این گزارش شامل معرفی فناوریهای ارتباطی[1] C-V2X[2] و کاربردهای آن میشود. در گزارش حاضر تنها فناوریهای ارتباطی V2X بر مبنای IMT[3] ) V2X بر مبنای LTE[4] و 5G[5]) در نظر گرفته شدهاند. ادامه این مطلب به توسعه C-V2X در کشور چین میپردازد. V2X سلولی (C-V2X) یک استاندارد 3GPP[6] است که یک فناوری را برای رسیدن به ملزومات V2X توصیف میکند. C-V2X جایگزینی برای 802.11p IEEE[7] است که برای V2V[8] و انواع دیگر ارتباطات V2X مشخص شده است. در این گزارش، توضیحات مربوط به C-V2X بر مبنای اجلاس 37 ام ITU بیان شده و به راهاندازی این فناوری در چین پرداخته میشود.
کلیدواژهها: C–V2X، V2V، V2I[9]، V2N[10]، V2P[11]، LTE-V2X، NR–V2X[12].
کاربردهای C-V2X ذکرشده در مشخصات 3GPP (بهعنوان خودرو به همهچیز اشاره شده)، شامل چهار نوع ارتباط میشوند:
متحرک – به – متحرک (V2V)
متحرک – به – زیرساخت (V2I)- متحرک – به – شبکه (V2N)
- متحرک – به – عابر پیاده (V2P)
شکل 1: انواع ارتباط V2X
انواع کاربردهای V2X میتوانند از «آگاهی مشارکتی[13]» برای تأمین سرویسهای با هوشمندی بالا برای کاربران استفاده کنند. این بدان معناست که اشیایی مانند متحرکها، زیرساختهای کنار جاده، سرورهای کاربرد و عابران پیاده میتوانند اطلاعات لازم برای پردازش و به اشتراکگذاری اطلاعات به منظور ایجاد سرویسهای هوشمند را از محیط اطرافشان (بهعنوانمثال، اطلاعات دریافت شده از متحرکهای دیگر یا سنسورهای نزدیک) جمعآوری کنند.
پشتیبانی از کاربردهای C-V2X
کاربردهای C-V2X ذکرشده در مشخصات 3GPP شامل چهار نوع ارتباط متحرک به متحرک (V2V)، متحرک به زیرساخت (V2I)، متحرک به شبکه (V2N) و متحرک به عابر پیاده (V2P) میشوند. کاربردهای V2V، V2I و V2P با رابط[14] PC5 و کاربردهای V2N با رابط Uu پشتیبانی میشوند.
کاربرد متحرک به متحرک (V2V)
کاربری که کاربردهای V2V را پشتیبانی میکند، پیامهای شامل اطلاعات کاربرد V2V را ارسال میکند (بهعنوانمثال مکان، اطلاعات حرکت و ویژگیها). بار پیامها بهمنظور اینکه حجم متغیری از اطلاعات را در بر بگیرد، میتواند منعطف باشد. انتقال بر اساس استاندارد 3GPP پیامهایی است که شامل اطلاعات کاربرد V2V میشوند و بر مبنای همهپخشی[15] است که در شکل زیر نشان داده شده است. این انتقال، شامل انتقال بین کاربران به شکل مستقیم و/یا به علت برد محدود ارتباط مستقیم، شامل انتقال بین کاربران از طریق زیرساختی که ارتباط V2X را پشتیبانی میکند، میشود (بهعنوانمثال RSU[16] یا واحد کنار جادهای و سرور کاربردی).
شکل 2: ارتباط V2V (همهپخشی)
کاربرد متحرک به زیرساخت (V2I)
کاربری که کاربردهای V2I را پشتیبانی میکند، پیامهایی را که شامل اطلاعات کاربردهای V2I است، به یک RSU یا یک سرور کاربردی مرتبط محلی میفرستد. RSU و/یا سرور کاربردی مرتبط محلی، پیامهایی شامل اطلاعات کاربرد V2I را به یک کاربر (بیشتر) که کاربردهای V2I را پشتیبانی میکند، میفرستد. هر سرور کاربردی مرتبط محلی، به یک منطقه جغرافیایی خاص، سرویس میدهد. این امکان نیز وجود دارد که چندین سرور کاربردی، به چندین منطقه همپوشان سرویس دهند و چندین کاربرد یکسان و متفاوت را تعیین کنند.
کاربرد متحرک به شبکه (V2N)
کاربری که از کاربردهای V2N پشتیبانی میکند، با سرور کاربردی که از کاربردهای V2N پشتیبانی میکند، ارتباط برقرار میکند. هر دو طرف از طریق EPS[17] با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند.
کاربرد متحرک به عابر پیاده (V2P)
کاربری که از کاربردهای V2P پشتیبانی میکند، پیامهای شامل اطلاعات کاربرد V2P را ارسال میکند. انتظار میرود که اطلاعات کاربرد V2P بتواند یا از طریق یک کاربر که کاربرد V2X در یک متحرک را پشتیبانی میکند (بهعنوانمثال اخطار به عابر پیاده) یا به وسیله یک کاربر که از کاربرد V2X مرتبط با یک کاربر جادهای در خطر پشتیبانی میکند (بهعنوان مثال، اخطار به متحرک)، ارسال شود. اختلاف اصلی بین انتقال با کاربرد V2P و V2V به علت ویژگیهای کاربر است. یک کاربر که از کاربردهای V2P که توسط یک عابر پیاده استفاده میشود پشتیبانی میکند، ممکن است بهطور مثال ظرفیت باتری کمتری داشته و یا حساسیت رادیویی میتواند به علت طراحی آنتن محدود باشد، بنابراین ممکن است نتواند پیامهایی با دوره تناوب یکسان نسبت به کاربرانی که از کاربرد V2V پشتیبانی میکنند، ارسال کند و/یا پیامهایی را دریافت کند.
برداشت این است که V2V برای ارسال فوری اطلاعات سرویس در یک منطقه کوچک و V2I یا V2N برای تحویل اطلاعات سرویس در یک منطقه نسبتاً بزرگتر استفاده شود. از سوی دیگر، بعضی موارد استفادهای که نیاز به باند فرکانسی بیشتری دارند، از سرویس V2N از طریق رابط Uu استفاده میکنند نه از طریق رابط PC5.
موارد استفاده توسعه پیدا کرده و در TR.22.886 معرفی شدهاند. در Rel. 16، 3GPP موارد استفاده جدید و پیشرفتهتری را مطالعه کرده که در TR.22886 ذکر شده و در دستههای زیر قابل تقسیمبندی است:
دستهسازی متحرکها[18]، به متحرکها این امکان را میدهد که بهشکل پویا، گروهی را برای حرکت دستهجمعی تشکیل دهند. تمام متحرکهای در دسته، بهمنظور کار دستهسازی، اطلاعات متناوبی را از متحرک پیشرو دریافت میکنند. این اطلاعات اجازه میدهد که فاصله بین متحرکها بسیار کوچک شود، به این معنا که فاصله بین آنها که به زمان تعبیر میشود، بسیار کم باشد (زیر یک ثانیه). کاربردهای دستهسازی این اجازه را میدهند که متحرکها به شکل خودران حرکت کنند
حرکت پیشرفته[19]، حرکت نیمهخودکار و تمامخودکار را محقق میسازد. فاصله بین متحرکها بیشتر در نظر گرفته میشود. هر متحرک و/یا واحد کنار جادهای، اطلاعات را از سنسورهای محلی در متحرکهای نزدیک دریافت میکند، بنابراین به متحرکها این اجازه را میدهد که مسیرها و مانورهای خود را هماهنگ کند. بهعلاوه هر متحرک، تصمیم حرکت خود را با متحرکهای نزدیک، به اشتراک میگذارد. مزایای این گروه از موارد استفاده، حرکت امنتر و جلوگیری از تصادف و کارایی ترافیک بهتر است.
سنسورهای توسعهیافته[20] اجازه میدهند که اطلاعات خام یا پردازششده از طریق سنسورهای محلی یا ارتباط ویدئویی زنده بین متحرکها، وسایل عابران پیاده و سرورهای کاربرد V2X مبادله شوند. متحرکها میتوانند درک خود از محیط اطرافشان را فرای آن چیزی که سنسورهای آنها درک میکنند، بسط دهند و تصویر فراگیرتری از وضعیت محلی خود به دست آورند.
حرکت از راهدور[21] اجازه میدهد که یک راننده دور یا یک کاربر V2X، یک ماشین دور را برای مسافرانی که خودشان نمیتوانند حرکت کنند یا در محیطهای خطرناک هستند، بهکار گیرند. برای حالتی که تغییرات، محدود و مسیرها قابل پیشبینی باشند، مثل حملونقل عمومی، حرکت میتواند بر اساس رایانش ابری[22] استفاده شود. بهعلاوه، دسترسی به پلتفرم سرویس بک-اند[23] بر مبنای ابر میتواند برای این گروه مورد استفاده قرار بگیرد.
پشتیبانی کیفیت سرویس متحرک[24]، این اجازه را به کاربرد V2X میدهد که پیش از آنکه تغییر واقعی اتفاق بیفتد، بهطور منظم از تغییر مورد انتظار یا تخمین زدهشده کیفیت سرویس مطلع شود و این توانایی را به سیستم 3GPP بدهد که کیفیت سرویس را مطابق با احتیاجات کیفیت سرویس کاربرد V2X اصلاح کند. بر اساس اطلاعات کیفیت سرویس، کاربرد V2X میتواند رفتار را با شرایط سیستم 3GPP تطبیق دهد. مزایای این گروه مورد استفاده، بهدست آوردن یک تجربه سرویس بهتر برای کاربر است.
فناوری C-V2X
فناوری C-V2X امنیت و کارایی بیشتر را به جادههای چین میآورد. چین، اولین کشوری است که برای اینترنت متحرک، استراتژی دارد و به این علت که خودروسازانش خودروهایی با این فناوری مهم را عرضه میکنند، درزمینه راهاندازی C-V2X راهبری میکند. بعد از انتشار «استراتژی توسعه نوآوری خودروهای هوشمند» در فوریه 2020، چین، تولید انبوه ماشینهای هوشمند مجهز به فناوری C-V2X را آغاز کرد.
نزدیک به 90 شهر با اپراتورهای شبکه بیسیم محلی شریک شدند و دهها هزار RSU برای ارائه بزرگراههای هوشمند و جادههای شبکهشده هوشمند شهری بهکار گرفته شدهاند. انتظار میرود C-V2X تا قبل از 2025 تقریبا در نصف خودروهای چین بهکار گرفته شود که در آن زمان، چین شروع به تست فناوری 5G NR-V2X بهعنوان بخشی از برنامه بلندمدت برای یک سامانه استاندارد خودروی هوشمند خواهد کرد. اگرچه راهاندازی فناوری جدید در مناطق مختلف متفاوت است، اما کشورهای دیگر میتوانند از تلاشهای در جریان چین برای توسعه حملونقل امنتر با C-V2X بهره ببرند.
درحالی که انتظار تجاریسازی LTE-V2X میرفت، چین کمیته مخصوصی بهمنظور مدیریت و هدایت کلی برای اینترنت خودروها تشکیل داد که شامل آمادگی بازار و توسعه استانداردهای تکنیکی مرکزی برای لایه دسترسی، لایه شبکه، لایه پیام و امنیت است. وزارتخانه صنعت و فناوری اطلاعات همچنین «تنظیمات اجرایی بهمنظور استفاده از طیف 5905-5925 MHz را برای ارتباط متصل مستقیم اینترنت خودروها» منتشر و در آن، طیف C-V2X وقفشده با پهنای باند مجموع 20MHz را پایهگذاری کرد.
اقدام سریع در مورد استراتژی ملی برای راهاندازی زودهنگام C-V2X بسیار سودمند است. چین، کمیتهای متشکل از 20 وزارتخانه برای توسعه اینترنت خودروها در سال 2017 تشکیل داد، همان سالی که نسخه 16 3GPP رسماً شروع به پشتیبانی از LTE-V2X کرد.
معرفی فازبندیشده اجازه میدهد که پیشرفت مداومی در مورد فناوری C-V2X چین اتفاق بیفتد.
- خودروهای جدید به اتصال سلولی مجهز هستند.
- ارتباط مستقیم بین خودروها و زیرساخت واحد کنار جادهای از C-V2X در باند 5.9 GHz استفاده میکند که این بهعنوان PC5 هم شناخته میشود (فعلی).
- حرکت خودکار پیشرفته و حملونقل هوشمند از C-V2X بهعنوان سنسور پشتیبان شبکههای 5G با تأخیر کم و قابلیت اعتماد بالا، استفاده میکند (آینده).
- خلق فرصتهای جدید برای اکوسیستم، همکاری و نوآوری را به بار میآورد
- جمعیت مهندسان خودروی چین (C-SAE)[25]، یک رویداد سالانه را، با هدف تشویق تعامل متقابل بین قطعهسازان خودرو، فروشندگان تراشه و ماژول و توسعهدهندگان کاربرد، میزبانی میکند.
- برنامه ارزشیابی خودروی نو چین (C-NCAP)[26]، خودروها را برای امنیت و برنامهها به منظور معرفی C-V2X بهعنوان بخشی از سامانه نمرهبندی خود تا قبل از 2024 ارزیابی میکند.
شکل 3: بیش از 40 قطعهساز، تست کامل تعامل متقابل C-V2X را در اکتبر 2020 کامل کردند
فعالیتهای رویداد C-SAE در 2020، تعهد چین را برای نوآوری مداوم و بهبود فناوری C-V2X نشان میدهد. برای بهتر کردن تعامل متقابل در بین اکوسیستم، تمرکز رویداد بر این موارد بود:
- افزایش کاربرد نقشههای با کیفیت بالا و فناوریهای مکانیابی با دقت بالا
- تست کارکرد و کارایی در مقیاس بالا با استفاده از 180 واحد درون خودرویی یا کنار جادهای
- شکل گواهی امنیت جدید برای ارتباطات قابلاعتماد بین فروشندهها
- پلتفرم جدید کنترل ابر
- نمایش اطلاعات مربوطه محتوایی که با C-V2X پشتیبانی میشود
توسعه خودروهای شبکهشده هوشمند، ویژگی اصلی استراتژی چین برای تبدیل و ارتقا دادن صنعت خودروی خود است.
نتیجهگیری
موارد استفاده بارز C-V2X، میتواند به اشتراکگذاری اطلاعات، کارایی ترافیک، امنیت حرکت و حرکت خودکار پیشرفته کمک کند و در بین آنها برخی از موارد استفاده میتوانند با هم ترکیب شوند تا سرویسهای پیچیدهتری از C-V2X را بسازند. با توجه به پشتیبانی فناوریهای IMT و با تکامل از متحرک-جاده[27] به هماهنگی متحرک-جاده-عابرپیاده-ابر[28]، انتظار میرود که در یک تا سه سال آینده، موارد استفاده C-V2X کاملاً توسعه یابند.
منابع
https://www.itu.int/md/R19-WP5D-C-0545/en, Chapter 3
https://www.qualcomm.com/news/onq/2021/01/27/c-v2x-global-market-momentum continues-accelerate
پینوشت
[1] Interface
[2] Cellular Vehicle-to-Everything
[3] International Mobile Telecommunications
[4] Long-Term Evolution
[5] Fifth Generation
[6] 3rd Generation Partnership Project
[7] Institute of Electrical and Electronics Engineers
[8] Vehicle-to-Vehicle
[9] Vehicle-to-Infrastructure
[10] Vehicle-to-Network
[11] Vehicle-to-Pedesrian
[12] New Radio V2X
[13] Co-operative awareness
[14] Interface
[15] Broadcasting
[16] Road Side Units
[17] Evolved Packet System
[18] Vehicles Platooning
[19] Advanced Driving
[20] Extended Sensors
[21] Remote Driving
[22] Cloud Computing
[23] Back-End
[24] Vehicle Quality of Service
[25] The China Society of Automotive Engineers (C-SAE)
[26] The China New Car Assessment Program (C-NCAP)
[27] Vehicle-Road
[28] Vehicle-Road- Pedestrian -Cloud Coordination
