Dostarczanie danych krytycznych czasowo dla pojazdów autonomicznych przez systemy V2V i V2I
Przez Mark Patrick, Mouser Electronics.
Protokoły komunikacyjne obsługujące V2X
Co zawiera ten cykl artykułów?
- Jak technologie jazdy autonomicznej zmieniają krajobraz motoryzacji
- Przełamywanie wyobrażeń i wdrażanie technologii pojazdów samosterujących
- Autonomiczność pojazdów: kluczowe poziomy
- Technologie czujników w pojazdach autonomicznych
- Dostarczanie danych krytycznych czasowo dla pojazdów autonomicznych przez systemy V2V i V2I
- Ustalanie ram etycznych dla pojazdów autonomicznych
W trzecim artykule z niniejszej serii: „Autonomiczność pojazdów: kluczowe poziomy” podkreśliliśmy, że do osiągnięcia pełnej autonomiczności pojazdów (poziom 5 wg SAE) baza wiedzy samochodu autonomicznego będzie wymagać nie tylko danych z własnych czujników, lecz także informacji otrzymywanych od innych pojazdów i inteligentnej infrastruktury drogowej w otoczeniu. Dopiero gdy systemy pojazdu uzyskają pełny i szczegółowy obraz okolicy, będą mogły poruszać się niezawodnie, bezpiecznie i płynnie. Te dodatkowe źródła informacji będą pochodzić z bezprzewodowych systemów komunikacji pojazd-pojazd (V2V – vehicle-to-vehicle) i pojazd-infrastruktura (V2I – vehicle-to-infrastructure).
Protokoły bezprzewodowe, na których opierają się implementacje V2V i V2I, wciąż są poddawane lokalnym i krajowym przeglądom technicznym i walidacji, lecz oczywiste jest, że kluczowymi wymaganiami są duża szybkość synchronicznego transferu, niewielkie opóźnienia i bezpieczeństwo danych. Głównymi kandydatami są protokół DSRC (802.11p) oparty na Wi-Fi 5 oraz C-V2X, który wykorzystuje sieć komórkową 5G. Oba protokoły działają w pasmie częstotliwości 5,9 GHz, lecz nie zapewniają żadnej formy interoperacyjności.
Do dziś w branży toczy się intensywna dyskusja na temat tego, jaką metodę komunikacji należy przyjąć, przez co niektórzy producenci pojazdów i krajowe organizacje regulacyjne postanowiły podjąć własną decyzję. Niektórzy producenci półprzewodników, których cykle rozwojowe są długie, zdecydowali się na opracowanie układów scalonych obsługujących każdy z tych protokołów. Ponieważ prace nad siecią 5G wymaganą do obsługi C-V2X są w toku, wygląda na to, że DSRC zajmuje chwilowo silną pozycję. Oczekiwanie na kompleksowy rozwój sieci 5G może potencjalnie opóźnić testy samochodów autonomicznych, co zwiększa atrakcyjność DSRC.
DSRC
Na pierwszy rzut oka wygląda na to, że DSRC ma najlepsze możliwości techniczne. Dzięki zasięgowi do 300 m, szybkiej transmisji danych i niskim opóźnieniom rzędu 5 ms, DSRC spełnia wymagania systemów V2V i V2I.
Technologia ta została już zastosowana w systemach poboru opłat drogowych w Japonii, a austriacki zarządca autostrad i dróg ekspresowych ASFINAG przyjął ją do systemów V2V i V2I w całej sieci drogowej. Produkująca samochody firma VW zastosowała łączność DSRC w nowym Golfie 8. Niemieckie miasto Ludwigsburg również wybrało DSRC jako wyposażenie swoich pojazdów straży pożarnej i służb ratowniczych, aby mogły one sterować i synchronizować sygnalizację świetlną w całym mieście, co przyspiesza dojazd do nagłych wypadków.
W Stanach Zjednoczonych technologia DSRC została wdrożona na wczesnym etapie, lecz w międzyczasie całe jej dostępne spektrum zostało przydzielone C-V2X. Mimo że technologia DSRC jest stosunkowo niedroga, obawy dotyczące jej bezpieczeństwa i podatności na ataki typu „man-in-the-middle”, a także fakt, że oparty na łączności komórkowej C-V2X będzie wykorzystywał istniejącą infrastrukturę komórkową, sprawiają, że debata na ten temat się przeciąga – co jest zrozumiałe.
Pojawiają się również obawy, że DSRC – mimo szybkiej transmisji danych – zostanie zdeklasowany przez możliwości sieci 5G, gdy rozpocznie się jej wdrażanie. Obecnie jednak branża zdaje się być pochłonięta „polityczną grą na przetrzymanie” obu obozów o to, która z technologii jest najlepsza.
C-V2X
Oczywistą zaletą jest fakt, że C-V2X podczas wdrażania może wykorzystywać infrastrukturę sieci 5G. Poza tym rozmiar inwestycji i ciągły rozwój sieci komórkowych dają znaczną przewagę nad technologią DSRC, która wydaje się nie mieć innych zastosowań ani planów na przyszłość, przez co będzie droższa we wdrożeniu i utrzymaniu. Sieć 5G ma jasno określoną strategię zwiększania szybkości przesyłania danych aż do poziomu dziesiątek Gb/s, a danym V2X można przydzielić wyjątkowo niskie opóźnienia i priorytetowe traktowanie pakietów.
Organizacja 5G Automotive Association (5GAA) przeprowadziła analizę porównawczą osiągów C-V2X i DSRC, symulując scenariusze zatłoczonych autostrad, w których systemy V2X musiałyby obsługiwać dużą liczbę pojazdów. Wyniki badań pokazały, że sieć 5G jest lepiej niż DSRC przystosowana do radzenia sobie z tymi warunkami, nadal zachowując akceptowalne parametry szybkości transmisji danych, opóźnień i zasięgu. Ford rozszerzył zakres testów 5GAA i stwierdził, że system C-V2X osiągnął bardzo zadowalające wyniki, zwłaszcza w warunkach linii widzenia.
Rząd Wielkiej Brytanii dokonując własnego przeglądu protokołów V2X zwrócił uwagę na kilka aspektów C-V2X, które wymagają dalszego zbadania.
- Ze względu na rosnącą liczbę przypadków użycia sieci 5G konieczna jest lepsza współpraca w celu zapewnienia bezpieczeństwa w wielu domenach i na każdym etapie.
- Wielowarstwowa architektura sieci 5G zakłada też ujednolicone ramy bezpieczeństwa, które obejmują wszystkie warstwy.
- Wraz z rozwojem sieci 5G wdrożone obecnie metody zabezpieczeń należy utrzymywać przez cały cykl życia przyszłych zmian w architekturze.
Zapewne jeszcze przez jakiś czas będzie trwała debata pomiędzy DSRC a C-V2X, lecz niezależnie od jej wyniku przyszłość pojazdów autonomicznych zależy od dostępu do ultra-niezawodnej sieci komunikacyjnej o wysokim poziomie redundancji i szerokim zasięgu geograficznym. W przypadku C-V2X, gdzie wdrażanie sieci 5G skupia się na gęsto zaludnionych obszarach, autonomiczność pojazdów może być początkowo ograniczona do środowisk miejskich.
www.mouser.com
