CC BY
50APRIL 27-28, 2023
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ V2X ДЛЯ СОЗДАНИЯ "УМНОГО ДОРОЖНОГО
ДВИЖЕНИЯ"
Губайдуллин Амир1, Мананкова Ольга2, Комекбаев Арман3
1,2'э Алматинский университет энергетики и связи им. Гумарбека Даукеева, Алматы,
Казахстан https://doi.org/10.5281/zenodo.7860853
Abstract. This paper provides an analytical overview of the application of V2X technology to create "smart traffic". At the moment, V2X technologies are not very popular due to the small coverage of 5G. The current 4G network is fast enough to stream HD content and play online games, but it cannot support safer and smarter autonomous vehicles. Within the framework of such a network, it is possible to organize a complete solution for automating traffic. This will significantly reduce the number of accidents on the roads, as well as optimize traffic. The article discusses the issue of using V2X technology for its implementation in road traffic, identifying the advantages and disadvantages of the technology.
Keywords: V2X, V2V, autonomous vehicles, DSRC, scenarios, frequency spectrum.
ВВЕДЕНИЕ
Трендом последних лет является повсеместное внедрение и развитие систем Интернета вещей, которые позволяют через сети передачи данных обеспечить полную коммуникацию различных умных устройств. В рамках Интернета вещей также развивается такая трендовая сфера, как V2X. Благодаря этой технологии весь транспорт может быть автоматизирован, также может быть обеспечена синхронизация с дорожными системами, светофорами, дорожными знаками [1].
Актуальность работы заключается в том, что технология V2X еще не внедрена в странах ближнего зарубежья. Для повсеместного внедрения таких решений, важно детально исследовать перед разработкой проекта ее достоинства и недостатки. Система V2X способна обеспечить полную связь между всеми автомобильными системами, все это позволит оптимизировать многие процессы. Такие системы способны обеспечить безопасность на дороге и сэкономить средства на облуживание дорог.
АНАЛИЗ ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ САМОУПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Сегодня внедрение умных решений на базе информационных технологий позволяет автоматизировать многие процессы. Чтобы автомобили смогли взаимодействовать друг с другом, а также со всеми транспортными средствами (дорожные знаки, светофоры) используется технология V2X. Данная технология подразумевает связь автомобиля со всеми устройствами через сети передачи данных. Весь обмен данными по сетям передачи обеспечивается в режиме реального времени [2].
Если использовать системы автоматизированного управления можно обеспечить весь процесс управления дорожным движением, а также обеспечить водителя транспорта актуальной информацией о пути движения. Вся эта система позволяет ориентироваться водителям на порядок быстрее. Система способна обеспечить безопасность транспортного потока, загрузки транспортных дорог, количество аварийных ситуаций [3]. Вся архитектура технологии способна создать мощную инфраструктуру.
APRIL 27-28, 2023
Сама технология способна обеспечить информацией водителя обо всех рисках столкновения, пробок, дорожных работ, препятствиях на пути движения. У водителя будет даже информация о пешеходах и посторонних объектов на всем пути следования транспортных средств. Данная технология способна обеспечить управление трафиком из потока автомобилей, на которых установлено оборудование V2X. Система способна обеспечить управление даже колонной транспорта.
На основе данного решения можно наладить движение больших грузов по магистрали, уборочной техники. Для беспилотного транспорта могут выдвигаться указы по маневрам, а также остановкам. Технология способна наладить приоритет движения структурных служб, таких как скорая помощь, пожарная безопасность, правоохранительные органы, а также аварийные службы [4]. При необходимости система способна обеспечить приоритет движения транспорта, а также позволяет сократить время движения транспорта.
В каждый автомобиль устанавливается специальное бортовое устройство. Такое устройство способно принимать все данные о происходящих инцидентах. Все беспилотные автомобили принимает маневровые команды. Данные от каждого автомобиля передаются на специальную систему контроля дорожного движения.
СИСТЕМЫ КОММУНИКАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИИ V2X
Системы коммуникаций выстраиваются на основе двух самых распространенных технологий передачи данных:
- DSRC;
- Сотовая связь.
Система передачи данных для Интернета вещей на дорогах DSRC функционирует на основе частоты 5900 МГц. Данная технология передачи данных способна обеспечить комплексную систему информирования: предупреждения о транспортных средствах, аварийное торможение; взвод транспорта.
Технология может быть применена для движения при небольшой плотности движения транспорта. Для взаимодействия транспортных средств необходима большая пропускная способность и низкий уровень задержки. Любая задержка способна повлиять на предотвращение аварийной ситуации. DSRC в этом случае ограничена. К тому же требование к таким решениям растет, и данная технология не соответствует всем этим требованиям. Стоимость внедрения такого решения достаточно высока, поэтому внедрение было отложено. Использование физической среды CSMA/CA привели к тому, что сеть неустойчива к помехам.
Транзитной сетью в большей степени выступают мобильные сети передачи данных 4 и 5 поколения. Оборудованием, которое обеспечивает связь между автомобилями и дорожными системами, являются базовые станции. Сети мобильной связи 5 поколения способны обеспечить работоспособность сетей в полном объеме. В данном случае для работы сети необходимы базовые станции вдоль автомобильных дорог. Базовые станции могут быть размещены на опорах освящения. Базовые станции способны обеспечить 100% покрытие зоны дорог.
Архитектура сети V2X на базе мобильной сети передачи данных представлена на рисунке 3. На рисунке видно, что данные передаются со стороны автомобильных дорог,
APRIL 27-28, 2023
транспортных средств в направлении базовых станций. Все данные со стороны базовых станций передаются в сторону ядра сети, где обработка данных может выполняться. В данном случае сеть функционирует на основе мобильной связи LTE [5-6].
Рисунок 3 - Архитектура сети V2X на базе мобильной сети передачи данных
Используя сети WI-FI и мобильные сети передачи данных, разные виды транспорта могут обладать информацией о встречных автомобилях и препятствий. Благодаря этому водители избегут столкновений. По мере развития технологии водители будут способны узнать о движение транспорта вне прямой видимости.
Значительным преимуществом технологии V2X перед другими моделями является большой диапазон частот. За счет этого дальность связи значительно больше.
В сети передачи данных между транспортными средствами могут быть использованы нелицензированные частоты, что повышает частотный диапазон. Но могут быть использованы лицензированные частоты для передачи видео и аудио информации от абонентов. Доступ к облаку может быть обеспечен на основе коммерческого лицензированного спектра передачи информации. Данная технология способна обеспечить передачу данных к облаку на основе коммерческого лицензированного спектра. Все объекты сети передачи данных C-V2X устанавливают связь через интерфейс PC5 канал передачи данных sidelink. Передача данных осуществляется на основе технологий Rel.14 и Rel.15. Передача данных может быть обеспечена с невысокой задержкой при передаче информации по двум режимам: 3 и 4. Передача данных может осуществляться как в пределах зоны покрытия, так и вне зоны. Технология способна функционировать с радиоинтерфейсом LTE и беспроводным интерфейсом боковой линии передачи данных [7].
Передача данных на базе беспроводного канала связи LTE-Uu - это тип беспроводного интерфейса для организации связи абонентского оборудования и базовой станции. Передача данных по такой линии осуществляется по нисходящему и восходящему потоку. Базовая станция 4 поколения будет применять полупостоянное
APRIL 27-28, 2023
планирование с целью снижения служебной информации. При таком планировании базовой станцией выделяются специальные ресурсы абонентам для нескольких процессов передачи информации. Большая часть трафика в таком канале будет периодической и будет обладать одними объемами пакетов.
Передача данных на базе беспроводного канала связи PC5 - при такой передаче передаются и сообщения безопасности, которые способны обеспечить конфиденциальность. Данный стандарт создан ассоциацией 5GAA. Данный режим передачи функционирует на основе частоты 5900 МГц. Функционирует режим без платной подписки и способен обеспечить высокий уровень конфиденциальности. Данный радиоинтерфейс способен обеспечить передачу данных между подвижными устройствами в пределах прямой видимости.
Режим 3 боковой линии обеспечивает запланированный режим передачи данных при наличии базовой станции. Весь процесс распределения ресурсов обеспечивает централизованную систему передачи по сотовой сети передачи данных. Данный режим использует 3 механизма планирования: полупостоянное планирование, планирование на основе отчетности UE и планирование между несущими. Режим имеет проблемы при использовании его на магистралях с высокой мобильностью, где все автомобили должны быть подключены к базовой станции.
Режим 4 побочной связи работает в независимости от наличия базовой станции. Режим способен обеспечивать передачу и без базовой станции при прямом взаимодействии разных устройств. Взаимодействие может быть обеспечено с помощью интерфейсов РС5 на частоте 5900 МГц. То есть данный режим можно назвать автономным. Взаимодействие обеспечивается в пределах прямой видимости. Режим обеспечивает большие скоростные характеристики по сравнению с протоколом IEEE 802.11p. К тому же зашита информации в таком режиме достаточно высокая [8-10].
Большими характеристиками обладает технология мобильной связи. Для большой плотности движения транспорта используется сотовая связь и большой надежности используется технология сотовой связи. Для дорог, где нет большого движения достаточно технологии DSRC.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Технология V2X способна обеспечить большое количество преимуществ:
- снижение аварийных рисков;
- снижение количества пробок;
- управление самоуправляемым транспортом;
- повышение автоматизации.
Но вместе с этим имеются и проблемы:
- высокая стоимость реализации;
- требуется обеспечить покрытие сотовой связью, ведь величина задержек должна быть минимальной.
Технология является очень перспективной, однако перед внедрением такого дорогостоящего проекта необходимо составить инвестиционный план и просчитать срок окупаемости, рентабельность инвестиций.
APRIL 27-28, 2023
Поэтому в нашей стране еще много работы по обеспечению дальнейшего развития
отрасли.
REFERENCES
1. Аль-Свейти М. А. М., Волков А. Н., Мутханна А. С. А. Проблемы и требования для реализации технологии V2X //Информационные технологии и телекоммуникации. -2020. - Т. 8. - №. 3. - С. 20.
2. Abdel Hakeem S. A., Hady A. A., Kim H. W. 5G-V2X: Standardization, architecture, use cases, network-slicing, and edge-computing //Wireless Networks. - 2020. - Т. 26. - №. 8. -С. 6015-6041
3. Turley A. et al. C-ITS: Three observations on LTE-V2X and ETSI ITS-G5—A comparison //NXP Semiconductors White Paper. - 2018. - С. 1-6.
4. Driving a Safer Tomorrow: Vehicle-to-Vehicle Communications and Connected Roadways of the Future. US Department of Transportation, 2017.
5. Sjoberg K. Medium access control for vehicular ad hoc networks. - Chalmers Tekniska Hogskola (Sweden), 2013
6. Xu R. et al. V2X-ViT: Vehicle-to-everything cooperative perception with vision transformer //arXiv preprint arXiv:2203.10638. - 2022.
7. Alnasser A., Sun H., Jiang J. Recommendation-based trust model for vehicle-to-everything (V2X) //IEEE Internet of Things Journal. - 2019. - Т. 7. - №. 1. - С. 440-450.
8. Darbha S., Konduri S., Pagilla P. R. Benefits of V2V communication for autonomous and connected vehicles //IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. - 2018. - Т. 20. - №. 5. - С. 1954-1963.15.
9. Zhou H. et al. Evolutionary V2X technologies toward the Internet of vehicles: Challenges and opportunities //Proceedings of the IEEE. - 2020. - Т. 108. - №. 2. - С. 308-323.
10. Sternlund S. Traffic Safety Potential and Effectiveness of Lane Keeping Support. -Chalmers Tekniska Hogskola (Sweden), 2020.
