まとめ：
この記事は信号灯サービスから始まり、デバイス アクセス、V2X メッセージ層コーデック、C-V2X 通信、車両側消費、V2X 協調的セキュリティ保護など、V2X 協調的エンジニアリングの実装プロセスにおけるいくつかの主要な問題と解決策を簡単に紹介します。待ってください。同様の問題は数多くあり、実践者は極端なエンジニアリングの最適化を行う必要があります。
国家実証ゾーンおよびデュアルインテリジェンスパイロットプロジェクトにおける車両と道路の調整の進歩により、V2X テクノロジーは徐々に成熟し、車両と道路の調整の漸進的な効果が検証されています。現在、車両と道路の調整は将来のインテリジェント交通の重要な基盤となっていますが、大規模な実装を達成するには依然として課題に直面しています。大規模導入の問題をどのように解決するかが、インテリジェント交通の分野で重要なテーマとなっています。
大規模実装のシステム要件
車道調整の大規模導入とは、より効率的、安全かつスマートな交通運営と管理を実現するために、実際の交通シナリオに車路調整技術を大規模に適用することを指します。具体的には、車両と道路の連携のスケールアップには、交通施設、車両、ユーザーのモバイルデバイスのインテリジェントなアップグレードに加え、データ伝送、処理、アプリケーションの大規模なサポートと最適化が含まれます。大規模なアプリケーションでは、V2X テクノロジーはもはや単一の実証プロジェクトやパイロットではなく、都市、地域、さらには国全体をカバーする交通システムの一部となり、より普及し、より広範なアプリケーションを実現します。
車と道路の調整を大規模に実施するには、次の基本条件を満たす必要があります。
1. 標準化：南北のエコロジカルインターフェース仕様と通信プロトコル標準を統一し、空間位置プロトコルを統一し、異種デバイスとシステム間の相互運用性を実現します。
2. 高可用性:システムの高可用性を確保するためのインテリジェントな運用と保守、OTA、データ更新、データ共有、品質監視、および柔軟なスケジューリングの機能を備えています。
3. スケーラビリティ: ハードウェアのコンピューティング能力、認識アルゴリズムインジケーター、通信機能、道路インテリジェント分類基準などを含むマルチレベルの認識機能を備えており、さまざまなモデルや道路状況の要件を満たすことができます。
4. セキュリティ:データのセキュリティとプライバシーを確保し、悪意のある攻撃やデータ漏洩を防止し、ユーザーに信頼できるサービスを提供します。
大規模実装における典型的な問題と解決策
信号灯サービスは、車両と道路の調整における重要なアプリケーションであり、インテリジェント交通システム開発の重要な基盤です。インテリジェントにネットワーク化された車両や自動運転車に、リアルタイムかつ正確な光の色とカウントダウン情報を提供することができ、この情報を受信することで、車両は最適な速度の選択、急発進の回避など、自らの運転状況に基づいて事前に決定を下すことができます。赤信号の制動や走行などの行動を改善し、全体的な交通効率と運転の安全性を向上させます。さらに、信号灯サービスは、交差点調整、車両走行経路の最適化など、他の車両と道路の協調アプリケーションと連携して動作することもできます。この記事では、信号灯サービス リンクを例として、実際のエンジニアリング実装における典型的な問題と解決策について説明します。
標準的な信号サービス リンクは次のとおりです。
1）「デバイスアクセス」を統一標準化して効率化
車道連携信号灯のデータ ソースのほとんどは、都市部の道路の交通信号機、または信号機およびインテリジェント収集デバイスと路側コンピューティング ユニット (RSCU) または路側通信ユニット (RSU) の間の、信号機の外部にあるインテリジェント収集デバイスから取得されます。このプロトコルには統一されたアクセス標準がありません。信号機のメーカーは、異なる標準プロトコルまたはプライベート プロトコルをサポートしている場合があり、さまざまなメーカー間で標準プロトコルの理解にばらつきがあり、それが信号機のデータ パフォーマンスにわずかな違いをもたらし、深刻な場合には不一致が発生する可能性があります。光の色またはカウントダウンと光ディスプレイの間で、さまざまな信号メーカーの機器を大幅に調整する必要があり、信号のアクセス効率に影響します。
信号機や捕捉カードと同様に、この問題は銃、魚眼、レーザー レーダー、ミリ波レーダー、RSU などの他の路側機器へのアクセスにも存在しており、機器の種類ごとに共通の統一ソリューションが必要です。インターフェイスと仕様により、さまざまなタイプやメーカーのデバイスが一貫した方法でシステムにアクセスできるようになり、標準のメッセージ インターフェイスとデータ形式が提供されます。このようにして、同じ種類の機器の異なるメーカー間の差異を隠すことができ、システム統合の複雑さと開発コストを軽減し、システムの拡張性と柔軟性を向上させることができます。[Zhilu OS] オープンソースのハードウェア抽象化レイヤーはあらゆる種類のデバイスを抽象化し、各デバイス メーカーは標準に従って適応とアクセスを実装します Zhilu OS に基づいて、開発者は基盤についてあまり考えずにビジネス ロジックの実現に集中できますレイヤーのハードウェア アクセスの詳細により、開発効率とアクセス品質が向上します。
2) 「V2X メッセージ セット コーデック」の標準進化をエンジニアリング アプリケーションのシナリオと組み合わせる必要があり、さまざまなバージョンに互換性がある必要があります。
V2X メッセージ セットは、車両と道路の調整アプリケーション シナリオを実現するための基礎であり、路側通信ユニットや車両通信ユニットに送信するには、機器アクセス データまたは知覚データを V2X メッセージ セット標準定義に変換する必要があります。または他のモバイルデバイスを使用して、アプリケーションとサービスの相互運用性と相互運用性を確保します。車路連携における信号灯サービスで主に使用される標準メッセージ タイプは、信号光フェーズ アンド タイミング メッセージ (SPAT) と地図メッセージ (MAP) です。ＭＡＰを例に挙げると、ＭＡＰメッセージは地図からサンプリングされ、車線の緯度経度、車線に対応する信号光の位相情報が含まれる。MAP メッセージの定義は、さまざまな地図ベンダーによる地図データの定義と矛盾しており、自動車側で信号光情報を消費するには位相マッチングが必要ですが、これにより自動車側のコンピューティング リソースが大幅に浪費され、システムの複雑さが増大します。さらに、車線や信号の現実が頻繁に変化するため、静的なメッセージ マップと道路要素の実際の位置情報にずれが生じ、最終的にはサービスの信頼性に影響を及ぼします。このシナリオでは、路側の認識を通じてリアルタイムの変化が観察され、地図メッセージや消費者向け車両の地図変更など、地図がリアルタイムで動的に更新されますが、実際の運用では、地図メッセージは現時点でのセマンティック要件を満たすことができません。 【現実が変わる】。これには、着陸アプリケーションと連動してマップ メッセージを調整および最適化する必要があります。
同様の問題は、知覚共有メッセージ SSM などの他のメッセージでもよく見られます. 路側によって知覚される交通参加者と障害物の全量は、インテリジェント ネットワーク化車両や自律走行車にとって重要なアプリケーションの重要性を持ちます. しかし、一部の通信機器の制限により、交差点に交通参加者が多すぎる場合、データ パケットを介してすべての交通参加者を車両側または他の消費者に送信することは不可能であり、標準の SSM メッセージはメッセージの断片化をサポートしていないため、実際の実装ではプライベートメッセージや、地域ごとに送信するなどの他の代替手段を使用する必要があります。このような問題を解決するには、V2X メッセージ セット標準とエンジニアリング アプリケーションを緊密に統合するだけでなく、絶えず変化する革新的なアプリケーション要件を満たすための継続的な調整と改善が必要です。
標準の反復プロセスでは、互換性の問題にも焦点を当てる必要があります。V2X 標準の継続的な導入により、標準の異なるバージョンの下位互換性が大きな問題になっています。たとえば、MAP メッセージの LaneWidth フィールドはオプション フィールドから必須フィールドに変更されました。このフィールドが使用されない場合、古いバージョンでは、新しいバージョンではエンコード失敗の問題が発生します。同様に、Map の NodeList フィールドと RSI の PathPointList フィールドの値の範囲が小さくなり、これによっても下位互換性の問題が発生します。さらに、C++ での ASN.1 のエンコードは比較的複雑であるため、注意しないとメモリ リークやその他の問題が発生する可能性があり、専門の開発者以外が使い始めるのは難しく、互換性を確保することが非常に重要です。メッセージ標準の。リリースされたメッセージ バージョンでは、複数の標準プロトコルとの互換性を確保し、開発者が V2X 標準メッセージ コーディングを簡単に開始できるようにし、車両と道路のコラボレーションの大規模な実装プロセスを加速するために、オープン ソースの airos [Zhilu OS] の v2x-msg は複数のバージョンのメッセージ セット互換スキームを提供しており、メッセージ バージョンは設定によって切り替えることができます。
3) 「V2X路車間通信」の究極のエンジニアリング最適化により、成熟した通信システムを最大限に活用
V2X 通信とは、車両、道路、クラウドなど、異なる異種エンティティ間の協調通信を指します。大規模な実装には、マルチエージェント、高同時実行性、低遅延、信頼性の高い通信サービスが必須です。また、信号光サービスを例に挙げると、道路と車両のリンクでは、遅延、周波数、カバレッジなどの重要な指標が信号光のサービス品質に直接影響します。信頼性の低いデータ伝送チャネルは、全体的なサービスの信頼性の低下につながります。 . 消費することはできません。したがって、実際の展開およびアプリケーションでは、さまざまな影響要因を考慮し、LTE-V2X 通信モジュールを搭載した成熟した RSU および OBU 機器が提供する機能を最大限に活用して、エンジニアリングを最大限に最適化する必要があります。
RSU を例にとると、L2 または L4 で高品質な信号光サービスを提供するには、帯域幅と周波数の観点から、SPAT メッセージの送信周波数は 10Hz に達する必要があり、路側放送で送信されるデータの上限は 10Hz に達する必要があります。以下の図に示すように、わずか 125*1900 バイト/秒です。示されているように、各 RSU はチャネルを占有し、8 ミリ秒ごとにデータ フレームを送信し、パケット損失を防ぐためにそれを再送信します。したがって、アプリケーション層の観点から見ると、1 秒あたり最大 125 フレームのデータを送信でき、1 フレームあたりのデータの上限は 1900 バイトです。
MAP メッセージは 1 秒間に 1 回、SPAT は 1 秒間に 10 回送信されることから、通信リンク上のアイドル時間は依然としてかなり多くなりますが、より大容量のデータをセンシングする場合、既存の通信リンクは伸びて表示されます。[Zhilu OS] のオープンソース認識部分のデータ構造を参照すると、大きな交差点が混雑している場合、路側の RSU は 300 以上のターゲット (車両、歩行者、コーン、三角形など) をブロードキャストする役割を果たします。180KiB/秒を超えるデータの場合、データ パケットを 1800 バイトごとに分割することにより (残りの 100 バイトは DSMP ヘッダーの保存とデータ パケットのスプライシング用データの保存に使用されます)、この負荷は 1 秒あたり 125 フレームを超えました。これに基づいて、信号機データ遅延、知覚データの遅延などが車両の消費に大きな影響を与えます。長期的な進化の方向から見ると、NR-V2X や EUHT などのソリューションは段階的な実装プロセスで帯域幅不足の問題を解決できますが、実装期間は長く、開発者は現在の成熟した基本通信システムに対応できます。最適化：
例: QoS 制御の観点から、メッセージはさまざまなアプリケーション シナリオに従って分類でき、チャネル ビジー レートに従って詳細なポリシーを策定できます。次に、2 つの単純な分類図を示します。
認識される送信優先度を上げ、信号遅延フィルターを追加します
MAP&SPATの送信優先度を上げ、知覚メッセージ遅延フィルターを追加
導入スキームも最適化できます。たとえば、次の図に示すように、異なるチャネルの RSU を間隔をあけて導入することができ、交差点間の信号干渉を効果的に防ぐことができます。
4) 路側システムの「車両側データ消費」の「機能安全」保証、車両・道路均一性の高品質サービス
安全性と効率性は、インテリジェント交通の永遠のテーマです。安全性は効率性の前提です。車両と道路が連携するロードサイド サービスでは、車両が消費される前に、まず高い信頼性を確保する必要があります。引き続き信号灯サービスを例に挙げると、路側システムは、コネクテッド ビークルや自動運転車に対して、地平線を超えた全天候型の信号灯サービスを提供できます。信号灯サービスリンクの偶発的な障害、システム障害、または一般的な原因による障害が車両端の障害につながることはありません。路側信号サービスは、システムの機能障害による許容できないリスクを回避するために機能安全を導入できます。
(ISO 26262-6 および ISO/PAS 21448 機能安全分析プロセス)
上記の例で説明したように、車路連携システムは、車両側の V2X モジュールと路側エッジ システムを通じて車路連携の非対称高可用性システムを形成し、サービスの「安全性と信頼性」を共同で確保します。
5) 多層防御システムを構築し車路連携の安全性を確保する「V2Xセキュリティ」
車と道路の調整という安全上の問題を無視することはできません。上流のレポートによると、2019年以降、自動車業界は347件の脆弱性を公開しており、その内2021年は139件、2022年は151件となっており、脆弱性の数は年々増加しており、ハッカーはこの公開情報を利用して同様のシステムの脆弱性を見つけることもできるという。悪意のある自動車ハッキング攻撃は、サービスの中断を容易に引き起こすだけでなく、公共の安全に対する危険や個人的な脅威を引き起こす可能性があります。車道連携の安全性を体系的かつ標準化して構築することは、車道連携の規模拡大をサポートするための前提条件です。
車と道路の協調安全性は、細部から始める必要がある体系的なプロジェクトであり、各安全サブシステムは徹底的に磨き上げる必要があります。現在成熟しているLTE-V2X PC5直接接続通信を例に挙げると、主にブロードキャストによる車両間および車両とインフラ間の高速近距離通信をサポートします。ブロードキャスト通信のセキュリティ リスクは比較的高く、どの受信デバイスでもセキュリティ リスクを取得できます。攻撃者はブロードキャスト通信を使用して偽のメッセージを送信したり、実際のメッセージを破壊したりすることで、通信ネットワーク全体の通常の動作を妨害または破壊する可能性があります。したがって、V2I/V2V アプリケーション シナリオでは、セキュリティ リスクに焦点を当て、対応するセキュリティ対策を講じる必要があります。我が国の C-V2X セキュリティ フレームワークは基本的に改善されました。セキュリティ標準には YD/T3594-2019 および YD/T3957-2021 が含まれます。フレームワークは YD/T 3594-2019 に準拠し、実装の詳細は YD/T3957-に準拠します。 2021年。前者は V2X セキュリティ フレームワーク全体を定義し、後者は V2X CA の具体的な実装の詳細を指定します。全体的な構造は次の図に示されています (Baidu APOLLO CA プラットフォームを例にしています): 信頼できる V2X-CA が V2X 車路間端末 (車両および路側の ID カードに相当) に登録証明書を発行します。 )、および車両および路側の V2X 通信装置は、登録証明書を使用して CA 機関に定期的に行き、仮名証明書とアプリケーション証明書を交換し、V2X 通信中に、仮名証明書とアプリケーション証明書を使用して V2X メッセージに署名し、そして、メッセージのクレジットを裏付けるためにメッセージに証明書を含めます。ID 認証やセキュリティ強化などのセキュリティ保護機能を確立するために、さまざまな車載機器間通信シナリオで ID 認証をサポートし、データの機密性と完全性を保護します。
（パイプエンドセキュリティ通信保護方式）
SCMS: V2X デジタル ID 管理システム
1. 自動車会社や政府にITSデジタルID管理プラットフォームを提供し、交通参加者の統一ID管理を実現する。
2. V2X 証明書の発行、更新、失効およびその他の証明書管理サービス。
TRCLA: 信頼できる証明書チェーン プラットフォーム
1. 工業情報化省の安全で信頼できるルート管理プラットフォームとのドッキング
SCSS: V2X 端末セキュリティ通信サブシステム
1. V2X 証明書の発行、更新、失効およびその他の証明書管理サービス。
標準と実用化は緊密に統合する必要がある北京の高度自動運転実証区では初めて、国内都市レベルの車両インターネットセキュリティID認証システムを導入し、X.509およびC-V2X証明書管理システムをサポートした、V2X 車両の量産のための強固な基盤を築きます。標準化されたセキュリティ保護メカニズムは、相互運用性を解決するために必要な手段です。V2X の大規模実装を加速するには、次のアクション項目を業界が共同で推進する必要があります。
1. 実証活動から単一地域の画期的な進歩、車両セキュリティ ID 認証のインターネットの大規模展開に至るまで、北京の成功体験は全国のすべての都市部に迅速に再現されます。
2. V2X CA 認証資格および関連規定が国家政策で発行され、工業情報化部の信頼できるルート管理プラットフォームが高可用性の導入を実施し、商業利用を促進します。
3. 現在の CA 管理システムには重要なデータを暗号化するための標準が含まれていないため、機密データを保護し、公共の安全と国家の安全を確保するために、詳細なルールをできるだけ早くリリースする必要があります。
さらに、端末セキュリティ通信サブシステムは、高性能機器と低性能機器の違い、IP 機器の有無、署名検証の計算圧力なども十分に考慮する必要があり、Baidu Apollo を例に挙げると、実践プロセスでは、端末セキュリティ通信サブシステムは、豊富な異種デバイスをサポートし、IP ネットワーク機能のないデバイスもサポートし、さまざまなハードウェア デバイスや路側インフラストラクチャを備えた量産モデルのセキュリティ保護要件を満たすように設計を調整できます。全体的な構造を次の図に示します。
まとめ：
この記事は信号灯サービスから始まり、デバイス アクセス、V2X メッセージ層コーデック、C-V2X 通信、車両側消費、V2X 協調的セキュリティ保護など、V2X 協調的エンジニアリングの実装プロセスにおけるいくつかの主要な問題と解決策を簡単に紹介します。待ってください。同様の問題は数多くあり、実践者は極端なエンジニアリングの最適化を行う必要があります。車路連携技術は、複数の分野にまたがる革新的な基礎技術であり、将来を見据えた壮大な理論的研究と計画だけでなく、実用化の大規模な実装と重要な課題に対する継続的な最適化の繰り返しが必要です。技術の開発と革新を真に推進できるか。
空を見上げて、地に足をつけて、みんなでシェアしましょう！
出典| Apollo Zhilu Laboratory AIR Lab