V2X作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的信息交互關(guān)鍵技術(shù)，同時也是汽車、電子、信息通信和交通管理等行業(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)。V2X技術(shù)通過將“人-車-路-云”交通參與要素有機地聯(lián)系在一起，不僅可以支撐車輛獲得比單車感知更多的信息，例如解決非視距感或容易受惡劣環(huán)境影響等情況，促進自動駕駛技術(shù)的成熟；另一方面還有利于構(gòu)建智慧交通體系，例如解決車輛優(yōu)先級管理、交通優(yōu)化控制等情況，促進汽車和交通服務(wù)的新模式新形態(tài)發(fā)展。

車聯(lián)網(wǎng)V2X仿真驗證是車聯(lián)網(wǎng)功能開發(fā)與路測傳感器融合感知系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能在道路試驗前對控制器功能進行驗證，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。但是在實際交通環(huán)境中進行測試受到各種因素限制，如何能夠更為有效地開展V2X仿真驗證呢？

 開展基礎(chǔ)：V2X應(yīng)用場景相關(guān)標準

V2X仿真驗證開展的基礎(chǔ)是應(yīng)用場景。目前V2X仿真應(yīng)用場景主要參考由中國汽車工程學會發(fā)布的《合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標準》。該標準是國內(nèi)第一個針對V2X應(yīng)用層的團體標準，第一階段(DAY 1)劃分了17個測試項目，并對17個項目進行描述；第二階段(DAY 2)在第一階段的標準基礎(chǔ)上，結(jié)合了V2X技術(shù)迭代與行業(yè)需求演進，定義了第二階段的12個應(yīng)用場景和9個新交互消息，進一步豐富了V2X應(yīng)用場景，加速了V2X車聯(lián)網(wǎng)商用落地。

表1 DAY 1場景表

表2 DAY 2場景表

V2X仿真測試不僅需要保證蜂窩通信模塊的通信性能，同時需要保證V2X模塊作為車輛“傳感器”之一，高效且穩(wěn)定的運行。所以，需要運用不同的測試方法和手段保證其有效性，包括射頻性能測試、通信協(xié)議測試與硬件在環(huán)測試。V2X仿真測試系統(tǒng)可用于終端通信協(xié)議一致性測試、預警功能開環(huán)測試、閉環(huán)測試和HIL測試等研究，通過在實驗室對真實場景再現(xiàn)，實現(xiàn)研發(fā)、測試與體驗的互通互聯(lián)。

中汽數(shù)據(jù)V2X仿真驗證方案包括羅德施瓦茨、NI、是德等多種市面主流廠商設(shè)備，本文以基于NI設(shè)備的解決方案為例進行介紹。整套平臺系統(tǒng)包括場景仿真軟件、應(yīng)用層數(shù)據(jù)協(xié)議棧及基于NI設(shè)備的平臺系統(tǒng)。其中底層基于NI射頻收發(fā)設(shè)備構(gòu)建射頻環(huán)境仿真功能，系統(tǒng)主要包括PXI機箱與控制器、GNSS模擬及接收模塊、V2X信號仿真分析等模塊。

圖1 V2X仿真系統(tǒng)框架（基于NI設(shè)備）

1.場景仿真軟件

基于成熟的場景仿真軟件平臺，比如Prescan、VTD、CarMaker等，實現(xiàn)基于DAY1及DAY2中描述的V2X典型場景（可以根據(jù)客戶需求自定義場景），場景設(shè)計元素包含自車、遠車車輛、其他交通參與者等模型，以及道路、環(huán)境及交通車流等。目前針對V2X仿真測試場景庫一階段16大類和二階段12大類應(yīng)用場景，已建成V2X仿真測試場景庫：V2X仿真測試場景200多個，測試用例上萬條。

圖2 場景仿真軟件及示意圖

2.應(yīng)用層數(shù)據(jù)協(xié)議棧

中國汽車工程學會應(yīng)用層標準遵循“消息集-數(shù)據(jù)幀-數(shù)據(jù)元素”三層嵌套式結(jié)構(gòu)規(guī)則對應(yīng)用層數(shù)據(jù)集進行制定；采用了ASN.1抽象語法進行定義，實現(xiàn)了跨平臺和不同編程語言的兼容；考慮到射頻性能，數(shù)據(jù)集交互的編解碼方式遵循非對齊壓縮編碼規(guī)則UPER（Unaligned Encoding Rules），有效壓縮空口通信數(shù)據(jù)包的大小。在第一階段標準中定義了五大類基礎(chǔ)消息集：BSM、RSI、RSM、SPAT、MAP；第二階段在原有基礎(chǔ)上進行拓展和提出新的消息體。中汽數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)五類消息體協(xié)議棧的轉(zhuǎn)化，方便設(shè)備間的通信與適配。

表3 五類基礎(chǔ)消息體

4. 仿真驗證平臺系統(tǒng)

圖3 基于NI的平臺系統(tǒng)

V2X仿真驗證系統(tǒng)通過將相關(guān)配套軟件與NI PXI和USRP軟件無線電（SDR）硬件相結(jié)合，在V2X控制器上向射頻（RF）和全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）信道發(fā)送和接收真實信號，并通過網(wǎng)線連接交換機實現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)傳輸。

V2X仿真驗證設(shè)備硬件接口主要由網(wǎng)口、USB、時鐘同步口、GPS 天線口、DP等接口組成。通過對接口進行設(shè)置，可實現(xiàn)空口與直連兩種測試模式。

基于NI的硬件平臺系統(tǒng)主要在PXIe機箱的框架上進行搭建，數(shù)據(jù)由USRP軟件無線電設(shè)備采集后經(jīng)多機箱擴展模塊接口匯聚到PXIe機箱中，PXIe機箱上配置了PXIe高性能嵌入式控制器。定時和同步對于任何一個需要部署無線電設(shè)備的系統(tǒng)來說都是至關(guān)重要的，PXIe-66xx定時與同步模塊可生成一個非常穩(wěn)定且精確的參考時鐘并提供一個數(shù)字觸發(fā)信號，用于時鐘和觸發(fā)信號的分發(fā)，從而確保了整個系統(tǒng)的系統(tǒng)級同步，各個無線電設(shè)備同步進行數(shù)據(jù)采集和生成。另外通過使用PXIe-85XX模塊實現(xiàn)了OBU等待測件與系統(tǒng)CAN信息的交互，形成完整的測試閉環(huán)鏈路。

 V2X仿真測試原理

V2X仿真測試系統(tǒng)通過場景仿真軟件中構(gòu)建三維虛擬交通場景測試用例，實時地顯示測試場景中的三維信息及測試用例狀態(tài)。同時場景中生成的數(shù)據(jù)經(jīng)由協(xié)議棧實時傳輸至硬件部分，并動態(tài)生成 V2X信號。待測件主車的V2X車載單元接收到信號后綜合自身信息(CAN信號)，V2X和GPS信息給出反饋和預警，完成硬件在環(huán)測試。該系統(tǒng)具有以下亮點：

1.  全面性：芯片-模組-OBU/RSU整個生命周期測試V2X方案；方案可擴展性強，從底層到頂層都開放API接口，相同的系統(tǒng)可實現(xiàn)性能仿真與指標測試，室內(nèi)測試，外場測試和外場電磁環(huán)境分析。

2.  靈活性：方案基于軟件定義無線電平臺，從而支持后續(xù)協(xié)議升級；根據(jù)客戶需求和測試項目可自定義測試系統(tǒng)，在靈活性和性價比上相比臺式儀表和傳統(tǒng)方案具備優(yōu)勢；并可支持多個OBU模擬與數(shù)據(jù)包擁塞模擬；并且支持軟件平滑升級到5G-V2X。

3.  通用性：可與國內(nèi)外多家上層場景仿真軟件相結(jié)合，可在不同協(xié)議層做故障注入，內(nèi)嵌高性能FPGA，支持高度軟件自定義，可快速集成到不同開環(huán)/閉環(huán)測試系統(tǒng)中，提供預設(shè)定測試應(yīng)用場景。

中汽數(shù)據(jù)V2X仿真測試系統(tǒng)根據(jù)最新的車路協(xié)同互聯(lián)互通協(xié)議，提供基于實驗室環(huán)境中驗證符合3GPP Rel.14的物理層(符合GCF驗證標準)以及面向中國標準的C-V2X網(wǎng)絡(luò)層、V5接口安全和消息層的自動化協(xié)議一致性測試及GNSS模擬器測試、V2X虛擬仿真HIL測試等解決方案。

圖4 V2X仿真驗證系統(tǒng)測試功能

V2X終端產(chǎn)品在規(guī)模化商用之前，需要基于V2X應(yīng)用場景對其功能、性能、穩(wěn)定性等方面進行測試驗證。通過仿真測試手段可大幅度節(jié)省開發(fā)成本，在加快產(chǎn)品開發(fā)迭代速度的同時，也保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

中汽數(shù)據(jù)具有完整的V2X仿真測試設(shè)備及解決方案，已與行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)展開相關(guān)合作與研究，包括V2X仿真測試場景庫建設(shè)、V2X消息預處理模塊開發(fā)、V2X仿真硬件在環(huán)臺架測試聯(lián)調(diào)、V2X仿真自動化測試及協(xié)議一致性等內(nèi)容，助力V2X技術(shù)應(yīng)用落地。

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