4G C-V2X陣營對決DSRC　車聯網技術標準兩強爭鋒

現今全球短距無線通訊DSRC(Dedicated Short Range Communication)與4G C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)技術標準於車聯網的產業趨勢可區分為兩大陣營，如圖1所示，美國致力於DSRC系統開發與應用驗證，其實體層採用IEEE 802.11p，目前DSRC系統已進入到成熟期，全球已有多個城市與公路建置DSRC-based測試場域，以驗證其標準與應用，DSRC目前已有美國電機工程協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)與歐洲電信標準協會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI)兩大標準組織制定多年。 

圖1 DSRC與4G C-V2X標準於車聯網之趨勢

反觀4G C-V2X於車聯網標準的制定，則以中國與歐盟(如電信商)最為積極參與投入，車聯網系統以建置電信基地台為主，與4G C-V2X車聯網標準相關的有3GPP eV2X(enhanced V2X)標準，該標準底層採用MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service)/PC5架構。 

根據產業預測，DSRC與4G C-V2X兩大陣營將瓜分車聯網市場，將於2021年逐年產出至少7,500萬套車聯網相關的V2V(Vehicle-to-Vehicle)與V2I(Vehicle-to-Infrastructure)通訊模組，有助於帶動車聯網產業的蓬勃發展。 

車聯網之美規DSRC國際標準 

美國針對車聯網所制定的DSRC技術，其底層採用IEEE 802.11p標準，而上層則採用IEEE 1609系列標準。圖2右側虛線框處為DSRC系統之標準架構圖，由第一層到第七層分別為IEEE 802.11p標準制定實體層(Physical Layer, PHY)與資料鏈結層中的媒介存取控制層(Media Access Control, MAC)之通訊協定，而媒介存取控制層中的多頻道運作(Multi-Channel Operation)至應用層之通訊協定則由IEEE 1609各個子標準所規範制定。 

圖2 美規與歐規之車聯網DSRC系統標準架構

IEEE 802.11p標準名稱為車用環境無線存取(Wireless Access in Vehicular Environments, WAVE)，其考量行車環境中迅速變化之物理特性與短時間訊息交換之需求，以修改IEEE 802.11a-1999標準的ASTM E2213-03標準為基礎，修訂IEEE 802.11-2007標準。 

IEEE 802.11p實體層採用正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術，運作於頻寬10MHz的5.9GHz (5.850~5.925GHz)頻段，並調整載波等相關參數以對抗多重路徑衰減。在媒介存取控制層部分，IEEE 802.11p跳脫IEEE 802.11標準原有的基本服務集(Basic Service Set, BSS)概念，並捨棄身分認證(Authentication)、聯結(Association)或資料機密性(Data Confidentiality)服務，讓WAVE設備間能夠直接進行資訊交換，以避免建立基本服務集時所造成的延遲時間。 

此外亦修改增強分散式頻道存取(Enhanced Distributed Channel Access, EDCA)機制參數與新增WAVE設備間時間同步機制，以增進資訊傳遞之時效性。IEEE 1609系列標準以IEEE 802.11p標準為底層通訊技術，發展媒介存取控制層以上之標準協定，以建立車聯網中V2V與V2R(Vehicle-to-Roadside)通訊之統一標準規範，其各個子標準名稱與目前制定狀態如表1所列，其中IEEE 1609.2、IEEE 1609.3與IEEE 1609.4為主要之核心標準。 

表1 美規IEEE WAVE/DSRC標準制定現況

車聯網之歐規DSRC國際標準 

同樣基於車聯網行車環境中安全緊急應用之低傳輸延遲與時間急迫性考量，歐盟電子通訊委員會(Electronic Communications Committee, ECC)於2008年將5.9GHz(5.875~5.925GHz)頻段分配予歐洲未來ITS發展所使用。現行歐盟ITS發展規劃以歐洲電信標準協會底下之智慧型運輸系統技術委員會(Technical Committee-Intelligent Transport System, TC-ITS)所制定之ETSI EN 302 665標準為基礎。 

該標準規範設備通訊架構以適用於人、車、道路與中控中心之車聯網環境，並從存取層(Access Layer)、網路與傳輸層(Network & Transport Layer)、設備層(Facilities Layer)、安全層(Security Layer)、管理層(Management Layer)及應用層(Application Layer)觀點制定相關協定標準，如圖2左側虛線框處所示。 

ETSI ES 202 663標準為目前存取層之基礎標準，其採用IEEE 802.11p無線存取技術，並將5GHz運作頻段(稱之為ITS-G5)劃分為ITS安全性相關應用的ITS-G5A(5.875~5.925GHz)、ITS非安全性相關應用的ITS-G5B(5.855~5.875GHz)及無線區域網路(Radio Local Area Network, RLAN)所使用的ITS-G5C(5.479~5.725GHz)。目前歐規標準工作小組與標準制定現況如表2所列。 

表2 歐規ETSI標準制定現況

車聯網之安全性訊息類型 

在車聯網環境中，安全性相關之訊息將週期性或事件觸發性地於車輛間傳送，如圖2所示之自動車工程師學會(Society of Automotive Engineers, SAE)所制定的J2735基本安全訊息(Basic Safety Message, BSM)，以及ETSI TC ITS所制定之合作察覺訊息(Cooperative Awareness Message, CAM)和分散式環境通知(Decentralized Environmental Notification Message, DENM)訊息。 

在車輛數目多的車聯網環境中，上述訊息的傳遞將造成通道擁擠(Channel Congestion)情況發生，並可能導致具緊急性之安全訊息無法正確被傳送或接收。美國藉由八大車廠主導之CAMP(Crash Avoidance Metrics Partnership)計畫嘗試找出最佳之壅塞控制機制，而歐盟則藉由ETSI TC ITS標準組織從存取層、網路與傳輸層、設備層及管理層方面規範分散式壅塞控制(Decentralized Congestion Control, DCC)協定。 

ETSI TS 102 687標準規範分散式壅塞控制之整體架構，並利用傳送功率控制(Transmit Power Control)、傳送速率控制(Transmit Rate Control)以及傳送資料速率控制(Transmit Data Rate Control)等方式解決通道壅塞之情況，為存取層之控制協定。至於其他層之控制協定則陸續於2016年底至2017年展開標準之制定。工研院積極參與該機制相關標準之制定開發，嘗試從不同層之觀點解決車聯網環境中通道壅塞之問題，以確保安全性相關訊息之正確傳遞，提供更為安全之行車環境。 

圖3 3GPP enhanced V2X(eV2X)之車聯網系統標準架構

車聯網之4G C-V2X國際標準 

4G C-V2X陣營投入車聯網標準的制定又以3GPP enhanced V2X(eV2X)標準制定為主，圖3為標準架構示意圖，其中第三層以上CAM、DENM、BSM訊息與V2X應用亦與美、歐規標準相容，僅底層通訊技術有所差異。3GPP eV2X標準以服務規範委員會(SA1)自2015年2月起啟動LTE-V2X研究，圖4為V2X多種應用類型示意圖，如車對車、車對人(Vehicle-to-Pedestrian, V2P)、車對電信網路(Vehicle-to-Network, V2N)與車對路。 

圖4 V2X應用類型(V2V, V2P, V2N and V2I)

於2016年9月起，3GPP Release 14技術規範，已完成LTE-V2X的第一階段標準，主要是針對裝置對裝置(Device to Device, D2D)模式的車對車通訊標準化；第二階段於2017年3月完成LTE-V2X完整標準，包含基於蜂巢網路(Cellular)的車對車、車對路、車對人通訊。 

SA1在2016年5月開始針對5G-V2X支援自動駕駛技術進行討論，針對增強型3GPP以協助5G V2X服務，提出22項相關應用案例，並將之歸為五大群組，分別為自動跟車(Platooning)、先進駕駛(Advanced Driving)、遠程遙控車輛(Remote Driving)、感測器輔助(Extended Sensor)、通則(General)，為5G-V2X發展重點，於2017年5月SA1會議已完成制定，將列入R15規範，包含透過PC5協定運作於V2V應用，如圖5為十字路口防碰撞安全資訊系統示意圖，透過路側RSU擷取號誌狀態與雷達資訊後，廣播給經過路口的車輛，提醒車內的駕駛。 

圖5 車聯網之十字路口防碰撞安全資訊系統示意圖

除了歐盟積極參與車聯網標準制定，中國大陸亦投入大量資源參與V2X技術標準制定，其中中國通信標準化協會(China Communications Standards Association, CCSA)與交通運輸部公路科學研究院已於2016年完成LTE-V2X需求與架構標準制定，預計2017年完成Air Interface標準制定，中國工信部、發改委和科技部正在進行關鍵技術驗證和產業化應用示範，推動LTE-V等車聯網技術創新和產業化。 

中國移動、大唐電信與華為是主導中國LTE-V之推手；而華為、LGE與中國電信設備製造商共同主導3GPP LTE-V2X與5G eV2X研究。去年11月，北京、上海、重慶、杭州、長春與武漢，正式入圍中國首批六個智慧汽車與智慧交通應用示範城市。 

其中上海提出A NICE CITY計畫，如圖6，將以多年期模式建置示範場域，於第一期建置封閉測試區(F-ZONE)，該場域位於上海市嘉定區伊寧路，可用於測試的道路長度達3.6公里，測試區內建置1個差分全球定位系統基地台(Differential Global Positioning System, DGPS)、2座LTE-V通訊基地台、16套DSRC和4套LTE-V路側單元。 

圖6 大陸上海A NICE CITY計畫

台灣車聯網標準制定急起直追 

至於台灣車聯網標準制定發展進展，鑑於技術及服務方興未艾，但目前有以下兩個標準制定合作單位，分別為台灣資通產業標準協會(Taiwan Association of Information and Communication Standards, TAICS)與台灣車聯網產業協會(Taiwan Telematics Industry Association, TTIA)。TAICS負責標準制定平台，而TTIA負責參與提案制定。 

TAICS於今年9月與韓國電信技術協會(TTA)簽署合作備忘錄，雙方將就5G、資訊安全與物聯網等標準議題進行合作框架討論。TTA成立於1988年，目前已制定超過15,000個標準，對韓國資通訊產業發展貢獻良多。 

TAICS透過與TTA於標準上的合作與交流，亦可借鏡TTA之測試、認證與營運模式，可望在一年內與國內檢測實驗室合作建立標準檢測與認證制度，縮短台灣車聯網產業取得國際認證的時間。目前台灣車聯網產業協會已逐步將TAICS協會制定之產業標準導入台灣資通產業標準協會之平台，以期凝聚車聯網業者之共識，引領下一波藍海。 

(本文作者任職於工研院資通所)