高速移动环境多址接入与低时延高可靠车辆通信

The internet of vehicles applications under high mobility environments have very strict requirements on the latency (as low as 1ms) and reliability (as high as 99.999%). Thus, due to the inherent limitations in network architecture, access techniques, frame structure, etc, it is extremely difficult for the existing technologies (i.e. 802.11P or LTE V2X) to provide the enhanced V2X applications, such as platooning and long distance auto-driving. Therefore, it is of practical and theoretical significance to design the low-latency and ultra-reliable media access, transmission and networking technologies according to the characteristics of eV2X services, which will help solving the related fundamental problems in vehicular networks, thus resulting vehicular communication standards with our own intellectual property rights. Based on the theories and technologies of 5G wireless communications, we aim at reducing the latency and improving the reliability of vehicular networks in high mobility environments. This project focuses on the following key issues: (1) low-latency and ultra-reliable communication theories and performance evaluation for high mobility environments; (2) low-latency and ultra-reliable multiple access and protocols for vehicular networks; (3) highly-dynamic, low-latency and ultra-reliable vehicular networking technologies and coordination mechanisms; (4) low-latency and ultra-reliable vehicular network verification platform and key technology testing.

高速移动环境下的车联网应用对时延和可靠性提出求了很高要求（如低至1ms的空口时延和99.999%的业务可靠性），而现有技术（如802.11P和LTE V2X）受限于其固有设计要求（如网络架构、接入方式和帧结构等），均难以完全支撑增强型车联网(eV2X)应用，如车辆编队行驶、车辆远程自动驾驶等。因此，如何针对eV2X业务特征，设计低时延高可靠的接入、传输和组网技术，解决相关基础理论问题，形成具有自主知识产权的车联网通信体系标准，具有重要的应用价值和科学意义。本项目将面向5G应用，针对高移动环境车联网增强型eV2X应用需求，以降低时延和提高可靠性为目的，基于5G无线通信理论与技术，重点研究如下关键问题：（1）高速移动环境下低时延高可靠通信理论与性能；（2）车联网低时延高可靠多址接入与协议研究；（3）高动态低时延高可靠车联网组网技术与协同机制；（4）低时延高可靠车联网验证平台与关键技术测试。

本项目由西南交通大学和电信科学技术研究院合作完成。针对高速移动环境增强型低时延高可靠车联网需求，本项目主要研究：高速移动环境下低时延高可靠通信理论与性能；车联网低时延高可靠多址接入与协议研究；高动态低时延高可靠车联网组网技术与协同机制；低时延高可靠车联网验证平台与关键技术测试。.项目的重要研究结果包括：（1）针对车联网高速移动、低时延、高可靠特征，提出了多个车联网性能指标理论分析模型，揭示了移动性、时延、可靠性、信噪比、能量效率、频谱效率、连通性等性能的内在理论约束关系；（2）针对车联网频谱效率、传输可靠性等性能需求，提出了多个面向车联网应用的非正交多址接入方案，通过功率控制、用户调度、波束成形等方法解决了用户数量受限、传输速率低、可靠性低等问题；（3）针对车联网用户的行为特征和消息特性，提出了几种协作式路由选择、资源分配、计算卸载和缓存部署方案，解决了现有算法信令开销大、计算复杂度高、时延与可靠性得不到保证等问题；（4）积极推进3GPP蜂窝车联网(C-V2X)技术的标准化(Release 14-18)工作，开发了低时延高可靠车联网验证与测试平台，率先研制出LTE-V2X原型设备和车规级LTE-V2X模组，并成功应用于上海、重庆、长春、天津等国家车联网示范区和先导区。.项目组发表论文92篇（期刊论文70篇，会议论文22篇；第一标注55篇）；申请专利15项；合作出版蜂窝车联网和非正交多址接入学术著作2部；提交国际标准提案26项；领衔撰写发布《C-V2X车联网技术发展与产业实践白皮书》等4个白皮书/技术报告；完成年度进展报告4份、结题报告1份；获得科研和学术奖项4项，相关成果入选2021年中国信息通信领域重大科技进展；项目组成员中，一名当选为IEEE Fellow，一名担任全球5G汽车协会(5GAA) WG6中国区负责人，二名晋升为副教授；培养博士后3名，博士生12名，硕士生16名；组织国际国内学术研讨会23次，出席线下/线上国际会议20余人次，作国际国内学术报告27人次，邀请海内外知名专家讲学43人次。