合作式智能运输系统通信架构(下）

7 系统物理架构

7.1 合一部署场景

在规模较小时，ITS 各子系统的逻辑功能可以考虑合一部署。典型的合一部署场景为 ITS 通信站点、RSU、蜂窝无线基站、ESU 等可考虑合一部署在同一物理位置，实现局部边缘业务的集中处理。这里 ESU和 CSU 根据业务需求也可合一部署。当合一部署时，接口变为内部接口。

7.2 分开部署场景

在规模较大时，中心子系统 CSU 和 ESU 可采用云计算部署如图 12 所示，中心子系统可基于边缘云和中心云部署方式。

边缘云应实现 ESU 的功能，可部署在 MEC，实现局部区域的感知、规划和调度；中心云应实现 CSU的功能，进行全局智能分析调度。中心云和边缘云的部署方式见图 12。

云架构见图 13。

基于云架构：

●  中心云可包含中心服务单元（CSU）。CSU可负责协调ITS管理范围内涉及全局交通活动的交通服务单元，基于全局车路数据的聚合、分析和控制，支持全局范围内时延相对不敏感的智能交通应用。CSU宜实现全局动态路径规划，应用、环境，设施及能源等的全局管理；实现资源的全局实时调度，车辆管理等；

●   边缘云可包含边缘服务单元（ESU）。ESU可负责协调ITS管理范围内局部区域交通活动的交通服务单元，基于局部车路数据的聚合、分析和控制，支持局域范围内时延相对敏感的智能交通应用。ESU宜负责局部的应用、环境，设施及能源等的管理；实现车辆行驶风险分析、车道级路径规划、高精度地图，确保车辆行驶过程中业务连续，编队管理等。

附 录 A （规范性附录） 基于地理的ITS应用通信机制

ITS 应用和地理位置密切相关，基于地理信息可将 ITS 应用实施的范围划分为多个交通服务区域，并结合移动车辆的位置实现准确的通信和协同。每个交通服务区域宜设置一个 ESU，ESU 依据交通应用服务协调该管辖区域内各交通参与者，如车辆，行人，交通信号机等。CSU 应负责协调全局的交通活动，协调跨多个 ESU 之间的交通活动。

交通应用针对特定的交通场景（例如交通信号通知、紧急车辆提示、盲区物体告警等），以交通应用类型表示。交通参与者的服务请求触发交通应用，并成为应用服务对象。ESU 应与各交通参与者交互，为应用服务对象传递交通控制和数据信息（例如交通信号相位、紧急车辆位置、盲区物体分布等）。

为了支持复杂的 ITS 应用和减少系统资源消耗，应确定交通应用交互涉及的信息源和交通参与者的位置。因此应先根据交通应用类型和应用服务对象的交通信息，确定对应交通场景涉及的地理区域，作为交通应用交互覆盖区域；再结合 ESU 服务区域确定相关的 ESU，并进一步在这些相关 ESU 服务区域中确定相关的交通参与者。基于 ITS 系统架构，基于地理位置路由的交通应用交互机制包括：

●  基于消息源（例如，交叉口交通信号）的位置信息，ESU 可根据覆盖区域的地理相关性判断，实现消息的跨 ESU 路由的有效发送；

●  基于消息目标（例如：移动车辆）的位置信息，ESU 可根据覆盖区域、子区域的地理相关性判断，实现消息的单播、组播和广播的有效发送。

A.1 典型组网

ITS 的典型组网架构包括 ESU 和 CSU 两个层级。ESU 应负责 ITS 服务范围局部区域的微观协调，CSU应负责 ITS 服务范围整体区域的宏观协调。

ESU 部署或变动时，可将自己的标识和服务区域通知相邻 ESU和 CSU。因此每个 ESU 了解本 ESU 和相邻 ESU 服务区域，CSU 了解所有 ESU 服务区域。典型组网方式见图 A.1

基于典型组网，结合 ESU 局部分布决策的高效性与 CSU 全局集中决策的统一性可确定交通应用交互相关的交通参与者，典型组网方式下的应用交互场景见图 A.2。

首先，在 ESU 1 服务区域中的某个交通场景下，当有业务需求可将应用服务对象的交通信息传递给其它相关交通参与者（例如交通信号通知应用以信号机为服务对象，将信号机相位信息通知附近车辆和行人），或者将其它相关交通参与者的交通信息传递给应用服务对象（例如盲区物体告警应用以车辆为服务对象，向车辆通知其盲区中其它物体的分布情况）时，相应的交通应用在 ESU 1 上被触发。

ESU 1 可先根据交通应用类型和应用服务对象的交通信息确定交通应用交互覆盖区域，通常以应用服务对象的当前位置为起点，根据交通应用类型对应的预设距离确定相应范围的地理区域作为交互覆盖区域（例如交通信号通知应用以信号机固定位置为起点、向信号机移动方向的 1 公里范围为交互覆盖区域，盲区物体告警应用以车辆移动位置为起点、不在车辆可观察方向的 100 米范围作为交互覆盖区域）。

ESU 1 再结合其所了解的本 ESU 和相邻 ESU 服务区域确定与交通应用交互相关的 ESU 以及交通参与者：

若交通应用交互覆盖区域与本 ESU 服务区域存在交叠，则确定 ESU 1 相关，确定预设时间内该交叠区域中的交通参与者相关，并与这些交通参与者进行交互，可将应用服务对象的交通信息发送给这些交通参与者，或将这些交通参与者的交通信息发送给应用服务对象；

●  若交通应用交互覆盖区域与相邻 ESU 2 服务区域不存在交叠，而与相邻 ESU 3 服务区域存在交叠，则确定 ESU 2 不相关，而 ESU 3 相关，应将交通应用类型和应用服务对象的交通信息等交通应用信息发送给 ESU 3 处理；

●  若交通应用交互覆盖区域超出了本 ESU 和相邻 ESU 服务区域，应确定非相邻 ESU 相关，应将交通应用类型和应用服务对象的交通信息等交通应用信息发送给 CSU 处理。

然后，当 CSU 收到 ESU 1 发送的交通应用信息时，相应的交通应用应在 CSU 上被触发。CSU 与 ESU 1同样应先确定交通应用交互覆盖区域，再结合其所了解的所有 ESU 服务区域确定与交通应用交互相关的ESU：若确定 ESU 1、ESU 3、ESU 4 相关，而 ESU 2 不相关，则传递交通应用信息给相关 ESU 时，不应再发送给 ESU 1 及其相邻 ESU 3，而只发送给其非相邻的 ESU 4 处理。

最终，当 ESU 3 收到 ESU 1 发送的、或 ESU 4 收到 CSU 发送的交通应用信息时，相应的交通应用应在 ESU 3 或 ESU 4 上被触发。ESU 3 或 ESU 4 与 ESU 1 同样在应本 ESU 服务区域中确定与交通应用交互相关的交通参与者，并与这些交通参与者进行交互传递交通信息。

A.2 简化组网

针对简化管理决策，在部署 ESU 和 CSU 两个层级的基础上，ESU 部署或变动时，应将自己的标识和服务区域通知 CSU。因此每个 ESU 只了解本 ESU 服务区域，CSU 了解所有 ESU 服务区域。简化组网见图A.3。

基于简化组网，采用 CSU 集中决策的机制确定交通应用交互相关的交通参与者，基于简化组网方式下的应用交互场景见图 A.4。

首先，当交通应用在 ESU 1 上被触发时，ESU 1 应先确定交通应用交互覆盖区域，再结合本 ESU 服务区域确定与交通应用交互相关的 ESU 以及交通参与者：

●  若交通应用交互覆盖区域与本 ESU 服务区域存在交叠，则确定 ESU 1 相关，应确定预设时间内该交叠区域中的交通参与者相关，并与这些交通参与者进行交互传递交通信息；

●  若交通应用交互覆盖区域超出了本 ESU 服务区域，则确定其它 ESU 相关，应将交通应用信息发送给 CSU 处理。

然后，当相应的交通应用在 CSU 上被触发时，CSU 与 ESU 1 同样应先确定交通应用交互覆盖区域，再结合其所了解的所有 ESU 服务区域确定与交通应用交互相关的 ESU：若确定 ESU 1、ESU 3、ESU 4 相关，而 ESU 2 不相关，则应传递交通应用信息给相关 ESU 时，不再发送给 ESU 1，而只发送给 ESU 3 和ESU 4 处理。

最终，当相应的交通应用在 ESU 3 或 ESU 4 上被触发时，ESU 3 或 ESU 4 与 ESU 1 同样在本 ESU 服务区域中确定与交通应用交互相关的交通参与者，并与这些交通参与者进行交互传递交通信息。

A.3 快捷组网

针对快速部署网络，在仅部署ESU而未部署CSU的前提下，ESU部署或变动时，应将自己的标识通知相邻ESU。因此每个ESU只了解本ESU服务区域，以及相邻ESU的存在。快捷组网方式见图A.5。

基于快捷组网，采用 ESU 分布决策的机制确定交通应用交互相关的交通参与者，基于简化组网方式下的应用交互场景见图 A.6。

首先，当交通应用在 ESU 1 上被触发时，ESU 1 先确定交通应用交互覆盖区域，再结合本 ESU 服务区域确定与交通应用交互相关的 ESU 以及交通参与者：

●  若交通应用交互覆盖区域与本 ESU 服务区域存在交叠，则确定 ESU 1 相关，应确定预设时间内该交叠区域中的交通参与者相关，并与这些交通参与者进行交互传递交通信息；

●  若交通应用交互覆盖区域超出了本 ESU 服务区域，则确定其它 ESU 相关，应将交通应用信息发送给相邻 ESU 2 和 ESU 3 处理。

然后，当相应的交通应用在 ESU 2 或 ESU 3 上被触发时，ESU 2 或 ESU 3 与 ESU 1 同样处理，其中若传递交通应用信息给相邻 ESU，则 ESU 2 或 ESU 3 不应再发送给 ESU 1，而 ESU 3 只发送给相邻 ESU 4处理。

最终，当相应的交通应用在 ESU 4 上被触发时，ESU 4 与 ESU 3 同样处理，而不应再发送给 ESU 3。

附 录 B （规范性附录） 车辆行驶过程中业务连续性

各ESU负责的交通服务区域在地理上无重叠划分。每个交通参与者应分别归属于负责其当前位置所在交通服务区域的ESU管理。位置固定的交通参与者（例如交通信号机）的归属ESU应不会发生改变，而位置移动的交通参与者（例如车辆）的归属ESU可随其移动改变，应保证交通参与者移动过程中业务连续不中断。

交通参与者的归属ESU发生改变通常出现于相邻ESU之间。相邻ESU应根据负责的交通服务区域确定交通参与者的归属。在ITS典型组网中，相邻ESU可相互通知自己负责的交通服务区域，相邻ESU可通过CSU了解对方负责的交通服务区域。车辆行驶过程导致ESU切换见图B.1

当车辆行驶时，应保证车辆的归属ESU在相邻ESU之间切换时交通业务的连续性。

依据相邻ESU所管理的地理区域边界进行向外拓展的区域定义为“信息交换区域”，“信息交换区域”大小不属于本标准定义范围。

为保证ESU进行告警分析数据完备性；对于信息交换区内的车辆，两个ESU应实时交换信息。每个ESU应将归属于自己的OBU以及处于信息交换区内归属于相邻ESU的OBU的状态信息一起作为信息输入，对归属于自己的OBU进行告警分析。

车载OBU与ESU进行通信，通信内容应包括：

a) 上行消息

单发消息：OBU 周期性上报的车辆状态信息；

事务消息：紧急重要信息，如紧急制动。

OBU进入信息交换区，上报信息给当前归属ESU1（可以是单发消息或者事务消息）； ESU1将OBU上报的消息应实时发送给ESU2，此时，OBU归属于ESU1，但ESU2也掌握其所有信息；随着车辆行驶位置到边界，ESU1应将OBU切换到ESU2；OBU上报消息给ESU2；ESU2应将OBU上报的消息实时发送给ESU1；对于驶出信息交换区的OBU，ESU2不应再将其上报的信息发送给ESU1。上行信息切换方式见图B.2。

b) 下行消息

1.单发消息：ESU 周期性下发的环境状态信息；

2.事务消息：紧急重要信息，如重要告警。

当前归属ESU1下发信息给OBU ，随着车辆行驶位置的变化， ESU1应将OBU切换到ESU2，为避免因发生切换导致已下发的事务消息未送达，ESU1可同时将消息实时发送给ESU2，使得切换发生时，ESU2与OBU建立连接，就立即将消息发送给OBU，以降低中断风险；切换后由应ESU2下发单播或事务消息给OBU。下行消息切换方式见图B.3。

附 录 C （资料性附录） 通信需求

面向《自动驾驶的通信需求研究》报告中对于部分自动驾驶应用的通信需求的总结见表 C.1。

附 录 D （资料性附录） 无线网络与C-ITS子系统对应关系

D.1 DSRC 接入网络

国标《GB/T 31024.1-2014合作式智能运输系统 专用短程通信 第1部分：总体技术要求》定义的系统架构中见图D.1。

车-车(DSRC OBU-OBU)、车-路（DSRC OBU-RSU）之间通信定义了DSRC接口，其它接口使用公共的移动通信网络或成熟的通信技术。

DSRC系统架构与C-ITS逻辑架构映射关系见图D.2。

DSRC系统架构与C-ITS逻辑架构映射关系，车-车（OBU-OBU）、车-路（OBU-RSU）直接通过DSRC无线通信技术以广播方式发送车辆位置、路侧感知、事件等。

D.2 LTE-V 接入网络

LTE-V网络架构见图D.3

LTE-V 是基于 LTE 蜂窝网络，面向 V2X 应用场景构建的无线技术。具体包括两种架构：基于 Uu 接口的网络架构和基于 PC5 接口的网络架构。LTE-V 的实现由 3GPP 标准定义。

D.2.1 基于Uu接口的网络架构

基于Uu接口的网络架构与C-ITS逻辑架构映射关系见图D.4。

车辆作为移动网络终端，可以重用Uu接口接入到LTE移动网络。UE对应为承载车载ITS应用的OBU和个人应用的PSU；而V2X Application Server对应为承载ITS应用的ESU和CSU。考虑数据处理和低时延传输的需求，ESU基于移动边缘计算（MEC）部署。V2X control function限于篇幅原因没有在图中的网络子系统体现。

D.2.2 基于PC5接口的网络架构

基于PC5接口的网络架构与C-ITS逻辑架构映射关系见图D.5。

PC5是为UE之间直接通信而定义的接口。车辆作为移动网络的终端，通过PC5接口实现车辆之间的直接通信。UE对应为承载车载ITS应用的OBU和个人应用的PSU；RSU（包括基于UE的RSU和基于eNB的RSU两种 ）对应为承载ITS路侧通信的RSU；而V2X Server对应为承载ITS应用的ESU和CSU。V2X controlfunction限于篇幅原因没有在图中的网络子系统体现。

D.3 5G 接入网络

5G网络架构见图D.6

3GPP为5G定义了增强移动宽带、低时延高可靠、海量大连接三大需求，V2X是5G一个重要的应用场景。基于5G的网络架构与C-ITS逻辑架构映射关系见图D.7。

UE对应为承载车载ITS应用的OBU；承载个人应用的PSU；承载ITS路侧通信的RSU。而LTE-V网络架构中V2X Server为5G网络架构中的DN，为承载ITS应用的ESU和CSU。

附 录 E （资料性附录） 3GPP定义RSU类型

3GPP 定义了 UE-type RSU，通过 LTE-PC5 接口与附近的车载 OBU 直接通信，一方面接收 OBU 广播的车辆运动状态信息，通过 LTE-Uu 接口转发给 ESU，另一方面接收 ESU 转发来的其他设备的感知信息或者事件信息（交通告警、交通诱导等），广播给附近的车载 OBU。UE-type RSU 功能组成与互通接口见图E.1。

对于 UE-type RSU，3GPP 介绍了一种 V2N2V 通信方式。OBU 广播的信息，有选择性通过 RSU、ESU远距离传输给其他 OBU。OBU 之间远距离传输信息见图 E.2。

附 录 F （资料性附录） 跨域互通的ITS部署方式

进行跨域互通时，可信域之间可通过 CSU 互通，否则 CSU 可通过 GW 与非可信域 CSU 互通。

该场景中，智能交通平台运营方可采用中心云和边缘云部署方式实现 CSU 和 ESU，主要承载道路公共基础设施 ITS 业务，基础设施 ITS 业务包含预警、车路协调、路侧天气感知、道路/桥梁健康监测、智能充电、停车场/停车位位监测等应用。其中 CSU 开放接口主要负责全局交通监控、交通优化等非时延敏感业务场景的数据交互；ESU 开放接口主要负责局域车路融合感知、车路协同预警等时延敏感业务场景的数据交互。

车辆 ITS 业务可以根据实际业务需求灵活部署可以由第三方提供（低时延业务需求可由智能交通平台 ESU 提供或在政策允许情况下单独部署 ESU）。车辆 ITS 业务包含涉及第三方比如车企的客户敏感数据（比如车辆状态数据）的业务，包括个性化的高精度车速引导、车道级导航等。

双方为非可信跨域进行数据和业务操作宜通过网关实现。非可信跨域互通的一个典型场景见 F.1。

原文作者：爱是与世界平行

原文链接：https://blog.51cto.com/lovebetterworld/5777203