愛立信移動市場報告：借助5G遠(yuǎn)程操控車輛

不久的將來，城市街道上將隨處可見無人駕駛公交車的身影。要想將自動駕駛公交車引入到公共交通系統(tǒng)中，關(guān)鍵是要開發(fā)出能夠保障安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。

雖然自動駕駛車輛將會掀起一場公共交通革命，但其安全性卻飽受質(zhì)疑。為此，有人提出采用遠(yuǎn)程操控安全機(jī)制，讓駕駛員從遠(yuǎn)端監(jiān)視公交車并在必要時進(jìn)行操控。駕駛員通過監(jiān)控屏幕來查看公交車的運(yùn)行情況并在必要時進(jìn)行手動干預(yù)，這樣將有助于公眾接受自動駕駛。

遠(yuǎn)程操控對網(wǎng)絡(luò)提出了諸多要求，包括廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、高速率、低時延，以便操控中心與車輛之間能夠連續(xù)收發(fā)視頻流與命令。5G將為遙控系統(tǒng)帶來諸多好處，包括允許優(yōu)先配置重要服務(wù)的核心網(wǎng)切片技術(shù)以及能夠通過超低時延和波束賦形來滿足高吞吐量和大容量需求的無線接入技術(shù)等。

Scania在其位于瑞典的總部構(gòu)建了一個5G概念驗(yàn)證測試網(wǎng)，專用于從車輛操控中心遙控公交車。該網(wǎng)絡(luò)聚焦兩個重要方面：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體響應(yīng)時間以及配置優(yōu)先網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需的自動化工具。[1]

測試期間，一名遠(yuǎn)程駕駛員駕駛公交車在測試軌道上行駛并往返于停車場之間。公交車中的傳感器數(shù)據(jù)（包括高清視頻流）將借助LTE無線接入技術(shù)，通過5G演進(jìn)核心網(wǎng)傳輸?shù)竭b控中心。測試臺具有自動服務(wù)訂購和開通功能，允許設(shè)置或取消網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)先分配給遠(yuǎn)程監(jiān)視與操控系統(tǒng)。

隔離并測量影響系統(tǒng)響應(yīng)時間的因素

主要目標(biāo)是隔離并測量影響遙控系統(tǒng)響應(yīng)時間的各類因素，包括網(wǎng)絡(luò)時延。響應(yīng)時間以毫（ms）為單位進(jìn)行測量，例如，從遠(yuǎn)程駕駛員發(fā)現(xiàn)道路上的障礙物并遙控剎車之刻起，到駕駛員通過視頻看到操縱結(jié)果（公交車減速）之刻止，中間經(jīng)過的這段時間。Scania在測試期間所測得的系統(tǒng)總響應(yīng)時間大約是185毫秒。影響響應(yīng)時間及其波動的最重要的因素是機(jī)械時延（控制公交車的物理致動器），其次是視頻處理時延，最后是網(wǎng)絡(luò)時延（往返時延 RTT）。

網(wǎng)絡(luò)RTT在測試期間基本保持在50毫秒以下，盡管某些測試路段因障礙物問題而高于該值。此外，公司還測量了對遙控至關(guān)重要的上行鏈路吞吐量。在網(wǎng)絡(luò)信號良好的區(qū)域內(nèi)，上行鏈路吞吐量在10-20Mbps之間。

縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間

目前，正在改進(jìn)影響系統(tǒng)響應(yīng)時間的各個方面，現(xiàn)已通過5G無線接入網(wǎng)絡(luò)顯著縮短了網(wǎng)絡(luò)時延，將網(wǎng)絡(luò)RTT降至4毫秒以下，并通過采用最先進(jìn)的編解碼器和自適應(yīng)流傳輸機(jī)制不斷縮短視頻編解碼造成的延遲。機(jī)械時延也會隨著為自動駕駛車型的出現(xiàn)而降低，畢竟現(xiàn)有的測試車輛都是由普通車型改造的。

自動的網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)先級分配

車輛遠(yuǎn)程操控中心必須能在需要操控車輛時通過移動電信運(yùn)營商的服務(wù)訂購API得到優(yōu)先分配的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。在測試床中，使用了基于開放移動聯(lián)盟候選標(biāo)準(zhǔn)的接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)先級分配。

研究概念車

除了Scania的項目，愛立信還在2017年巴展上演示了如何遠(yuǎn)程操控由瑞典皇家理工學(xué)院聯(lián)合交通研究室定制開發(fā)和構(gòu)建的研究概念車（RCV）。本次演示所使用的5G無線測試床采用15GHz載波頻率，可為在同一小區(qū)內(nèi)遙控多臺車輛提供足夠帶寬。本次演示采用波束賦形技術(shù)在15GHz載頻上交付吞吐量；也就是說，跟蹤移動車輛，集中無線資源以取得最佳效果。5G無線接入網(wǎng)絡(luò)的低時延優(yōu)勢導(dǎo)致RTT降至小于4毫秒。

遙控公交車和研究概念車的出現(xiàn)正在推動安全的自主車輛成為現(xiàn)實(shí)。此外，從這些活動中獲得的經(jīng)驗(yàn)也可應(yīng)用到需要高上行鏈路吞吐量、低網(wǎng)絡(luò)時延和自動服務(wù)配置的其他工業(yè)用例之中。

測試床和測試方法

1．測試床網(wǎng)絡(luò)

Scania測試床網(wǎng)絡(luò)使用頻段40（2.3GHz TDD）上的LTE無線接入網(wǎng)絡(luò)為公交車提供數(shù)據(jù)連接，并在遠(yuǎn)程操控公交車與網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)之間測量吞吐量和RTT。RTT是指數(shù)據(jù)沿著無線和網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑（同時包括上行鏈路和下行鏈路）從遠(yuǎn)程操控中心傳輸?shù)杰囕v、再從車輛返回至遠(yuǎn)程操控中心所經(jīng)過的時間。RTT測量結(jié)果每秒收集1次，因此，這次測試共從測試軌道的不同區(qū)域收集到數(shù)百個測量值。

2．視頻鏈路

公交車前面的單攝像頭需要8Mbps的上行鏈路吞吐量才能從公交車向操控中心傳輸每秒60幀的1080p視頻流。工業(yè)化解決方案中將包括用于從公交車的前面、后面和側(cè)面捕獲視頻的攝像頭，按當(dāng)前的編解碼器大約需要24Mbps帶寬。視頻延遲的測量工具是兩個GPS同步時鐘。每個時鐘均通過一行LED以二進(jìn)制格式來顯示時間，精確度可在一毫秒之內(nèi)。其中一個時鐘安裝在公交車內(nèi)，攝像頭可以拍到，另一個則與控制中心的視頻顯示器相連接。以一秒為時間間隔對兩個時鐘進(jìn)行拍照，二者間的時差即為測得的高精準(zhǔn)視頻時延。

3．機(jī)械控制

經(jīng)過優(yōu)化處理的設(shè)備可將遠(yuǎn)程操控時延縮短到1毫秒以下，并顯著縮短包括機(jī)械控制在內(nèi)的車輛延遲。

4．自動的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)優(yōu)先級配置

云托管應(yīng)用功能（AF）可在車輛與5G演進(jìn)分組核心網(wǎng)（EPC）之間動態(tài)建立具有指定時延級別和吞吐量保證等特定服務(wù)質(zhì)量屬性的虛擬連接。這項應(yīng)用功能可通過API對第三方安全地開放。在這里描述的用例中，測試床正是使用這個API為需要遠(yuǎn)程操控員提供幫助的車輛設(shè)置了優(yōu)先虛擬連接。