
低速無人駕駛是指車輛在特定場景下、通常時速不超過50公里/小時的條件下,通過各類傳感器、計算平臺和控制系統實現的自主行駛技術。這種技術主要應用于封閉或半封閉環境,如工業園區、港口、機場、校園等區域。相較于高速公路環境下的自動駕駛,低速無人駕駛雖然面臨的環境復雜度相對較低,但其通信需求同樣嚴苛,尤其在響應時間和可靠性方面有著獨特要求。
無人駕駛車輛的網絡通信架構可劃分為三個層次:車內網絡、車際網絡和云端網絡。這三層網絡構成了完整的信息傳輸體系,共同支持低速無人駕駛的高效運行。
車內網絡主要解決車輛內部各個電子控制單元(ECU)之間的數據傳輸問題。在低速無人駕駛車輛中,車內網絡通常采用以下技術:
CAN總線(Controller Area Network) CAN總線是車輛內部最基礎的通信協議,以其高可靠性和實時性著稱。典型CAN總線傳輸速率為250kbps-1Mbps,主要用于傳輸車輛控制信息,如轉向、制動和加速等基本指令。對于低速無人駕駛而言,CAN總線依然是執行層的核心通信技術。
FlexRay總線 相比CAN總線,FlexRay提供更高的帶寬(最高10Mbps)和確定性時間傳輸特性,適用于對實時性要求極高的控制系統,如線控轉向(Steer-by-Wire)和線控制動(Brake-by-Wire)系統。
3. 車載以太網 隨著車輛傳感器數量和數據量的增長,傳統總線已無法滿足高帶寬需求。車載以太網(具備100Mbps-1Gbps帶寬)逐漸成為傳輸高清攝像頭、激光雷達等大數據量傳感器信息的主要方式。低速無人駕駛車輛通常采用IEEE 802.3標準的改進版本,如IEEE 802.3bw(100BASE-T1)或IEEE 802.3bp(1000BASE-T1),以適應車載環境的電磁兼容性要求。
4. 車載時間敏感網絡(TSN) 低速無人駕駛對通信時延有嚴格要求,車載時間敏感網絡(Time Sensitive Networking)技術通過時間同步、流量調度和路徑控制等機制,確保關鍵數據能在確定的時間內傳輸完成,實現端到端延遲控制在毫秒級別,為低速無人駕駛提供可靠的通信保障。
V2X(Vehicle to Everything)通信是無人駕駛的關鍵支撐技術,使車輛能與周圍環境進行信息交互。針對低速無人駕駛,其V2X技術主要包括:
DSRC(專用短程通信) DSRC基于IEEE 802.11p標準,工作在5.9GHz頻段,通信距離可達300米,延遲約為10毫秒。DSRC技術具有抗干擾能力強、連接建立快等特點,適用于低速無人駕駛場景中的緊急安全信息傳輸,如車輛碰撞預警、交叉路口安全等。
2. C-V2X(蜂窩車聯網) C-V2X是基于蜂窩網絡發展的車聯網技術,包括LTE-V2X和5G-V2X。相比DSRC,C-V2X具有更廣的覆蓋范圍、更高的可靠性和更低的延遲。以5G-V2X為例,其理論延遲可低至1毫秒,可靠性高達99.999%,能夠滿足低速無人駕駛對通信質量的苛刻要求。
3. NR-V2X(新空口車聯網) 作為5G技術在車聯網領域的最新應用,NR-V2X基于3GPP R16及以上標準,提供超高可靠低延遲通信(URLLC),滿足多樣化的低速無人駕駛應用場景需求。NR-V2X支持高達3Gbps的傳輸速率和毫秒級延遲,為視頻共享、高精度地圖更新等高帶寬、低延遲應用提供支持。
低速無人駕駛的云端網絡負責大數據處理、遠程監控和高精地圖更新等功能,主要涉及以下技術:
MEC(移動邊緣計算) 將計算能力下沉到網絡邊緣,降低傳輸延遲。在低速無人駕駛場景中,MEC可以處理需要快速響應的任務,如路徑規劃和避障計算,實現5-20毫秒的處理延遲,顯著低于傳統云計算的50-100毫秒延遲。
網絡切片技術 5G網絡切片允許在同一物理網絡基礎設施上創建多個虛擬網絡,針對低速無人駕駛的不同需求提供差異化服務。例如,可以為安全控制信息分配低延遲切片,為高清地圖更新分配高帶寬切片,實現網絡資源的高效利用。
3. SDN/NFV技術 軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)技術使網絡配置更加靈活,能夠根據低速無人駕駛車輛的實際運行狀況動態調整網絡資源分配,提高網絡利用效率和服務質量。
低速無人駕駛雖然速度不高,但對通信延遲和可靠性的要求同樣嚴格。安全控制信息需要在幾毫秒內完成傳輸并執行,可靠性要達到99.999%以上。解決方案:
多鏈路聚合技術:同時利用多種通信技術(如4G/5G、WiFi、DSRC等),通過智能路由算法選擇最優傳輸路徑。
冗余傳輸機制:關鍵安全信息通過多條路徑同時傳輸,確保至少一條路徑成功。
QoS保障機制:對不同類型數據進行優先級劃分,確保安全控制信息優先傳輸。
低速無人駕駛雖然主要在封閉或半封閉環境運行,但這些環境可能存在信號盲區或弱覆蓋區域,如地下車庫、高樓之間等。解決方案:
異構網絡協同:部署多種通信網絡,如蜂窩網絡、WiFi、專用短程通信等,實現無縫覆蓋。
動態網狀網絡:車輛之間形成臨時網狀網絡,通過多跳轉發擴大網絡覆蓋范圍。
固定基礎設施輔助:在關鍵位置部署路側單元(RSU),增強網絡覆蓋能力。
低速無人駕駛車輛的網絡安全直接關系到行車安全,需防范數據篡改、非授權訪問和拒絕服務攻擊等威脅。解決方案:
多層次認證機制:采用基于PKI(公鑰基礎設施)的身份認證、雙向認證等技術,確保通信雙方身份的真實性。
數據加密傳輸:使用高強度加密算法保護通信數據,防止信息泄露。
入侵檢測系統:實時監控網絡流量,識別異常訪問行為,防范網絡攻擊。
安全隔離設計:控制系統與外部通信系統進行物理或邏輯隔離,減少攻擊面。
低速無人駕駛依賴高可靠性的工業級通信設備,這些設備需滿足特殊的環境適應性和性能要求。1. 工業級5G/4G路由器 如SR800-D系列產品,是專為AGV自動駕駛車輛設計的通信核心。該類設備具備以下特性:
寬溫工作范圍(通常-40°C至85°C)
高防護等級(IP30或更高)
抗振動、抗沖擊設計(符合車載標準)
電磁兼容性設計(滿足車載EMC要求)
低功耗設計(適應車載電源環境)
冗余鏈路設計(支持多SIM卡、多網絡接入)
低延遲傳輸(端到端延遲<20ms)
VPN安全通信(支持IPSec、OpenVPN等多種加密協議)
2. 車載無線網關 充當車內網絡與外部網絡的橋梁,實現協議轉換和數據處理。其核心功能包括:
協議適配(CAN、FlexRay轉以太網、5G等)
邊緣計算(本地處理部分數據,減輕網絡負擔)
數據過濾與壓縮(優化傳輸效率)
安全隔離(保護車內網絡不受外部攻擊)
3. 車載天線系統 專為車載環境設計的多頻段、高增益天線系統,支持GNSS定位、蜂窩通信、V2X通信等多種功能,通過MIMO技術提高傳輸速率和可靠性。
1. 工業園區無人物流
通信需求:中等帶寬(10-50Mbps),低延遲(<20ms),高可靠性(>99.99%)
網絡架構:園區專網+公網融合,核心區域部署5G專網,邊緣區域利用公網覆蓋
關鍵技術:網絡切片、QoS保障、邊緣計算
2. 智慧港口無人運輸
通信需求:高帶寬(50-100Mbps),超低延遲(<10ms),極高可靠性(>99.999%)
網絡架構:5G專網為主,網絡深度覆蓋,高密度部署
關鍵技術:網絡虛擬化、時間敏感網絡、毫米波通信
3. 封閉園區無人接駁
通信需求:中等帶寬(5-20Mbps),中等延遲(<50ms),高可靠性(>99.9%)
網絡架構:WiFi+4G/5G混合組網,重點區域強化覆蓋
關鍵技術:異構網絡協作、無縫切換、網絡負載均衡
1. 確定性網絡 未來低速無人駕駛網絡將更加注重時延確定性,通過IEEE 802.1 TSN、5G URLLC等技術,確保控制信息在嚴格規定的時間窗口內傳輸完成,為無人駕駛提供更可靠的通信保障。2. 網絡智能化 基于AI技術的智能網絡將能夠預測通信需求、自動調整網絡參數、智能識別安全威脅,使網絡更加適應低速無人駕駛的動態需求。3. 通信與感知融合 未來將出現通信與感知融合的技術方案,如基于毫米波雷達的通信系統,既可以感知環境,又可以傳輸數據,實現資源的高效利用。4. 衛星通信補充 低軌道衛星通信將成為地面網絡的有效補充,為低速無人駕駛提供覆蓋更廣、更可靠的通信保障,特別是在偏遠地區或自然災害導致地面網絡受損的情況下。
低速無人駕駛的網絡通信系統是整個自動駕駛技術體系的神經中樞,其性能直接影響車輛的安全性和功能實現。隨著5G、邊緣計算、網絡虛擬化等技術的不斷成熟,低速無人駕駛將獲得更可靠、更高效的網絡支持,加速其在工業、物流、交通等領域的大規模商用落地。網絡通信技術的創新將持續推動低速無人駕駛向更高智能化、更高安全性的方向發展,為智慧交通和智慧城市建設提供堅實基礎。