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中国信通院李伯雄等：车联网基础设施系统级测试运维体系研究
The following article is from 信息通信技术与政策 Author 李伯雄 等
1 车联网基础设施测试运维体系研究
车联网基础设施测试评估体系主要涉及两个阶段：一是在建设阶段的验收测试，主要测试系统建成后的设备性能和服务能力，以检验车联网基础设施是否具备稳定、高效的服务能力；二是在运营阶段的运维监测，以持续性检验车联网基础设施是否可以稳定提供服务。
1.1 建设阶段测试体系在建设阶段，应对基础设施中的关键设备及系统开展性能和标准符合性测试，测试对象至少应包含车联网路侧基础设施、车联网通信网络、车联网平台以及车联网通信安全证书。
车联网路侧基础设施主要包括路侧信息和路侧感知系统。对路侧信息开展协议一致性测试和应用消息准确性测试；对路侧感知系统开展目标感知性能测试、交通检测性能测试。
车联网通信网络需要对蜂窝车联网（Cellular Vehicle to Everything，C-V2X）通信网络开展网络覆盖性测试和射频协议一致性测试，对5G蜂窝网络以及骨干网、承载网等有线网络开展网络性能测试。
车联网平台主要对平台与RSU之间、平台开放接口等方面开展接口协议一致性测试，对平台设备接入、事件处理、数据分析等方面开展基础服务能力测试，对平台在设备管理、告警管理等方面开展运维管理能力测试。
车联网通信安全证书主要包括证书管理机制、安全协议一致性、安全隐私保护、安全通信性能等方面的测试。车联网基础设施测试评估体系框架如图1所示。
1.2 运营阶段监测体系在车联网基础设施投入使用后，需要对车联网基础设施开展常态化监控和日常巡检，建立异常响应机制，保障路侧设施长期稳定运行。车联网运营阶段监测体系主要包括：建立常态化监控机制，依托车联网平台实时指标，对基础设施运行状态进行全时段监控；建立日常巡检机制，遵循现行标准及数据规范，使用专业测试设备定期开展路侧基础设施、车联网通信网络与通信安全证书测试，确保路侧基础设施数据可靠性和稳定性；建立异常响应机制，通过对常态化监控及道路巡检的异常数据进行及时响应，第一时间处理或提前规避风险，确保设备持续正常运行，使数据满足各类场景应用需求。车联网基础设施运维测试体系框架如图2所示。
2 车联网基础设施建设阶段测试方法
在车联网基础设施建设阶段，通过开展车联网路侧基础设施、通信网络、平台、通信安全等测试，能够检验基础设施建设的标准符合性和建设质量，保障基础设施达到设计运行条件。
2.1 车联网路侧基础设施测试2.1.1 车联网路侧信息测试RSU作为车联网基础设施的重要通信单元，是车联网产业示范活动及试点应用的主要载体，RSU负责持续广播路侧信息，因此需要对车联网路侧信息开展协议一致性和应用消息准确性测试。
协议一致性测试依据国内长期演进车用无线通信（Long Term Evolution V2X，LTE-V2X）网络层、安全层以及消息层（一阶段和二阶段）开展，确保RSU的标准符合性和互联互通。其中，网络层协议测试包括待测件发送专用短消息（Dedicated Short Message，DSM）、被测实体解析DSM；应用注册、管理信息库维护测试。安全层协议测试包括待测件签发安全协议数据单元（Secured Protocol Data Unit，SPDU）、待测件验签SPDU、安全消息验证测试。消息层协议测试包括:一阶段辅助驾驶基础场景车辆基本安全消息、地图消息、信号灯消息、路侧交通消息、路侧单元消息等测试；二阶段协作式驾驶增强场景中车辆意图及请求消息、路侧协调消息、感知共享消息等测试。
应用消息准确性测试根据YD/T 3709—2020《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层技术要求》、CSAE 159—2020《基于LTE的车联网无线通信技术 直连通信系统路侧单元技术要求》，对先导区、示范区内各个点位真实道路信息、实时交通事件以及RSU所发送数据的准确性进行验证，确保车载终端可以正确触发应用。
2.1.2 车联网路侧感知系统性能测试车联网路侧感知系统是为车端用户和城市云平台提供交通参与者信息及交通流统计的重要基础设施。一方面利用摄像头、激光雷达、毫米波雷达等传感器，通过路侧边缘计算单元生成结构化数据，并通过LTE-V2X、5G网络等方式向车端用户和城市云平台发送结构化数据，辅助车辆实现超视距感知、盲区预警等应用；另一方面赋能城市数字化交通，支撑构建实时性强、准确性高的交通监测系统。
车联网路侧感知系统性能测试主要围绕路侧系统性能、交通参与者感知性能、车流量统计性能、交通事件检测性能4个维度展开。通过对感知等级进行评判，确保车联网先导区、示范区内路侧感知系统可以支撑建设目标中所对应的应用场景[4]。车联网路侧感知系统架构如图3所示。
2.2 车联网通信网络测试车联网通信网络包括5G蜂窝网络、C-V2X直连通信网络和骨干网、承载网等有线网络，本文主要介绍针对C-V2X通信网络的测试方法，包括射频协议一致性和网络覆盖性测试。从通信射频层确保RSU满足相关技术标准，保障不同品牌型号设备的互联互通，可有效支持外场实车应用验证，并通过网络覆盖性测试确保满足LTE-V2X应用的网络覆盖范围和质量要求。
射频协议一致性测试需要根据第三代合作计划（3rd Generation Partnership Project，3GPP）和中国通信标准化协会（China Communications Standards Association，CCSA）规定的C-V2X物理层标准开展测试，检验终端设备的发射机、接收机射频标准符合性及抗干扰能力，确保路侧设备射频性能符合标准要求。
网络覆盖性测试应根据通信行业标准YD/T 3709—2020《基于LTE的车联网无线通信技术 消息层技术要求》、CSAE 159—2020 《基于LTE的车联网无线通信技术 直连通信系统路侧单元技术要求》，测试道路不同位置信号强度，并对路口各个方向进行覆盖范围测试，确保满足LTE-V2X应用所要求的网络覆盖质量[5]。V2X通信网络测试方法如图4所示。
T/CCSA 455《车联网平台与路侧设备 数据接口通信协议要求》[6]、T/CCSA 456《车路协同 路侧通信设备（RSU）运维管理平台技术要求》[7]规定了车联网平台与RSU、路侧边缘计算单元（Road Side Computing Unit，RSCU）的业务数据接口及运维管理的技术要求和接口协议规范[8]。其中，业务数据接口负责传输RSU、RSCU与车联网平台之间与业务相关的上下行消息，运维管理接口负责传输RSU、路侧感知、计算设备的运维管理消息。因此，需要对RSU与车联网平台之间的通信接口进行符合性验证，确保路侧设备与车联网平台之间通信协议和数据传输内容符合标准要求。车联网平台接口协议测试环境示意图如图5所示。
2.3.2 车联网平台基础服务及运维管理能力测试对车联网平台开展基础服务能力测试。在设备接入与管理方面进行测试，确保平台可以准确接入并管理RSU、RSCU、路侧感知设备及C-V2X业务终端等设备；在事件处理与管理方面进行测试，确保平台的事件类型分类、事件操作及事件处理能力；在数据分析与管理方面进行测试，确保平台可以进行数据分析处理、数据操作、数据类型操作、数据使用等，以及确保车联网平台的技术和应用水平；在支撑能力方面进行测试，确保平台具备边缘应用管理、安全平台、资源动态分配及业务监测等能力[9]。
对车联网平台开展运维管理能力测试。在设备管理、告警管理、配置管理、性能管理、安全管理、远程升级、故障诊断、数据统计等方面开展相关功能测试，确保车联网平台跨厂家、多类型设备统一运维能力。
2.4 车联网通信安全证书测试接入C-V2X的路侧基础设施和测试车辆需要安装和使用符合国家有关标准的数字证书，确保V2X通信过程的真实性、完整性。为防止个人隐私、机密数据泄露，防止攻击者伪造虚假信息不经确认传播，在RSU开始提供路侧数据后，需要对C-V2X消息开展安全证书测试。对C-V2X设备的安全测试包括证书管理机制测试、安全协议一致性测试、安全隐私保护测试和安全通信性能测试。通过对安全证书进行测试，可以确保C-V2X安全证书权限正确，更新及时，设备具备安全保护机制，且性能满足要求[10]。车联网身份认证和安全信任体系结构如图6所示。
在车联网基础设施进入常态化运营阶段，需要建立面向基础设施和所提供服务的监测体系，及时发现设施故障和服务缺陷，保障车联网基础设施持续、准确地面向用户提供服务[11]。
3.1 常态化监控机制常态化监控机制是指通过车联网平台对路侧基础设施上云数据持续开展自动化数据监控，降低故障响应时间，提高运维工作的效率和质量。首先，应建立监控指标，针对路侧设备的性能参数、资源占用情况、网络连接状态等关键指标进行实时监控和分析，还需定期评估监控指标的有效性和准确性，根据实际运行情况和业务需求进行调整和优化；其次，通过采用机器学习、深度学习等技术手段，对监控数据进行智能分析和处理，不断升级异常检测算法，以提高异常检测的准确性和效率；最后，根据设备的历史数据和运行状况，动态调整报警阈值，更精确地捕获异常情况[12]。
3.2 日常巡检测试首先，确认巡检测试工作内容，主要针对路侧感知系统、车联网通信网络、车联网平台、车联网通信安全证书4个方面进行道路测试。测试应采用更加便捷、自动化的测试工具，以道路测试数据为主要依据，车联网平台数据为辅助，确保路侧数据与平台数据一致。
日常巡检对C-V2X通信网络的测试重点为：对RSU运行状态现场进行确认，确保设备正确上电、联网，发送消息全面准确；对路侧信息准确性进行校验，确保数据实时性和准确性；对RSU通信覆盖范围进行检查，确保道路范围内无弱覆盖点。对路侧感知系统的测试重点为：通过测试真值数据对路侧感知系统的感知精度和感知时延指标进行检验，确保路侧感知系统对感知范围内交通参与者进行精确检测；通过测试车模拟部分交通事件，确保路侧感知系统可以准确识别交通事件，并通过RSU进行播报；通过测试车统计交通流量，确保路侧感知系统将交通相关数据正确统计并上传云端。对车联网平台测试重点为：结合V2X通信网络测试和路侧感知测试结果，查验平台端数据一致性，确保车联网平台各项功能正常。对车联网通信安全证书的测试重点为：确保安全证书及时获取更新，保障车联网路侧消息安全可靠。
其次，规划巡检路线和周期，着重对核心区域开展巡检工作，确保每个巡检周期对所有点位数据进行测试。结合不同设备技术特性，根据设备工作负荷及设备寿命确定巡检周期，确保每年度产生足够的巡检测试数据用于设备性能退化趋势及潜在故障模式分析，并为设备的维护和维修提供依据。
3.3 异常响应机制异常响应机制主要是对常态化监控和日常巡检发现的异常情况进行响应，及时处理故障问题，使基础设施保持高效、准确的持续运行。
常态化监控检测到系统异常数据后，第一时间响应并查验异常数据来源，运维团队根据系统故障情况进行分析判断，并依照现场突发故障实际状况、紧急程度、技术难度、备品备件等情况对技术工程师以及应急物料依据经验进行调度和确认。故障处理完毕后，根据现场的实际进展情况，对数据和事件进行记录，分析设备产生故障的原因，反馈常态化监控和日常巡检测试，对故障产生点和故障产生原因着重开展测试，确保降低后续风险点的发生。对本轮应急响应过程进行总结，持续提升异常响应机制处理效率，提高车联网基础设施服务水平。
分析日常巡检测试数据后，发现路侧设备存在性能衰退和潜在故障时，应增加当前路侧设备和路口点位的巡检次数，对问题产生原因进行详细定位。由运维团队根据问题产生原因，采取更换易损件、优化软件配置、清理设备等必要的预防性维护措施。
4 车联网基础设施测试运维现存问题
4.1 系统级测试评估标准和认证体系尚未建立《车联网基础设施参考技术指南1.0》提出了车联网基础设施建设参考性技术要求[13]。但经过多次实践活动验证和实地测试发现，各先导区、示范区由于建设时期不同，在设备接口、数据一致性等方面存在遵循标准不一致、版本不统一等问题，未形成全域一致的连续服务。业界尚未针对车联网基础设施建设提出系统级的测试运维体系，各地区在开展建设验证和运维监测过程中缺乏方法指引，面向设施和服务的认证体系构建尚未完善。
4.2 自动化测试工具较为短缺现阶段车联网测试工具产品主要参考传统蜂窝通信网络测试工具进行改造，测试工具产品研发投入相对不足，芯片厂商、模组厂商、车载终端厂商从自身需求角度开发了一些自用工具，但普遍存在测试能力单一、精确度无法保证等问题。有必要针对通信网络、路侧感知、系统平台等各个环节，加强相关测试工具的研发投入，制定测试工具技术标准，建立测试产品认证机制。
4.3 专业运维团队普遍缺乏现阶段车联网基础设施运维测试普遍由建设单位自主开展，在实际中缺乏有效的运营团队支撑车联网应用。车联网作为跨信息、通信、交通等领域的新兴产业，需要专业的工程师团队进行支撑，面对故障或异常突发事件，往往需要协调外部厂商进行人员调度，存在响应不及时的问题。在资金层面，各先导区、示范区仍在探索商业模式的过程中，部分地区存在运维资金保障不足等问题。
5 结束语
推动建立车联网基础设施测试运维体系，支撑跨域服务连续一致。以《国家车联网产业标准体系建设指南》为指导，推进相关单位联合构建车联网基础设施系统级测试评估体系，增加标准有效供给。依托车联网测试示范类活动，组织行业上下游企业开展标准验证，深入探索开展场景应用验证，推动路侧消息全域统一，实现全国连续的车端应用。加强各地区间的沟通与合作，以典型应用场景与特色应用场景相结合的方式，促进跨地区测试结果共享。
加速研发车联网基础设施自动化测试工具，提高运维测试效率。依托已有路侧感知、车联网通信网络、车联网通信安全证书等测试标准，开发更加便捷化、自动化的测试工具。通过设计标准化的测试组件，满足不同的测试需求，提高测试工具的灵活性和易用性。将运维测试过程趋近于自动化，单位时间内对更大范围的道路基础设施开展日常巡检测试，及时发现车联网基础设施潜在故障。
推动专业运维服务能力建设，保障车联网基础设施持续可用。支持专业运维服务团队建设，支撑基础设施建设主体开展持续性运维监测，快速响应和处置设施故障和服务缺陷，保障基础设施服务质量。鼓励专业运维服务团队与建设主体联合探索商业模式，以高质量服务扩大用户规模，探索直接付费类应用或间接收益类服务，实现可持续运维。
作者简介
李伯雄
中国信息通信研究院技术与标准研究所车联网与智慧交通研究部工程师，主要从事车联网和智能网联汽车领域技术、标准、测试等相关研究工作。
于润东
中国信息通信研究院技术与标准研究所车联网与智慧交通研究部高级工程师，主要从事车联网领域政策、技术、标准、安全、测试等相关研究工作。
于胜波
中国信息通信研究院技术与标准研究所车联网与智慧交通研究部工程师，主要从事车联网/智能网联汽车领域政策法规、技术、标准、测试等相关研究工作。
郭美英
中国信息通信研究院技术与标准研究所车联网与智慧交通研究部工程师，主要从事车联网C-V2X测试系统构建、测试认证体系建设等方面的研究工作。
论文引用格式：
李伯雄, 于润东, 于胜波, 等. 车联网基础设施系统级测试运维体系研究[J]. 信息通信技术与政策, 2024, 50(3): 66-72.
本文刊于《信息通信技术与政策》2024年 第3期
主办：中国信息通信研究院
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