Системы автомобильной связи
Компьютерные сети, в которых транспортные средства и придорожные устройства являются коммуникационными узлами

Системы автомобильной связи — это компьютерные сети , в которых транспортные средства и придорожные устройства являются узлами связи , предоставляя друг другу информацию, такую ​​как предупреждения о безопасности и информацию о дорожном движении. Они могут быть эффективны для предотвращения аварий и заторов на дорогах. Оба типа узлов — это специализированные устройства связи ближнего действия (DSRC). DSRC работает в диапазоне 5,9 ГГц с полосой пропускания 75 МГц и приблизительным радиусом действия 300 метров (980 футов). [1] Автомобильная связь обычно разрабатывается как часть интеллектуальных транспортных систем (ITS).

История

Начало автомобильной связи относится к 1970-м годам. Работа началась над такими проектами, как Электронная система навигации по маршруту (ERGS) и CACS в Соединенных Штатах и ​​Японии соответственно. [2] В то время как термин «межтранспортная связь» (IVC) начал циркулировать в начале 1980-х годов. [3] До начала деятельности по стандартизации использовались различные носители, такие как лазеры, инфракрасные лучи и радиоволны.

Проект PATH в США в период с 1986 по 1997 год стал важным прорывом в проектах автомобильной связи. [4] Проекты, связанные с автомобильной связью в Европе, были запущены с проектом PROMETHEUS в период с 1986 по 1995 год. [5] Многочисленные последующие проекты были реализованы по всему миру, такие как программа Advanced Safety Vehicle (ASV), [6] CHAUFFEUR I и II, [7] FleetNet, [8] CarTALK 2000, [9] и т. д.

В начале 2000-х годов термин Vehicular Ad Hoc Network (VANET) был введен как приложение принципов Mobile Ad-Hoc Networks (MANET) к транспортной сфере. Термины VANET и IVC не различаются и используются взаимозаменяемо для обозначения коммуникаций между транспортными средствами с опорой на придорожную инфраструктуру или без нее, хотя некоторые утверждают, что IVC относится только к прямым соединениям V2V. [10] Многие проекты появились в ЕС, Японии, США и других частях мира, например, ETC, [11] SAFESPOT, [12] PReVENT, [13] COMeSafety, [14] NoW, [15] IVI. [16]

Для обозначения автомобильной связи используется несколько терминов. Эти аббревиатуры отличаются друг от друга историческим контекстом, используемой технологией, стандартом или страной ( телематика транспортного средства , DSRC , WAVE, [17] VANET , IoV , 802.11p , ITS-G5, [18] V2X ). В настоящее время сотовая связь на основе 3GPP-Release 16 [19] и WiFi на основе IEEE 802.11p оказались потенциальными технологиями связи, позволяющими подключать транспортные средства. Однако это не отменяет того, что другие технологии, например, VLC , ZigBee , WiMAX , микроволновая печь , mmWave, по-прежнему являются областью исследований автомобильной связи. [20]

Многие организации и правительственные учреждения занимаются выпуском стандартов и правил для автомобильной связи ( ASTM , IEEE , ETSI , SAE , 3GPP , ARIB , TTC , TTA, [21] CCSA , ITU , 5GAA , ITS America , ERTICO, ITS Asia-Pacific [22] ). 3GPP работает над стандартами и спецификациями для сотовой связи V2X, [23] в то время как IEEE работает через исследовательскую группу Next Generation V2X (NGV) над выпуском стандарта 802.11bd. [24]

Преимущества безопасности

Главной мотивацией для систем автомобильной связи является безопасность и устранение чрезмерных расходов на дорожно-транспортные происшествия. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), дорожно-транспортные происшествия ежегодно становятся причиной приблизительно 1,2 миллиона смертей во всем мире; одна четверть всех смертей вызвана травмами. Также около 50 миллионов человек получают травмы в дорожно-транспортных происшествиях. Смерть на дорогах была девятой по значимости причиной смерти в 1990 году. [25] Исследование Американской автомобильной ассоциации (ААА) пришло к выводу, что автомобильные аварии обходятся Соединенным Штатам в 300 миллиардов долларов в год. [26] Его можно использовать для автоматизированного управления перекрестками. [1]

Однако смертей, вызванных автомобильными авариями, в принципе можно избежать. Министерство транспорта США утверждает, что 21 000 из 43 000 ежегодных смертей в результате дорожно-транспортных происшествий в США происходят из-за выездов с проезжей части и инцидентов, связанных с перекрестками. [27] Это число можно значительно снизить, развернув локальные системы оповещения с помощью автомобильной связи. Уезжающие транспортные средства могут информировать другие транспортные средства о том, что они намерены покинуть шоссе, а прибывающие автомобили на перекрестки могут отправлять предупреждающие сообщения другим автомобилям, пересекающим этот перекресток. Они также могут уведомлять, когда они собираются сменить полосу движения или если на дороге образовалась пробка. [28] Согласно исследованию, проведенному в 2010 году Национальной администрацией безопасности дорожного движения США , системы автомобильной связи могут помочь избежать до 79% всех дорожно-транспортных происшествий. [29] Исследования показывают, что в Западной Европе снижение средней скорости транспортных средств всего на 5 км/ч может привести к снижению смертности на 25%. [30]

Транспортное средство-транспортное средство

За эти годы в этой области были проведены значительные исследования и проекты, в которых сети VANET применялись в различных приложениях, от безопасности до навигации и обеспечения правопорядка. В декабре 2016 года Министерство транспорта США предложило проект правил, которые постепенно сделают возможности связи V2V обязательными для легковых автомобилей. [31] Технология не полностью определена, поэтому критики утверждают, что производители «не могли взять то, что написано в этом документе, и знать, какова будет их ответственность в соответствии с Федеральными стандартами безопасности транспортных средств». [31] PKI (инфраструктура открытых ключей) — это текущая система безопасности, используемая в коммуникациях V2V. [32]

Конфликт по поводу спектра

V2V находится под угрозой со стороны кабельного телевидения и других технологических компаний, которые хотят отобрать большую часть радиоспектра, в настоящее время зарезервированного для него, и использовать эти частоты для высокоскоростного интернет-обслуживания. В США текущая доля радиоспектра V2V была выделена правительством в 1999 году, но осталась неиспользованной. Автомобильная промышленность пытается сохранить все, что может, заявляя, что ей отчаянно нужен спектр для V2V. Федеральная комиссия по связи (FCC) встала на сторону технологических компаний, а Национальный совет по безопасности на транспорте поддержал позицию автомобильной промышленности. Поставщики интернет-услуг (которые хотят использовать спектр) утверждают, что беспилотные автомобили сделают связь V2V ненужной. Американская автомобильная промышленность заявила, что она готова поделиться спектром, если обслуживание V2V не будет замедлено или нарушено; и FCC планирует протестировать несколько схем совместного использования. [33]

Поскольку правительства в разных регионах поддерживают несовместимые спектры для связи V2V, производители транспортных средств могут быть отбиты от принятия этой технологии на некоторых рынках. Например, в Австралии нет спектра, зарезервированного для связи V2V, поэтому транспортные средства будут страдать от помех от нетранспортных средств связи. [34] Спектры, зарезервированные для связи V2V в некоторых регионах, следующие:

ЛокальСпектры
США5,855–5,905 ГГц [34]
Европа5,855–5,925 ГГц [34]
Япония5,770–5,850 ГГц; 715–725 МГц [34]
Австралия5,855–5,925 ГГц [35]

Транспортное средство-инфраструктура

В 2012 году ученые-компьютерщики из Техасского университета в Остине начали разрабатывать интеллектуальные перекрестки, предназначенные для автоматизированных автомобилей. На перекрестках не будет светофоров и знаков «стоп», вместо этого будут использоваться компьютерные программы, которые будут напрямую взаимодействовать с каждым автомобилем на дороге. [36] В случае с автономными автомобилями для наиболее эффективного функционирования им необходимо подключаться к другим «устройствам». Автономные автомобили оснащены системами связи, которые позволяют им взаимодействовать с другими автономными автомобилями и придорожными устройствами, чтобы предоставлять им, среди прочего, информацию о дорожных работах или заторах на дорогах. Кроме того, ученые полагают, что в будущем появятся компьютерные программы, которые будут подключаться и управлять каждым отдельным автономным автомобилем, когда он проезжает перекресток. [36] Эти типы характеристик стимулируют и далее развивают способность автономных автомобилей понимать и взаимодействовать с другими продуктами и услугами (такими как системы перекрестков) на рынке автономных автомобилей. В конечном итоге это может привести к тому, что больше автономных автомобилей будут использовать сеть, поскольку информация была подтверждена с помощью использования других автономных автомобилей. Такие движения укрепят ценность сети и называются сетевыми внешними эффектами.

В 2017 году исследователи из Университета штата Аризона разработали перекресток в масштабе 1/10 и предложили метод управления перекрестком под названием Crossroads. Было показано, что Crossroads очень устойчив к сетевой задержке как связи V2I, так и времени выполнения в худшем случае менеджера перекрестка. [37] В 2018 году был представлен надежный подход, который устойчив как к несоответствию модели, так и к внешним помехам, таким как ветер и неровности. [38]

Транспортное средство для всего

В ноябре 2019 года приложения Cellular V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) на основе 5G были продемонстрированы на открытых городских улицах и испытательном треке в Турине . [39] Автомобили, оборудованные V2V, передают сообщение следующим транспортным средствам в случае резкого торможения, чтобы своевременно уведомить их о потенциально опасной ситуации. Другие приложения продемонстрировали такие варианты использования, как; оповещение водителей о пешеходе, пересекающем дорогу. [40]

Ключевые игроки

Общество интеллектуального транспорта Америки (ITSA) стремится улучшить сотрудничество между организациями государственного и частного секторов. ITSA резюмирует свою миссию как «видение ноль», что означает, что ее цель — максимально сократить количество смертельных случаев и задержек.

Многие университеты занимаются исследованиями и разработками в области транспортных сетей ad hoc. Например, Калифорнийский университет в Беркли участвует в программе California Partners for Advanced Transit and Highways (PATH). [4]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "Dedicated Short Range Communications (DSRC) Home". leearmstrong.com. Архивировано из оригинала 2012-11-19 . Получено 2008-02-29 .
  2. ^ Хартенштейн, Х.; Лаберто, КП (2008). «Обучающий опрос по автомобильным специальным сетям». Журнал коммуникаций IEEE . 46 (6): 164–171 . doi :10.1109/MCOM.2008.4539481. ISSN  0163-6804. S2CID  3160950.
  3. ^ Цугава, С. (2003). «Межтранспортные коммуникации и их применение в интеллектуальных транспортных средствах: обзор». Симпозиум по интеллектуальным транспортным средствам, 2002. IEEE . Том 2. Версаль, Франция: IEEE. стр.  564–569 . doi :10.1109/IVS.2002.1188011. ISBN 978-0-7803-7346-4. S2CID  62061334.
  4. ^ ab "California Partners for Advanced Transportation". Калифорнийский университет в Беркли . Получено 29 апреля 2022 г.
  5. ^ Уильямс, М. (1988). «ПРОМЕТЕЙ — Европейская исследовательская программа по оптимизации дорожно-транспортной системы в Европе». Коллоквиум IEE по информации для водителей : 1/1–1/9.
  6. ^ "Предыстория разработки ASV (Advanced Safety Vehicle)". www.mlit.go.jp . Получено 2021-08-13 .
  7. ^ "Promote Chauffeur II - TRIMIS - Европейская комиссия". TRIMIS . 2009-10-12 . Получено 2021-08-13 .
  8. ^ Франц, В. Дж.; Эберхардт, Р.; Лукенбах, Т. (2001). «FLEETNET — ИНТЕРНЕТ НА ДОРОГЕ». {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  9. ^ Reichardt, D.; Miglietta, M.; Moretti, L.; Morsink, P.; Schulz, W. (2003). "CarTALK 2000: безопасное и комфортное вождение на основе межтранспортной коммуникации". Симпозиум по интеллектуальным транспортным средствам, 2002. IEEE . Том 2. Версаль, Франция: IEEE. стр.  545–550 . doi :10.1109/IVS.2002.1188007. ISBN 978-0-7803-7346-4. S2CID  60703429.
  10. ^ Сичитиу, Михаил; Киль, Мария (2008). «Системы межавтомобильной связи: обзор». Опросы и учебные пособия IEEE по коммуникациям . 10 (2): 88–105 . doi :10.1109/COMST.2008.4564481. ISSN  1553-877X. S2CID  18052278.
  11. ^ "ETC (Электронная система взимания платы) - запущен глобальный стандарт ETC". www.mlit.go.jp . Получено 13 августа 2021 г.
  12. ^ "Safespot". www.safespot-eu.org . Получено 2021-08-13 .
  13. ^ "PReVENT :: Главная". www.prevent-ip.org . Получено 2021-08-13 .
  14. ^ "Коммуникации для электронной безопасности - TRIMIS - Европейская комиссия". TRIMIS . 2013-06-24 . Получено 2021-08-13 .
  15. ^ "´Сеть-на-колесах´ в Университете Мангейма". pi4.informatik.uni-mannheim.de . Получено 2021-08-13 .
  16. ^ "Дороги общего пользования - Инициатива по созданию интеллектуальных транспортных средств: продвижение интеллектуальных транспортных средств, ориентированных на человека, сентябрь/октябрь 1997 г. -". Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA) . Получено 13 августа 2021 г.
  17. ^ "Программа стандартов ITS | Информационные бюллетени | Информационные бюллетени стандартов ITS". www.standards.its.dot.gov . Получено 13 августа 2021 г.
  18. ^ "Рабочая программа - Подробный отчет о рабочих элементах". portal.etsi.org . Получено 2021-08-14 .
  19. ^ "Выпуск 16". www.3gpp.org . Получено 2021-08-14 .
  20. ^ Алалеви, Ахмад; Даюб, Ияд; Шеркауи, Соумайя (2021). «О вариантах использования 5G-V2X и технологиях поддержки: всеобъемлющий обзор». IEEE Access . 9 : 107710– 107737. Bibcode : 2021IEEEA...9j7710A. doi : 10.1109/ACCESS.2021.3100472. hdl : 20.500.12210/55004 . ISSN  2169-3536. S2CID  236939427. Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  21. ^ "Добро пожаловать в TTA - Ассоциацию телекоммуникационных технологий Кореи". www.tta.or.kr . Получено 14.08.2021 .
  22. ^ "ITS asia-pacific". itsasia-pacific.com . Получено 2021-08-14 .
  23. ^ "V2X". www.3gpp.org . Получено 2021-08-14 .
  24. ^ "IEEE P802.11 - ГРУППА ЗАДАЧ BD (NGV) - ОБНОВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ О ГРУППЕ". www.ieee802.org . Получено 14.08.2021 .
  25. ^ М. Педен; Ричард Скарфилд; Д. Слит; Д. Мохан; и др. «Всемирный отчет о профилактике дорожно-транспортного травматизма» (PDF) . Всемирная организация здравоохранения . Получено 29.02.2008 .
  26. ^ "Аварии против пробок — какова цена для общества?" (PDF) . Американская автомобильная ассоциация. Архивировано из оригинала (PDF) 2012-02-01 . Получено 2011-11-30 .
  27. ^ "Интеграция инфраструктуры транспортных средств (VII)". its.dot.gov . Получено 29.02.2008 .
  28. ^ Boehmlaender, Dennis; Hasirlioglu, Sinan; Yano, Vitor; Lauerer, Christian; Brandmeier, Thomas; Zimmer, Alessandro (2015). «Преимущества прогнозирования тяжести аварии с использованием связи между транспортными средствами». IEEE Международная конференция по надежным системам и сетям 2015 года. Семинары . IEEE. стр.  112– 117. doi :10.1109/dsn-w.2015.23. ISBN 978-1-4673-8044-7. S2CID  13183260.
  29. ^ "Частота целевых столкновений для систем безопасности IntelliDrive" (PDF) . NHTSA . Октябрь 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 5 апреля 2021 г. . Получено 27 апреля 2022 г. .
  30. ^ "Доклад о состоянии здравоохранения в мире 2002 г. - Снижение рисков, содействие здоровому образу жизни". Всемирная организация здравоохранения . Архивировано из оригинала 2 декабря 2002 г. Получено 29 февраля 2008 г.
  31. ^ ab Bigelow, Pete (15 декабря 2016 г.). «Федералы хотят, чтобы в новых автомобилях с 2021 г. появилась связь V2V». Car and Driver . Получено 29.01.2017 .
  32. ^ Хардинг, Дж. (2014). «Связь между транспортными средствами: готовность технологии V2V к применению» (PDF) . nhtsa.gov . Архивировано из оригинала (PDF) 2018-11-15 . Получено 2016-04-28 .
  33. ^ «Автомобили готовы общаться друг с другом — если только мы не используем их радиоволны для Wi-Fi». Los Angeles Times . 25 августа 2016 г. Получено 28 ноября 2021 г.
  34. ^ abcd Austroads . "Представление Austroads в 'Обзор 2014 года Закона о стандартах транспортных средств 1989 года" (PDF) . Департамент инфраструктуры и развития (Австралия) . Получено 29.01.2017 .
  35. ^ "Лицензия класса радиосвязи (интеллектуальные транспортные системы) 2017". Федеральный реестр законодательства . Получено 2018-10-09 .
  36. ^ ab "Нет света, нет знаков, нет аварий – будущие перекрестки для беспилотных автомобилей (видео)". Reuters.com. 22 марта 2012 г. Получено 28 апреля 2012 г.
  37. ^ Андерт, Эдвард; Хаятян, Мохаммад; Шривастава, Авирал (18 июня 2017 г.). «Перекрестки: чувствительный ко времени автономный метод управления перекрестками». Труды 54-й ежегодной конференции по автоматизации проектирования 2017 г. Институт инженеров по электротехнике и электронике, стр.  1– 6. doi : 10.1145/3061639.3062221. ISBN 9781450349277. S2CID  6173238.
  38. ^ Хаятян, Мохаммад; Мехрабиан, Мохаммадреза; Шривастава, Авирал (2018). «RIM: Надежное управление перекрестками для подключенных автономных транспортных средств». Симпозиум IEEE по системам реального времени 2018 г. (RTSS) . Институт инженеров по электротехнике и электронике, стр.  35–44 . doi :10.1109/RTSS.2018.00014. ISBN 978-1-5386-7908-1. S2CID  52093557.
  39. ^ "Живые демонстрации 5GAA показывают C-V2X как рыночную реальность". 5GAA . 14 ноября 2019 г. . Получено 29 апреля 2022 г. .
  40. ^ «На пути к мобильности 5G: роль эффективных дискретных полупроводников». Wevolver . 29 января 2020 г. . Получено 29 апреля 2022 г. .
  • Транспортные сети для предотвращения столкновений на перекрестках, Всемирный конгресс Общества автомобильных инженеров (SAE), апрель 2011 г., Детройт, Мичиган, США.
  • Министерство транспорта США (USDOT), Совместная программа ITS, офис Главная
  • Интеллектуальные транспортные системы, Министерство транспорта Канады
  • Проект PATH, Калифорнийский университет в Беркли
  • Статус проекта IEEE 802.11 Целевая группа p
  • Информационный листок о работе подключенных транспортных средств - Министерство транспорта США
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Системы_транспортной_связи&oldid=1269087237"