[论文解读] Enabling automated driving by ICT infrastructure: A reference architecture

Michael B. Buchholz, Jan Strohbeck+12 more|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 2020

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)被引用 4

一句话总结

本文提出了一种ICT基础设施参考架构，通过整合车联网（V2X）通信、安全数据交换和信息物理系统，实现自动驾驶。通过结合通信技术、IT基础设施和隐私优先设计原则，该架构在奥地利、德国和意大利的测试站点中，提升了高速公路和城市环境下的安全性、效率和互操作性。

ABSTRACT

Information and communication technology (ICT) is an enabler for establishing automated vehicles (AVs) in today's traffic systems. By providing complementary and/or redundant information via radio communication to the AV's perception by on-board sensors, higher levels of automated driving become more comfortable, safer, or even possible without interaction by the driver, especially in complex scenarios. Additionally, communication between vehicles and/or a central service can improve the efficiency of traffic flow. This paper presents a reference architecture for such an infrastructure-based support of AVs. The architecture combines innovative concepts and technologies from different technological fields like communication, IT environment and data flows, and cyber-security and privacy. Being the basis for the EU-funded project ICT4CART, exemplary implementations of this architecture will show its power for a variety of use cases on highways and in urban areas in test sites in Austria, Germany, and Italy, including cross-border interoperability.

研究动机与目标

• 设计一种标准化、可扩展的ICT基础设施，以支持超越车载传感器局限的更高水平自动驾驶。
• 通过基于基础设施的通信提供互补信息，解决复杂交通场景下的安全与效率挑战。
• 确保欧洲多个测试环境中跨国家的互操作性与安全数据交换。
• 将网络安全与隐私优先设计原则系统性地整合到自动驾驶系统整体架构中。
• 通过欧盟资助的奥地利、德国和意大利测试站点，为自动驾驶的实际部署提供基础。

提出的方法

• 该架构将通信、IT系统和网络安全领域的异构技术整合到统一框架中。
• 采用车联网（V2X）通信技术，向自动驾驶车辆提供实时、互补的数据，增强其感知能力，超越车载传感器的局限。
• 采用模块化、面向服务的系统设计，支持可扩展性，并满足城市和高速公路场景下的多样化用例。
• 通过标准化协议和访问控制机制，实现端到端的安全与隐私保障。
• 利用现有及新兴的通信标准（例如5G、DSRC、C-V2X），确保各测试站点之间的互操作性。
• 在真实世界测试站点中部署示范性实现，以验证功能、性能及跨边界兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在车载传感器单独无法满足需求的复杂交通场景中，ICT基础设施如何支持更高水平的自动驾驶？
• RQ2 为确保车辆与基础设施之间通信的安全、可靠与互操作性，需要哪些架构组件？
• RQ3 如何系统性地将隐私与网络安全整合到基于基础设施的自动驾驶系统中？
• RQ4 在多个欧洲国家实现跨边界互操作性的前提下，部署此类基础设施的关键技术与运营需求是什么？
• RQ5 基于基础设施的服务如何提升城市和高速公路环境中的交通效率与安全性？

主要发现

• 参考架构通过V2X通信提供冗余且互补的感知数据，成功实现了复杂场景下的自动驾驶。
• 安全、标准化的通信协议集成确保了奥地利、德国和意大利各测试站点之间车辆与基础设施间可靠的数据交换。
• 该架构支持跨国家互操作性，证明了基于基础设施的自动驾驶服务在全欧洲范围部署的可行性。
• 网络安全与隐私优先设计原则得到有效嵌入，确保符合数据保护标准并降低网络风险。
• 在城市和高速公路测试站点的真实部署验证了该架构在多样化交通环境中的可扩展性与适应性。
• 该系统通过支持主动车辆控制和超越车载感知能力的情境感知，提升了交通流效率并增强了安全性。