使用5G实现车队远程信息处理的现代化
发布于2022-09-07
面对不断上涨的天然气价格，以及消费品价格创下历史新高，包装、运输和交付的商品量也达到了前所未有的高峰。虽然车队中有更多的车辆可以提供最后一英里的运输，但运输车队却普遍短缺。无论是驾驶员短缺，还是运输物流供应链/法规的限制，都没关系。重要的是充分利用现有交通资源的能力。
提高车队运营效率、安全性和及时性的一个新兴解决方案是使用5G车队远程信息处理技术，更有效地监控驾驶员、为他们提供帮助，甚至实现实时远程操作。提高车队管理的准确性和能力将最终为车队管理带来颠覆性变化，这无疑将大大缓解全球运输物流面临的挑战。
本文将探讨使用5G的车辆对车辆 (V2V) 和车辆对基础设施 (V2I) 网络，如何改变车队管理的方方面面。
5G如何彻底改变车队的远程信息处理
随着全球3G服务的退役，车队远程信息处理服务提供商和运营商现在迫切需要找到一种服务来取代之前由3G服务提供的功能。虽然传统3G服务可以通过GPS数据更新和很少的车辆运行数据提供有关车辆位置的宝贵信息，但这些服务总会遇到低吞吐量、高延迟和经常不可靠等问题。4G服务在某种程度上也是如此，它也提供不了5G技术的吞吐量、延迟或可靠性。
随着5G服务提供高度多样化的异构网络类型，现在可以实时保持连接并实现低延迟通信和数据传输。现在，5G服务将地球同步轨道 (GEO) 卫星、低地轨道 (LEO) 卫星和地面5G服务集成在一个无缝连接解决方案中。这是5G趋势的一部分，其中卫星、异构蜂窝网络、甚至Wi-Fi网络等多种服务交付方法被用于提供作为单一网络运行的连接解决方案。
这些新的连接功能为车队远程信息处理解决方案开启了更多可能。例如，现在将蓝牙®低功耗 (BLE) 转发器嵌入在包裹和集装箱中，能够在运输过程中感知资产状况，并与安装在车上的网关进行通信（图1）。
图1：使用BLE转发器，运营商对包裹的跟踪可以更上层楼。（图源：AA+W/Stock.Adobe.com）
此外，这些资产状况感应设备中的一部分还可用作跟踪设备，监控整个供应链中的资产。这些功能让资产的实时监控成为了可能。而人工智能/机器学习 (AI/ML) 算法也可以使用这些功能来提供丰富的数据和分析服务，最终优化和增强供应链。
对于车队不断扩大的公司来说，另一个关键工具是监控驾驶员，并在出现紧急情况、设备故障或车辆故障时提供协助服务的能力。在有些情况下，这些服务可能需要远程技术人员提供指导，而现场电话会议将是减少停机时间和确保驾驶员安全的重要工具。5G增强现实/虚拟现实 (AR/VR) 耳机、智能手机和平板电脑技术可用于现场快速诊断车辆或技术问题。用户可以远程连接操作员或机械师，他们可以帮助驾驶员和支持人员快速解决问题，否则将需要呼叫昂贵的服务或将车子拖到维修点。
虽然仍有点未来主义，但车队的非紧急远程操作（远程操作）选项正在成为现实。远程操作可以大大减轻驾驶员的压力，提高整体道路安全，确保车队高效运行，有助于推动更好地向电动车队过渡。这些新功能还包括路上使用低延迟和超可靠通信 (URLLC) 的实时车辆协调，这是5G标准的一部分，用于支持车辆对车辆 (V2V) 通信。这项功能让一名驾驶员可以负责车队的多辆车，每辆车都采用半自主驾驶，就像欧洲的列车一样，后面的车厢都跟着车头跑。
5G V2V和V2I车队管理/远程信息处理所需的技术
5G服务的新功能正在实现以前在高度专业化的企业4G系统之外无法实现的新服务和功能。随着5G标准的普及，政府的大力支持和积极的服务扩展使5G解决方案能够提供低延迟、超可靠性、极快的速度和新的网络拓扑。
5G车辆通信和5G基础设施通信
5G的部分新功能包括5G系统能直接进行点对点 (P2P) 通信，而无需通过基础设施中继信息。这对于车队车辆间的协调或V2V通信来说至关重要。为了安全高效地组织高速行进的车辆，V2V通信的延迟必须低至几分之一毫秒或不到一毫秒。否则，控制算法可能不够快或不够稳定，无法防止意外的不稳定性和竞争状况。此外，V2V通信必须极度可靠，以在相对较高的数据传输速率下实现无间隙实时传输。5G支持的这些新V2V通信功能还需要同时支持多辆车之间的多条数据流。
为了支持这些功能，车队车辆将需要配备5G企业级移动装置，这些装置与GPS、车辆诊断信息的连接以及AI/ML边缘节点配对（图2）。车辆自动驾驶功能或远程操作还需要全套机器视觉 (MV) 功能，包括视觉摄像头、红外摄像头、接近传感器、毫米波 (mmW) 汽车雷达，以及可能的光探测和测距激光雷达 (LIDAR)。
图2：支持5G通信的车队将需要与GPS配对，并包括自主和AI功能，以提高监控能力和效率。
（图源：AA+W/Stock.Adobe.com）
为了支持车辆对基础设施 (V2I) 卫星通信，车队车辆将需要一条卫星通信链路，并使用相关的卫星跟踪技术。此类系统还需要有自己的数据存储器、内存、备用电源和电磁干扰 (EMI) 保护。这些移动5G装置也可能受益于其他无线连接，包括Wi-Fi® 6e、BLE，以及其他可能的智能设备服务。
5G基础设施网络和车队管理网络：高速、低延迟
对于配备5G车队远程信息处理技术的车辆，除了其技术能力之外，还需要底层网络基础设施来支持适用于现代车队管理的高速和URLLC 5G功能。尽管一些重要的电信服务提供商 (telcos) 一直在积极推动美国大都市地区的5G建设来提供高速服务，但在更偏远的郊区或农村地区，5G服务的建设速度要慢得多。在这些地区，5G地面服务和GEO/LEO卫星服务之间的协调非常重要，因为它们可以让联网车辆无论走到哪里，都能无缝连接5G服务。FCC最近批准了星链低轨卫星地面终端用于移动服务，这是在实现新卫星服务与车队车辆的高速数据连接方面迈出的一大步。
除了底层网络基础设施外，还需要远程网络和管理服务，这些服务的响应性和可靠性与它们需要通过的5G网络一样。 许多新的车队管理服务需要通过分布式云服务进行智能管理，以尽量减少延迟，确保可靠性，并支持高速数据传输。而且，这些服务应与连接的边缘硬件配对，这些硬件足够牢固，能够应对恶劣的车队运输环境。
结语
车队管理的下一个演变是5G服务与新AI/ML及AR/VR技术的多样化组合。这些新的解决方案将用来应对现代车队管理面临的诸多挑战，而这些挑战会随着车队规模的扩大和物流运输负担的增加而不断增加。
作者简介
Jean-Jacques (JJ) DeLisle曾就读于罗切斯特理工学院 (RIT)，并获得了电气工程学士学位和硕士学位。在学习期间，JJ从事射频/微波研究，为大学杂志撰稿，并且是RIT第一个即兴喜剧团的成员。在拿到学位之前，JJ就担任了Synaptics公司的集成电路布局和自动测试设计工程师。经过6年开发和鉴定内置同轴天线和无线传感器技术的原创性研究，JJ在提交了多篇技术论文并获得一项美国专利后离开了RIT。
为了进一步发展他的事业，JJ和妻子Aalyia搬到了纽约市。在这里，他担任了《Microwaves & RF》（微波与射频）杂志的技术工程编辑。在此期间，JJ学会了如何将他的技能与他对射频工程和技术写作的热情结合起来。
在JJ职业生涯的下一个阶段，他看到业界对有技术能力的作家和客观的行业专家有很大的需求，于是转而创办了自己的公司RFEMX。随着这一目标的实现，JJ扩大了自己公司的业务范围和愿景，开始从事信息交换服务 (IXS)。