幾年前，當我們在蘇州的試驗場執行 V2X 情境測試時，遇到了一個棘手的問題。測試車輛可以從路旁裝置接收交通燈資料，但在觸發任何動作之前總會有 3-5 秒的延遲。在自動駕駛的情況下，這個延遲是致命的。以每小時 50 公里的速度行駛，車輛在 5 秒內就能行駛 70 公尺，遠遠超過紅燈時間。.

我們花了整整一個星期才追蹤到問題所在。原來車輛閘道將 V2X 訊息視為一般業務資料，將其與大量感測器資料串流排在一起。當我們調整優先順序設定後，延遲下降到 80 毫秒。問題解決了。.

那次事件讓我真正了解到車用閘道器和 V2X 路邊裝置需要如何合作。今天我將與大家分享一些實戰中的心得。.

V2X 究竟解決了什麼問題？

讓我們從 V2X 的意義說起。V2X 涵蓋 V2V (車輛對車輛)、V2I (車輛對基礎建設)、V2P (車輛對行人) 及 V2N (車輛對網路)。.

有些人會問，既然自動駕駛車輛已經搭載了 LiDAR、攝影機和毫米波雷達，為什麼還需要 V2X？事實上，車載感測器的範圍有限。LiDAR 的最大距離約為 200-300 公尺。如果再加上彎道、山丘或障礙物，範圍就會迅速縮小。.

V2X 突破了視線的限制。在十字路口安裝一個路邊裝置，就能廣播交通燈狀態、車輛位置、行人位置。車輛可在數百公尺外接收這些情報，並據此進行規劃。.

另一個關鍵用例是盲點警告。當前方車輛嚴重煞車時，它會透過 V2X 廣播此事件。即使被卡車擋住，後面的車輛也會收到警示。這在高速公路上非常有用。.

然後是排隊。多輛自動駕駛車輛透過 V2X 通訊保持編隊和同步變速。或是在十字路口，車輛透過 V2X 協商通行權 - 比傳統交通燈更有效率。.

所有這些情況都需要車用閘道與路邊裝置連接。.

在 DSRC 和 C-V2X 技術之間作出選擇

 

 

V2X 有兩個相互競爭的標準：DSRC 和 C-V2X。DSRC 建基於 WiFi 技術，在北美很流行。C-V2X 則利用蜂巢網路技術，在中國和歐洲逐漸受到歡迎。.

C-V2X 以兩種模式運作。Uu 模式使用 4G/5G 基地台進行車對雲端通訊。PC5 模式可繞過蜂巢式基礎設施，在車輛之間或車輛與路邊裝置之間進行直接通訊。.

核心 V2X 應用 (例如碰撞警告和交叉路口管理) 依賴 PC5 直接模式。對於蜂巢路由而言，延遲的要求過於嚴格。理論上 PC5 可以達到 20ms 以下的延遲。.

PC5 需要專用頻譜。中國分配了 5905-5925 MHz，20 MHz 頻寬專供 V2X 使用。.

支援 C-V2X 的車用閘道器需要專用的 C-V2X 模組。這些模組與標準 4G/5G 模組不同，儘管兩者都遵循 3GPP 標準 - 通訊協定堆疊有所不同。C-V2X 晶片組的主要廠商包括 Qualcomm、HiSilicon 和 Datang Telecom。.

有些閘道器同時整合 4G/5G 與 C-V2X 模組。4G/5G 可處理 Uu 模式的車輛與雲端連線。C-V2X 則處理 PC5，用於車輛與基礎設施以及車輛與車輛之間的連結。每個模組都有不同的功能。.

替代設計使用同時支援 Uu 和 PC5 的雙模模組。可節省成本，但需要折衷效能。.

路邊單位部署策略

 

 

在何處以及如何部署路邊裝置會大幅影響通訊效能。.

交通燈路口是最常見的部署方式. .RSU 通常安裝在 5-8 公尺高的訊號柱上。RSU 連接到交通號誌控制器，以判斷目前的相位 - 紅色或綠色 - 以及倒數計時器。這些資訊透過 C-V2X 廣播。.

廣播速率通常為 10Hz，也就是每 100 毫秒傳送一則訊息。訊息內容包括交叉路口 ID、訊號相位、倒數、車道資訊。訊息格式遵循 SAE J2735 標準，特別是 SPAT（Signal Phase and Timing）。.

當車輛閘道器收到 SPAT 訊息時，會進行解析、驗證，然後轉送到網域控制器。網域控制器會根據訊號狀態來決定是否要通過交叉路口。.

高速公路部署是第二大類. .RSU 安裝在容易發生事故的路段，例如急彎、長下坡、隧道入口。它們會廣播路況、天氣更新、壅塞警告。.

高速公路車速要求較長的通訊距離。標準 RSU 的有效範圍為 300 至 500 公尺。高速公路可能需要 800 公尺到 1 公里的覆蓋範圍。這意味著更高的天線規格和傳輸功率。.

校園與採礦作業為第三類. .這些封閉環境通常會部署密集的 RSU 網路。除了交通號誌和警告之外，RSU 還會協調車輛調度。RSU 知道每部車輛的位置和速度，可以協調交通流量以防止衝突。.

封閉環境的 RSU 通常會連接到中央調度平台。車輛閘道器不僅會接收 RSU 廣播，也會主動傳送訊息給 RSU - 要求通行權、報告異常狀況。.

通訊協定堆疊詳細資料

C-V2X PC5 模式通訊協定堆疊，由下至上：

物理層與 MAC 層 利用 LTE 技術進行專門優化。與需要基站調度的傳統 LTE 不同，PC5 是分散式的，沒有中央節點。設備透過感測和資源預留自主選擇傳輸機會。.

網路和傳輸層 通常以 UDP 封裝 V2X 訊息。TCP 也可以，但 UDP 更適合即時需求。由於 V2X 裝置數量龐大，IP 位址通常採用 IPv6 - IPv4 並不適用。.

應用層 包含真正的 V2X 業務邏輯。這裡的主要標準是 SAE J2735 和 ISO TS 19091。它們定義了訊息類型：BSM（基本安全訊息）、SPAT（訊號相位）、MAP（地圖資料）、RSI（路邊資訊）、RSM（路邊單位訊息）。.

每種訊息類型都有詳細的資料結構定義。例如 BSM 包含車輛 ID、位置、速度、航向、加速度、尺寸、轉向燈狀態。資料以 ASN.1 格式編碼，壓縮為大約 200-400 位元組。.

當車輛閘道接收到 V2X 訊息時，會執行幾項任務：

首先是解碼和驗證. .驗證訊息格式的正確性和資料的完整性。加密的訊息需要解密。.

第二是時間戳驗證. .所有 V2X 訊息都帶有時間戳記。驗證時間戳記是否在合理範圍內。與目前時間偏差過大表示可能受到重播攻擊 - 丟棄訊息。.

第三是基於位置的過濾. .車輛可能會同時收到來自 RSU 和周圍車輛的數十條訊息。並非所有訊息都是相關的。根據位置進行篩選。例如，向東行駛的車輛可以忽略來自西部交叉路口的交通燈訊息。.

第四個是轉送至網域控制器. .透過車內乙太網路將有用的訊息路由至網域控制器。轉發可能需要通訊協定轉換，例如將 ASN.1 格式轉換為 JSON 或 Protobuf，以方便網域控制器處理。.

整個序列必須在極短的時間內完成，通常低於 10 毫秒。否則，加上空中介面傳輸和網域控制器處理時間，總延遲時間就會超過極限。.

延遲預算分配

V2X 通訊要求嚴格的端對端延遲。從 RSU 傳輸到車輛接收和回應，整個鏈必須維持在 100 毫秒以內。某些情境（例如碰撞警告）需要 50 毫秒。.

如何分配這 100ms 的預算？

RSU 內部處理：5-10ms. .從接收交通訊號或收集資料，到編碼、封裝、發送 V2X 訊息。.

空中介面傳輸：10-20ms. .PC5 模式的理論延遲較低，但實際效能會因頻道品質、資源衝突、重傳而異。.

車輛閘道接收與處理：10-15ms. .從 RF 接收、解碼、驗證、過濾到轉發。.

車內乙太網路傳輸：5-10ms. .網關至網域控制器。.

網域控制器處理：30-50ms. .解析訊息、與感知結果融合、做出規劃決策。.

執行延遲：10-20ms. .從網域控制器到線傳驅動系統的控制指令，然後執行器回應。.

鏈條中的每個環節都需要嚴格控制。車輛閘道只佔 10-15 毫秒，但也不能鬆懈。尤其是在高負載的情況下，如果閘道跟不上，延遲就會激增。.

減少閘道處理延遲的方法包括專用硬體加速。在 FPGA 或 ASIC 中執行 V2X 訊息解碼和驗證 - 比軟體處理快得多。同時使用零拷貝、多線程、無鎖佇列優化軟體架構，以盡量減少資料移動和等待時間。.

訊息驗證及安全機制

V2X 通訊安全是絕對重要的。如果攻擊者偽造「前方有障礙物」訊息，收到訊息的車輛就會緊急煞車，可能造成追尾碰撞。偽造交通燈訊息 - 讓車輛在紅燈時認為是綠燈 - 會造成更嚴重的後果。.

V2X 訊息需要安全機制。中國和歐洲已經建立了基於 PKI（公鑰基礎設施）的 V2X 安全認證系統。.

每個 V2X 裝置，包括車輛閘道器和 RSU，都持有數位憑證。在傳送 V2X 訊息時，裝置會以私密金鑰簽章。收件者使用憑證驗證簽章，以確認訊息來自合法裝置，未經竄改。.

但這裡有一個衝突。數位簽章的產生和驗證需要進行加密運算，而加密運算非常耗時。在標準 CPU 上驗證 256 位元 ECDSA 簽章需要數毫秒。車輛每秒處理數百個 V2X 訊息。驗證每個訊息都會耗費延遲預算。.

解決方案是硬體加速。車用閘道需要專用的安全晶片或加密加速器，才能進行平行簽章驗證。Qualcomm V2X 晶片組和 HiSilicon Balong 5000 系列整合了此加密加速功能。.

另一個問題是憑證管理。V2X 憑證不能長期使用。對於隱私權和安全性而言，每張憑證通常只能使用幾分鐘到幾小時。車輛攜帶成批的憑證，輪流使用。當證書不足時，車輛會向證書管理系統申請新的證書。.

此證書申請與更新程序需要車輛閘道器透過 4G/5G 網路與後端系統溝通。因此閘道器必須同時支援用於 V2X 訊息傳輸的 PC5 模式和用於憑證管理的 Uu 模式。這兩種功能必須協調。.

覆蓋範圍與通訊可靠性

RSU 的有效通訊距離通常為 300-500 公尺。但這只是理想狀況。現實世界的使用面臨許多限制。.

建築物阻塞是最大的問題. .城市環境中的高樓阻擋或反射 V2X 訊號。當建築物阻擋視線時，在十字路口轉彎的車輛可能會遺失 RSU 訊息。.

解決方案是多點部署。一個交叉路口可能需要 2-4 個 RSU，涵蓋不同的進場方向。如果其中一個方向受阻，其他方向仍然可以運作。但這會增加基礎建設成本。.

多重路徑衰減帶來另一項挑戰. .從 RSU 到車輛的訊號可能會沿著直接路徑傳輸，也可能會沿著多重路徑從建築物反彈。多重路徑信號結合後會互相強化或抵銷。這會造成通訊品質不穩定。.

C-V2X 物理層結合了 OFDM 調變和頻道編碼等最佳化技術，以對抗某些多徑效應。但複雜的城市環境仍會影響通訊成功率。.

干擾也不容忽視. .雖然 V2X 擁有專用頻譜，但在相同頻率上同時傳輸的多台裝置仍會造成干擾。在繁忙的十字路口，數十部車輛和多個 RSU 可能會同時廣播。.

PC5 模式包括避免碰撞 - 裝置在傳輸前感應頻道，如果繁忙就等待。但這並不能消除所有碰撞。封包遺失仍會發生。.

因此 V2X 通訊可靠度永遠無法達到 100%。典型的設計目標是在 200 公尺內成功接收 90-95% 訊息。其餘的 5-10% 封包損失則需要應用層級的容錯能力。.

例如，RSU 每 100 毫秒傳送一次交通燈訊息，多次連續傳送。即使有一個封包掉線，車輛也會收到後續的訊息。網域控制器也會執行超時處理。如果 V2X 訊息停止傳送，就轉換為純視覺式交通燈識別。.

我們遇到的實際測試問題

我們已在多處試驗場地進行 V2X 驗證，並遇到各種問題。.

第一個問題是時鐘同步. .V2X 訊息時間戳需要毫秒級的精確度。如果車輛閘道和 RSU 的時鐘不同步，時間戳驗證就會失敗，訊息也會被丟棄。.

RSU 通常使用 GPS 或北斗進行授時，可達到微秒級的精確度。車輛閘道器也需要 GPS 授時，但有些閘道器只使用 GPS 定位，而不連接授時信號。這會造成時鐘漂移。.

我們最終規定閘道必須支援 GPS 定時，並定期與 NTP 伺服器同步。雙重保險可確保時間準確。.

第二個問題是座標轉換. .V2X 訊息包含 WGS84 緯度/經度座標的位置資料。但是網域控制器通常使用以車輛目前位置為原點的當地直角坐標系統。接收 RSU 訊息的網關必須轉換坐標。.

座標轉換看似簡單，但在高精度要求下，投影誤差、地球曲率、海拔高度都很重要。不準確的轉換會造成網域控制員錯誤判斷 RSU 位置，可能會影響決策。.

我們後來在閘道中整合了高精度坐標轉換函式庫，支援多種坐標系和投影。我們也與網域控制員達成統一坐標系統的協議，以避免混亂。.

第三個問題是訊息風暴. .在某些情況下，例如交通繁忙的大型交叉路口或高速公路收費廣場，每輛車都會廣播 BSM 訊息。閘道可能會同時接收數百條訊息。.

將每條訊息轉發至網域控制器會造成車內網路氾濫。閘道器必須彙整和過濾。例如，只轉發 200 公尺內車輛的訊息，忽略較遠的訊息。或者對訊息進行優先排序，只轉發最重要的訊息。.

第四個問題是裝置相容性. .雖然 V2X 已有標準，但不同廠商的實作仍有差異。在測試過程中，我們發現某些 RSU 品牌的訊息無法被某些品牌的閘道器解析。封包擷取顯示 ASN.1 編碼可選欄位的處理不一致。.

最後不得不與這兩家廠商聯絡，使實作符合標準。這些互通性問題必須在大規模 V2X 部署之前解決，否則不同廠商的設備無法一起運作。.

不同應用場景的差異

V2X 應用程式在不同的情境下有顯著的差異。.

城市道路方案 主要集中在交通燈資訊和交叉路口衝突警告。RSU 的密度相對較高，基本上每個燈號控制的交叉路口都有部署。車用閘道器必須處理高頻率訊息接收，同時管理耗電量 - 不能一直以全功率運作。.

高速公路方案 強調前方碰撞警告、緊急煞車警告、道路危險警告。這些訊息具有較高的優先順序與較嚴格的延遲要求。在處理高速公路 V2X 訊息時，閘道必須分配最高的優先順序，以防止其他業務資料阻擋這些訊息。.

採礦與港口方案 使用 V2X 不僅是為了發出安全警告，也是為了調度車輛。RSU 發出駕駛指示，車輛必須依照指令到達指定位置。這些情境需要絕對可靠的 V2X 訊息 - 不能有任何損失。.

通常搭配確認機制。收到派遣指示的車輛透過 V2X 回覆確認訊息。如果 RSU 未收到確認訊息，則會重新傳送指令。這需要車輛閘道支援雙向通訊，包括接收和傳送。.

校園和公園方案 涉及車速較低且安全要求不嚴格的情況。V2X 可能會更著重於最佳化交通流量效率，例如綠波遞增或協調交叉路口。這些情境允許較寬鬆的延遲要求，但要求完整的覆蓋範圍 - 沒有盲點。.

與其他感測器融合

V2X 資訊最終會與車載感測器資料融合。這種融合通常發生在網域控制器中，但網關必須合作。.

例如，攝影機偵測紅燈，同時透過 V2X 接收紅燈訊息。如果兩個來源一致，則可信度增加。如果兩者發生衝突，則可能是攝影機錯誤辨識或 V2X 訊息問題，需要進一步判斷。.

另一種情況 - 由於陽光刺眼或車輛阻擋，攝影機無法清楚看到交通號誌燈。如果 V2X 接收到訊號燈訊息，就能提供補充資訊。.

或者考慮盲點車輛。LiDAR 和攝影機可能會遺漏被遮蔽的車輛，但這些車輛會廣播 BSM 訊息。網域控制器融合 V2X 資料後，就能感知盲點車輛的存在，並事先規劃迴避動作。.

在此過程中，閘道必須確保 V2X 訊息時間戳與感測器資料一致。所有資料都需要統一的時間參考，以便網域控制器可以在融合過程中將同一時刻的不同來源資料聯繫起來。.

法規與標準的影響

V2X 部署在很大程度上受到法規和標準的影響。不同的國家和地區有不同的 V2X 要求。.

中國正在推動 C-V2X。工業和信息化部已分配了專用頻譜，交通部正在制定 V2X 應用標準。一些城市規定新建道路必須部署 RSU，新註冊的商業車輛必須配備 V2X 裝置。.

歐洲先前推動 DSRC，但現在轉向 C-V2X。歐洲委員會正在建立統一的 V2X 標準，要求車輛與基礎設施之間的互通性。.

美國的情況很複雜。FCC 將部分 5.9GHz 頻譜分配給 WiFi，使得 V2X 僅剩 30MHz 頻寬。美國汽車製造商同時支援 C-V2X 和 DSRC。市場仍在摸索中。.

對於車用閘道器而言，支援不同區域的 V2X 標準是必要的。最理想的情況是軟體可配置，可透過韌體更新來適應不同的市場。在硬體方面，RF 前端必須涵蓋不同的頻段。.

安全認證也是一項合規要求。中國的 CCSA 制定了 V2X 安全技術規範 - 車輛裝置需要認證才能進行商業部署。歐洲也有類似的標準。閘道器必須支援技術通訊協定，並取得相應的認證。.

未來演進方向

V2X 技術持續快速發展。5G NR V2X 代表下一代技術，與 LTE V2X 相比有重大改進。更低的延遲、更高的可靠性、支援更高的速度和更密集的流量。.

但 5G V2X 設備成本仍然相對較高。大規模商業化需要時間。現階段 LTE V2X 和 5G V2X 將會並存。車輛閘道器必須支援這兩種技術。.

另一個趨勢是 V2X 與 5G 網路融合。未來的車用閘道器可能會使用單一模組，同時支援 5G Uu 模式和 5G PC5 模式，省去獨立的 C-V2X 模組。這可降低成本和功耗。.

邊緣運算也與 V2X 整合。RSU 不再是簡單的廣播節點，而是具有運算能力。它們可以匯集多車輛資料，做出本地協調決策，然後透過 V2X 發佈結果。車輛閘道必須處理更複雜的互動。.

根據我這幾年參與 V2X 專案的經驗，這項技術本身已經相當成熟。最大的挑戰在於大規模的部署。RSU 基礎建設成本、車輛設備費率、不同廠商之間的互通性 - 這些問題都需要時間來解決。但方向是明確的。V2X 將成為智慧型連網車輛的標準設備，而車輛閘道與 RSU 之間的協調將日益重要。.