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最新版《爱立信移动市场报告》:借助5G远程操控车辆

不久的将来,城市街道上将随处可见无人驾驶公交车的身影。要想将自动驾驶公交车引入到公共交通系统中,关键是要开发出能够保障安全的远程监控技术。

虽然自动驾驶车辆将会掀起一场公共交通革命,但其安全性却饱受质疑。为此,有人提出采用远程操控安全机制,让驾驶员从远端监视公交车并在必要时进行操控。驾驶员通过监控屏幕来查看公交车的运行情况并在必要时进行手动干预,这样将有助于公众接受自动驾驶。

远程操控对网络提出了诸多要求,包括广泛的网络覆盖、高速率、低时延,以便操控中心与车辆之间能够连续收发视频流与命令。5G将为遥控系统带来诸多好处,包括允许优先配置重要服务的核心网切片技术以及能够通过超低时延和波束赋形来满足高吞吐量和大容量需求的无线接入技术等。

Scania在其位于瑞典的总部构建了一个5G概念验证测试网,专用于从车辆操控中心遥控公交车。该网络聚焦两个重要方面:远程监控系统的整体响应时间以及配置优先网络服务所需的自动化工具。[1]

测试期间,一名远程驾驶员驾驶公交车在测试轨道上行驶并往返于停车场之间。公交车中的传感器数据(包括高清视频流)将借助LTE无线接入技术,通过5G演进核心网传输到遥控中心。测试台具有自动服务订购和开通功能,允许设置或取消网络资源优先分配给远程监视与操控系统。

隔离并测量影响系统响应时间的因素

主要目标是隔离并测量影响遥控系统响应时间的各类因素,包括网络时延。响应时间以毫(ms)为单位进行测量,例如,从远程驾驶员发现道路上的障碍物并遥控刹车之刻起,到驾驶员通过视频看到操纵结果(公交车减速)之刻止,中间经过的这段时间。Scania在测试期间所测得的系统总响应时间大约是185毫秒。影响响应时间及其波动的最重要的因素是机械时延(控制公交车的物理致动器),其次是视频处理时延,最后是网络时延(往返时延 RTT)。

网络RTT在测试期间基本保持在50毫秒以下,尽管某些测试路段因障碍物问题而高于该值。此外,公司还测量了对遥控至关重要的上行链路吞吐量。在网络信号良好的区域内,上行链路吞吐量在10-20Mbps之间。

缩短系统响应时间

目前,正在改进影响系统响应时间的各个方面,现已通过5G无线接入网络显著缩短了网络时延,将网络RTT降至4毫秒以下,并通过采用最先进的编解码器和自适应流传输机制不断缩短视频编解码造成的延迟。机械时延也会随着为自动驾驶车型的出现而降低,毕竟现有的测试车辆都是由普通车型改造的。

自动的网络资源优先级分配

车辆远程操控中心必须能在需要操控车辆时通过移动电信运营商的服务订购API得到优先分配的网络服务,这一点至关重要。在测试床中,使用了基于开放移动联盟候选标准的接口实现网络资源优先级分配。

技术发展正在支持自助服务门户的实现,使得公交公司等网络客户能够自行规定服务质量(QoS)需求;例如为40辆公交车优先分配4K视频流量。此时,软件将能把该要求转换为网络资源优先级分配指令。

研究概念车

除了Scania的项目,爱立信还在2017年巴展上演示了如何远程操控由瑞典皇家理工学院联合交通研究室定制开发和构建的研究概念车(RCV)。本次演示所使用的5G无线测试床采用15GHz载波频率,可为在同一小区内遥控多台车辆提供足够带宽。本次演示采用波束赋形技术在15GHz载频上交付吞吐量;也就是说,跟踪移动车辆,集中无线资源以取得最佳效果。5G无线接入网络的低时延优势导致RTT降至小于4毫秒。

遥控公交车和研究概念车的出现正在推动安全的自主车辆成为现实。此外,从这些活动中获得的经验也可应用到需要高上行链路吞吐量、低网络时延和自动服务配置的其他工业用例之中。

测试床和测试方法

1.测试床网络

Scania测试床网络使用频段40(2.3GHz TDD)上的LTE无线接入网络为公交车提供数据连接,并在远程操控公交车与网络配置系统之间测量吞吐量和RTT。RTT是指数据沿着无线和网络传输路径(同时包括上行链路和下行链路)从远程操控中心传输到车辆、再从车辆返回至远程操控中心所经过的时间。RTT测量结果每秒收集1次,因此,这次测试共从测试轨道的不同区域收集到数百个测量值。

2.视频链路

公交车前面的单摄像头需要8Mbps的上行链路吞吐量才能从公交车向操控中心传输每秒60帧的1080p视频流。工业化解决方案中将包括用于从公交车的前面、后面和侧面捕获视频的摄像头,按当前的编解码器大约需要24Mbps带宽。视频延迟的测量工具是两个GPS同步时钟。每个时钟均通过一行LED以二进制格式来显示时间,精确度可在一毫秒之内。其中一个时钟安装在公交车内,摄像头可以拍到,另一个则与控制中心的视频显示器相连接。以一秒为时间间隔对两个时钟进行拍照,二者间的时差即为测得的高精准视频时延。

3.机械控制

经过优化处理的设备可将远程操控时延缩短到1毫秒以下,并显著缩短包括机械控制在内的车辆延迟。

4.自动的网络服务优先级配置

云托管应用功能(AF)可在车辆与5G演进分组核心网(EPC)之间动态建立具有指定时延级别和吞吐量保证等特定服务质量属性的虚拟连接。这项应用功能可通过API对第三方安全地开放。在这里描述的用例中,测试床正是使用这个API为需要远程操控员提供帮助的车辆设置了优先虚拟连接。

《爱立信移动报告》完整版

 

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[1] 爱立信调研报告《服务于未来公共交通的5G远程驾驶汽车》(2017年),Rafia Inam、 Keven (Qi) Wang、Nicolas Schrammar、Athanasios Karapantelakis、Leonid Mokrushin、Aneta Vulgarakis Feljan、Viktor Berggren、 Elena Fersman