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前言
随着汽车工业程度飞速发展，以及 IoT、5G、V2X 等信息通信技术的倒退演进，通过汽车的智能化、网联化降级为公众带来更智能、更便捷的驾乘体验，成为汽车行业的发展趋势，主动驾驶、智能网联汽车成为行业热点。近年来，我国陆续颁布数字交通、交通强国等政策，「车路协同」成为智能汽车与智慧交通行业热门高频词汇。
车路协同即 IVICS（Intelligent Vehicle Infrastructure Cooperative System）或 CVIS（Cooperative Vehicle-Infrastructure System），是智能交通运输零碎（ITS）的重要子系统，交融了 V2X 通信技术、多源传感技术、云计算、边缘计算、交通管制等技术的综合技术体系及零碎，总体目标是把握交通状况、实现车路云信息交互，晋升交通安全、效率及服务。
依附车路协同系统对车辆提供感知辅助及协同管制，可能晋升主动驾驶安全性，升高主动驾驶单车老本，被认为是实现全场景主动驾驶的技术门路。同时，车路云的数据交互也是智慧交通实现智能路况综合感知、动静协同交通管制等外围利用的重要根底。
车路协同零碎的倒退现状及趋势
标准化与示范试点并进，中国式技术架构逐步形成
车路协同技术倒退是国家交通强国策略引领，交通部、工信部等多个部委都继续公布政策落实推动我国汽车及公路向数字化、网联化、智能化方向疾速倒退。
我国车路协同目前正处于从测试示范到商业落地的过渡阶段。基于 C-V2X 的车路协同零碎是汽车、通信、交通、人工智能等多个技术交融倒退的畛域，标准化及测试示范是其倒退初期重要一环。2017 年 3GPP 公布了第一代 C-V2X 规范后，在政策推动下，我国积极开展了车路协同标准化建设。从 2017 年首个国家级示范区无锡国家智能交通综合测试基地落地，截至 2022 年 3 月，依据相干统计，我国在城市关闭或凋谢路线环境共建设国家级车路协同示范区 / 测试基地 10 个，中央级车路协同示范区 / 测试基地 34 个；在高速公路场景下，也有超 6000 公里高速公路曾经或将要在其局部路段发展车路协同翻新示范工作。标准化和测试示范互相促进独特倒退的状况下，中国式车路协同技术架构逐步形成。
车路协同云控平台成为系统核心
随着越来越多的车路协同示范我的项目在全国落地，车路协同示范零碎典型的建设计划也根本造成，零碎通常分为端侧、网络和云端三个档次发展建设。
路侧零碎通常由路侧单元（RSU）、路侧感知设施、路侧计算单元（MEC）、智能交通设施（红绿灯、智能路牌等）组成：
- 路侧单元 RSU 是部署在路侧的 C-V2X 通信网关设施，可连贯路侧各类设施、传感器以及车辆；
- 路侧能感知设施次要包含路侧视频监控设施、路侧激光雷达、路侧毫米波雷达、微环境气象监测站等感知设施。
- 路侧边缘计算设施是边缘侧的本地计算节点，通常搭载交融感知算法能解决感知设施的原始数据输入结构化分析后果，包含全量的交通参与者信息、交通事件信息以及交通流量信息。
依据《车路协同云控根底平台第 1 局部：通用要求》征求意见稿的定义，「云控根底平台」是指服务于车路协同业务的根底平台零碎，具备根本的实时信息交融与共享、实时计算编排、智能利用编排、大数据分析、信息安全等基础性服务能力，可为智能汽车、治理及服务机构、终端用户提供辅助驾驶、主动驾驶、交通运输平安、交通管理等协同利用和数据服务提供根底撑持。能够看出，车路协同云控平台是零碎中实现数据端到端流转的数据外围，是驱动各项具体性能业务的业务外围。
具体到示范我的项目中，云控平台的建设，须要通过对立接入实现车侧、路侧、环境等交通全因素感知数据汇聚，引入交通流状态、交通事件、路线气象环境、路线基础设施状态等监测信息，对数据进行整合剖析，造成合乎 V2X 音讯规范的利用场景业务音讯，并实时向车端及路侧设施下发业务音讯，从而撑持多样化利用实现，是整个零碎的数据中枢和业务外围。
目前的车路协同云控平台建设计划中，次要蕴含数据模块、V2X 音讯转发、云控可视化、运维治理等功能模块：
- 数据模块提供数据对立接入、数据分析、鉴权认证等数据根底能力；
- V2X 音讯转发模块次要负责 V2X 音讯解决、V2X 音讯转发、业务音讯配置等外围性能，满足车路协同 V2X 国标音讯高并发转发需要；
- 云控可视化模块通常会联合高精度地图实先数据可视化、数字孪生、电子地图、车辆轨迹追踪、事件监控、设施状态监控等外围性能；
- 运维治理模块包含根底治理配置、设施运行监控、运维核心及电子地图等性能。
多级云控、云边协同是将来技术趋势
目前示范区建设项目中，通常单个我的项目建设一个车路协同云控平台，我的项目区域内所有数据接入、业务解决都由这个车路协同云控平台负责实现。将来面向规模化商用，车路协同的建设必然会向着城市化倒退，车路云一体化中国计划将向着「分层解耦、跨域共用」两大技术特色演进，建设多级云控平台实现业务分层解耦，同时又能实现数据和能力的跨域共用是将来云控平台趋势。
将来的车路协同云控平台将由边缘云、区域云与核心云三级组成，由边到云，三级平台提供的服务实时性要求逐层升高，服务范畴逐级扩充。边缘云可能会部署于运营商区县级的机房，通过对立接入网关就近接入路侧设施与车端设施数据，并负责面向车路协同主动驾驶提供感知辅助、平安告警等实时性强的利用根底服务；区域云次要负责撑持面向智慧交通管理、公共交通、出行服务等弱实时性服务；核心云则会面向更大范畴的业务，例如经营注册治理、宏观数据分析等。
另一大趋势是云端对路侧边缘端的治理协同，路侧计算单元输入的路侧数据是云控性能和利用场景的原材料，将来云端须要可能对其输入数据进行灵便的调整以适应不同路口不同的利用场景需要，同时可能实现路侧计算单元数据分析算法的下发更新，加强零碎可拓展性。
多级云控、云边协同在目前曾经呈现在一些城市级示范试点我的项目布局计划中，但仍需产业链协同解决诸多问题实现落地验证。
丰盛利用、摸索商业化成为行业倒退要害
车路协同通过技术概念探讨、利用场景摸索、试点示范建设几个阶段，尽管示范试点成绩显著、产业链曾经造成，但如何实现商业闭环及体现建设成绩的价值，仍是将来车路协同行业须要独特面对和摸索的问题。将来的车路协同零碎，须要更加重视以数据为外围，深挖场景深度，拓宽利用广度，摸索商业模式。
- 面向车路协同主动驾驶，须要加深路侧感知的精度、晋升主动驾驶车辆对路云感知辅助的信赖，做深单车主动驾驶痛点场景；
- 面向智慧交通管理，基于「数据根底 + 平台能力」，通过路网全因素数字化实现全息感知、智慧认知、辅助决策、交通评估，晋升管理效率，减少运管伎俩，实现智慧交通；
- 面向公共交通出行，为公众提供高效便捷的公共交通出行服务，为公共交通运输提供车路协同应用服务，使得示范区价值更贴合公众理论需要的体现；
- 面向主动驾驶，通过刚需利用与车辆深度绑定，通过无人公交、无人出租车等场景摸索商业化。
车路协同云控平台建设面临的挑战
依据《车路协同云控根底平台第 1 局部：通用要求》，云控根底平台根底能力次要分为：资源连贯、数据处理和数据共享。
- 资源连贯层负责与车辆、路侧边缘计算单元、路侧通信单元以及内部数据源进行对接，包含接入治理性能和数据采集性能；
- 数据处理层次要提供对各类数据的初步荡涤、存储，并将数据与主题相关联，使数据进入相应的主题数据库；
- 数据共享层次要提供物理数据、能力数据、用户数据等相干的主题数据库，供数据分析层调用。
这些能力要求，在将来大规模建设、商业化提速的新阶段，对云控根底平台的构建提出了诸多挑战。
海量设施的高并发、高牢靠、低时延连贯
将来车路协同零碎中，云控平台须要接入包含路侧感知设施、路侧计算单元、路侧通信单元以及车载通信单元在内的大量设施。另外，车路协同场利用场景 20-100ms 的利用时延要求，也对高并发连贯后音讯吞吐的性能提出极高挑战。
路侧感知数据的归一化治理
目前行业内路侧计算单元构化感知后果的输入，尚未造成统一标准，不同厂商的路侧计算单元输入格局往往存在差别，尤其在一些多厂商设施分区域部署的我的项目中，如何在数据接入层面就解决路侧数据的归一化治理、存储，往往是我的项目中云控平台会遇到的难题。
海量流式数据的计算、存储、散发
车路协同每种设施的多种类型数据都以 1-10Hz 的频率上传，云控根底平台须要对一直流入的动静数据流进行实时处理，并向车端实时下发后果、向云端其余利用散发、长久化用于后续剖析展现等。而以后根本的计划都要波及多个分布式组件，极大减少了云控平台的开发难度、运维难度及可靠性。
高效灵便的数据分类管理及拜访管控
在多路口、多设施、多数据类型的将来车路协同理论落地零碎中，路侧感知结构化数据、云控平台生成的 V2X 利用音讯通常须要依照音讯类型、路口、设施、厂商等维度进行高效的数据隔离治理、访问控制，以不便下级利用灵便地提取数据数据，这对利用场景的实现、平台性能的实现至关重要。
大量设施及数据的高效运维治理
车路协同系统对业务利用的稳定性、连续性有高要求，云控平台须要对设施在线状态、数据流入流出状态进行全局监控。我的项目中有的路侧设施不反对间接上报状态，平台在设施及数据的实时监管、零碎问题排查方面存在艰难，平台和设施间须要额定协商和开发相干协定又会减少两侧的工作量。
设施接入平安保障
车路协同零碎波及道路交通信息、车辆信息甚至交通及车辆的管制，信息安全至关重要，设施接入云控平台之前，在保障通道平安的根底上，云控平台也须要通过设施秘钥、证书、身份认证等伎俩保障系统入口平安。
EMQ 物联网数据基础设施助力云控平台构建
MQTT 在车路协同的利用劣势
在车路协同零碎中，路侧上传的数据以及车路云交互的 V2X 音讯均为结构化数据，数据量通常在 1-5KB 左右，单条数据不大，但频率高、数量多。多个不同的零碎利用可能会须要依照音讯类型、路口、设施、厂商等不同维度对同一设施上传的数据进行生产取用，反向往往也须要依照路口维度将不同 V2X 利用音讯下发给多个设施。
MQTT 是基于公布 / 订阅模式的物联网通信协议，提供灵便的多级主题定义，反对基于主题的灵便订阅公布，报文结构紧凑且 Payload 格局灵便，提供三种可选的 QoS 等级，提供在线状态感知及会话放弃能力，这些特点可能很好地满足车路协同零碎需要，为云控根底平台及其利用实现带来很多便当。因而，尽管规范层面并未规定 TCP 之上须要应用 MQTT 协定，但越来越多的车路协同示范我的项目以及一些 V2X 开源架构我的项目中，MQTT 协定曾经成为次要的车云间、路云间交互协定。
面向典型车路协同零碎的解决方案架构
车路协同属于多畛域穿插行业，产业链波及车路协同通信模组、路侧及车端通信设施、路侧感知设施、路侧计算单元设施、通信网络、云控平台零碎以及车端主动驾驶零碎，我的项目建设中也须要产业链各方通力合作。EMQ 可为车路协同产业链提供车路协同云控根底平台资源连贯、数据接入层根底软件以及数据「采集 - 挪动 - 传递 - 对接」的整体解决方案，基于自研产品为客户打造残缺的云控物联基础架构，助力疾速构建云控平台。
EMQ 车路协同整体解决方案以基于 MQTT 音讯采集和传递框架为外围，联合分布式 MQTT 音讯服务器 EMQX 和翻新的流解决数据库 HStreamDB 打造零碎数据中枢，解决车路数据采集、汇聚、传递、计算、存储及治理等方面诸多挑战，让客户可基于此架构疾速构建车路协同云控平台的资源连贯层、数据处理层，并实现这两层与数据共享层的连接。
其中，作为基于 MQTT 协定规范的云原生分布式物联网接入平台，EMQX 为实现车路协同高性能、高牢靠的实时数据采集、挪动、解决和集成提供能源：
- 多协定设施接入能力：除了反对 MQTT 3.1/3.1.1/5.0，同时反对 LwM2M、CoAP、MQTT-SN 或 TCP/UDP 公有协定接入，反对车载通信单元通过 MQTT 或 JT-808/GBT-32960 车联网业余协定接入，能适应我的项目中不同的设施协定，实现全量设施对立接入。
- 千万级并发连贯、百万级数据吞吐、毫秒级实时音讯路由：基于高可用、分布式集群架构，反对百万到亿级海量并发连贯、毫秒级软实时音讯路由、百万级 TPS 数据吞吐，满足城市级规模车路零碎在「路侧 - 云端 - 车端」之间的双向挪动。
- 弱小规定引擎实现接入数据预处理归一化：提供内置的规定引擎，在接管车路设施数据后，通过 SQL 语句低代码模式就能够创立规定将来自不同设施、构造有差别的感知数据进行实时数据编解码、筛选、聚合、模板归一化，再依据不同利用需要，将解决数据零代码、高性能桥接集成到多种音讯队列及 SQL / NoSQL / 时序列数据库。
- 多种接入认证保障系统安全：反对 TLS/SSL（蕴含国密算法）双向认证、内置 / 外置账密数据库源认证、一机一密计划适配，以及扩大与第三方 C-V2X CA 认证平台进行认证对接。
- 反对灵便的音讯散发及管控：通过 MQTT 基于主题的公布 / 订阅模式进行消息传递，可能反对车路数据依照类型、所属路口、设施厂商等多维度进行灵便分类和路由转发，访问控制机制可能对不同终端进行信息公布和订阅的权限管制，不便下层利用调用数据和治理数据。
- 提供丰盛的 API 供下层利用平台集成：V2X 音讯转发模块能够通过音讯公布、主题订阅等接口基于 EMQX 弱小性能实现 V2X 音讯高并发转发；数据监控利用可通过 API 获取连接数、订阅数、音讯流量监控，运维治理可通过高低线音讯告诉实时把握设施运行状况。
作为首个专为流数据设计的「流原生数据库」，HStreamDB 可能对 EMQX 输出的数据进行高效存储、治理、动静实时剖析：
- 轻松反对存储和治理大规模的数据流，数据以流为单位进行组织和拜访，在大量数据流并发读写的状况下依然可能保持稳定的读写提早。
- 残缺的基于事件工夫的状态化解决计划，反对过滤、转换、聚合以及基于多种工夫窗口的计算，同时也反对乱序和晚到音讯的非凡解决，保障 V2X 业务数据计算结果的准确性、稳定性。
- 轻松灵便的数据集成，提供了多种罕用上下游服务和数据系统对接，不便用户和内部数据系统进行集成开发利用。
赋能云控平台要害业务场景
在典型车路协同零碎架构中，边缘计算单元会上传传感剖析结构化数据，次要包含交通参与者感知数据、交通流数据、交通事件数据，这些数据通常为大小在 3-5KB、频率为 1 或 10Hz 的结构化数据。每个路口的边缘计算设施通过 MQTT 协定可将数据推送到对应路口编号与设施编号所标识的 MQTT Topic，借助 EMQX 高并发能力以及 MQTT 的订阅公布模式，能对示范区域内各路口的感知数据实现接入汇聚。EMQX 弱小的内置规定引擎可能对数据接入进行编解码、筛选、对立格局等解决，再将数据桥接到 HStreamDB 或其余数据队列、数据库进行存储或进一步计算。云控平台下层用于零碎能够对数据进行生产，并调用 EMQX 丰盛的 API，疾速实现相干业务。
V2X 音讯生成和下发
V2X 音讯生成和下发负责将路侧交通状况、交通事件等数据与车辆上报的根本信息进行剖析、匹配、下发，借助 5G Uu 空口实现告警、交通信息、服务信息向车端的传递推送，也能够先发送到对应路口 RSU，再由 RSU 在路口区域内播送公布。该模块能够从 HStreamDB 中实时生产路侧上传的交通参与者感知数据、交通流数据、交通事件数据，依据 V2X 国标音讯格局生成行人地位信息 RSM、拥挤揭示 RSI 音讯、事变告警 RSI 等利用场景音讯，并综合每个路口 MAP 地图音讯中的地理信息、事件的地位信息、车载 OBU 上传的 BSM 音讯中车辆地位信息进行匹配、剖析，决策出每个音讯下发的指标。再通过调用 EMQX 音讯订阅公布能力将利用场景音讯下发给相应的车载 OBU。OBU 解析音讯内容，通过车上的人机交互设施实现信息内容的传递实现辅助驾驶，或将传递信息内容给主动驾驶计算零碎实现感知辅助。
云控可视化
云控可视化性能通常基于电子地图或高精度地图实现交通元素孪生展现、云控事件告警、大数据分析、数据看板，该功能模块能够从 HStreamDB 中实时生产路侧上传的交通参与者数据，叠加在高精度地图或三维建模环境中，实现交通全因素的动静精准孪生再现；也能够实时生产各类交通事件 RSI 音讯，造成交通事件在高精地图的实时告警、利用场景在示范区域的散布状况统计等；或其从 HStreamDB 或其对接的其余数据库中拿取长久化的历史数据，用作大数据分析，实现历史交通流量剖析、历史数据查问、轨迹回溯等业务。云控模块还能够调用 EMQX 丰盛的音讯吞吐统计 API，轻松实现云控平台上下行音讯统计、不同工夫维度的音讯吞吐统计展现。
另外，客户端高低线事件告诉、客户端详细信息查问 API 等，能够撑持云控平台设施状态监管、路侧设施注册治理、车辆注册治理等运维治理性能。
在不同我的项目中，EMQ 的云控基础设施解决方案可能依据客户需要适配物理机、容器 /K8S、公有云、混合云及私有云多种部署形式，与客户利用零碎部署在同一环境中，帮忙客户疾速实现不同我的项目中异厂商设施数据对立接入、汇聚和挪动，疾速搭建高性能、高牢靠、多功能的车路协同云控平台。
赋能将来「多级云控、云边协同」
将来的车路协同云控平台「逻辑协同、物理扩散」的多级分层架构，边缘云在实现接入路侧及车端设施数据挪动的同时，也须要边缘云与边缘云之间实现数据交互以保障应用服务的连续性，区域云和核心云须要从边缘云同步接入或解决生成的要害数据，这些都对云控根底平台接入、挪动能力提出了更高的挑战。
EMQX 具备灵便的数据桥接能力，当作为云控根底平台的接入平台时，可能连贯部署在其余区域及云端的其余多个 EMQX 或者其余 MQTT 消息中间件，反对设定规定把指定主题的音讯转发至桥接节点，桥接节点收到音讯后在本节点 / 集群中转发该音讯。三级云控往往部署在不同环境的云资源上，EMQX 反对跨 VPC 部署，进步整个三级架构的笼罩能力；反对异构节点桥接，如果其余边缘云或区域云采纳一些应用其余协定的音讯服务作为数据接入网关，如果有协定适配器，也能够通过桥接转发音讯过来。
在云边协同方面，EMQ 提供边缘流数据计算引擎 eKuiper 以及云边协同治理模块。eKuiper 可能部署在路侧边缘计算单元，对路侧计算单元输入的路侧感知后果进行云端所配置的数据聚合、数据计算、数据筛选数据处理规定，以适应不同路口不同的利用场景需要。同时能集成机器学习深度学习等算法框架，配合云边治理及影子服务性能，实现云端算法向路侧计算单元的近程下发、异步下发，作为将来路侧算法降级及利用扩大的通道，加强零碎的可拓展性。
将来瞻望
车路协同畛域是智慧交通、智能网联汽车及智慧城市交融的新型行业。EMQ 多年来也在与中国移动等客户独特积极探索车路协同试点示范的落地。目前，基于面向车路云一体化云控基础设施解决方案已被使用到重庆、厦门等地的国家级或地区级车路协同示范我的项目中，为车路协同云控平台提供车路数据采集、汇聚、传递、计算、存储及治理等方面能力反对。例如重庆两江协同翻新区车路协同二期我的项目，EMQ 的车路协同解决方案助力中国移动上海产业研究院实现了车 - 路 - 云数据连贯，撑持客户构建了示范区 5G 时空信息车路协同服务平台。
将来，EMQ 将和合作伙伴独特摸索下一阶段车路协同技术架构演进以及大规模商业化利用。
推动流式数据库在车路协同的利用
依靠「流原生数据库」HSreamDB 的大规模数据流计算、存储及治理能力，逐渐试点优化目前车路云控平台针对海量流数据处理和存储而采纳的多个分布式组件集成的解决方案，升高云控平台业务利用构建难度，晋升系统可靠性及运维效率。
推动「多级云控、云边协同」架构的落地及演进
「边缘 - 区域 - 核心」三级式分层的车路协同云控平台架构，是撑持车路协同走向大规模商业化阶段的重要技术门路。EMQ 将联合本身产品云边协同布局以及多级协同的产品能力，与云控平台建设摸索多级云控平台的实现，与路侧边缘计算单元提供商独特摸索基于云边协同的灵便边缘计算、算法更新等利用场景的打造，推动「多级云控、云边协同」架构的落地验证及后续演进摸索。
摸索翻新技术计划
摸索 MQTT over QUIC 技术在车路协同零碎的利用。QUIC 是下一代互联网协议 HTTP/3 的底层传输协定，致力解决弱网络、频切换、易拥塞等问题。EMQ 正踊跃推动 MQTT over QUIC 的标准化落地，同时联合 5G 网络摸索实现车路协同所需的全场景低时延、高牢靠传输。
促成车与路进一步加深协同
EMQ 产品在路侧设施与云端互联、车联网车机与云端连贯两方面都有丰盛服务和零碎建设教训，EMQ 将进一步将数据连贯能力延长至生态连贯、利用连贯，协同车辆主机厂、路侧设施供应商、云控平台建设方独特摸索车与路之间更严密的协同，造成可落地、有价值的商业化利用场景。
版权申明：本文为 EMQ 原创，转载请注明出处。
原文链接：https://www.emqx.com/zh/blog/emq-application-practice-in-vehicle-road-collaboration
