需要实时处理和分析，5G-A的高带宽确保了数据可以快速从边缘计算上传至云端，且超低的延迟可以保证实时决策和响应能力。

4.2 网络切片与应用协同

网络切片是提供特定网络能力的、端到端的逻辑专用网络。结合网络切片的几个特性，可以将网络切片扩展理解为：在同一个物理网络上构建端到端、按需定制和隔离的逻辑网络，提供不同的功能、性能、成本、连接关系的组合，支持独立运维，为不同的业务和用户群提供差异化的网络服务。

5G-A的网络切片技术允许为不同的服务和应用创建独立的网络片段，每个片段都有自己的带宽和延迟特性。因此，5G-A可以为边缘计算的关键应用任务分配高优先级的网络资源，如紧急车辆通行优先、协作式变道、自动驾驶实时引导等。其通过提供更智能的网络资源和更可靠的安全隔离，实现各类车联网应用服务的极致性能和较好的用户体验。

4.3 实现通感算一体化

通感算一体化是指网络同时具备物理空间和数字空间感知、泛在智能通信与计算能力。具备通感算一体的网络内的各网元设备通过通感算软硬件资源的协同与共享，实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强，进而使网络具备新型闭环信息流智能交互与处理及广域智能协作的能力，为5G-A、6G的智慧城市、智慧交通、智能家居等典型应用场景提供了支持。

5G-A的通感融合共生可结合边缘计算进行一体化空口和硬件设计，实现5G-A及感知、决策和控制等功能于一体，满足道路监管、自动驾驶、高清地图构建等业务。

5 结束语   

边缘计算作为车联网领域中不可或缺的组成部分，具有高可靠、低时延等特点，是实现车路协同自动驾驶、赋能低碳高效出行的核心设备。当前我国处于新能源汽车与交通产业变革的关键时期，边缘计算作为重点基础设施之一，需在V2X通信、异构计算、5G-A及应用场景深度融合等方面持续创新引领，提高我国智能网联汽车产业国际竞争力，助力建设汽车与交通强国，满足人们对于安全出行、高效出行以及绿色出行的美好愿望。

作者简介：

倪泓鑫（1995-），男，现任广州高新兴网联科技有限公司产品规划部经理，主要从事车路协同产品规划、边缘计算等方面的研究。

吴冬升（1975-），男，博士，现任高新兴科技集团股份有限公司高级副总裁，国家级企业技术中心（高新兴）副主任，主要从事5G、车联网、物联网、大数据、人工智能、数字化转型等方面的研究。