車両からあらゆるものへ

V2X ( Vehicle-to-Everything ) は、車両と、車両に影響を与える可能性のある、または車両から影響を受ける可能性のあるあらゆるエンティティとの間の無線通信を指します。C - V2Xと呼ばれることもあるこの車両通信システムは、汚染を減らし、エネルギーを節約しながら、道路の安全性と交通効率を向上させることを目的としています。

^{自動車業界と通信業界は、米国政府[1]} 、欧州連合^[2]、韓国^[3]とともに、命を救い、汚染を減らす可能性のある技術として、V2XとC-V2Xを積極的に推進しています。米国運輸省は、V2X技術が交通安全とモビリティに大きなメリットをもたらすと述べています。^[1]米国NHTSAは、 V2Vシステムが導入されれば交通事故が少なくとも13％減少し、年間439,000件の衝突事故が減少すると推定しています。^[4] V2X技術はすでにヨーロッパと中国で使用されています。^[5]

専用の V2X 通信には、使用されている基盤となる無線技術に応じて、(1) WLANベースと (2)セルラーベースの 2 つの標準があります。V2X には、次のようなさまざまなより具体的なタイプの通信も組み込まれています。

• 車両対デバイス (V2D) - Bluetooth / WiFi ダイレクト、例: Apple のCarPlayや​​ Google のAndroid Auto。
• Vehicle-to-Grid (V2G) -スマートグリッドとの情報交換により、負荷をより効率的に分散します。
  • 車両対建物 (V2B)、別名車両対家庭 (V2H)
  • 車両から負荷まで（V2L）
• 車両対ネットワーク (V2N) - セルラー ( 3GPP )/ IEEE 802.11pに基づく通信。
  • 車両からクラウドへ (V2C) - 例: OTA アップデート、リモート車両診断 (DoIP)。
  • 車両対インフラストラクチャ (V2I) - 例: 信号機、車線マーカー、パーキングメーター。
  • 車両対歩行者（V2P） - 例：車椅子や自転車。一般的には道路脆弱層（VRU）を指定するためにも使用されます。^[6]
  • 車車間通信 (V2V) - 近くの車両とのリアルタイムのデータ交換。

安全性の向上、事故の削減、運転支援を目的とした車車間通信プロジェクトの歴史は、米国の電子道路案内システム（ERGS）や日本のCACSなどのプロジェクトとともに1970年代にまで遡ります。^[7]車両ネットワークの歴史におけるマイルストーンのほとんどは、米国、ヨーロッパ、日本で生まれました。^[7]

WLANベースのV2Xの標準化は、セルラーベースのV2Xシステムの標準化に取って代わります。IEEEは2010年に初めてWLANベースのV2X（IEEE 802.11p）の仕様を公開しました。 ^{[8]これは、車両間の直接通信（V2V）と車両とインフラストラクチャ間の直接通信（V2I）をサポートします。この技術は、専用短距離通信（} DSRC ）と呼ばれます。DSRC は、 802.11pによって提供される基礎となる無線通信を使用します。

2016年、トヨタは世界で初めてV2Xを搭載した自動車を発売した。これらの車両はDSRC技術を採用しており、日本でのみ販売されている。2017年、GMはV2Xを導入した2番目の自動車メーカーとなった。GMは米国で、DSRC V2Xを搭載したキャデラックモデルを販売している。

2016 年、3GPP はLTEを基盤技術とする V2X 仕様を公開しました。これは、802.11p ベースの V2X 技術と区別するために、一般的に「セルラー V2X」(C-V2X) と呼ばれています。C-V2X は、直接通信 (V2V、V2I) に加えて、セルラー ネットワーク経由の広域通信 (V2N) もサポートします。

2017年12月現在、欧州の自動車メーカーは2019年から802.11pに基づくV2X技術を展開すると発表している。^{[9] 2017年[9]}と2018年^[10]に行われたいくつかの研究と分析（すべてC-V2X技術をサポートおよび開発している業界団体である5G Automotive Association（5GAA）が実施したもの）では、直接通信モードのセルラーベースのC-V2X技術は、パフォーマンス、通信範囲、信頼性など、さまざまな面で802.11pよりも優れていることが示されていますが、これらの主張の多くは、802.11pベースのV2X技術に積極的に取り組んでいる企業の1つであるNXPが発行したホワイトペーパー^[11]や査読付きジャーナルでも議論されています。^[12]

この技術は、車両の遠隔操作に悪用される可能性があります。チェコ共和国警察(2024)は、このような手順が現行法でも合法であるという事実を参考に、大学と協力して車両の遠隔停止システムを開発したと発表しました。^[13]

オリジナルの V2X 通信はWLAN技術を使用し、車両間 (V2V) および車両と交通インフラ間 (V2I) で直接機能します。2つの V2X 送信者が互いの範囲内に入ると、車両アドホック ネットワークが形成されます。したがって、車両が通信するための通信インフラは不要であり、これは遠隔地または開発が進んでいない地域での安全性を確保するために重要です。WLAN は、低遅延のため、特に V2X 通信に適しています。WLAN は、協調認識メッセージ (CAM) または基本安全メッセージ (BSM)、および分散環境通知メッセージ (DENM) と呼ばれるメッセージを送信します。その他の路側インフラ関連のメッセージには、信号位相およびタイミング メッセージ (SPAT)、車両内情報メッセージ (IVI)、およびサービス要求メッセージ (SRM) があります。これらのメッセージのデータ量は非常に少ないです。この無線技術は、WLAN IEEE 802.11標準ファミリの一部であり、米国では車両環境におけるワイヤレス アクセス (WAVE)、欧州では ITS-G5 として知られています。^[14]直接通信モードを補完するために、車両にはV2Nベースのサービスをサポートする従来のセルラー通信技術を搭載することができます。このV2Nの拡張は、セルラーシステムとブロードキャストシステム（TMC / DAB +）を備えた C-ITSプラットフォームの傘下でヨーロッパで実現されました^{[15] 。}

最近のV2X通信はセルラーネットワークを使用し、WLANベースのV2Xと区別するためにセルラーV2X （またはC-V2X）と呼ばれています。5G Automotive Association（5GAA）など、WLANベースのV2Xよりも優れている（同時に欠点を考慮していない）ため、C-V2Xを推進する業界団体が複数あります。^[16] C-V2Xは当初、3GPPリリース14でLTEとして定義され、いくつかのモードで動作するように設計されています。

1. デバイス間（V2VまたはV2I）、および
2. デバイスからネットワークへ (V2N)。

3GPP リリース 15 では、V2X 機能が拡張され、5Gがサポートされています。C-V2X には、車両間の直接通信 (V2V) と従来のセルラー ネットワーク ベースの通信の両方のサポートが含まれています。また、C-V2X は 5G ベースのシステムとサービスへの移行パスを提供しますが、これは 4G ベースのソリューションと比較して互換性がなく、コストが高くなることを意味します。

車両と他のデバイス間の直接通信 (V2V、V2I) では、いわゆる PC5 インターフェイスが使用されます。PC5 は、ユーザー機器 (UE)、つまりモバイル ハンドセットが直接チャネルを介して別の UE と直接通信する参照ポイントを指します。この場合、基地局との通信は必要ありません。システム アーキテクチャ レベルでは、近接サービス (ProSe) は、UE 間の直接通信のアーキテクチャを指定する機能です。3GPP RAN 仕様では、「サイドリンク」は PC5 を介した直接通信を指す用語です。PC5 インターフェイスは、リリース 13 で、公共安全コミュニティ (Public Safety-LTE、または PS-LTE) のミッション クリティカルな通信のニーズに対応するために最初に定義されました。ミッション クリティカルな通信の目的は、自然災害のシナリオなど、インフラストラクチャが利用できない場合でも、法執行機関や緊急救助が LTE 通信を使用できるようにすることでした。リリース 14 以降では、スマートウォッチなどのウェアラブル デバイスを含む通信など、さまざまな市場のニーズを満たすために PC5 インターフェイスの使用が拡大されています。 C-V2Xでは、PC5インターフェースがV2VとV2Iの直接通信に再適用されます。

セルラーV2Xモード4通信は、分散リソース割り当て方式、すなわち各ユーザー機器（UE）でスタンドアロン方式で無線リソースをスケジュールするセンシングベースの半永続的スケジューリングに依存しています。^{[17] [18] [19]}

PC5 経由の直接通信に加えて、C-V2X では、C-V2X デバイスが Uu インターフェイスを介して従来の方法でセルラー ネットワーク接続を使用することもできます。Uu は、UE とベース ステーション間の論理インターフェイスを指します。これは通常、車両対ネットワーク (V2N) と呼ばれます。V2N は C-V2X に固有のユース ケースであり、802.11p ベースの V2X では直接通信のみがサポートされているため、V2N は存在しません。ただし、WLAN ベースの V2X と同様に、C-V2X の場合も、近くのステーションとの PC5 インターフェイスとネットワークとの UU インターフェイスを同時に通信するには、2 つの通信無線が必要です。

3GPPはV2Xを可能にするデータ転送機能を定義していますが、V2Xセマンティックコンテンツは含まれておらず、3GPP V2Xデータ転送機能よりもCAM、DENM、BSMなどのITS-G5標準の使用を提案しています。^[20]

V2X は即時通信を通じて、次のような道路安全アプリケーションを実現します (完全なリストではありません):

• 前方衝突警告
• 車線変更警告/死角警告
• 緊急電動ブレーキランプ警告
• 交差点移動アシスト
• 緊急車両が近づいています
• 道路工事の警告
• 小隊編成

2024年6月、米国運輸省は、「コネクティビティで命を救う：V2X導入促進プログラム」と呼ばれるプログラムの下、コネクティッドで相互運用可能な車両技術の発展に6000万ドルの助成金を交付すると発表しました。^[21]アリゾナ州、テキサス州、ユタ州の助成金受給者への助成金は、V2X技術の新たな導入を加速し促進するための全国的なモデルとなるだろうと同省は述べています。欧州の標準化団体ETSIとSAEは、彼らがユースケースと見なすものに関する標準を公開しました。^{[ 22] [23]}初期のユースケースは、道路の安全性と効率性に焦点を当てています。^[24] 3GPPや5GAAなどの組織は、継続的に新しいケースを導入し、テストしています。5GAAは、新しいユースケースの技術的な可能性と課題を強調したロードマップをいくつか公開しています。一部のユースケースは、高度な自動化に対応しています。^[7]

C-V2Xは、滑りやすい道路、道路工事、道路の危険に関する情報など、直接通信では不可能な丘やカーブ、長距離を走行する車やトラックへのさらなる使用例を提供します。例えば、ボルボは2016年からデンマークでC-V2X通信を使用して他のボルボ車に前方の滑りやすい道路を警告する新車を販売しており、一般的な事故前警告を補完し、他のヨーロッパ市場でも同様の機能を提供する計画を発表しました。^[26]

中期的には、V2Xは実際の運転に介入することが許されれば、自動運転の重要な実現要因とみなされる。その場合、車両は大型トラックのように隊列走行に参加できるようになる。コネクテッドモビリティと自律走行モビリティの出現により、V2Xの議論は、特に自律走行車の遠隔操作^[27]と隊列走行^{[28] [29]の文脈で重要な役割を果たすと見られている。}

WLAN ベースの V2X 通信は、米国材料試験協会(ASTM) が作成した一連の標準規格に基づいています。ASTM E 2213 シリーズの標準規格は、車両間および道路インフラ間の高速情報交換のための無線通信を対象としています。このシリーズの最初の標準規格は 2002 年に発行されました。ここで、V2X 通信に初めて Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) という頭字語が使用されました。

2004 年以降、米国電気電子技術者協会(IEEE) は、無線ローカル エリア ネットワーク (WLAN) の標準規格ファミリー IEEE 802.11 の傘下で、車両向けワイヤレス アクセスの取り組みを開始しました。車両向けワイヤレス通信の最初の標準規格はIEEE 802.11pと呼ばれ、ASTM の作業に基づいています。その後、2012 年にIEEE 802.11pは IEEE 802.11 に組み込まれました。

IEEE 802.11pが安定した2007年頃、IEEEはアプリケーションとセキュリティフレームワークを標準化する1609.x標準ファミリの開発を開始し^[30]（IEEEはWAVEという用語を使用）、その後すぐにSAEはV2V通信アプリケーションの標準の仕様を策定し始めました。SAEはこの技術をDSRCという用語で表しています（これは米国で造られた用語です）。並行してETSIでは高度道路交通システム（ITS）の技術委員会が設立され、プロトコルとアプリケーションの標準の作成を開始しました^[31]（ETSIはITS-G5という用語を造語しました）。これらの標準はすべてIEEE 802.11p技術に基づいています。

2012年から2013年にかけて、日本電波産業会（ARIB）は、IEEE 802.11に基づいて、700MHz周波数帯のV2VおよびV2I通信システムを規定しました。^[32]

2015年にITUは、ETSI、IEEE、ARIB、TTA（韓国電気通信技術協会）によって規定されたシステムを含む、世界中で使用されているすべてのV2VおよびV2I標準の概要を公開しました。^[33]

3GPP は、2014 年にリリース 14 でセルラー V2X (C-V2X) の標準化作業を開始しました。これは、基盤技術として LTE に基づいています。仕様は 2017 年に公開されました。この C-V2X 機能は LTE に基づいているため、LTE-V2X と呼ばれることがよくあります。C-V2X でサポートされる機能の範囲には、直接通信 (V2V、V2I) と広域セルラー ネットワーク通信 (V2N) の両方が含まれます。

リリース 15 では、3GPP は 5G をベースに C-V2X の標準化を進めました。リリース 15 が完成する 2018 年に仕様が公開されました。基盤となるテクノロジーを示すために、LTE ベースの V2X (LTE-V2X) とは対照的に 5G-V2X という用語がよく使用されます。いずれの場合も、C-V2X は、特定のテクノロジーの世代に関係なく、セルラー テクノロジーを使用する V2X テクノロジーを指す一般的な用語です。

リリース 16 では、3GPP は C-V2X 機能をさらに強化します。作業は現在進行中です。このように、C-V2X は 5G への移行パスをサポートすることで、本質的に将来性を備えています。

事故回避と致命的・重傷の軽減の観点から、LTE-V2X PC5と802.11p間の直接通信技術の有効性を比較する研究と分析が行われました^{[9] [10] 。この研究では、LTE-V2Xの方が事故回避と負傷の軽減のレベルが高いことが示されています。 [9]}また、LTE-V2Xの方がパケット配信の成功率と通信範囲が高いことも示されています。別のリンクレベルおよびシステムレベルのシミュレーション結果によると、見通し内（LOS）と非見通し内（NLOS）の両方のシナリオで同じリンク性能を達成するには、IEEE 802.11pと比較してLTE-V2X PC5インターフェースの方が信号対雑音比（SNR）が低いことが示されています。^[10]

セルラーベースの V2X ソリューションは、PC5 インターフェイスをスマートフォンに統合することで、他の種類の道路利用者 (歩行者、自転車利用者など) をさらに保護し、それらの道路利用者を全体的な C-ITS ソリューションに効果的に統合する可能性ももたらします。車両対人 (V2P) には、歩行者や自転車利用者を検出して、それらの道路利用者が関与する事故や怪我を回避するための脆弱な道路利用者 (VRU) シナリオが含まれています。

直接通信と広域セルラーネットワーク通信はどちらも同じ標準規格 (3GPP) で定義されているため、両方の通信モードが 1 つのチップセットに統合される可能性があります。これらのチップセットが商品化されると、規模の経済性がさらに高まり、両方の通信タイプを使用したより幅広いビジネス モデルとサービスの可能性が生まれます。

1999年に米国連邦通信委員会（FCC）は、5.850-5.925GHzの周波数帯のうち75MHzをインテリジェント交通システム用に割り当てた。^[34]

それ以来、米国運輸省（USDOT）は、さまざまな関係者と協力してV2Xに取り組んできました。2012年にミシガン州アナーバーで事前導入プロジェクトが実施されました。さまざまなメーカーの機器を使用して、さまざまなブランドの自動車、オートバイ、バス、大型貨物車を含む2,800台の車両が参加しました。^[35]米国道路交通安全局（NHTSA）は、このモデル導入を、道路の安全性が向上できること、およびWAVE標準技術が相互運用可能であることの証拠と見なしました。2014年8月、NHTSAは、車車間技術が技術的に導入準備ができていることが証明されたと主張するレポートを発表しました。^[36] 2014年8月20日、NHTSAは連邦官報に規則制定の事前通知（ANPRM）を発表し、^[37] V2X通信の安全上の利点は、車両群の大部分に装備された場合にのみ達成できると主張しました。早期導入者には即時のメリットがないため、NHTSAは強制的な導入を提案しました。 2015年6月25日、米国下院はこの件に関する公聴会を開催し^[38]、そこでもNHTSAと他の利害関係者がV2Xの必要性を主張した^{[39] 。}

2020年11月18日、FCCはDSRCの普及が遅れていることを理由に、5.850～5.895GHz帯の45MHzをWi-Fiに、残りのV2X帯域をC-V2Xに再割り当てした。 ^[40]擁護団体ITS Americaとアメリカ州間高速道路交通局協会は、この決定がDSRCのユーザーに損害を与えているとしてFCCを訴えた。2022年8月12日、連邦裁判所は再割り当てを許可した。^[41]

EU全体のスペクトルを取得するために、無線アプリケーションは、ITS-G5 ETSI EN 302 571の場合、^[42] 2008年に最初に発行された調和標準を必要とします。調和標準には、ETSIシステム参照ドキュメントが必要で、ここではETSI TR 101 788です。^[43]委員会決定2008/671/ECは、輸送安全ITSアプリケーション用の5875〜5905MHz周波数帯域の使用を調和させます。^[44] 2010年にITS指令2010/40/EU ^[45]が採択されました。これは、ITSアプリケーションの相互運用性と国境を越えた動作を保証することを目的とし、V2Xをカバーする二次立法の優先分野を定義し、技術が成熟していることを求めています。2014年に、欧州委員会の業界関係者「C-ITS展開プラットフォーム」は、EUでのV2Xの規制枠組みに取り組み始めました。^[46] EU全体のV2Xセキュリティ公開鍵インフラストラクチャ（PKI）とデータ保護への主要なアプローチを特定し、ITS-G5ベースのV2Xと道路課金システム間の無線干渉を防ぐための緩和標準^{[47]を促進しました。欧州委員会は、5Gアクションプラン[48]}と付随する説明文書^[49]でITS-G5を最初の通信技術として認識し、 EU加盟国が想定するITS-G5とセルラー通信で構成される通信環境を形成しました。^[50] EUまたはEU加盟国レベルでは、SCOOP@F、Testfeld Telematik、デジタルテストベッドアウトバーン、ロッテルダム-ウィーンITS回廊、Nordic Way、COMPASS4D、C-ROADSなど、さまざまな展開前プロジェクトが存在します。 ^[51] V2X標準の実装の実際のシナリオも存在します。交差点移動支援ユースケースにV2X標準が使用される最初の商用プロジェクト。これはチェコ共和国のブルノ市で実現されており、ブルノ市の公共交通機関の車両からV2X通信規格によって80個の交差点が制御されています。^[52]

各国の C-ITS のスペクトル割り当てを次の表に示します。3GPP での C-V2X 標準化に先立つ 802.11p での V2X 標準化により、スペクトル割り当ては当初 802.11p ベースのシステムを対象としていました。ただし、規制は技術中立であるため、C-V2X の展開が排除されるわけではありません。

2022年、米国連邦裁判所は、V2X構成員が何年も使用していないことを理由に、FCCに対し、V2Xスペクトルの45MHzを無線通信事業者と携帯電話事業者に再割り当てできると通告した。

V2X技術（C-V2Xまたは802.11pベースの製品）の導入は、時間の経過とともに徐々に進むでしょう。2020年頃から、新車には2つの技術のいずれかが搭載され、道路上での割合は徐々に増加すると予想されます。フォルクスワーゲンゴルフ8代目は、NXPの技術を搭載したV2X技術を搭載した最初の乗用車でした。^[53]その間、既存の（レガシー）車両は道路上に存在し続けます。これは、V2X対応車両が、非V2X（レガシー）車両または互換性のない技術のV2X車両と共存する必要があることを意味します。

自動運転の導入を阻む主な障害は、法的な問題と、ほぼすべての車両が自動運転を採用しない限り、その有効性が限られているという事実である。^[54]イギリスの週刊誌エコノミストは2016年に、自動運転は技術よりも規制によって推進されていると主張した。^[55]

しかし、2017年の研究^[9] では、技術が市場に導入される移行期間中であっても、交通事故を減らすことにはメリットがあることが示されています。

このテーマについては多くの本や論文が書かれています。

• 信頼性と拡張性に優れた自動車インターネットの実現に向けて：パフォーマンス分析とリソース管理^[56]

• 車両通信システム
• IEEE802.11p は、
• セルラーV2X
• V2V
• 仮想2G
• V2D

• IEEE802.11p は、
• IEEE 1609 2018-07-16 にWayback Machineでアーカイブされました
• CAR 2 CAR コミュニケーションコンソーシアム
• 5G自動車協会（5GAA）
• 自動車エッジコンピューティングコンソーシアム