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弥合智能城市与自治车辆之间的差距

仍需要解决通信,安全和权力问题,但有进展。

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智能城市规划师和汽车制造商正在摔跤,具有类似的问题和目标,但它们在非常不同的步伐和经常使用不同的技术工作 - 尽管这两个世界需要弥合,以便有用。

在城市地区最佳地移动交通对于减少能源消耗和事故来说至关重要,以及尽可能快地通过城市街道移动应急车辆。然而,有多么最好地实现这些目标是复杂的。它需要交织的交流,安全和电力技术,需要安装在道路,交通信号,建筑物和其他结构中,与车辆与该基础设施交谈的通信以及其他车辆。

在该中心是在北美之间的争议辩论,在通信标准802.11p(DSRC)和蜂窝载体 - 一切(C-V2X)之间,这是基于的5G

图1:车辆在智能城市彼此沟通和基础设施。资料来源:西门子EDA

图1:车辆在智能城市彼此沟通和基础设施。资料来源:西门子EDA

11月,美国联邦通信委员会通过了新规则,意味着通过保留智能运输系统(其)服务的乐队的距离30MHz,并将蜂窝V2X指定为安全相关运输和车辆通信技术标准,提高汽车安全。C-V2X使用蜂窝协议在车辆和障碍物之间提供直接通信,如其他车辆,骑自行车者,行人和道路工人,并从路边发射机接收安全信息。

C-V2X在美国和国际上获得了势头。FCC已指定专门的短程通信(DSRC)服务,因为20多年前的服务技术标准,但DSRC没有有意义地部署。结果,这项关键的中频频谱几十年来大幅下降。所以FCC已经开始过渡从DSRC向C-V2X,“加快其服务的实际部署,将提高汽车安全。”

这是一个重要的班次,因为DSRC与C-V2X不兼容。与许多如此相关的标准相关活动一样,这尚未解决,而开发人员正在按下。

“无论C-V2X如何,都会发生自主,因为它正在发生,”高通公司产品管理高级总监Jim Misener说。“但是C-V2X将大大提升自动车辆的想法,因为您有车辆靠近近距离进行消息交换。没有传感器可以预测车辆的轨迹,除非这是传达其未来轨迹的车辆。除了无线电和C-V2X之外,没有传感器至少可以在交叉口周围看一下。“

到目前为止,这种发展是以载体为中心的或规范为中心的。“为了效用在第一天发生的情况下,如果您在一辆车中有C-V2X,您将不得不与某人交谈,”Misener说。“将有低市场渗透第一。第一个实用程序将与城市交谈,所以我们敏锐地意识到汽车方面的需求,也是从道路侧发出的服务和价值。路运营商顺便说一句,因为道路运营商有时是区域性的,有时在州立一级,但是道路的优势在城市,痛苦点与城市的交通工程师发生在一起,“他解释道。

通过智能流量信号与交叉路口交叉路交流的汽车也将有效率,从而可以开始调整交通信号,因为他们知道流量模式是什么。在这里,不需要大量的市场渗透。例如,如果汽车靠近队列的末尾,就足够了。传输数据的汽车不必处于队列的确切端。这开始避免对路边传感器的需求,这很昂贵。

另一个例子涉及紧急服务车辆和第一响应者。“如果他们自己能够一直拨打C-V2X绿色,以及整个轨迹的间隙,怎么办 - 不仅在近场?这是无线广域网的组合和短程,“他说。“这将使响应很快,好处立即发生。这就符合运营效率。智能城市不是一系列静态的基础设施。智能城市是动态的,所以任何道路用户都是智能城市的一部分,包括行人和车辆。“

虽然V2X和自主性将同时开发,但它们很可能有不同的实现时间表。

“即使对于在交叉路口使用LIDAR的使用情况,它并不意味着它是为了自主级别4或5级车辆,”Automotive的主任Nillard Tu指出Xilinx.。“这可能是一个二级系统,它说汽车是从你的盲点之一。事实上,很多车辆都可以提供这种能力,而且不会像第4级或第5级那样昂贵。另一方面,在像卡车这样的商用车辆中,这个用例要复杂得多,它将需要更昂贵的技术。它也有不同的基础设施,将部署在走廊上,但不一定是在人口密集的地区。第一个用例可以是仓库到仓库,然后是“最后一英里”场景,这在高度城市化的地区是需要的。所以,虽然这些通道是平行的,但为这些走廊修建不同的基础设施是有意义的。”

然后是飞行器本身。V2X的概念如何在车辆中发挥仍在研究中,尽管线索正在浮出水面。

从处理的角度来看,无论发生在哪里,功耗都是巨大的考虑因素。但是,在全电动车辆中,动态非常不同,这需要能量消耗和性能之间的权衡。现成的处理器在EVS或基础设施设备中不起作用。虽然技术上可以使用现成的硬件在一块基础设施设备中运行完全相同的算法,例如路边标志,用于对象检测和分类,单独的功率考虑是不可行的。

“如果你在高峰时段在纽约市的交叉点,你可以检测到这么多物体,但这个过程是相同的,所以计算的要求是巨大的,”自治和阿斯的高级总监David Fritz观察到了David Fritz西门子数字工业软件。“很多人都希望从太阳能电池板驱动所有计算力,但我们还没有那里。太阳能电池板必须是足球场的大小。所以我们回到了车辆方面的考虑因素。我们必须运行AI推理算法。我们需要有很多培训,并且发生了许多进程。所有这些都消耗了很多力量。我们如何获得耗能的功耗?这意味着离心硬件组件的想法不会飞行,特别是当他们的2万美元到30,000美元的盒子时,纽约市有6000个交叉路口。“

这显然不起作用。“设计这些事情的方式是设计他们的力量,”弗里茨说。“您需要可扩展,但解决方案需要与之互动,并与之一致,用于非常低功耗的板载解决方案。它是关于将低功率强调的内车翻译成智能基础设施。“

这可以节省车辆和城市电网的巨大电力。

“重要的是要记住,很多功耗来自电动机,因此能够优化交通和交通流量会产生差异,”营销副总裁Kurt Shuler说:“动脉IP.。“就车辆基础设施而言,具有大Waze大脑能够实际指导您的汽车并优化所有这些都会降低功率。这就像联邦快递的舰队管理,但为每个人都这样。“

可以确定,能够互相沟通的智能汽车及其环境开辟了更安全的道路,更高效的旅行和更好的驾驶经验的可能性。但它也需要花时间来推出。

“V2I,更广泛的V2X,需要实施支持车辆之外的智能基础设施,”Infineon Americas汽车副总裁Lars Ullrich说。“目前已经存在的试点计划,但我们仍处于理解现有技术的要求和能力的早期阶段。这将来至少一半或更长时间或更多。当我们将汽车的概念视为需要传感能力,连接,通信和安全性的车轮上的连接网络时,半导体在v2x的部署中发挥了重要作用。一切都必须坚持高可靠性汽车标准。“

安全
让这个工作只是挑战的一部分。一个同样令人生畏的任务是弄清楚如何牢固地完成所有工作。

“你必须确保与你交谈的汽车实际上是一辆汽车,而且它是一个真正的制造商的真正的汽车,而不是一些黑客或对抗实体试图发送假信号或堵塞你的反应,”蒂埃里说Kouthon,技术产品经理Rambus安全。“This involves public key cryptography in order for cars to authenticate each other, so I know that the 100 signals that I’ve received from all those cars that are surrounding me are from actual cars from Volkswagen, Mercedes, General Motors, etc. In order to do that, you need two things. You need a root of trust to ensure that nobody can pervasively inspect your cryptographic processing, and your cryptographic operation while you’re processing them. You need that on both sides.”

除了V2X上下文中的通信外,车辆内部也必须有安全保障。“人们常说现代汽车更像是带轮子的电脑,而不是汽车,”Kouthon指出。“这是因为一辆典型的汽车包含50到100台电脑,包括方向盘、巡航控制、娱乐、仪表、刹车灯,你能想到的。它确实有很多组件,但是70%的组件是由供应商提供给OEM的,而不是OEM本身。你如何确保每个向你提供产品的人都是正品,而不是给汽车注入恶意的东西?”

班车长期以来一直是车载通信网络,通常不包括任何安全原因的安全性。“这不是因为OEM不知道,”Kouthon说。“这是因为车辆边距苗条。这是一辆大公共汽车,这是很多布线。为了使其非常安全会花费金钱并增加汽车的材料清单,因此现在的方法是将安全性放在电子控制单元(ECU)内,因为这些ECU中的每一个都有一个处理器内部的计算机。由于我们无法在处理器之间保护网络,而是处理器自身保护,以便当它们彼此交谈时,无论通信介质如何,它们都可以互相认证。“

还需要保护正在传达的数据。“你想拥有基础属性,”杰森·奥格,首席技术官Tortuga Logic.。“你想加密一切,确保没有人可以窃取信息。然后,您希望确保您的所有信息都签名或是真实的。这意味着如果我向另一辆车或建筑物或建筑物或基础设施的一部分或部分地区,那就是真实地来自我的东西。你不希望道路侧面的攻击者,他们的笔记本电脑带有天线,将材料注入系统,导致它认为它是我,并导致我的车表现得不同。那些是需要解决的根本问题。“

这可能会很简单,但问题是一切都是如此分布式,它为关键管理创造了一团糟。“你如何更新谁是谁,”Oberg问道。“我如何知道我要说的钥匙,'我是杰森,'是最达到最新的钥匙?谁是所有的中央所有者?“

并且因为车辆是实际设备,所以需要在硬件级别存储这些安全功能。“特别是当你看看今天的基础设施时,有人可以爬上一个电话杆,捣碎一些东西,所以这是一个不同的攻击模式,”他说。“所以让所有路由到实际芯片都非常重要。这就是信任的根源真的很重要,而那些钥匙需要安全地存放在某处。信任的根源为此提供了一个很好的框架,并在同一环境中更新它们也很重要。All the security complexities around how that’s all managed is important because you have to verify all of that to make sure you don’t make a mistake, make sure the system complexity isn’t overbearing, and this is going to be especially important for these V2V and V2X applications,” Oberg said.

另一方面是,将需要与任何基础设施的车辆进行接口的通信水平将是巨大的,并且5G将成为功能的导管,jorg Grosse,功能性安全,OneSpin解决方案认为,。“今天的人工智能和边缘计算技术将必须显著增长,同时所需的验证水平也将提高。确保这些通信安全进行所涉及的复杂性将是令人震惊的。正式验证将在验证中发挥至关重要的智能通信的集成电路作用。这项技术将超越简单地确保设计按预期操作,但也必须确保消除了安全和安全漏洞和缺点。我可以看到持续的产品生命周期验证也采用,因为彼此通信的设备年龄将是宽范围。设备年龄不仅发挥因素,而且这些设备必须继续保持安全要求的不断发展。“

区域卷展栏会有所不同
政治基础设施也将在V2V和V2X的实现过程中发挥作用。美国的经验将不同于欧洲,两者都将与中国有很大不同。

“很多这很多都与政治制度有关,”据说。“中国可能是该空间的领导者之一。他们的政府在建立基础设施和投资基础设施方面非常活跃。欧洲和日本可能会随之而来,因为我们希望私营部门挑选私营部门。我们不希望政府必须支付那些事情,这就是为什么美国遵循的原因。据说,在短期内,有一些创新的美国城市,真正试图邀请自动驾驶车辆进入他们的地区,其中一些早期部署。“

并非所有功能都将立即可用,即使该技术已准备就绪。汤姆黄,设计知识产权营销总监韵律请注意,由于DSRC已经部署,可以在今天的德国购买一座大众GTI,内置DSRC。因此,即使外部基础架构不是,支持DSRC的SOC和芯片组就准备就绪。“下一步是4G,最终是5G,”他说。

通用电机车辆已经提供了4克,但它的使用情况相当有限。冯说:“他们没有使用它来更新软件,”王说。“当你被锁定出车时,他们正在使用它来打电话给某人,他们为你解锁汽车 - 简单的东西。这显然是世界上的地方,并且将成为地理,国家特定的4G与DSRC,这是通过通信谱和政府监管的高度控制。“

对于智能城市实施,仍有许多问题从监管的角度来看,这对于向前向前推进的V2X试验很重要,并注意到ron digiuseppe,汽车IP段经理synopsys.。“不同地区/市政/城市支持的公共审判将确保该规定可以看到所涉及的内容,并将该条例与行业部署相匹配。虽然很早期,试验正在进行中,这是一件好事。“

同样,这对V2X的紧密耦合与完全自治车辆的进化说话。“在技术方面的共同分母是5G无线,”DigiSeppe说。“对于V2X,他们希望使用5G进行通信。实际上,对于3GPP实现的特定功能,可以使其对汽车更加有用 - 其中一个是提高可靠性,而且当然,改进的带宽 - 他们还增加了一些优先级。如果后座中的某人正在为其后座娱乐流媒体,所需的最后一件事就是流传输数据以干扰安全关键数据。V2X或自主驱动5g具有特定功能,以便允许它优先考虑数据,这有助于该安全应用程序。“

自动驾驶使用5G在非常高分辨率的路线规划位置,而V2X使用5G进行V2X通信。但是,需要与流电影共享那种带宽,这使得这可能特别复杂。要进一步混淆事物,在全球范围内越来越多的城市发生v2x试验,实际部署将各不相同。

“有许多汽车制造商已经致力于V2X部署进入远程信息处理控制单元(TCUS),”DigiSeppe表示。“然后,与路灯或停车库通信的基础设施侧的路边单元正在实现5G无线电。这些硬件实现需要更广泛地完成并更广泛地推出。很明显,中国有更多自由来定义这些智能城市,而不是美国而言,这更具案例逐渐通过了社区一级。中国对其智能城市举措进行了一些公告,并强调它正在建立一个智能城市。如果您要创建一个新的智能城市,那么您可以更灵活地计划它。“

总的来说,V2X基础设施的部署取决于支持性规定,重大投资和自主车辆关键技术的主要投资和开发。“随着我们走向更高的汽车自主水平,越来越多的国家开始从事试验项目,测试V2X在现实生活中的应用,”英飞凌的Ullrich说。“在美国,在部署V2X的势头上,尤其是由于其益处和易用性变得更加明显。美国有一定程度的自由。这使得早期试点应用程序,旨在了解和验证制作V2X现实所需的技术。该国的企业家自然推动了监管机构,初创公司和科技巨头在紧密针织生态系统中共同努力。许多美国汽车制造商致力于支持新车模型的V2X功能。密歇根州发起了未来流动性的密歇根州办事处,这导致所有与基础设施包括基础设施在内的所有与流动相关的举措的战略协调。像旧金山,亚特兰大,科罗拉多州,匹兹堡和许多其他人的地方也已经推出了自动车辆和V2X的试点项目。

同样,在欧洲,在许多国家举行V2X测试。私营公司和欧洲联盟C-Load项目等私人公司和倡议的广泛支持。在该地区的广泛推出5G的预期,也正在进行5G-Ready测试。

最后,中国拥有众多项目,旨在实现掌握智能辅助驾驶。该国宣布计划在其高速公路的90%上安装V2X技术。

结论
智能城市和智能汽车都取得进展。即使卷展栏不均匀,使这项工作的好处是显而易见的。

“C-V2X is one of those rare sensors in the vehicle that becomes more valuable with time, so the biggest challenge is to take that first step because more valuable means that the more cars that have it, the better it is,” said Qualcomm’s Misener. “It’s like herd immunity. If I can come to an intersection, and can say with some certitude that a whole bunch of cars are equipped, it gives me more safety. Ford has announced in the U.S., and a whole host of auto OEMs in China have announced, so that first step is happening. After that, people will start to see the benefits. Some of the benefits from small market penetration, but key infrastructure is what’s necessary to accelerate it. Once the safety benefits become known, and more OEMs happen, then in due time, when it’s a standard feature — or at least a feature that you want to buy into a car — then we’ll see even more benefits.”

尽管如此,还有很多工作要做。



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