摘 要：通过“5G+北斗”系统的融合构成一个超高密度、超高精度的地基增强网，为地面用户提供精密定位、授时和时间同步服务。同时根据亚纳秒级天稳的高精度北斗/GNSS 精密收时守时终端实现纳秒级延时的稳定度，即可测量基于北斗授时系统下的网络及相关系统设备的精确时延，基于时延可判断系统及设备运行的稳定性。本文基于“5G+北斗”纳秒级的精密授时技术，对智能网联汽车车路系统系统进行北斗/GNSS统一授时及时间同步，根据高精度的时间戳实时监控系统以及设备的正常运行状态，并实时精确地定位异常问题点。
关键词：5G；北斗；车路协同；
国际电信联盟（ITU）提出了5G 三大特性：增强带宽、海量连接和超低延时。5G 作为未来网络的关键基础设施，不仅在网络上为大众提供优质的通信网络服务，同时基于5G高带宽、高速度、大容量、低功耗、低延时、万物互联、信息可感知、可调控等特征，为满足未来虚拟现实、智能制造、自动驾驶等用户和行业的应用需求，提供基础支撑。
北斗/GNSS（Global?Navigation?Satellite?
System）具备全球性、高精度时空基准，基于系统的全球性，能实现全球时间的精确同步，可以在广域甚至全球把感知时间和位置的能力赋给 5G，如相关道路、环境等。高精度导航增强技术赋能移动通信网、互联网，给移动信息在网上瞬时位置定位，定其去向和瞬时流速，还能使移动互联网具有室内外定位无缝化一体化功能，实现城市全时域/全空域定位的智慧城市建设需求。
通过“5G+北斗”技术的融合可构成一个超高密度、超高精度的地基增强网，为地面用户提供精密定位、授时和时间同步服务。通过检索和修正北斗信号，时间就可以达到纳米级水平，同时根据亚纳秒级天稳的高精度北斗/GNSS 精密收时守时终端实现延时的稳定度，即可测量基于北斗授时系统下的网络及相关系统设备的时延，基于时延可判断系统及设备运行的稳定性。
智能网联汽车对车路系统系统的实时性、安全性和可靠性要求较高，而车辆协同系统极其复杂，涉及汽车、通信、电子、交通、导航定位、信息安全等多领域，同时系统涉及车载终端设备、路侧感知设备、网络传输设备以及后台处理设备等各设备的协同及控制。一旦系统某一环节出现异常问题而未能及时定位解决会大大影响系统功能以及系统的安全性及可靠性。因而，需要对整个系统进行实时监测，一旦出现异常问题能够及时定位解决。
目前大部分方案只是对部分设备状态进行监控，或者通过传感器对设备部分运行参数进行监控，此类监控方案需要各种传感器配合且监控的范围有限，尤其对于无线通信端的异常不能有效监控，且很难对产生异常问题的部分进行快速精准的定位。
因此，笔者拟采用基于“5G+北斗”ns级的精密授时技术，对智能网联汽车车路系统系统进行北斗/GNSS统一授时及时间同步，基于高精度的时间戳实时监控系统以及设备的正常运行状态，以及实时精确地定位异常问题点。
1车路协同系统授时方案
车路协同系统即VICS(Vehicle Infrastructure Cooperative Systems)，是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高 通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。
车路协同系统的车载端、路侧端以及平台端需要进行时间同步，基于时间同步实现相应的功能及应用。以北斗卫星系统作为一级时间源进行授时服务，经过一级时间源同步二级时间源(NTP服务器)进行网络授时服务，从而实现车端、路端、云端各设备的时钟同步与自动校正，保证各端的时间一致性。
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图 1 车路协同系统同步授时示意图
2技术方案
通过“5G+北斗”技术的融合构成一个超高密度、超高精度的地基增强网，通过该网络对车路协同系统及设备进行ns级高精度授时及时间同步，同时根据亚纳秒级天稳的高精度北斗/GNSS 精密收时守时终端实现纳秒级延时的稳定度，系统及设备相对应的流程及系统指令能带上精准的时间戳，对正常稳定的设备和系统能够通过时间戳监控设备内运行软件模块以及系统模块每部分对应的延时，基于系统或设备长期稳定的运行，其对应的延时也相对较固定，通过设置延时判决门限对异常延时进行监控并产生相应告警，从而能够实现对设备或系统的监控以及异常定位告警。
2.1设备监控及问题定位
车路协同系统中在车载端有多种车载终端设备，同时在路侧端也布设有如智能摄像头、毫米波雷达、激光雷达、气象站、路面环境检测器等各种传感器以及路侧通信单元等各种设备，每种设备都有对应的设备软件系统，设备通过执行对应的软件指令或者软件模块实现相应的功能，根据设备的软件指令集或者功能模块进行分解。如某一设备有对应软件系统，软件系统分为N个功能模块Block（A、B、C…N），每个功能模块Block又由N个指令Step（1、2、3…N）组成，每个功能模块Block依次执行对应的指令Step对应会产生一个时延D，当模块功能稳定时对应产生的时延D相对固定，对A模块的时延定义为?DA，设定其时延最低和最高值分别为DAL和DAH，具体如下图2所示，在指令集或者功能模块之间设立监控时延门限，根据设备正常运行的延时统计合理设置延时上下门限值DL - DH，一旦软件执行出现异常超出正常门限范围，通过相关告警模式将异常信息上报设备或系统平台，从而实现对设备正常运行的监控及异常问题的定位。
依次对各个模块的运行延时DA、DB…DN以及总延时D进行监控，一旦某个延时超出正常设定延时范围值即可马上定位到对应的功能模块，并根据延时实现对应模块的监控及问题定位。
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图 2 设备软件系统延时监控图
2.2系统监控及问题定位
车路协同系统按照车载端、路侧端以及平台端划分为三部分，三部分由各自的设备或系统平台组成，三部分间进行相关通信及数据交互。以数据由车载端经路侧端再到平台端为例，如图3所示，各类设备或系统平台会产生各自的信息处理延时D(不同设备延时分别用D1、D2、D3…DN表示)，数据经车载端到路侧端，再由路侧端到平台端会产生对应的传输延时分别为DE1和DE2，以及系统总延时Dall，将系统划分为不同的模块，分别对不同系统模块延时进行监控，当系统正常工作经过一定时间运行稳定后，通过对设备运行延时设置上下限监控设备的运行状态，通过对传输时延设置上下限可以监控数据在传输过程中碰到诸如非法接入、黑客入侵等异常问题，通过对每个系统的总的系统时延进行设置上下门限监控系统的正常运行状态。一旦延时超出设置门限，说明设备、传输或系统存在异常问题，通过相关告警模式将相关信息发送到监控或管理平台进行问题跟踪及定位。
通过上述方法除了可以有效对各设备系统平台进行监控及问题定位，同时可通过对无线传输延时进行实时监控，对诸如非法接入、黑客入侵等异常问题能够及时发现及定位，能在一定程度解决网络安全传输监控问题。
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图 3 车路协同系统延时监控图
3结论
通过对系统以及设备进行ns级高精度授时及时间同步，使系统及设备相对应的流程及系统指令能带上精准的时间戳，当设备或系统经过一定时间的稳定运行后，根据系统及设备模块不同的划分方式，对系统和设备不同功能模块的延时设置上下门限值实现异常的问题监控，一旦时延超出相应门限产生相关预警并根据预警信息对异常模块进行定位。当划分的模块或者指令集越小所能监控和定位就越精细与明确。
参 考 文 献
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