ISOTR 232552022 智能运输系统.体系结构.ITS内数据分布技术的适用性标准立项发展报告

智能运输系统体系结构ITS内数据分布技术适用性标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Intelligenttransportsystems—Architecture—ApplicabilityofdatadistributiontechnologieswithinITS摘要关键词：智能运输系统；体系架构；数据分布技术；数据分发服务；互联互通；标准化一、引言1.1研究背景智能运输系统是融合信息通信技术、传感器技术、控制技术与运筹管理技术的新一代运输管理与服务体系，其核心目标在于提升交通运输系统的安全性、通行效率与服务水平。近年来，随着车路协同、自动驾驶、智慧高速等应用场景的加速落地，智能运输系统已从传统的单点感知与集中管控模式，演进为覆盖“车—路—云—网—图”多维要素的泛在实时信息系统。在这一演进过程中，数据分布技术扮演着日益关键的角色。一条典型的车路协同应用链路中，路侧感知设备以毫秒级频率生成目标检测结果，信号控制机以周期性节拍发布灯态信息，而云端调度平台则需要汇聚全域运行状态并下发协同控制指令——这些数据类型迥异、时效要求不一、通信模式各异的业务流，如何在统一的体系架构下实现高效可靠的按需分发，已成为智能运输系统设计中的核心课题。然而，面对数据分发服务（DDS）、消息队列遥测传输（MQTT）、高级消息队列协议（AMQP）等众多数据分布技术选项，系统设计者往往缺乏权威的选型依据与适用性指引。不同技术在实时性保障机制、可靠性策略、可扩展能力及安全防护维度上各有优劣，若选择不当，轻则造成资源浪费，重则影响系统实时控制功能的正确运行。在此背景下，国际标准化组织适时立项并发布了ISO/TR23255:2022，以技术报告形式为ITS体系架构中的数据分布技术选型提供了系统性的技术指引。1.2标准编制过程概述ISO/TR23255:2022由国际标准化组织下设的智能运输系统技术委员会（ISO/TC204）归口管理。该技术委员会是全球智能运输系统标准化领域的核心机构，负责制定和协调ITS领域的国际标准与技术报告。ISO/TR23255:2022的编制工作汇聚了来自全球多个国家的ITS架构专家、通信技术专家与标准化学者，历经需求调研、技术比对分析、草案编制、征求意见及最终审议等阶段，于2022年4月29日正式发布。需要特别指出的是，ISO/TR23255属于技术报告（TechnicalReport）类型的标准文件，其定位是针对尚处于技术演进过程中的主题提供信息性指导，而非规范性要求。这一属性使该标准既能够及时反映数据分布技术的最新发展动态，又为后续制定正式的规范性国际标准奠定了技术基础。1.3标准定位与适用范围本标准的定位可从三个维度加以理解。在体系架构层面，本标准是ISO14813（智能运输系统体系架构）系列标准的有益补充，聚焦于数据交互层中“数据分布”这一关键技术环节。在技术范畴层面，本标准关注的是ITS环境中适用于不同通信场景的数据分布技术，涉及中间件层面的通信协议与数据分发机制。在适用对象层面，本标准面向智能运输系统的架构设计师、通信系统工程师、交通信息平台开发人员以及相关技术标准制定者，为其在系统架构设计阶段的数据通信技术选型提供参考框架。从适用范围来看，本标准所讨论的数据分布技术适用于多种ITS应用场景，包括但不限于：车路协同与协同式自适应巡航、公共交通调度与管理、交通信号协调控制、出行者信息服务、货运与车队管理、紧急车辆优先通行等。其对技术适用性的分析框架具有一定的通用性，亦可为其他相关领域的数据通信架构设计提供参考。二、标准技术内容解析2.1智能运输系统对数据分布的需求分析智能运输系统对数据分布技术的需求可从通信模式、服务质量、安全性和网络环境四个维度加以刻画。这种多维度的需求矩阵构成了技术选型评估的基础框架。通信模式方面，ITS应用涵盖了多种消息交互范式：车—车（V2V）、车—路（V2I）、车—云（V2N）、路—云（I2N）以及车—人（V2P）等通信模式在消息流向、拓扑结构、通信范围等方面各具特征。从消息分发范式来看，一对多广播常见于安全类告警信息发布，多对一汇聚常见于感知数据的上行汇聚，而多对多交互则常见于分布式协同决策场景。此外，部分应用场景还需要支持请求—应答模式和发布—订阅模式并存。服务质量要求方面，不同ITS应用对时延、可靠性、吞吐量等指标的要求差异悬殊。以安全类应用为例，碰撞预警消息的端到端时延往往要求在100毫秒以内，且消息递交率需达到99.99%以上的极高可靠性；而面向出行者服务的路况信息推送则允许秒级时延，对可靠性的敏感度也相对较低。数据分布技术需在提供差异化的服务质量保障方面具备足够的能力。安全性维度方面，ITS数据涉及行车安全关键信息、个人出行隐私以及交通管理敏感数据。数据分布技术需支持传输层和应用层的加密机制、访问控制策略以及防篡改和抗重放攻击能力。对于安全攸关的控制类消息，还需确保消息来源的真实性与完整性得到可靠验证。网络环境方面，ITS运行环境呈现显著的高移动性、拓扑动态变化和链路不稳定性特征。车辆以高速移动导致网络拓扑频繁变化，无线链路的信号衰减和多径效应导致通信质量波动，而隧道、城市峡谷等复杂场景更可能造成通信中断。数据分布技术需具备对网络状态变化的鲁棒适应能力。2.2主流数据分布技术比较分析ISO/TR23255:2022对当前ITS领域应用较为广泛的主流数据分布技术进行了系统的比较分析。以下对几种代表性技术进行简要梳理。数据分发服务（DDS）是一种以发布—订阅范式为核心的实时数据分发中间件标准（OMGDDS）。其最显著的技术特征包括：提供强实时的数据分发能力，支持毫秒级甚至亚毫秒级的端到端时延；具备丰富的服务质量（QoS）策略配置，可针对可靠性、时效性、数据生命周期等维度进行精细化调优；采用去中心化的对等架构，不依赖中心节点，具有良好的故障容错能力。DDS在高实时要求的车路协同安全应用场景中表现出显著优势，但其部署相对复杂，对系统资源占用较高。消息队列遥测传输（MQTT）是一种基于发布—订阅模式的轻量级消息传输协议，设计目标是为资源受限设备和低带宽、高延迟或不稳定网络环境提供可靠的通信服务。MQTT采用中心代理（Broker）架构，通过主题（Topic）机制实现消息路由，支持三种服务质量级别（至多一次、至少一次、恰好一次）。其报文开销小、协议实现简单，在车载终端与云端平台之间的遥测数据传输中应用广泛，但中心化架构可能成为系统扩展和可靠性的瓶颈。高级消息队列协议（AMQP）是一种功能完备的消息导向中间件协议，提供丰富的消息路由、队列管理和事务处理能力。AMQP的架构设计面向企业级消息集成场景，支持复杂的消息路由拓扑与可靠的消息持久化机制。在ITS中，AMQP较多应用于交通管理中心的异构系统集成和数据交换场景，其在吞吐量和消息可靠性方面表现优异，但协议本身的复杂度和资源开销较大。其他相关技术还包括受限应用协议（CoAP）、网络传输控制协议（TCP/UDP）的直接使用、以及基于蜂窝网络的通信服务等。CoAP面向资源受限节点设计，适用于传感器网络场景，但在ITS高动态环境中的适用性有限。直接采用TCP/UDP则提供了最大的灵活性，但需要应用层自行实现可靠性保障、消息路由等服务逻辑。2.3各数据分布技术在ITS场景中的适用性评估ISO/TR23255:2022的核心贡献之一在于建立了数据分布技术适用性的系统评估方法，并针对不同ITS应用场景给出了技术选型建议。对于安全攸关的车路协同应用（如前向碰撞预警、交叉口碰撞规避等），该类应用对时延和可靠性有极高要求，同时涉及频繁的一对多与多对多通信。DDS凭借其去中心化架构、丰富的QoS策略和强实时保障能力，在该类场景中具有明显优势。MQTT在公网环境下的车—云通信中可满足基本需求，但其中心化代理机制引入了额外的转发时延，在高负载情况下可能成为性能瓶颈。对于交通管理与调度类应用（如信号协调控制、公交智能调度等），通信模式以周期性数据上报和指令下发为主，对实时性有一定要求但不及安全类应用严苛。MQTT和AMQP在该类场景中均有良好表现，MQTT的轻量级特性适合部署在路侧终端设备中，AMQP的复杂路由能力适合交通管理中心内部的多系统数据交换。对于出行者信息服务类应用（如实时路况推送、停车诱导等），其时延容忍度较高，但对系统的可扩展性和海量用户并发接入能力有较高要求。MQTT的轻量级发布—订阅机制和良好的可扩展性使其成为该类应用的优选方案，AMQP亦可胜任。对于车载感知数据上传与云端汇聚场景，感知数据量大、频率高，对传输带宽和数据处理能力有较高要求。DDS可提供高效的大数据量实时传输能力，而MQTT则适用于对带宽占用较为敏感的场景。2.4标准提出的选型决策建议基于上述分析，ISO/TR23255:2022提出了数据分布技术选型的系统性决策建议。标准强调，技术选型不应脱离具体的应用场景和系统约束进行孤立判断，而应综合考虑以下关键因素：应用的服务质量需求特征、系统部署的网络环境条件、系统的规模与可扩展性需求、已有技术栈的兼容性以及运维管理能力。标准建议系统架构设计者采用“需求驱动、多维评估”的选型方法：首先明确应用场景的通信模式和服务质量需求；继而分析部署环境的网络特征和约束条件；在此基础上，对候选技术进行包括实时性、可靠性、安全性、可扩展性、互操作性及部署复杂度在内的多维度评估；最终结合系统整体架构设计目标和长期演进需求做出决策。对于复杂ITS系统，标准亦指出可采用多种数据分布技术协同使用的混合架构方案，以充分发挥各技术的差异化优势。三、主要参编单位介绍ISO/TR23255:2022的编制汇聚了全球智能运输系统领域的优势力量。在众多参编单位中，来自日本的丰田信息技术中心凭借其在智能交通与车路协同领域的深厚积累，在该技术报告的编制过程中发挥了尤为关键的引领作用。丰田信息技术中心（ToyotaInfoTechnologyCenter）是日本丰田集团旗下的前沿技术研究机构，长期专注于智能交通系统、车联网通信、自动驾驶人工智能及物联网基础技术等领域的研究与开发。该中心在车路协同通信技术方向拥有超过二十年的研究积累，在车辆自组织网络、协作式智能交通系统及数据分发中间件等方面取得了一系列具有国际影响力的研究成果。在ISO/TR23255:2022的编制过程中，丰田信息技术中心的研究团队承担了数据分布技术需求分析、主流技术对比评估以及典型应用场景案例研究等核心编写任务。研究团队基于其在日本多模式智能交通系统实际部署中积累的大量实测数据与工程经验，为技术报告的适用性分析提供了丰富的第一手素材。特别是在DDS技术在车路协同场景中的应用评估方面，丰田信息技术中心的贡献尤为突出，其提出的基于实测数据的时延与可靠性评估方法被纳入技术报告的建议框架之中。此外，丰田信息技术中心还积极推动了该技术报告与ISO/TC204体系下其他相关标准（如ISO14813系列架构标准）的协调一致，确保了技术报告在ITS标准体系中的兼容性和衔接性。其在标准编制过程中展现出的专业技术水准和国际合作精神，为技术报告的顺利发布提供了重要保障。四、结论与展望ISO/TR23255:2022的发布是智能运输系统标准化进程中的一个重要里程碑。该技术报告以体系化的视角系统梳理了智能运输系统中数据分布技术的需求框架、技术选项与适用性评估方法，填补了ITS体系架构标准在数据交互层技术指引方面的空白。从标准价值来看，本技术报告的突出贡献体现在三个层面：其一，建立了ITS应用场景数据分布需求的系统化描述方法，使需求分析从经验驱动走向方法驱动；其二，构建了涵盖实时性、可靠性、安全性、可扩展性和互操作性等多维度的技术适用性评估框架，为技术选型提供了结构化决策工具；其三，通过典型应用场景的案例分析，为架构设计者提供了可借鉴的实践参考。随着智能运输系统向更高层级的车路云一体化方向持续演进，数据分布技术的重要性将进一步凸显。展望未来，以下发展方向值得关注：一是随着软件定义汽车和软件定义基础设施理念的普及，数据分布技术将更深度地与计算平台和通信基础设施融合；二是人工智能技术在交通领域的规模化应用将催生新的数据分布需求模式，特别是面向分布式机器学习的数据流水线场景；三是数据安全与隐私保护法规的不断完善，将对数据分布技术的安全机制提出更高要求。在标准化工作层面，ISO/TR23255:2022所建立的技术框架为后续制定正式的规范性国际标准奠定了坚实基础。建议后续标准化工作重点聚焦于以下方向：制定面向特定应用场景（如协同式自动驾驶）的数据分布技术规范性要求标准；研制数据分布技术的互操作性测试规范；探索面向新型网络架构（如算力网络、确定性网络）的数据分布技术演进方向。对我国而言，当前正处于车路云一体化规模化应用的关键时期，ISO/TR23255:2022所提供的数据分布技术适用性分析框架对我国智能运输系统的架构设计和技术选型具有直接的参考价值。建议国内相关标准化技术机构密切跟踪该技术报告的后续演进动态，结合我国车路云一体化实际建设需求，适时开展相应的国家标准或行业标准研制工作，推动我国智能运输系统标准化工作与国际接轨，为交通强国建设提供坚实的标准化支撑。参考文献[1]ISO/TR23255:2022,Intelligenttransportsystems—Architecture—ApplicabilityofdatadistributiontechnologieswithinITS[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO14813-1:2015,Intelligenttransportsystems—Referencemodelarchitecture(s)fortheITSsector—Part1:ITSservicedomains,servic