淺析5G V2X 通信應用現狀及其側鏈路標識符更新技術

胡燕儒

（蘭州資源環境職業技術大學，甘肅 蘭州 730000）

V2X（Vehicle to Everything，車聯網）的概念在近年來早已為大眾熟知，它是指將車輛與周圍行人或其他可連通事物實現無線連接，從而使得雙方間能夠進行無線通信，這對于進一步推動自動駕駛技術發展、增強乘客體驗及構建高效交通網絡均有助益。隨著5G 網絡的快速發展，其高速率、大帶寬、低時延及允許海量連接的特點為V2X 通信帶來更多可能。

1 5G V2X 通信應用現狀

1.1 車聯網技術發展現狀

車聯網技術并非在5G 時代才誕生的，因為車輛與其他對象之間的信息交互并不是只能依靠蜂窩移動通信網絡才能實現。國際上早前已經能夠利用DSRC（Dedicated Short Range Communication，專用短程通信）實現車輛與其他事物（包括車、人、交通設施和網絡）的連接及信息交互。但是，由于DSRC 技術支持的車聯網應用受制于傳輸距離和基礎設施投入等因素，因此車聯網逐漸轉變為由蜂窩移動網絡支持，出現了4G 時代的LTE-V2X 和5G 時代的NR-V2X，統稱為C-V2X 技術，其中的C 正是指蜂窩（Cellular）。我國工信部已經明確，將C-V2X 作為未來車聯網直連通信的技術路線。

針對5G V2X 技術，3GPP 在其發布的R16 標準中詳細定義了多個應用實例，包括協同駕駛（車輛隊列）、高精度定位、車輛傳感器數據共享、遠程駕駛等。有分析認為，未來應用5G V2X 技術支持的車聯網通信能夠比現階段依靠單車傳感器具有更高的自動化水平，且對通行效率和駕駛安全性的提升都很明顯。

1.2 5G V2X 通信應用現狀

根據《中國商用車車聯網白皮書》預測，2018 ～2025 年，我國商用車聯網市場規模將以近28%的復合增速保持增長，到2025 年可超過800 億元。

在全球范圍內，5G V2X 通信的核心廠商主要有華為、高通、法可賽等企業，目前主要聚焦于自動駕駛、車隊管理、智能交通系統、停車管理系統等方面的應用。相對而言，中國車聯網市場的發展潛力更大，除了傳統的汽車企業，5G V2X 還將倒逼通信芯片企業（如華為、高通）、通信模組企業（如移遠、大唐）、終端設備企業（如東軟）、運營服務商（如百度、阿里、電信運營商）、測試驗證機構（如信通院）及定位與地圖服務企業（如高德）等的技術與產品發展。

2 5G V2X 通信中的側鏈路標識符更新技術

2.1 側鏈路通信

V2X 有兩種通信接口，即通過PC5 接口進行直接通信，或通過Uu 接口也就是蜂窩網絡通信接口，借助基站實現通信，如圖1 所示。

圖1 Uu 接口與PC5 接口示意圖

兩種通信接口的主要區別如表1 所示，二者可以共存，結合使用以便更好地支持C-V2X 通信。

表1 V2X 通信架構中兩種通信接口的區別

PC5 接口所支持的這種設備或車輛間的直連通信不再使用傳統的Uplink 和Downlink 鏈路，為此，在LTE時代早就提出了一種新的鏈路，即Sidelink，專為支持設備間直連通信，因此，Sidelink 鏈路又被稱為側鏈路或直通鏈路，到5G 時代則擴展為NR Sidelink。相比之下，Uu 接口仍然使用蜂窩網絡中的Uplink 和Downlink鏈路。

盡管側鏈路通信比起Uu 接口通信而言，不再強依賴蜂窩網絡基站，可被劃歸為自組織網絡，但側鏈路的管理仍然是確保V2X 通信高效和可靠的關鍵。由此，3GPP 標準中定義了鏈路層標識符（以下簡稱標識符），以便更好地識別和區分UE 間建立起的PC5 接口連接，使每個業務幀在發送UE 和接收UE 間正確傳輸。該標識符是包含在每個業務幀中的，當接收UE 接收的業務幀中所包含的標識符與當前側鏈路的標識符信息不符時，接收UE 將丟棄此業務幀?？梢?，標識符管理在側鏈路通信中非常重要。

2.2 一般性側鏈路標識符更新

標識符管理的難點在于，當兩個UE 正在進行V2X通信時，其中某個UE 就可以出于一些原因改變當前的標識符，例如，高層要求標識符更新、發生標識符沖突或者被配置為保持鏈路安全的定時器到期。

在3GPP R17 標準中，對V2X 單播鏈路標識符更新的過程簡單描述為：若以UE1 作為發射UE，以UE2 作為接收UE，當UE1 出于前述某種原因需要更新鏈路標識符，則UE1 會向UE2 發送鏈路標識符更新請求。UE2 收到該請求后，會向UE1 回復鏈路標識符更新響應，UE1 在收到響應消息后，將向UE2 發送鏈路標識符更新確認消息。在完成這三步后，雙方將使用新的標識符進行后續通信，基于此定義，細化后的流程如圖2 所示。

圖2 側鏈路標識符更新狀態不匹配導致傳輸失敗示例

在實際V2X 通信過程中，信令交互遠比標準中定義的三步流程更復雜。此外，一旦源UE 或目標UE 在某些時刻發送的消息需要重傳，或兩側UE 標識符更新狀態不匹配，就可能導致消息傳輸失敗，如圖2 所示，其中以s1、d1 分別作為源UE 和目標UE 的初始鏈路標識符，以s2 作為源UE 更新后的鏈路標識符。由此，Msg m(s1∶d1)表示源UE 和目標UE 分別以s1、d1 為鏈路標識符，源UE 向目標UE 發送了第m 條業務消息。

在圖2 中，源UE 首先發起標識符更新流程，但在其還未將標識符徹底更新前，目標UE 已經按照新的標識符s2 給源UE 發送了消息Msg n+1，此時，源UE 不能識別s2，因此丟棄了該消息。這是典型的因為側鏈路標識符更新狀態不匹配導致傳輸失敗的例子，因此，嚴謹的標識符更新流程是確保V2X 通信可靠性的重要一環。

2.3 一種改進的側鏈路標識符更新方法

為了解決前文中因標識符更新過程中UE 之間狀態不一致導致業務幀丟失的問題，在此提出一種改進的側鏈路標識符更新方法，如圖3 所示。

圖3 采用“臨時標識符”的側鏈路標識符更新過程

在這種改進的方法中，只要源UE 和目標UE 中有一方尚未徹底完成標識符更新，那么原標識符就會始終在鏈路層每一次的消息傳輸過程中被攜帶。當一側UE 已按照新的標識符向對側發送消息時，盡管對側可能還未完成標識符更新，但仍可根據消息中攜帶的臨時標識符（原標識符）將消息正確接收下來，就不會造成業務幀的丟失。

3 結語

未來5G 的三大應用場景中，車聯網通信是URLLC（超高可靠低時延通信）場景下的一類典型應用，而V2X 通信則是支持車聯網通信的關鍵技術。本文中提出的采用“臨時標識符”的側鏈路標識符更新過程可以更好地解決雙方更新標識符時狀態不匹配的問題，一定程度上提高V2X 業務幀的傳輸成功率，進一步確保車聯網通信的可靠性。