车载应急通信技术与测试方法介绍

2017-06-16 来源:中国信息通信研究院作者:陈珺,吴文 我要评论(0) 字号:

1、引言

近几年,扩展汽车通信功能应用的车联网话题急速升温,汽车产业与通信信息产业的结合是通信业发展新的契机,也为汽车行业带来了高新信息技术应用的无限前景,同时也存在跨行业合作的复杂性。目前,车联通信系统的应用遍布汽车驾驶、多媒体娱乐、交通信息交互、应急救援的通信应用等。本文从车载应急通信系统出发,从车载应急通信的技术特性、国内外标准、检测产业进展等方面进行分析介绍。

车载应急通信系统主要功能模块包括自动紧急呼叫通信功能和定位功能两个模块。在发生严重交通事故后,即使司机和乘客失去知觉不能拨打电话,这一系统通过对碰撞力度的感应触发,基于以上两个通信功能模块,能够自动拨叫统一的应急救援平台的紧急救援电话,并且同时报告事故车辆所处的位置信息(见图1)。该系统对应急通信的处理具有自动化和及时的特性,使得紧急事故的信息发送快速,同时因自动包含事发位置信息,可大大缩短救援时间。欧盟委员会曾在致力推动该系统在欧洲的普遍使用的政策研究中,提到采用这套系统,有可能使发生道路交通事故后的救援时间节省40%以上。

图1、车载应急通信系统(来自www.heero-piot.et)

2、车载应急通信技术及标准现状

2.1、技术发展背景

车载应急通信系统的技术近年在欧洲和俄罗斯发展迅速。早在2005年欧盟委员会(European Commission)提出建立车载紧急呼叫业务eCall的需求,希望在欧洲范围内统一实施部署车载紧急呼叫服务系统。为了推广这项重要的道路安全措施,2005年欧盟委员会将技术标准任务下达至ETSI/3GPP(ETSI 欧洲电信标准协会),对eCall技术通信标准体系进行开发建设;2008年,ETSI/3GPP开始发布eCall通信模块技术系列标准;2011年,欧洲9国共同成立HeERO(泛欧州车车载紧急呼叫业务)联盟,召集各国汽车行业和通信行业的公司组织共同加入对eCall的系统性推广建设,致力于建立一个在欧洲范围内可实现互操作的互联互通的车载应急通信大系统。HeERO联盟的任务包括对eCall业务系统的模式设计和部署规划、技术标准的起草推动、技术试验测试、试商用推广等。截止到2015年,HeERO已经发展到16个国家范围和包含车和通信行业在内的43个产业合作伙伴的加盟。

此外,俄罗斯近年大力发展车载应急通信系统,基于俄罗斯的GLONASS定位卫星系统,提出ERA_GLONASS车载应急通信系统,其技术方案与欧洲eCall系统技术方案类似,也即在发生严重交通事故后,通过该系统也能够自动拨叫俄罗斯紧急救援电话,并且报告事故车辆所处的位置和车俩信息,其定位卫星技术明确使用的是俄罗斯的卫星定位GLONASS系统。目前,俄罗斯已经启动了对ERA_GLONASS技术的强制要求。

2.2、技术原理简介

车载应急通信技术(eCall技术)的设计主要包含两条通信路径:如图2所示,一条路径为通过蜂窝网络拨打语音紧急呼叫,这个过程与蜂窝网络紧急呼叫的实现原理一致;另一条路径是通过卫星通信系统截取的定位信息,将位置信息及相关车辆信息打包成规范化格式的数据信息单元通过蜂窝移动网络传送给应急业务平台。通过这两个通信路径,当汽车发生紧急情况(如碰撞),人为或自动的触发应急状态,将终端模块当前的位置信息通过蜂窝网络传送给应急业务平台,同时发起紧急呼叫,联络到应急业务平台,在尽量短时间内完成事故上报。

图2、车载应急通信系统两条通路路径(来自3GPP TS26.267)

2.3、技术标准发展状态

3GPP作为eCall技术的国际标准制定的委托组织,从2005年起开展eCall技术的标准化工作,陆续推出系列eCall系统数据通信传送技术标准。系列标准的主要功能目标是定义两条通信通路(定位信息和紧急呼叫)如何协调统一的工作。

eCall在通信网络技术的实现主要分别架设在两个功能实体(见图3),一个是车载系统(IVS- In-Vehicle System),一个是公共安全应答业务系统(PSAP-Public Safety Answering Point)。两个功能实体通过GPS卫星通信网络和PLMN公共(蜂窝)电信网络进行连接。

图3、车载应急通信系统蜂窝系统框架(来自3GPP TS26.267)

ETSI/3GPP制定的eCall技术标准详细对IVS Data Modem和PSAP Data Modem两个功能实体进行了最小数据单元(MSD-Minimum Set of Data)的结构设计、字段内容定义以及发送接收的流程的全面定义,系列标准参见表1。

表1、系列标准

紧急呼叫的流程因在3GPP标准体系早有定义,故此系列标准不再重新定义该部分,而是重点关注于MSD传输以及其与紧急呼叫过程之间的同步配合。图3清晰地描述了MSD与Speech语音呼叫之间以时间分割开关来完成协调同步的通信。

eCall技术发展已历经11年,其技术演进依托于蜂窝网络的技术进步。3GPP将eCall技术分成两个发展阶段:In-BAND eCall和演进的NG eCall(Next Generation eCall);目前,In-BAND eCall为发展阶段,即上文所描述的基于2G或3G蜂窝移动通信系统将语音和数据包MSD打包一起进行传输,并支持网络向车载系统询问信息的交互;NG eCall则被放到3GPP R14技术版本进行标准化工作,NG eCall将纳入IMS语音及多媒体形式的数据,以实现更高性能的报警传输。NG eCall目前还处于技术设计和标准化工作中。

此外,欧洲标准化委员会CEN也对eCall在高层应用要求,运营要求和数据传送及端到端测试方面开展了标准的起草编制工作。目前,eCall的CEN系列标准包括如下:

· CEN EN 15722:Intelligent Transport Systems-eSafety-eCall minimum set of data(MSD)。
· CEN EN 16062:eCall High Level Application Requirements(HLAP)。
· CEN EN 16072:PanEuropean eCall-operating requirements。
· EN/ISO 24978:ITS Safety & emergency messages using any available wireless media-Data registry procedures。
· CEN TS 16454:Intelligent transport systems-eSafety-eCall end to end conformance testing。

其中,CEN TS 16454标准是eCall系统的通信模块的主要测试标准,其内容为对车载终端(IVS)和业务系统(PSAP)进行包括注册、业务触发、SIM/USIM卡一致性、MSD传送、语音呼叫等系列流程在内的端到端的一致性测试方法。

3GPP技术标准体系与CEN技术产品标准共同实现了eCall清晰完整的技术和测试规范,为eCall的产品研发和网络部署提供了技术依据。

俄罗斯的ERA_GLONASS系列技术标准由俄罗斯国家标准起草机构Interstate Standard起草编制,以测试标准为例,内容涵盖电磁兼容性、功能和协议、导航模块等各类测试,目前GOST系列测试标准如下:

· GOST R 54618-2011:耐气候和机械因素以及电磁兼容性测试Resistance to climatic and mechanical factors&EMC(Electro Magnetic Compatibility)。
· GOST R 55530功能和协议测试Functional and Protocol Testing。
· GOST R 55531电话扬声器测试Speakerphone。
· GOST R55532碰撞检测Collision Detection。
· GOST R 55533通信模块Communication Modules(GS、UMTS)。
· GOST R 55534导航模块,含俄罗斯卫星定位GLONASS系统和全球定位GPS系统Navigation module。

其中,GOST R 55530-2013 和GOST R 55533-2013标准包含了对蜂窝通信功能模块的主要检测内容,其内容类似CEN TS 16454标准,包括对车载终端(IVS)和业务系统(PSAP)进行包括注册、业务触发、MSD传送、语音呼叫等系列信令流程相关的测试方法。

3、车载应急通信模块测试方法介绍

车载应急通信模块测试方法在CEN TS 16454标准中进行了详细描述,CEN TS 16454标准包含IVS终端模块的整体工作流程的测试,对于理解eCall业务模式比较完整。本部分重点对此标准所设计的测试方法进行介绍。

CEN TS 16454标准的定义方法包括每个测试用例的准备条件、测试步骤及结果判定。该标准将eCall 服务提供链条上的参与实体的职责进行了明确的定义和划分,分别为车载系统(IVS)、移动通信网络(MNO)、公共安全应答平台(PSAP)和第三方服务提供商(TPSP)。IVS包含两种不同接入方式接入不同的业务平台,Pan European与PSAP公共安全应答平台连接,TPS与第三方服务提供商连接。同时,CEN TS 16454标准为每个eCall 服务参与实体都制定了详细的测试方案。

车载系统IVS与PASP之间通信协议的测试是通过在协议流程上的每个关键环节设置一系列的检查点,来检查车载系统的行为是否满足要求。例如,在出现紧急情况时是否能自动拨打语音电话,是否能自动发送MSD数据包等。

在遇到紧急情况时,MSD(Minimum Set of Data)能否被正常发送到PSAP非常关键。MSD虽然只有短短的140个字节,但其中包含了关系到是否能及时采取正确的方式对事故进行处理及营救的极为重要的信息,如事故发生的时间、地点,事故车辆的品牌、车型及颜色。

以测试对象之一的车载模块系统IVS为例,设计一个MSD消息发送的测试用例。其中,IVS终端模块作为被测对象,其他参与主体用仪表进行模拟,作为测试设备。IVS与PASP之间的通信协议流程,测试目的为验证IVS能否正常发送MSD消息,测试步骤设计如下:

(1)PSAP向IVS发送“Send MSD”请求。
(2)收到该请求,IVS将语音通话置于静音模式。
(3)IVS发送MSD 数据。
(4)PSAP确认收到MSD。
(5)IVS停止发送MSD。
(6)PSAP检查MSD数据的有效性及完整性。
(7)IVS接收PASP关于MSD数据有效性的反馈。
(8)IVS启动语音模式。
(9)AP也启动语音模式。
(10)VS与PSAP之间的语音通话是否正常。

4、国内外车载应急产品和技术标准化进展

国内目前在车载应急安全方面主要基于目前各类信息技术的组合应用,如两客一危系统,该系统主要结合多媒体技术于一体化的智能车载设备,并与后台的服务和监控平台联网,完成对车辆及驾驶的安全监控和应急防范。

图4中的一体化智能车载系统,能将车辆上所需的各种功能高度集成,用单一设备即可完成多种智能化功能,包括客流分析、驾驶员疲劳检测系统、身份认证等,同时又配置了常规车载系统中所必须有的视频监控录像系统、GPS系统、报警系统等,设备多种功能高度集成后,能带来一定的便利性、功能多样性、低成本的优势,但对应急紧急处理全程全网和实时救援还有待新技术的支撑。

图4、一体化智能车载系统

近几年,与eCall和ERA_GLONASS技术类似的车载应急通信技术标准建设在“车载信息服务产业应用联盟(TIAA)”旗下的eCall技术工作子组中有所推动。该子组起草了《紧急救援系统车载子系统技术要求》,对车载应急通信功能的要求进行了初步定义。同时,CCSA(中国通信标准化协会)的ST3(应急组)也起草了《个人紧急情况下报警及位置信息传送技术要求》系列标准,其中对移动终端的定义范围涵盖了车载终端。因为跨行业的技术讨论合作和标准化组织的多样性,需要国内产业界更紧密的合作,来推动国内eCall技术标准的尽快制定以支持产业的部署和产品商用化实现。

欧盟委员会多年来通过制定政策和推动行业,也逐步实现了eCall技术体系的不断完善并将其纳入强制范围。回顾2005年以来欧盟委员会屡次将eCall提到重要的讨论议程上,在2009年引入eCall系统的4年进展报告中委员会曾提到:项目推广初始,以企业和个人自愿的方式加入十分无效,因而必须考虑强制措施。2012年7月,欧洲议会通过了一项决议,敦促委员会提交一份提案——要求所有成员国新批准的汽车搭载112-eCall系统;2012年11月,欧盟委员会再次提出推广eCall系统也作为欧盟汽车业的一个重点项目进行建设。至此,可以预见2018年将在欧洲范围内实现eCall汽车配件产品的大规模强制检测认证,届时欧盟境内所销售的新家用车和轻型乘用车都必须安装紧急救援呼叫系统,以最大限度地减少道路交通事故中因救援迟缓造成的人员死亡。作为一个重要的道路安全措施,同时还要考虑现有车载系统的设备升级或后装市场的推动。在PSAP业务系统方面也需要进行全面的建设部署和完善。

俄罗斯的ERA_GLONASS商业部署目前进展非常快速,自2015年俄罗斯政府强制要求政策确定后,目前进入俄罗斯市场的汽车产品被强制要求通过ERA_GLONASS系列标准要求的检测,检测认证由俄罗斯政府官方授权的检测实验室完成。

5、结束语

国内车载应急系统目前还处于标准研究和制定阶段。在定位系统方面,中国北斗导航卫星系统(BDS)已经在亚太区域开通运行,俄罗斯GLONASS卫星在全球运行并对车载应急通信系统展开了应用,这对中国北斗来说,具有一定参考性;在蜂窝网络方面,国内GSM、UMTS以及LTE的技术和产业发展也已成熟,并与全球蜂窝网络的应用同步,借鉴eCall和ERA_GLONASS的技术和设备测试的经验,可大大缩短我国车载应急通信产业的部署周期,从而使得车载应急通信技术能尽快步入商用,服务大众。

参考文献

[1]CEN EN 15722. Intelligent Transport Systems - eSafety - eCall minimum set of data (MSD).
[2] CEN EN 16072. PanEuropean eCall-operating requirements.
[3] CEN TS 16454. Intelligent transport systems - eSafety - eCall end to end conformance testing.
[4] GOST R 55530 Functional and protocol testing.
[5] 3GPP TS26.267 eCall Data Transfer In-band modem solution General description.

作者简介

陈珺,中国信息通信研究院泰尔终端实验室主任工程师
吴文,中国信息通信研究院泰尔终端实验室高级工程师
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