5G与自动驾驶 浮华的承诺与复杂的现实

自动驾驶是未来5G最引入瞩目的应用场景之一,可以说承载了无数人的期待和憧憬。然则,现实情形要庞大得多。

5G新版本-16版本将于明年公布,该版本将可能使得自动驾驶汽车以瞬间驾驶决议的速率获得基于云的智能。与此同时,增强移动宽带(eMBB)将允许自动驾驶汽车在行进中下载软件更新;通过不停共享实时位置和车辆与外界信息毗邻(V2X,vehicle to everything),自动驾驶汽车可以相相互安无事地在门路上来往穿梭。

然则,纵然这些应用成为现实,没有大量的后端事情也不会实现。首先,在自动驾驶汽车之间确立有用的5G毗邻将取决于网联汽车(connected cars)的大规模接纳,以实现网络效应。

更令人望而生畏的是,在构建5G网络时,自动驾驶汽车需要的低延迟、高吞吐量和高度的可靠性将需要多个层面的改变。

为此,5G和自动驾驶之间的关系将不再像是一场婚礼,而更像是一次家庭远程旅行。在新兴的手艺和部署的难题之间,5G在汽车自动化领域的大规模应用可能在未来5年或更长时间内不会实现。

1.可能的冲突

对于全自动驾驶的基本要求,或者它将若何使用蜂窝网络,现在业界还没有杀青共识。例如,特斯拉和Waymo主要依赖壮大的车载硬件和软件;福特和民众等老牌汽车制造商则正在探索车内盘算和联网功效的夹杂,包罗基于网络的服务和V2X——一套直接无线毗邻到四周车辆和门路基础设施的应用程序。

福特汽车公司联网汽车平台与产物司理Jovan Zagajac示意,纵然是最好的网络,也不足以知足自身需求:自动驾驶汽车需要在5G笼罩率不稳定的地方同样能够正常驾驶,因此它们也将具备足够的车载能力,能够使用传感器和V2X,以实现平安运行。他还示意,在可行的情形下,蜂窝网络可以在软件更新和远程操作等应用中施展主要作用。

诺基亚移动网络汽车营业主管Martin Beltrop示意,“通过将实时数据等基于网络的服务用于决议,汽车制造商将能够削减为做出驾驶决议而在汽车中内置的盘算能力和软件智能。……我们将从云端网络的信息中获益,以简化决议。”。但他弥补说,“最终的驾驶决议照样在车里。”

随着时间的推移,5G网络可以承载一系列支持大规模自动驾驶的服务,推动这些服务实现的要害特征可能包罗网络切片、边缘盘算甚至新的营业关系。

2.从4G起步

瑞典移动运营商Telia正在试验一项支持无人驾驶卡车在堆栈之间运输货物的服务,爱立信公司为其提供网络基础设施。

这些无人驾驶卡车由瑞典初创企业Einride开发,作为自动化物流系统的一部分,在预先界说的门路上运行。爱立信副总裁兼全球汽车服务主管Claes Herlitz示意,这些卡车可以通过车载传感器的输入自行完成大部分行程,但在一些情形下也无法导航。当这种情形发生时,远程操作中央的人类司机将举行接受,而在许多区域,远程人工驾驶或远程操作将是自动驾驶的一项强制性功效。

在上述案例中,远程操作既需要较高的上行带宽来传输来自卡车的实时视频,也需要较低的延迟,以确保驾驶下令实时到达。现在,该项服务是在一个先进的4G无线网络上运行的,而该网络具有5G焦点。据Herlitz先容,该网络的端到端延迟约为15毫秒,并且能很好地支持该服务。

爱立信公司示意,由于新的频谱频段、波束形成、MIMO手艺和改善的用户装备能力,5G无线网络将允许这类服务扩展到更多的车辆,从而提供更高的容量。

3.集中控制

想象在一个主要都会的交织路口,在给定的时间里有多达1000辆汽车、自行车、摩托车、行人和其他物体在此交汇,在十字路口执行监控的是20个摄像头。

自动交通治理系统将网络这些物体传输的数据,并将所有相关信息发送给自动驾驶汽车,每辆汽车将这些输入与其自身的传感器相结合,以决定是停车、继续行驶照样转弯。由于交通状况不停转变,需要近实时地吸收、处置和发送数据。

诺基亚的Beltrop与其他汽车和移动行业高管示意,若是没有5G网络,这样的系统就无法事情。

一些人以为,5G使自动驾驶汽车更靠近网络机器人控制。门路运营商与移动运营商互助,则可以确立起有用自动化的交通治理系统。

在这一系统下,联网车辆将把它们的位置、速率和偏向转达给治理软件,并建立出一个整体交通状况的模子(门路和四周汽车上的传感器将监测未联网的人类驾驶车辆)。该系统将与每个毗邻的自动驾驶汽车建立一个虚拟合约,在合约中,车辆将答应接纳停车、加速或转弯等行动。凭据这些答应,另一辆进入门路的自动驾驶汽车可以平安地融入交通流。

4.延迟突破

低延迟是5G赋能自动驾驶最大的吸引力。虽然在相关方面还没有普遍的共识,但经常被引用的目的是端到端的延迟不跨越10毫秒。诺基亚的Beltrop示意,这需要视自动驾驶车辆的车载电脑在多大程度上依赖于基于网络的决议服务,这一要求可能低至2毫秒。

这比4G的主要低延迟应用之一VoLTE的要求要严酷得多。AT&T物联网副总裁兼首席手艺官Cameron Coursey示意,VoLTE可以处置约100毫秒的往返延迟。这就是5G将施展新的主要作用的缘故原由,由于新规范旨在提供更低的延迟,从运行延迟低至1毫秒最先,而4G的平均延迟为数十毫秒。

低延迟5G的另一个主要部分是其天真的网络架构,这将允许运营商将盘算资源部署到网络的边缘,以制止远程接见遥远的云数据中央。

5.大数据传输

所有自动驾驶车辆都运行着庞大的软件,特别是需要大量更新的深度神经网络(deep neural networks,DNNs)。这些汽车还不停网络大量的车载传感器数据,以及有关驾驶决议效果的信息,汽车制造商和供应商可以网络这些信息来改善自动驾驶软件。这些频仍的下载和上传将受益于5G网络的千兆速率无线毗邻。

软件更新可能很频仍,集中化的系统可能会快速网络和剖析驾驶数据,但这些不太可能实时发生。因此,运营商不一定需要为运行中的自动驾驶车辆提供这种宽带。当车辆静止且处于高速毗邻局限(例如充电站)时,尤其是在具有麋集高频5G笼罩的区域,可以激活大数据传输。

另一个自动化观点要求自动驾驶车辆共享实时传感器数据,以便汽车可以“看破”前面的车辆,特别是盖住前方交通视线的大卡车。由于它涉及实时流媒体视频,因此在边缘盘算的辅助下,这可能需要高速宽带和低延迟。因此,该应用可能会通过广域网而不是直接的V2X毗邻,因此路边网络(roadside networks)需要变得更快、更壮大。

6.确保网络联通

可靠性是自动驾驶应用的一个主要关注点,由于信号丢失或驾驶辅助应用失控都可能会影响驾驶平安。辅助确保性能和可用性的一个主要5G改善是网络切片,它将允许移动运营商通过向应用程序分配虚拟化网络资源来为其设置特定的服务质量(QOS)。由于该平安要求,自动驾驶应用程序可以被分配比其他网络应用程序更高的优先级。

5GAA的Flament说,在未来5年内,自主驾驶服务若是需要5G网络上有保障的QOS,它们可能会使用通用网络切片,就像运行在共享边缘服务器上的其他应用程序所使用的网络切片一样。这种边缘盘算基础设施,连同网络切片,将首先部署在麋集的都会区域。稍后,当5G进入这些区域以外的高速公路时,若是门路运营商要求,运营商可以为自动驾驶车辆建立专门的网络切片。

7.可靠性挑战

Tolaga Research的剖析师Philip Marshall以为,网络切片是一个最先,但要使5G网络足够可靠,以支持自动驾驶将是一项艰难的义务。实现较低的平均延迟不足以支持像驾驶这样的义务要害型应用程序。我们需要的是连续的低延迟。他说,这将需要比一些人预期的更高的网络密度。

他还说,大规模实行网络切片可能需要几年时间。为了在不为优先应用程序构建单独基础设施的情形下取得功效,需要对网络焦点和RAN举行虚拟化。他说,要在开放的门路上使用网络切片手艺实现自动驾驶应用,运营商首先必须在广漠的区域内转换为云盘算RAN架构,而现在这样做还为时过早。Marshall还以为:“网络切片将与没有广域要求的应用程序一起孵化。……实验在广域5G网络环境中实现网络切片是疯狂的。”

8.谁该为网络失败卖力

爱立信的Herlitz说,当5G网络最先支持自动驾驶时,网络正常运行时间将成为一个更大的问题,特别是对物流和废物治理公司等企业客户来说。

这些客户将需要服务水平协议(SLA)比现在提供的任何东西更好,特别是关于停机问题。在这种情形下,移动运营商将需要融入客户的营业中,由手艺人员在现场立刻解决影响网络可用性的问题。他说,当客户的焦点营业依赖于机器人卡车时,48小时不提供服务的成本将高得惊人。

现在,汽车供应商大陆团体展示了一种辅助车辆预防上述问题的系统。该公司称,展望性毗邻“行使网络性能的历史信息和车辆门路的展望来判断车辆可能在哪些地方超出笼罩局限。然后,汽车可以切换到差别的网络,优先使用正在使用的应用程序,甚至可以切换到故障转移模式,在这种模式下,它依赖于内置的传感器和盘算能力。”

至于移动运营商、汽车制造商、应用程序提供商或其他实体是否会对依赖网络的自动驾驶应用程序失败卖力,Herlitz和其他人示意,现在还为时过早。纵然没有网络因素,涉及自动驾驶的交通事故责任已经是一个远未解决的热门话题。

9.设置时间表

将5G和自动驾驶汽车结合起来,将涉及网络和汽车领域多方气力的多项艰难的手艺义务。Flament示意,5GAA正在与网络供应商和汽车制造商互助,以集中他们的时间设计,这样无论是汽车照样网络都不会被困在守候之中。

Flament以为,虽然首批5G调制解调器应该在2022年最先泛起在新车上,但支持URLLC和新的高频无线电的调制解调器可能要到2025年才会泛起。同时,在2025年左右,5G基础设施才能与这些调制解调器举行通讯,以实现自动驾驶。他还说,新一代的车间通讯(V2V)可以让车辆共享更多的数据,加倍可靠,更好地支持自动驾驶,可能会在同一时间到来。

随着5G将移动网络的角色从主要的消费者语音和数据服务扩展到新兴的要害义务(如自动驾驶),网络需求不停增进,基础设施变得加倍庞大。虽然5G和自动驾驶的门路图仍在制订中,但5G显然有可能推动汽车自动化的生长。

10.面向未来的C-V2X

5G在车辆自动化方面的一些应用可能会对运营商的网络提出新的要求,而其他功效则将使用车辆、门路基础设施和行人装备之间的直接毗邻。

高通、宝马、福特等公司正致力于将蜂窝汽车通讯(C-V2X)扩展到5G之上。这项手艺现在正在4G无线网络上测试,是基于IEEE802.11p无线局域网尺度的V2X系统的蜂窝替代品,包罗直接短程通讯(DSRC)。

两个系统都允许网联汽车和其他门路使用者举行通讯,纵然在蜂窝网络笼罩微弱或不存在的情形下。它们有多种操作模式,旨在使联网的人类人驾驶汽车,以及厥后的自动驾驶汽车更平安地协同事情。

例如,自动驾驶汽车可以相互忠告前方的障碍物,如修建区或停滞不前的汽车。交通讯号灯可以将其状态见告自动驾驶汽车,并对其转变举行计时,以改善交通模式。急救车可能会迫使自动驾驶汽车在经过时靠边停车。行人口袋里的V2X智能手机可以在行人过街时通知汽车。路边信标可以向过往的汽车发送交通、天气信息,以及实时高清舆图。

支持者说C-V2X比802.11p具有更长的局限和更高的可靠性,加上5G的演进,它还可以搭载用于娱乐、信息和诊断的车载调制解调器。

高通公司称,针对3GPP 5G尺度第16版的增强将允许C-V2X的延迟小于1毫秒。但美国和欧盟仍在权衡授权或认可哪种手艺。

据5GAA称,C-V2X可以在不受拥塞的情形下实现连续的低延迟。高通公司示意,该系统可以凭据详细实行提供4毫秒或更低的延迟。为了知足延迟要求,该系统可以使用确定性的资源调剂,在多辆车共享的频谱局限内优化分配资源。

虽然C-V2X有一种模式,可以通过蜂窝网络上的基站治理车辆之间的直接链路,但它也允许车载无线电自行治理。无需通过运营商的网络向云端发送数据包,低延迟更容易实现。

李鑫

(参考信息:lightreading 原作者:Stephen Lawson)

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