Systemy komunikacji samochodowej

Systemy komunikacji samochodowej to sieci komputerowe , w których pojazdy i jednostki drogowe są węzłami komunikacyjnymi , przekazującymi sobie nawzajem informacje, takie jak ostrzeżenia dotyczące bezpieczeństwa i informacje o ruchu drogowym. Mogą być skuteczne w unikaniu wypadków i zatorów drogowych. Oba typy węzłów to dedykowane urządzenia komunikacji krótkiego zasięgu (DSRC). DSRC działa w paśmie 5,9 GHz z szerokością pasma 75 MHz i przybliżonym zasięgiem 300 metrów (980 stóp). Komunikacja samochodowa rozwijana jest najczęściej w ramach inteligentnych systemów transportowych (ITS).

Historia

Początki komunikacji samochodowej sięgają lat 70-tych. Rozpoczęto prace nad projektami takimi jak Electronic Route Guidance System (ERGS) i CACS odpowiednio w Stanach Zjednoczonych i Japonii. Chociaż termin komunikacja między pojazdami (IVC) zaczął krążyć na początku lat 80. Przed rozpoczęciem działań standaryzacyjnych używano różnych mediów, takich jak lasery, podczerwień i fale radiowe.

Projekt PATH w Stanach Zjednoczonych w latach 1986-1997 był ważnym przełomem w projektach komunikacji samochodowej. Projekty związane z komunikacją samochodową w Europie zostały uruchomione w ramach PROMETHEUS w latach 1986-1995. Liczne kolejne projekty zostały wdrożone na całym świecie, takie jak program Advanced Safety Vehicle (ASV), CHAUFFEUR I i II, FleetNet, CarTALK 2000 itp. .

Na początku XXI wieku termin „Vehicular Ad Hoc Network” (VANET) został wprowadzony jako zastosowanie zasad mobilnych sieci Ad-Hoc (MANET) w dziedzinie pojazdów. Terminy VANET i IVC nie różnią się i są używane zamiennie w odniesieniu do komunikacji między pojazdami z lub bez polegania na infrastrukturze drogowej, chociaż niektórzy twierdzą, że IVC odnosi się tylko do bezpośrednich połączeń V2V. Wiele projektów pojawiło się w UE, Japonii, USA i innych częściach świata, np. ETC, SAFESPOT, PREVENT, COMeSafety, NoW, IVI.

Kilka terminów zostało użytych w odniesieniu do komunikacji samochodowej. Akronimy te różnią się od siebie kontekstem historycznym, stosowaną technologią, standardem lub krajem ( telematyka pojazdów , DSRC , WAVE, VANET , IoV , 802.11p , ITS-G5, V2X ). Obecnie technologie komórkowe oparte na 3GPP-Release 16 i Wi-Fi oparte na standardzie IEEE 802.11p okazały się potencjalnymi technologiami komunikacyjnymi umożliwiającymi podłączenie pojazdów. Nie wyklucza to jednak innych technologii, na przykład VLC , ZigBee , WiMAX , mikrofale , mmWave są nadal obszarem badań komunikacji samochodowej.

Wiele organizacji i agencji rządowych zajmuje się wydawaniem norm i przepisów dotyczących komunikacji samochodowej ( ASTM , IEEE , ETSI , SAE , 3GPP , ARIB , TTC , TTA, CCSA , ITU , 5GAA , ITS America , ERTICO , ITS Asia-Pacific). 3GPP pracuje nad standardami i specyfikacjami dla komórkowej komunikacji V2X, podczas gdy IEEE pracuje za pośrednictwem grupy badawczej Next Generation V2X (NGV) nad wydaniem standardu 802.11bd.

Korzyści związane z bezpieczeństwem

Główną motywacją dla systemów komunikacji kołowej jest bezpieczeństwo i eliminacja nadmiernych kosztów kolizji drogowych. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) wypadki drogowe powodują rocznie około 1,2 miliona zgonów na całym świecie; jedną czwartą wszystkich zgonów spowodowanych urazami. Również około 50 milionów osób zostaje rannych w wypadkach drogowych. Jeśli nie zostaną podjęte środki zapobiegawcze, śmierć na drogach prawdopodobnie stanie się trzecią najczęstszą przyczyną śmierci w 2020 r. z dziewiątego miejsca w 1990 r. Badanie przeprowadzone przez American Automobile Association (AAA) wykazało, że wypadki samochodowe kosztują Stany Zjednoczone 300 miliardów dolarów rocznie. Może być wykorzystany do zautomatyzowanej kontroli ruchu na skrzyżowaniach.

Jednak śmierci spowodowanej wypadkami samochodowymi można w zasadzie uniknąć. Departament Transportu Stanów Zjednoczonych twierdzi, że 21 000 z 43 000 śmiertelnych wypadków drogowych w USA rocznie jest spowodowanych zjazdami z jezdni i incydentami związanymi ze skrzyżowaniami. Liczbę tę można znacznie obniżyć, wdrażając lokalne systemy ostrzegania za pośrednictwem komunikacji samochodowej. Odjeżdżające pojazdy mogą informować inne pojazdy, że zamierzają zjechać z autostrady, a samochody przyjeżdżające na skrzyżowaniach mogą wysyłać komunikaty ostrzegawcze do innych samochodów przejeżdżających przez to skrzyżowanie. Mogą również powiadamiać o zamiarze zmiany pasa ruchu lub o korku. Według badania przeprowadzonego w 2010 r Amerykańskiej Narodowej Administracji Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego , systemy komunikacji samochodowej mogą pomóc uniknąć nawet 79% wszystkich wypadków drogowych. Badania pokazują, że w Europie Zachodniej spadek średniej prędkości pojazdów o zaledwie 5 km/h może spowodować 25% spadek liczby ofiar śmiertelnych.

Pojazd do pojazdu

Na przestrzeni lat przeprowadzono wiele badań i projektów w tej dziedzinie, wykorzystując VANET do różnych zastosowań, od bezpieczeństwa po nawigację i egzekwowanie prawa. W grudniu 2016 r. Departament Transportu USA zaproponował projekt przepisów, które stopniowo wprowadzałyby obowiązkowe możliwości komunikacji V2V dla lekkich pojazdów dostawczych. Technologia nie jest w pełni określona, więc krytycy argumentowali, że producenci „nie mogli wziąć tego, co jest w tym dokumencie i wiedzieć, jaka będzie ich odpowiedzialność zgodnie z federalnymi normami bezpieczeństwa pojazdów silnikowych”. PKI (infrastruktura klucza publicznego) to obecny system bezpieczeństwa używany w komunikacji V2V.

Konflikt o widmo

V2V jest zagrożone przez telewizję kablową i inne firmy technologiczne, które chcą odebrać dużą część widma radiowego obecnie zarezerwowanego dla niego i wykorzystać te częstotliwości do usług szybkiego Internetu. W USA obecny udział V2V w widmie radiowym został zarezerwowany przez rząd w 1999 roku, ale nie został wykorzystany. Przemysł motoryzacyjny stara się zachować wszystko, co może, mówiąc, że rozpaczliwie potrzebuje widma dla V2V. Federalna Komisja Łączności (FCC) wraz z Krajową Radą Bezpieczeństwa Transportu stanęła po stronie firm technologicznych wspieranie pozycji branży motoryzacyjnej. Dostawcy usług internetowych (chcący wykorzystać widmo) twierdzą, że autonomiczne samochody sprawią, że komunikacja V2V stanie się zbędna. Amerykański przemysł motoryzacyjny powiedział, że jest gotów udostępnić widmo, jeśli usługa V2V nie zostanie spowolniona lub zakłócona; a FCC planuje przetestować kilka schematów udostępniania.

Ponieważ rządy w różnych lokalizacjach wspierają niekompatybilne widma dla komunikacji V2V, producenci pojazdów mogą być zniechęceni do przyjmowania tej technologii na niektórych rynkach. Na przykład w Australii nie ma widma zarezerwowanego dla komunikacji V2V, więc pojazdy byłyby narażone na zakłócenia spowodowane komunikacją inną niż pojazd. Widma zarezerwowane dla komunikacji V2V w niektórych lokalizacjach są następujące:

Widownia	Widma
USA	5,855-5,905 GHz
Europa	5,855-5,925 GHz
Japonia	5,770-5,850 GHz; 715-725 MHz
Australia	5,855-5,925 GHz

Pojazd do infrastruktury

W 2012 roku informatycy z University of Texas w Austin rozpoczęli opracowywanie inteligentnych skrzyżowań przeznaczonych dla zautomatyzowanych samochodów. Skrzyżowania nie będą miały sygnalizacji świetlnej ani znaków stopu, zamiast korzystać z programów komputerowych, które będą komunikować się bezpośrednio z każdym samochodem na drodze. W przypadku pojazdów autonomicznych niezbędne jest ich połączenie z innymi „urządzeniami”, aby działały jak najefektywniej. Pojazdy autonomiczne są wyposażone w systemy łączności, które pozwalają im komunikować się z innymi pojazdami autonomicznymi i jednostkami przydrożnymi, aby przekazywać im m.in. informacje o robotach drogowych czy korkach. Ponadto naukowcy uważają, że w przyszłości będą dostępne programy komputerowe, które będą łączyć i zarządzać każdym autonomicznym pojazdem poruszającym się po skrzyżowaniu. Tego typu cechy napędzają i dalej rozwijają zdolność pojazdów autonomicznych do rozumienia i współpracy z innymi produktami i usługami (takimi jak systemy komputerowe skrzyżowań) na rynku pojazdów autonomicznych. Ostatecznie może to doprowadzić do tego, że więcej autonomicznych pojazdów będzie korzystać z sieci, ponieważ informacje zostały zweryfikowane przy użyciu innych autonomicznych pojazdów. Takie ruchy wzmocnią wartość sieci i nazywane są efektami zewnętrznymi sieci.

W 2017 roku naukowcy z Arizona State University opracowali skrzyżowanie w skali 1/10 i zaproponowali technikę zarządzania skrzyżowaniem o nazwie Crossroads. Wykazano, że Crossroads jest bardzo odporny na opóźnienia sieciowe zarówno komunikacji V2I, jak i czas realizacji najgorszego przypadku zarządcy skrzyżowania. W 2018 roku wprowadzono solidne podejście, które jest odporne zarówno na niedopasowanie modeli, jak i na zakłócenia zewnętrzne, takie jak wiatr i wstrząsy.

Pojazd do wszystkiego

Turynie zademonstrowano aplikacje Cellular V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) oparte na 5G . Samochody wyposażone w V2V wysyłają komunikat do pojazdów jadących z tyłu w przypadku nagłego hamowania, aby powiadomić je na czas o potencjalnie niebezpiecznej sytuacji. Inne aplikacje wykazały przypadki użycia, takie jak; ostrzeganie kierowców o przejściu dla pieszych.

Kluczowi gracze

Intelligent Transportation Society of America (ITSA) ma na celu poprawę współpracy między organizacjami sektora publicznego i prywatnego. ITSA podsumowuje swoją misję jako „wizję zero”, co oznacza, że jej celem jest maksymalne zmniejszenie liczby wypadków śmiertelnych i opóźnień.

Wiele uniwersytetów prowadzi badania i rozwój samochodowych sieci ad hoc. Na przykład Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley uczestniczy w California Partners for Advanced Transit and Highways (PATH).

Zobacz też

Linki zewnętrzne