Введение

Компьютерные сети, в которых транспортные средства и дорожные объекты выступают в качестве узлов связи.

Системы связи транспортных средств – это компьютерные сети, в которых транспортные средства и дорожные объекты являются узлами связи, обменивающимися информацией, такой как предупреждения о безопасности и данные о дорожном движении. Они могут эффективно предотвращать аварии и дорожные заторы. Оба типа узлов используют специальные устройства связи ближнего радиуса действия (DSRC). DSRC работает в диапазоне 5,9 ГГц с полосой пропускания 75 МГц и приблизительной дальностью действия. Разработка систем связи транспортных средств обычно ведется в рамках интеллектуальных транспортных систем (ITS).

История

Начало развития систем связи между транспортными средствами относится к 1970-м годам. Работы начались над проектами, такими как Electronic Route Guidance System (ERGS) и CACS в Соединенных Штатах и Японии соответственно. Термин Inter Vehicle Communications (IVC) начал использоваться в начале 1980-х годов. До начала работ по стандартизации применялись различные среды передачи данных, такие как лазеры, инфракрасное излучение и радиоволны. Проект PATH в Соединенных Штатах в период с 1986 по 1997 год стал важным прорывом в области проектов, связанных с коммуникациями между транспортными средствами. Проекты, посвященные коммуникациям между транспортными средствами в Европе, были запущены в рамках проекта PROMETHEUS в период с 1986 по 1995 год. По всему миру было реализовано множество последующих проектов, таких как программа Advanced Safety Vehicle (ASV), CHAUFFEUR I и II, FleetNet, CarTALK 2000 и другие. В начале 2000-х годов термин Vehicular Ad Hoc Network (VANET) был введен как применение принципов Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) к транспортной сфере. Термины VANET и IVC не различаются и используются взаимозаменяемо для обозначения коммуникаций между транспортными средствами с использованием или без использования дорожной инфраструктуры, хотя некоторые утверждают, что IVC относится исключительно к прямым V2V-соединениям. Многие проекты появились в ЕС, Японии, США и других регионах мира, например, ETC, SAFESPOT, PReVENT, COMeSafety, NoW, IVI. Для обозначения коммуникаций между транспортными средствами используется несколько терминов. Эти аббревиатуры различаются по историческому контексту, используемой технологии, стандарту или стране (телематика транспортных средств, DSRC, WAVE, VANET, IoV, 802.11p, ITS G5, V2X). В настоящее время сотовая связь на основе 3GPP Release 16 и WiFi на основе IEEE 802.11p показали себя как потенциальные технологии связи для обеспечения возможностей подключенных транспортных средств. Однако это не исключает того, что другие технологии, например, VLC, ZigBee, WiMAX, микроволновое излучение, mmWave, по-прежнему являются областью исследований в области коммуникаций между транспортными средствами. Многие организации и государственные органы занимаются разработкой и изданием стандартов и нормативных документов для коммуникаций между транспортными средствами (ASTM, IEEE, ETSI, SAE, 3GPP, ARIB, TTC, TTA, CCSA, ITU, 5GAA, ITS America, ERTICO, ITS Asia Pacific). 3GPP работает над стандартами и спецификациями для сотовой связи V2X, а IEEE через рабочую группу Next Generation V2X (NGV) занимается разработкой стандарта 802.11bd.

Преимущества безопасности

Основная мотивация для систем связи между транспортными средствами – повышение безопасности и снижение чрезмерных затрат, связанных с дорожно-транспортными происшествиями. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), дорожно-транспортные происшествия ежегодно уносят жизни примерно 1,2 миллиона человек во всем мире, что составляет четверть всех смертей, вызванных травмами. Около 50 миллионов человек также получают травмы в результате ДТП. Если не будут приняты профилактические меры, к 2020 году смертность на дорогах, вероятно, станет третьей ведущей причиной смерти, поднявшись с девятого места в 1990 году. Исследование, проведенное Американской автомобильной ассоциацией (AAA), показало, что автомобильные аварии обходятся Соединенным Штатам в 300 миллиардов долларов в год. Системы связи между транспортными средствами могут быть использованы для автоматизированного управления дорожными перекрестками. Это число можно значительно сократить за счет внедрения локальных систем предупреждения, использующих связь между транспортными средствами. Транспортные средства, покидающие дорогу, могут информировать другие транспортные средства о своем намерении, а автомобили, подъезжающие к перекресткам, могут отправлять предупреждающие сообщения другим автомобилям, пересекающим перекресток. Они также могут уведомлять о намерении сменить полосу движения или о наличии заторов. Согласно исследованию, проведенному Национальным управлением безопасности дорожного движения США в 2010 году, системы связи между транспортными средствами могут помочь предотвратить до 79% всех дорожно-транспортных происшествий. Исследования показывают, что в Западной Европе снижение средней скорости транспортных средств всего на 5 км/ч может привести к снижению смертности на 25%.

Транспортное средство к транспортному средству

На протяжении многих лет в этой области проводились значительные исследования и разработки, использующие VANET для широкого спектра приложений – от обеспечения безопасности до навигации и работы правоохранительных органов. В декабре 2016 года Министерство транспорта США предложило проект правил, предусматривающих постепенное введение обязательной поддержки связи V2V для легковых автомобилей. Поскольку технология не специфицирована полностью, критики утверждают, что производители не смогут, опираясь на этот документ, определить свою ответственность в соответствии с Федеральными стандартами безопасности автотранспортных средств.

Конфликт из-за спектра

V2V находится под угрозой со стороны кабельного телевидения и других технологических компаний, которые стремятся получить значительную часть радиочастотного спектра, в настоящее время зарезервированного для V2V, и использовать эти частоты для высокоскоростного интернет-сервиса. В США правительство выделило V2V определенную долю радиочастотного спектра в 1999 году, но она остается неиспользованной. Автомобильная промышленность пытается сохранить максимально возможный объем спектра, заявляя о крайней необходимости в нем для V2V. Федеральная комиссия по связи (FCC) поддержала технологические компании, в то время как Национальный совет по безопасности на транспорте (NTSB) занял позицию автомобильной промышленности. Провайдеры интернет-услуг (заинтересованные в использовании спектра) утверждают, что с развитием автономных автомобилей связь V2V станет ненужной. Американская автомобильная промышленность выразила готовность делиться спектром при условии, что это не приведет к замедлению или нарушению работы V2V-сервиса; FCC планирует протестировать несколько схем совместного использования. Поддержка несовместимых спектров для V2V-связи правительствами в разных регионах может отбить у производителей автомобилей желание внедрять эту технологию на некоторых рынках. Например, в Австралии нет спектра, зарезервированного для V2V-связи, что приведет к помехам от других видов связи. Спектры, зарезервированные для V2V-связи в некоторых регионах, следующие:
Locale Spectra USA 5.855–5.905 GHz

Соединение транспортного средства с инфраструктурой

В 2012 году ученые-компьютерщики из Техасского университета в Остине начали разработку интеллектуальных перекрестков, предназначенных для беспилотных автомобилей. На этих перекрестках не будет светофоров и знаков "Стоп", вместо этого будут использоваться компьютерные программы, которые будут напрямую взаимодействовать с каждым автомобилем на дороге. Для автономных транспортных средств крайне важно подключаться к другим "устройствам" для обеспечения максимальной эффективности их работы. Беспилотные автомобили оснащены системами связи, позволяющими им обмениваться информацией с другими беспилотными автомобилями и дорожными блоками, предоставляя, в частности, сведения о дорожных работах или заторах. Кроме того, ученые полагают, что в будущем появятся компьютерные программы, которые будут соединять и управлять каждым отдельным беспилотным автомобилем при проезде перекрестка. В 2018 году был представлен устойчивый подход, обеспечивающий надежность как при расхождениях в моделях, так и при воздействии внешних факторов, таких как ветер и неровности дороги.

Транспортное средство для всего

В ноябре 2019 года на открытых городских улицах и тестовой трассе в Турине были продемонстрированы приложения Cellular V2X (Cellular Vehicle to Everything) на базе 5G. Автомобили, оснащенные V2V, передавали сообщение следующим транспортным средствам при резком торможении, чтобы своевременно предупредить их о потенциально опасной ситуации. Также были продемонстрированы другие сценарии использования, например, оповещение водителей о пешеходе, переходящем дорогу.

Основные игроки

Целью Intelligent Transportation Society of America (ITSA) является улучшение сотрудничества между организациями государственного и частного секторов. ITSA формулирует свою миссию как "нулевое число жертв", подразумевая, что ее цель – максимально снизить количество смертельных случаев на дорогах и задержек в движении. Многие университеты ведут исследования и разработки в области транспортных ad hoc сетей. Например, Калифорнийский университет в Беркли участвует в программе California Partners for Advanced Transit and Highways (PATH).