智能网联汽车信息物理系统参考架构1.0.pdf-资料库

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智能网联汽车信息物理系统参考架构 1.0 国家智能网联汽车创新中心二零一九年十月

主编单位：国家智能网联汽车创新中心参与编制单位：清华大学中国信息通信研究院中国电子信息产业发展研究院交通运输部公路科学研究院公安部交通管理科学研究所中国第一汽车股份有限公司北京汽车研究总院有限公司联通智网科技有限公司华为技术有限公司大唐高鸿数据网络技术股份有限公司北京四维图新科技股份有限公司北京北斗星通导航技术股份有限公司启迪云控（北京）科技有限公司 II

编制说明汽车产业是国民经济重要的战略性、支柱性产业，与人民生活密切相关。当前，在新一轮科技革命和产业变革的影响下，新一代信息技术与制造技术深度融合，汽车正由传统的机械产品逐步演变为机电一体化、智能化和网联化的高科技产品，呈现与电子、信息、交通等相关产业紧密相连、协同发展的趋势。发展智能网联汽车成为汽车产业的战略发展方向。智能网联汽车与智能交通紧密相关，两者融合协同发展是未来的主要趋势。智能网联汽车通过搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，融合现代通信与网络技术，实现车与 X（人、车、路、云等）智能信息交互、共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能，可实现“安全、高效、舒适、节能” 行驶，进而使汽车成为智能交通网络系统中重要的功能结点。我国《汽车产业中长期发展规划》、《智能汽车创新发展战略（征求意见稿）》、《车联网（智能网联汽车）产业发展行动计划》、《交通信息化“十三五”发展规划》、《推进智慧交通发展行动计划（2017-2020 年）》、《智能网联汽车道路测试管理规范（试行）》，以及 SAE J3016《标准道路机动车驾驶自动化系统分类与定义》等指导文件和技术规范定义了自动驾驶/智能汽车等级，提出了安全、效率、可靠性、环境耐受性、容错性、冗余性等要求，明确了智能网联汽车和智能交通的发展方向。我国人口众多、汽车保有量大、地理状况和道路环境复杂，亟需构建具有中国属性、适应中国现状、符合中国标准的智能网联汽车“中国方案”，从而推动我国智能网联汽车和智能交通产业的技术创新、产品创新以及新产业生态的构建。智能网联汽车与智能交通融合所形成的系统是一个跨行业、跨领域、跨地域的高度复杂、异构互操作系统，需要解决移动多接入、多层次互操作和协同、大规模高密度实时控制、低时延高可靠计算决策等协同控制关键问题。根据国内外理论研究和工程实践，信息物理系统（Cyber-Physical System）通过信息空间（Cyber Space）和物理空间（Physical Space）各要素的映射和互操作，建立实时、动态、闭环的协同控制机制，可以有效解决智能网联汽车和智能交通的协同控制问题。因此，系统参考架构以信息物理系统理论作为研究基础。基于此，设计团队提出了智能网联汽车信息物理系统的概念，完成了智能网 I

联汽车信息物理系统参考架构 1.0（简称“系统参考架构”）的设计。通过不断发展和演进，系统参考架构将为智能网联汽车和智能交通复杂系统的总体设计、重构设计和中国标准体系完善提供基础支撑，促进智能网联汽车自主技术创新体系和“中国方案”的智能网联汽车产业链的完善，支持智能基础设施建设的实施，推动智能网联汽车与智能交通、智慧城市深度融合生态体系的构建。系统参考架构 1.0 以实现多领域多类型信息系统和物理系统的互操作、建立跨领域研发、跨行业合作、跨产业可持续运营的协同发展模式为目标，通过构建人、车、路、云协同控制模型，支持智能网联汽车在高速移动过程中实时、可靠、连续、时空同步的信息交互和应用服务，推动智能交通系统从交通流控制向交通参与者全域控制以及智能网联汽车自动化和个性化控制的转变。智能网联汽车和智能交通涉及的对象具有多样性和复杂性的特点，传统的设计方式难以满足复杂系统工程的开发需求。系统参考架构通过抽象的方法对各类对象及其相互作用建立可复用的形式化模型，支持智能网联汽车和智能交通系统的协同开发、仿真测试以及工程体系建设，推动构建标准化、可演进的研发平台和生态环境。为了向产业参与者和利益相关方呈现科学、完备的智能网联汽车信息物理系统参考架构、确保各方对系统参考架构形成一致理解，系统参考架构遵循国际标准化组织系统和软件工程架构描述标准（ISO 42010-2011），并参考国外相关参考架构研究成果，包括美国发布并持续进行更新的协同智能交通协同参考架构 ARC-IT v8.2、国际标准化组织标准化的物联网 IOT 参考架构（ISO/IEC 30141）以及工业互联网 IIOT 参考架构等，采用产业视图、功能视图、物理视图、通信视图等视图进行构建和描述。针对智能网联汽车信息物理系统设计、开发、集成和运营的复杂性问题，系统参考架构设计采用已被广泛证明适用于复杂系统设计开发的基于模型的系统工程方法（Model-Based Systems Engineering，MBSE），以提高系统的开发效率、保障产品质量和系统可靠性，支持系统快速迭代和持续演进。为了充分发挥国家智能网联汽车创新中心对行业的引领和支撑作用，设计团队基于团队成员对汽车、交通、通信、公安等行业信息化发展的深刻理解，聚焦国内外汽车业、交通业和信息通信业关注的智能网联汽车关键问题，通过基于模 II

型的系统工程方法和工具设计系统参考架构构建技术中立的平台，推动建立标准化体系，有效促进产业的沟通与融合。智能网联汽车信息物理系统参考架构 1.0 由国家智能网联汽车创新中心牵头，清华大学、中国信息通信研究院、中国电子信息产业发展研究院、交通运输部公路科学研究院、公安部交通管理科学研究所、中国第一汽车股份有限公司、北京汽车研究总院有限公司、联通智网科技有限公司、华为技术有限公司、大唐高鸿数据网络技术股份有限公司、北京四维图新科技股份有限公司、北京北斗星通导航技术股份有限公司、启迪云控（北京）科技有限公司参与设计。系统参考架构的设计遵循以下原则： 1）支持多领域多层次系统的深度协同控制。 2）支持异构系统互操作，兼顾技术中立性和系统兼容性。 3）充分考虑汽车工业和交通行业标准的安全性、可靠性和保障体系要求。 4）支持面向业务、可灵活定制、可持续发展的系统优化机制，支持创新、开放、可持续发展、可持续优化的平台运营机制。 5）支持用户应用平面和控制平面的解耦，控制平面涉及设备控制、平台控制、交通控制、车辆控制等，支持传感、执行和运动控制的虚拟化、边缘化和软件定义。 6）支持基于 MBSE 方法实现需求管理、产品管理、开发管理、运营管理和全生命周期管理，构建仿真、测试、验证和优化的平台。 7）建立开源的平台开发环境和支持知识共享的模型库与场景库体系。系统参考架构通过抽象和归纳出智能网联汽车信息物理系统的概念模型和系统特征，构建产业视图、功能视图、物理视图、通信视图四个系统参考架构视图，系统梳理利益相关方、业务需求、服务集、商业价值和产业生态，明确划分功能域、梳理功能逻辑关系、建立功能虚拟化模型及数据流模型，完整构建物理对象部署架构和系统接口方案、定义物理对象功能属性、系统总体要求和共性基础能力，细致阐述 C-V2X 通信架构、边缘计算架构并设计信息传输层面的互联互通方式和系统层面的互操作方式。系统参考架构 1.0 是智能网联汽车信息物理系统参考架构的初步方案。设计团队将以系统参考架构为基础，进一步开展基于 MBSE 的模型和方案库建设、仿 III

真测试验证、模型系统开发、示范工程建设以及标准化推动工作。感谢主管部门领导、业界专家以及参与设计单位对智能网联汽车信息物理系统参考架构设计工作给予的大力支持。限于时间和研究水平，系统参考架构仍存在有待改进之处，需要不断修订和完善，欢迎领导、专家以及业界同仁提出指导意见和建议，也欢迎相关单位加入智能网联汽车信息物理系统参考架构的研究工作。设计单位将根据各方面的反馈意见，结合智能网联汽车系统工程体系建设效果和国内外技术发展情况，对系统参考架构进行持续修订和更新。 IV

目录一、概述 .......................................................... 1 （一）背景与挑战 ................................................. 1 （二）目的与意义 ................................................. 3 （三）设计原则 ................................................... 4 （四）设计方法 ................................................... 5 （五）特别说明 ................................................... 8 二、智能网联汽车信息物理系统 ...................................... 9 （一）信息物理系统概述 ........................................... 9 （二）智能网联汽车信息物理系统的概念与内涵 ...................... 11 （三）智能网联汽车信息物理系统的特征 ............................ 14 三、智能网联汽车信息物理系统参考架构 ............................. 17 （一）概念模型 .................................................. 17 （二）参考模型与多视图呈现 ...................................... 19 四、产业视图 ..................................................... 22 （一）利益相关方及其需求 ........................................ 23 （二）服务与服务集 .............................................. 25 （三）产业生态 .................................................. 27 五、功能视图 ..................................................... 31 （一）功能域 .................................................... 31 （二）功能逻辑关系 .............................................. 37 （三）功能虚拟化 ................................................ 39 （四）数据流模型 ................................................ 41 i

（五）功能模型 .................................................. 44 六、物理视图 ..................................................... 47 （一）物理对象 .................................................. 47 （二）部署架构 .................................................. 54 （三）接口设计 .................................................. 55 （四）系统要求和能力 ............................................ 57 七、通信视图 ..................................................... 63 （一） C-V2X 技术 ................................................ 64 （二）边缘计算 .................................................. 70 （三）智能网联汽车互操作 ........................................ 78 八、架构演进 ..................................................... 84 （一）架构演进的影响要素 ........................................ 84 （二）架构演进方向 .............................................. 85 （三）架构演进方法与路径 ........................................ 86 （四）架构评价 .................................................. 87 九、发展建议 ..................................................... 91 （一）统筹协调，共同推进智能网联汽车相关产业高质量发展 .......... 91 （二）加快研制智能网联汽车政策法规和标准，建立健全政策环境 ...... 91 （三）重视核心共性技术研发，支撑智能网联汽车创新发展 ............ 92 （四）加强信息安全防护，打造全面、高效、可靠的安全管理体系 ...... 92 术语和定义 ........................................................ 93 参考文献 .......................................................... 94 ii

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