蜂窝车联网(C-V2X)
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1.2.2 国际标准化组织

面向车联网应用在通信时延、可靠性、数据速率和通信频度等方面的更高需求,多个国际或地区性标准化组织积极开展与C-V2X相关标准化工作,包括:3GPP、国际电信联盟(ITU,International Telecommunication Union)、国际标准化组织(ISO,International Organization for Standardization)、欧洲电信标准化协会(ETSI,European Telecommunications Standards Institute)、国际汽车工程师学会(SAE)等。

其中,3GPP主要负责C-V2X无线通信技术及相关的需求分析、网络架构、安全机制等标准研发;ITU负责制定及协调各国及地区的频谱及安全标准;ISO中的2个委员会,道路车辆技术委员会(ISO/TC 22)、智能运输系统技术委员会(ISO/TC 204)对智能网联汽车相关技术标准的研究和制定积极加强协调,由中国主导立项的LTE-V2X标准已由ISO正式发布;ETSI负责开发与整体V2X通信体系结构、管理和安全性相关的标准,并进行多接入边缘计算(MEC,Multi-access Edge Computing)的服务场景、参考架构等标准制定。SAE也成立C-V2X工作组,进行相关标准制定工作。

(1)3GPP

C-V2X是3GPP主导推动的基于4G/5G蜂窝网通信技术演进形成的V2X技术,可实现蜂窝通信和直通通信的融合,相较于IEEE 802.11p,在技术先进性、性能及后续演进等方面具有优势。

C-V2X技术在3GPP的标准化发展可以分为两个主要版本,分别为LTE-V2X和NR-V2X。具体的演进时间表如图1-4所示。

图1-4 3GPP C-V2X标准演进时间表

LTE-V2X由3GPP Release 14(以下简称R14)和Release 15(以下简称R15)技术规范定义。3GPP R14基于LTE的V2X标准化工作于2017年3月完成,面向基本的道路安全业务的通信需求,引入了工作在5.9GHz频段的直通链路(PC5接口)通信方式,并对公众移动蜂窝网通信接口(Uu接口)进行了优化[50]。进而,3GPP R15对LTE-V2X的增强标准化工作于2018年6月完成,主要基于LTE技术在PC5接口引入了载波聚合、高阶调制等技术,以提升数据速率,并引入了降低时延的技术。3GPP R15的5G标准新空口(NR)重点针对增强移动宽带场景,没有对V2X业务进行针对性设计和优化。LTE-V2X由大唐、华为等中国企业牵头推动[48-50]

NR-V2X由3GPP Release 16(以下简称R16)和Release 17(以下简称R17)技术规范定义。3GPP R16于2018年6月启动了NR-V2X的研究课题,重点面向自动驾驶、车辆编队等高级V2X业务的需求,研究基于5G NR的PC5接口技术和对Uu接口的增强,该研究课题在2019年3月完成,并启动了相应的NR-V2X标准化项目。主要标准化内容包括:PC5和Uu接口支持高级V2X业务;PC5接口支持单播、多播和广播3种模式,以提供支撑不同业务的能力;NR-V2X支持蜂窝覆盖内、蜂窝部分覆盖和蜂窝覆盖外;NR-V2X基于通用的架构支持直通链路在中低频和毫米波频段工作;支持LTE-V2X和NR-V2X共存。此外,Uu接口网络还引入了V2X通信切片、边缘计算、QoS预测等特性,以满足车联网低时延、高可靠性、大带宽等需求。R16 NR-V2X标准化工作在2020年6月冻结,后续将在R17 NR-V2X研究包括弱势道路参与者的应用场景,研究直通链路中终端节电机制、节省功耗的资源选择机制,以及终端之间资源协调机制,目标是提高直通链路的可靠性和降低传输的时延,预计将于2022年6月冻结[48-49]

3GPP SA3在R14开始进行LTE-V2X安全的研究和标准化工作,形成了3GPP TS 33.185标准规范[61],规定了LTE-V2X的安全架构以及安全机制。目前3GPP SA3在R17开始研究V2X的安全增强,主要围绕NR-V2X的安全需求和安全关键问题进行研究。

(2)IEEE

IEEE 802.11p技术在2010年完成标准化工作,该技术支持车辆在5.9GHz专用频段进行V2V、V2I的直通通信[46]。应用层部分标准由SAE完成,包括SAE J2735[62]、J2945/1[63]等标准。

2018年12月,IEEE 802.11p的演进版本IEEE 802.11bd开始标准化研究工作,计划于2021年9月完成标准化工作[64]

(3)ITU

国际电信联盟(ITU)是联合国负责电信事务的专门机构,系各国政府间国际组织,成立于1865年5月17日,现有193个成员,700多个部门成员。ITU由全权代表大会、理事会、总秘书处和无线电通信部门(ITU-R)、电信标准化部门(ITU-T)、电信发展部门(ITU-D)组成。其中ITU-R和ITU-T涉及与车联网相关的研究工作。

ITU-R在无线电频谱和卫星轨道的管理方面发挥着重要作用,为了确保无线电通信系统的无干扰运营,需要实施《无线电规则》和相关区域性协议,并通过世界和区域性无线电通信大会进程有效和及时地更新这些法律文件。此外,通过开展有关无线电的标准化工作,制定旨在确保无线电通信系统操作性能和质量的建议书。

ITU-R对智能交通系统的使用场景、技术标准以及全球各国频率使用情况进行了充分的研究,形成了3份关于智能交通系统的使用频率、部署案例、技术标准及应用情况的建议书和报告。在ITU-R的M2121-0建议书中,明确了将5.9GHz或其中部分频段用作全球统一智能交通频率的观点[65]

在2019年世界无线电通信大会(WRC-19,World Radiocommunication Confe rence 2019)期间,经过长时间的讨论,在亚太、非洲国家的主要支持下,最终以WRC建议书的方式处理此议题,即各国主管部门在规划和部署不断演进的ITS应用时考虑最新版建议书,如ITU-R建议书所列的全球或区域统一频段或其部分,同时还要考虑ITS台站与现有卫星固定业务(FSS,Fixed Satellite Service)(地对空)的共存问题。WRC-19设立了1.12议题,并最终以建议书的方式鼓励各国主管部门在规划和部署不断演进的智能交通系统应用时,将5.9GHz频段或其部分作为智能交通系统的全球或区域统一频段[65]

ITU-T的主要职责是研究技术、操作资费问题,并就这些问题制定标准化建议;研究制定统一电信网络标准,其中包括与无线电系统的接口标准,以促进并实现全球的电信标准化。SG17工作组已经开展了对智能交通以及联网汽车安全的研究工作,有12个标准项目,包括:软件升级、安全威胁、异常检测、数据分类、V2X通信安全、边缘计算、车载以太网安全等。目前已经正式发布标准X.1373 SecureSoftware Update Capability for Intelligent Transportation System Communication Devices,该标准通过适当的安全控制措施,为远程更新服务器和车辆之间提供软件安全的更新方案,并且定义了安全更新的流程和内容建议,该标准正在修订中[66]。目前, ITU-T在研的标准有X.1372 Security Guidelines for Ve hicle-to-Everything (V2X) Communication Systems[67]、Security Requirements of Categorized Data in V2X Communication[68]和X.1371 Security Threats to Connected Vehicles[69],主要围绕V2X面临的安全威胁和安全需求提出相应的安全指南,该标准已经冻结,即将发布。

(4)ISO

ISO是负责除电工电子领域外的国际标准化工作的非政府性国际组织。ISO目前主要有道路车辆技术委员会(TC22)和智能运输系统技术委员会(TC204)两个技术委员会涉及车联网相关标准,其中TC22主要关注车辆用通信协议、网联车辆本身方法论、车内网络以及以车为核心的车外网络等相关标准。TC204主要关注通信协议、网联道路设施、智能交通管理等相关标准。

2017年4月,由中国主导的ISO 17515-3: 2019 Intelligent Transport Systems Evolved-Universal Terrestrial Radio Access Network Part 3: LTE-V2X在TC204正式立项,并于2019年8月正式由ISO发布,标志着C-V2X技术被纳入ISO定义的智能交通通信框架,从而支持各设备之间基于C-V2X技术实现及时可靠通信[70]

ISO下属的道路车辆技术委员会(TC22)成立了SC32/WG11 Cybersecurity信息安全工作组,联合美国汽车工程师协会(SAE)共同开展信息安全国际标准ISO 21434 Road Vehicles—Cybersecurity Engineering的制定工作。该标准旨在定义整个车联网产业链中使用的通用术语,明确车联网中关键网络安全问题,设定车辆网络安全工程的最低标准,并为相关监管机构提供参考[71]。ISO/IEC JTC1 SC27(信息安全、网络空间安全和隐私保护技术委员会)的WG3(安全评估、测试和规范工作组)中,《基于ISO/IEC 15408的网联汽车信息安全测评准则》标准研究项目旨在基于ISO/IEC 15408标准,分析网联汽车面临的安全威胁和安全目标,提出安全要求和安全功能组件[72]

(5)ETSI

ETSI智能交通系统技术委员会(ETSI TC ITS)负责开发与整体V2X通信体系结构、管理和安全性相关的标准,已将DSRC(专用短距离通信)的物理层和接入层相关协议开发为ITS-G5通信标准。为了提供C-V2X通信,ETSI 2018年加快了C-V2X标准化进程,相关的C-V2X标准工作已经完成。ETSI已经定义了C-V2X的接入层、网络和传输层以及应用层协议,提供C-V2X协议栈的可用性[73]。2020年1月,ETSI正式发布了EN 303613标准,将C-V2X作为ITS的接入层技术[74]

为了满足车联网计算处理能力和跨服务平台互联互通等方面的需求,ETSI针对MEC技术的服务场景、参考架构等开展了一系列标准化工作,2017年立项了“App移动性API规范”“MEC对V2X支持研究”等项目;2018年又启动了“V2X API规范”项目,开展支持V2X的MEC API定义[75]

为了实施更安全的保护,ETSI的ITS技术委员会制定了相应的技术规范,主要包括安全架构、安全服务、安全管理、隐私保护等方面。

(6)SAE

为了推动美国与C-V2X相关标准和产业化的进展,SAE于2017年成立了C-V2X技术委员会,对C-V2X制定类似J2945/1的车载V2V通信技术要求标准(SAEJ3161),包括标准定义的参数集、功能需求和性能需求[76]

SAE的汽车电子系统安全委员会负责汽车电子系统网络安全方面的标准化工作,制定了全球第一个关于汽车电子系统网络安全的指南性文件J3061 Cybersecurity Guidebook for Cyber-Physical Vehicle Systems,该文件定义了完整的生命周期过程框架,将网络安全贯穿了从概念阶段到生产、运营、服务和退役的所有生命周期,为开发具有网络安全要求的汽车电子系统提供了重要的依据,为车辆系统提供了网络安全的基本指导原则,为后续的车联网安全的标准化工作奠定了基础[77]