АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Сети VANET

Сети VANET (англ. Vehicular ad hoc network) — вид мобильных ad hoc-сетей (MANET), предназначенный для организации связи между транспортными средствами на дорогах[1]. Концепция VANET была впервые предложена в 2001 году как приложения «ад-хок мобильной связи между автомобилями», где может формироваться сеть и осуществляться ретрансляция информации между автомобилями[2]. Было показано, что архитектуры связи «транспортное средство — транспортное средство» (V2V) и «транспортное средство — инфраструктура» (V2R) могут сосуществовать в VANET, обеспечивая безопасность на дорогах, навигацию и другие дорожные сервисы.

Сети VANET рассматриваются как потенциально важная часть инфраструктуры интеллектуальных транспортных систем (ИТС). Иногда VANET называют сетями интеллектуального транспорта[3]. Эти системы могут в перспективе эволюционировать в более широкую концепцию «Интернет транспортных средств»[4], а затем — в «Интернет автономных транспортных средств»[5].

Первоначально, в начале 2000-х годов, сети VANET рассматривались лишь как применение принципов MANET к автомобильной среде, однако впоследствии стали самостоятельной предметной областью исследований. К 2015 году[6] термин VANET стал практически синонимичен более общему понятию коммуникации между транспортными средствами, хотя акцент сохраняется на самостоятельной, спонтанной организации сетей, а не использовании развитой инфраструктуры (дорожных устройств — RSU или сотовых сетей).

VANET пока остаётся предметом исследований и не применяется в коммерческих серийных транспортных средствах.

Применения

Сети VANET потенциально поддерживают широкий спектр приложений — от простых одношаговых сообщений о ситуации («кооперативные сообщения о присутствии», CAM) до многошаговой передачи информации на большие расстояния.

Большинство принципов мобильных ad hoc-сетей (MANET) применимы и к VANET, но детали различаются. Вместо случайного перемещения транспортные средства обычно движутся организованно, а их взаимодействие с дорожной инфраструктурой может быть сравнительно точно описано; кроме того, движение автомобилей ограничено дорожной сетью.

Возможные применения VANET:[6]

  • Электронные стоп-сигналы — позволяют водителю (или автономному транспортному средству) мгновенно реагировать на тормозящие впереди автомобили, даже если они скрыты из зоны видимости.
  • Плотное следование в колонне — автомобили едут с минимальной дистанцией, получая по беспроводной связи команды о разгоне и торможении, формируя так называемые «дорожные поезда».
  • Системы дорожной информации — с помощью VANET можно выполнять оперативную передачу данных об препятствиях для навигационных систем транспортных средств[7].
  • Экстренные дорожные службы — для сокращения задержек и ускорения реагирования системы связи VANET могут распространять предупреждение и обмениваться статусной информацией между службами и транспортными средствами[8].
  • Дорожные сервисы на ходу — будущее транспортное пространство рассматривается как «информационно-насыщенное» или «обеспеченное беспроводной связью»: VANET может использоваться для передачи водительским приложениям рекламы магазинов, ресторанов, автозаправок по маршруту и скидок[9].
  • Электронный сбор платы за проезд — автоматизированная система оплаты (с использованием ITS-G5, дорожных устройств Roadside Unit (RSU) и бортовых устройств OBU согласно спецификациям ETSI). Для выполнения требуется точное позиционирование автомобиля и защищённая коммуникация[10].

Технологии

В качестве основы VANET можно использовать различные беспроводные технологии. Наиболее распространены радиосети короткого диапазона — WLAN и DSRC. Также используются сотовые технологии, включая LTE и 5G.

Моделирование и симуляции

До внедрения VANET на реальных дорогах используются компьютерные модели и симуляторы, которые объединяют имитацию движения транспорта (например, SUMO)[11] с сетевым моделированием (например, TETCOS NetSim[12] или NS-2). Такие симуляции позволяют оценить производительность VANET, а также промоделировать сложные радиоканалы передачи данных[13][14].

Стандарты

Стандартизация протокольных стеков VANET активно ведётся в США, Европе и Японии — регионах с развитой автомобильной промышленностью[6].

В США стэк протоколов IEEE 1609 WAVE (англ. Wireless Access in Vehicular Environments) основан на IEEE 802.11p, работающем на семи выделенных частотных каналах в диапазоне 5,9 ГГц. WAVE обеспечивает многоуровневую работу даже с одним радиомодулем, безопасность и облегчённые протоколы верхнего уровня. Техническая подкомиссия VNTA (Vehicular Networks & Telematics Applications) IEEE Communications Society занимается продвижением деятельности в области транспортных сетей, коммуникаций V2V, V2R, V2I, стандартов и телематических приложений.

Радиочастотные диапазоны

В США для VANET используется выделенная область диапазона 5,9 ГГц, совпадающая с одним из диапазонов Wi-Fi. Стандарт WAVE (Wireless Access for Vehicular Environments), базирующийся на IEEE 802.11p, существует с 2004 года.

В Европе решение Еврокомиссии 2008/671/EC гармонизирует использование диапазона 5875—5905 МГц для безопасных ИТС приложений[15]. Европейский стандарт V2V — ETSI ITS[16] также основан на IEEE 802.11p. Близкий термин — C-ITS («кооперативные ИТС»), связанные с ITS-G5 и V2V.

V2V (как и VANET) является развитием концепции MANET, но роль сетевых узлов выполняют автомобили. В публикации 2001 года[17] отмечалось, что сети ad hoc, формируемые машинами, помогают преодолевать «слепые зоны» и избегать аварий. При участии инфраструктурных устройств эту систему называют V2X. Активные исследования и проекты в этой области охватывают безопасность, навигацию, исполнение правил.

В 1999 году Федеральная комиссия США по связи (FCC) выделила 75 МГц спектра (5,850—5,925 ГГц) для интеллектуальных транспортных систем.

Конфликт за радиочастоты

С 2016 года доступность спектра V2V находится под угрозой из-за инициатив крупных кабельных и технологических компаний, стремящихся использовать часть выделенных частот для высокоскоростного интернета. Представители автомобильной отрасли настаивают на сохранении всего выделенного диапазона, утверждая, что он необходим для V2V. Федеральная комиссия по связи (FCC) поддерживает сторону IT-компаний, а Национальный совет по безопасности движения — автопроизводителей. Планируются тесты различных схем совместного использования спектра[18].

Исследования

Исследования VANET ведутся с начала 2000-х годов — с акцентом на протоколах доступа к среде, маршрутизации, распространении предупреждающих сообщений и сценариях применения. Технологию V2V активно разрабатывают такие автоконцерны как General Motors (демонстрация 2006 года на Cadillac), Toyota[19], BMW, Daimler, Honda, Audi, Volvo и консорциум Car-to-Car communication[20].

Регулирование

Министерство транспорта США (USDOT) работает над внедрением систем V2X с 2012 года — первая опытная группа (Ann Arbor, Мичиган) включала 2800 автомобилей, мотоциклов, автобусов и грузовиков разных марок с оборудованием различных производителей[21]. Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) признала испытания доказательством повышения безопасности и адекватной работы стандарта WAVE. В августе 2014 опубликован отчёт о технологической готовности V2V[22]. В 2014 году регуляторы США были близки к утверждению стандартов V2V[23]. В августе 2014 NHTSA опубликовало предварительное уведомление о планируемых изменениях законодательства, где утверждается, что преимущества безопасности достижимы только при массовом оснащении транспорта V2X-коммуникациями и предложено сделать внедрение обязательным.

В ЕС директива ITS 2010/40/EU[24] требует межстрановой совместимости ИТС и определяет приоритетные направления, включая V2X. В 2014 году рабочая группа C-ITS Deployment Platform начала разрабатывать регуляторную стратегию по безопасности PKI, защите данных и предотвращению взаимных помех сетей ITS-G5 и CEN DSRC[25]. ITS-G5 определена в качестве базовой коммуникационной технологии в плане 5G для Европы и сопутствующих документах[26][27]. Существуют многочисленные опытные проекты в ЕС: SCOOP@F, Testfeld Telematik, цифровой тестовый участок автобана, коридор Роттердам-Вена, Nordic Way, COMPASS4D, C-ROADS и др[28].

VANET в городских условиях

В городских реалиях при использовании VANET важны аспекты анализа времени простоя[29] и выбора протокола маршрутизации, соответствующего параметрам городской сети[30]. Также важна минимизация времени загрузки данных, что достигается выбором правильной сетевой архитектуры.

Примечания

Литература

  • Hammoudi, K.; Benhabiles, H.; Kasraoui, M.; Ajam, N.; Dornaika, F.; Radhakrishnan, K.; Bandi, K.; Cai, Q.; Liu, S. (2015). “Developing Vision-based and Cooperative Vehicular Embedded Systems for Enhancing Road Monitoring Services”. Procedia Computer Science. 52: 389—395. DOI:10.1016/j.procs.2015.05.003.
  • Gandhi, Jenish. Energy Efficient Routing Approaches in Ad hoc Networks: A Survey // Information Systems Design and Intelligent Applications / Jenish Gandhi, Rutvij Jhaveri. — 2015. — Vol. 339. — P. 751–760. — ISBN 978-81-322-2249-1. — doi:10.1007/978-81-322-2250-7_75.
  • Arkian, H.R.; Atani, R.E.; Pourkhalili, A.; Kamali, S. “A stable clustering scheme based on adaptive multiple metric in vehicular ad-hoc networks” (PDF). Journal of Information Science and Engineering. 31 (2): 361—386.
  • R. Azimi, G. Bhatia, R. Rajkumar, P. Mudalige, «Vehicular Networks for Collision Avoidance at Intersections», Society for Automotive Engineers (SAE) World Congress, апрель 2011, Детройт, США. [1]
  • Kosch, Timo; Adler, Christian; Eichler, Stephan; Schroth, Christoph; Strassberger, Markus: The Scalability Problem of Vehicular Ad Hoc Networks and How to Solve it. In: IEEE Wireless Communications Magazine 13 (2006), № 5, с. 6. [2]
  • Schroth, Christoph; Strassberger, Markus; Eigner, Robert; Eichler, Stephan: A Framework for Network Utility Maximization in VANETs. In: Proceedings of the 3rd ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks (VANET): ACM SIGMOBILE, 2006. Лос-Анджелес, США, с. 2.
  • C. Toh — «Future Application Scenarios for MANET-based Intelligent Transportation Systems», Proceedings of IEEE Future Generation Communication and Networking (FGCN) Conference, Vol.2, стр. 414—417, 2007.
  • Rawat, D. B.; Popescu, D. C.; Yan, G.; Olariu, S. (2011). “Enhancing VANET Performance by Joint Adaptation of Transmission Power and Contention Window Size”. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 22 (9): 1528—1535. Bibcode:2011ITPDS..22.1528R. DOI:10.1109/tpds.2011.41. S2CID 8887104.
  • Eichler, Stephan; Ostermaier, Benedikt; Schroth, Christoph; Kosch, Timo: Simulation of Car-to-Car Messaging: Analyzing the Impact on Road Traffic. In: Proceedings of the 13th Annual Meeting of the IEEE International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS): IEEE Computer Society, 2005. Атланта, США, с. 4. [3]
  • Gozalvez, J.; Sepulcre, M.; Bauza, R. (2012). “IEEE 802.11p Vehicle to Infrastructure Communications in Urban Environments”. IEEE Communications Magazine. 50 (5): 176—183. Bibcode:2012IComM..50e.176G. DOI:10.1109/mcom.2012.6194400. S2CID 5913154.

Ссылки