قبل بضع سنوات أثناء إجراء اختبارات سيناريو V2X في أرض التجارب في سوتشو، واجهتنا مشكلة سيئة. فقد كانت مركبات الاختبار تتلقى بيانات إشارات المرور من الوحدات الموجودة على جانب الطريق، ولكن كان هناك دائماً تأخير من 3 إلى 5 ثوانٍ قبل بدء أي إجراء. في سيناريوهات القيادة الذاتية، يكون هذا التأخير قاتلاً. عند سرعة 50 كم/ساعة، تقطع السيارة مسافة 70 متراً في 5 ثوانٍ - أي بعد تجاوز الإشارة الحمراء.

استغرقنا أسبوعاً كاملاً لتعقب المشكلة. اتضح أن بوابة السيارة كانت تتعامل مع رسائل V2X كبيانات عمل عادية، وتضعها في قائمة الانتظار مع تدفقات بيانات المستشعر الضخمة. وبمجرد أن قمنا بتعديل إعدادات الأولوية، انخفض زمن الوصول إلى 80 ميلي ثانية. تم حل المشكلة.

لقد فتحت تلك الحادثة عيني حقاً على كيفية عمل بوابات المركبات ووحدات V2X على جانب الطريق معاً. سأشارك اليوم بعض الأفكار العملية من الميدان.

ما هي المشكلة التي يحلها V2X بالفعل

لنبدأ بما يعنيه V2X. يشمل V2V (من مركبة إلى كل شيء) و V2V (من مركبة إلى مركبة) و V2I (من مركبة إلى بنية تحتية) و V2P (من مركبة إلى مشاة) و V2N (من مركبة إلى شبكة).

يتساءل بعض الأشخاص عن سبب حاجة السيارات ذاتية القيادة إلى تقنية V2X في حين أنها مزودة بالفعل بتقنية LiDAR والكاميرات ورادار الموجات المليمترية. والحقيقة هي أن المستشعرات الموجودة على متن السيارات ذاتية القيادة ذات مدى محدود. يبلغ الحد الأقصى لمدى الليدار حوالي 200-300 متر. إذا أضفت المنحنيات أو التلال أو العوائق، سينخفض هذا النطاق بسرعة.

يخترق نظام V2X قيود خط الرؤية. قم بتركيب وحدة على جانب الطريق عند أحد التقاطعات، وستقوم ببث حالة إشارات المرور ومواقع المركبات ومواقع المشاة. يمكن للمركبات تلقي هذه المعلومات على بعد مئات الأمتار والتخطيط وفقاً لذلك.

حالة استخدام رئيسية أخرى هي تحذيرات النقطة العمياء. عندما تقوم سيارة أمامك بالضغط على المكابح بقوة، فإنها تبث هذا الحدث عبر تقنية V2X. تتلقى السيارات التالية التحذير حتى لو تم حظرها بواسطة شاحنة. مفيد جداً على الطرق السريعة.

ثم هناك نظام الفصيلة. تحافظ عدة مركبات ذاتية القيادة على التشكيل وتغييرات السرعة المتزامنة من خلال الاتصال عبر تقنية V2X. أو عند التقاطعات، تتفاوض المركبات على حق المرور من خلال تقنية V2X، وهي أكثر كفاءة من إشارات المرور التقليدية.

وتتطلب كل هذه السيناريوهات بوابات للمركبات للتفاعل مع الوحدات الموجودة على جانب الطريق.

الاختيار بين تقنية DSRC وتقنية C-V2X

 

 

لدى V2X معياران متنافسان: DSRC وC-V2X. يعتمد DSRC على تقنية الواي فاي الشائعة في أمريكا الشمالية. ويستفيد معيار C-V2X من تقنية الشبكة الخلوية التي اكتسبت شهرة في الصين وأوروبا.

تعمل C-V2X في وضعين. يستخدم وضع Uu محطات 4G/5G الأساسية للاتصال من مركبة إلى أخرى. يتيح وضع PC5 الاتصال المباشر بين المركبات أو بين المركبات والوحدات الموجودة على جانب الطريق، متجاوزاً البنية التحتية الخلوية.

تعتمد تطبيقات V2X الأساسية مثل التحذيرات من التصادم وإدارة التقاطع على الوضع المباشر PC5. متطلبات زمن الاستجابة ضيقة للغاية بالنسبة للتوجيه الخلوي. يمكن أن يحقق PC5 نظرياً زمن استجابة أقل من 20 مللي ثانية.

يتطلب PC5 طيفًا مخصصًا. فقد خصصت الصين 5905-5925 ميغاهيرتز بنطاق ترددي 20 ميغاهيرتز حصرياً لاستخدام V2X.

تحتاج بوابات المركبات التي تدعم تقنية C-V2X إلى وحدات C-V2X متخصصة. وتختلف هذه الوحدات عن وحدات 4G/5G القياسية على الرغم من أن كلاهما يتبع معايير 3GPP - حيث تختلف مجموعة البروتوكولات. تشمل الجهات الفاعلة الرئيسية في مجموعات شرائح C-V2X كوالكوم وHiSilicon وDatang Telecom.

تدمج بعض البوابات كلاً من وحدات 4G/5G و C-V2X. تعالج 4G/5G وضع UU للاتصال بين المركبة والسحابة. وتتعامل C-V2X مع وضع PC5 للربط بين المركبة والبنية التحتية والمركبة. تخدم كل وحدة وظائف متميزة.

تستخدم التصميمات البديلة وحدات مزدوجة الوضع تدعم كلاً من Uu و PC5. توفر التكلفة ولكنها تنطوي على مفاضلات في الأداء.

استراتيجيات نشر الوحدات على جانب الطريق

 

 

يؤثر مكان وكيفية نشر الوحدات على جانب الطريق بشكل كبير على أداء الاتصالات.

تُعد تقاطعات إشارات المرور الضوئية هي الأكثر شيوعاً في الانتشار. تُركب وحدات التحكم في الإشارات عادةً على أعمدة الإشارات بارتفاع 5-8 أمتار. وهي تتصل بوحدات التحكم في إشارات المرور لتحديد المرحلة الحالية - حمراء أو خضراء - ومؤقتات العد التنازلي. تبث هذه المعلومات عبر C-V2X.

يبلغ معدل البث عادةً 10 هرتز، ما يعني رسالة واحدة كل 100 مللي ثانية. يتضمن محتوى الرسالة معرف التقاطع، ومرحلة الإشارة، والعد التنازلي، ومعلومات الحارة. يتبع تنسيق الرسالة معيار SAE J2735، وتحديداً SPAT (مرحلة الإشارة والتوقيت).

عندما تتلقى بوابات المركبات رسائل SPAT، فإنها تقوم بتحليلها والتحقق من صحتها ثم إعادة توجيهها إلى وحدات تحكم المجال. تتخذ وحدات تحكم المجال قرارات بشأن عبور التقاطع بناءً على حالة الإشارة.

نشر الطرق السريعة هي الفئة الرئيسية الثانية. يتم تثبيت وحدات الاستجابة السريعة في المقاطع المعرضة للحوادث مثل المنحنيات الحادة والمنحدرات الطويلة ومداخل الأنفاق. وهي تبث حالة الطرق وتحديثات الطقس وتحذيرات الازدحام.

تتطلب سرعات الطرق السريعة نطاق اتصال أطول. يتراوح المدى الفعال لوحدة الاستجابة السريعة القياسية بين 300 و500 متر. قد تتطلب الطرق السريعة تغطية من 800 متر إلى كيلومتر واحد. وهذا يعني مواصفات هوائي وقوة إرسال أعلى.

يمثل الحرم الجامعي وعمليات التعدين الفئة الثالثة. عادةً ما تنشر هذه البيئات المغلقة شبكات كثيفة لوحدات الاستجابة السريعة. بالإضافة إلى إشارات المرور والتحذيرات المرورية، تنسق وحدات الاستجابة السريعة إرسال المركبات. ومن خلال معرفة موقع كل مركبة وسرعتها، تقوم وحدات الإرسال السريع بتنسيق تدفق حركة المرور لمنع حدوث تعارضات.

عادة ما تتصل وحدات الاستجابة السريعة ذات البيئة المغلقة بمنصات الإرسال المركزية. لا تستقبل بوابات المركبات عمليات بث وحدات الإرسال المغلقة، بل ترسل أيضاً بشكل نشط إلى وحدات الإرسال المغلقة، وتطلب حقوق المرور وتبلغ عن الحالات الشاذة.

تفاصيل مكدس البروتوكول

مكدس بروتوكول الوضع C-V2X PC5، من الأسفل إلى الأعلى:

الطبقات المادية وطبقات MAC الاستفادة من تقنية LTE مع تحسينات متخصصة. على عكس تقنية LTE التقليدية التي تتطلب جدولة المحطة الأساسية، يتم توزيع PC5 بدون عقدة مركزية. تختار الأجهزة فرص الإرسال بشكل مستقل من خلال الاستشعار وحجز الموارد.

طبقات الشبكة والنقل عادةً تغليف رسائل V2X في UDP. TCP ممكن ولكن UDP يناسب متطلبات الوقت الحقيقي بشكل أفضل. يستخدم عنوان IP عادةً IPv6 نظراً للعدد الهائل من أجهزة V2X - IPv4 لن يفي بالغرض.

طبقة التطبيق يحتوي على منطق عمل V2X الحقيقي. المعايير الرئيسية هنا هي SAE J2735 وISO TS 19091. وهي تحدد أنواع الرسائل: BSM (رسالة السلامة الأساسية)، SPAT (مرحلة الإشارة)، MAP (بيانات الخريطة)، RSI (معلومات الطريق)، RSM (رسالة وحدة الطريق).

يحتوي كل نوع رسالة على تعريفات مفصلة لبنية البيانات. يحتوي BSM على سبيل المثال على معرّف المركبة والموقع والسرعة والعنوان والتسارع والأبعاد وحالة إشارة الانعطاف. يتم ترميز البيانات بتنسيق ASN.1، مضغوطة إلى 200-400 بايت تقريباً.

عندما تتلقى بوابات المركبات رسائل V2X، يتم تنفيذ عدة مهام:

أولاً فك التشفير والتحقق من الصحة. التحقق من صحة تنسيق الرسالة وسلامة البيانات. تتطلب الرسائل المشفرة فك تشفيرها.

الثاني هو التحقق من الطابع الزمني. تحمل جميع رسائل V2X طوابع زمنية. تحقق من أن الطابع الزمني يقع ضمن حدود معقولة. يشير الانحراف الكبير عن الوقت الحالي إلى احتمال وقوع هجوم إعادة التشغيل - تجاهل الرسالة.

ثالثاً التصفية حسب الموقع الجغرافي. قد تتلقى المركبات في نفس الوقت عشرات الرسائل من وحدات الاستجابة السريعة والمركبات المحيطة بها. ليست كل الرسائل ذات صلة. التصفية بناءً على الموقع. على سبيل المثال، يمكن للمركبة المتجهة شرقاً تجاهل رسائل إشارات المرور من التقاطعات الغربية.

رابعاً إعادة التوجيه إلى وحدة تحكم المجال. توجيه الرسائل المفيدة من خلال إيثرنت داخل المركبة إلى وحدة تحكم المجال. قد تتطلب إعادة التوجيه تحويل البروتوكول، مثل تحويل تنسيق ASN.1 إلى JSON أو Protobuf لتسهيل معالجة وحدة تحكم المجال.

يجب أن يكتمل هذا التسلسل بأكمله في وقت قصير للغاية، عادةً أقل من 10 مللي ثانية. وإلا، بإضافة وقت إرسال الواجهة الهوائية ووقت معالجة وحدة التحكم في المجال، فإن إجمالي زمن الاستجابة يتجاوز الحدود.

تخصيص ميزانية الكمون

يتطلب اتصال V2X زمن انتقال صارم من طرف إلى طرف. من إرسال وحدة الاستجابة السريعة إلى استقبال السيارة واستجابتها، يجب أن تظل السلسلة الكاملة أقل من 100 مللي ثانية. تتطلب بعض السيناريوهات مثل التحذيرات من التصادم 50 ميلي ثانية.

كيف يتم تخصيص ميزانية الـ 100 مللي ثانية؟

المعالجة الداخلية لوحدة الاستجابة السريعة: 5-10 مللي ثانية. من استقبال إشارة المرور أو جمع البيانات، مروراً بالتشفير والتغليف وإرسال رسالة V2X.

إرسال الواجهة الهوائية: 10-20 مللي ثانية. يتميز وضع PC5 بزمن انتقال نظري منخفض ولكن الأداء الفعلي يختلف باختلاف جودة القناة وتضارب الموارد وإعادة الإرسال.

استقبال بوابة المركبة ومعالجتها: 10-15 مللي ثانية. بدءًا من استقبال الترددات اللاسلكية مرورًا بفك التشفير والتحقق من الصحة والتصفية وحتى إعادة التوجيه.

الإرسال عبر الإيثرنت داخل السيارة: 5-10 مللي ثانية. بوابة لوحدة تحكم المجال.

معالجة وحدة تحكم النطاق: 30-50 مللي ثانية. تحليل الرسالة ودمجها مع نتائج الإدراك واتخاذ قرارات التخطيط.

زمن انتقال التنفيذ: 10-20 مللي ثانية. أوامر التحكم من وحدة تحكم المجال إلى نظام القيادة بالسلك، ثم استجابة المشغل.

تتطلب كل حلقة في السلسلة تحكمًا محكمًا. لا تمثل بوابات المركبات سوى 10-15 مللي ثانية ولكن لا يمكنها التراخي. خاصة في ظل التحميل العالي، إذا لم تتمكن البوابة من المواكبة، فإن زمن الاستجابة يرتفع.

تتضمن طرق تقليل زمن انتقال معالجة البوابة تسريعاً مخصصاً للأجهزة. تنفيذ فك تشفير رسائل V2X والتحقق من صحتها في FPGA أو ASIC - أسرع بكثير من معالجة البرامج. قم أيضًا بتحسين بنية البرمجيات باستخدام النسخ الصفري، وتعدد مؤشرات الترابط، وقوائم الانتظار الخالية من القفل لتقليل حركة البيانات وأوقات الانتظار.

آليات توثيق الرسائل وأمانها

إن أمن اتصالات V2X أمر بالغ الأهمية. إذا قام المهاجمون بتزوير رسالة “عائق أمامنا”، فإن السيارات التي تتلقاها ستعمل على الكبح الاضطراري، مما قد يتسبب في حدوث تصادمات من الخلف. كما أن تزوير رسائل إشارات المرور، أي جعل المركبات تعتقد أن الإشارة خضراء في حين أنها حمراء، له عواقب أسوأ.

تتطلب رسائل V2X آليات أمان. وقد أنشأت الصين وأوروبا أنظمة اعتماد أمان V2X على أساس البنية التحتية للمفاتيح العامة (PKI).

يحمل كل جهاز V2X، بما في ذلك بوابات المركبات ووحدات الاستجابة السريعة (RSUs)، شهادة رقمية. عند إرسال رسائل V2X، تقوم الأجهزة بالتوقيع باستخدام مفاتيح خاصة. يستخدم المستلمون الشهادات للتحقق من التوقيعات، مما يؤكد أن الرسائل صادرة من أجهزة شرعية دون تلاعب.

ولكن هناك تعارض هنا. يتطلب إنشاء التوقيع الرقمي والتحقق منه عمليات تشفير تستغرق وقتاً طويلاً. يستغرق التحقق من توقيع ECDSA 256 بت عدة أجزاء من الثانية على وحدات المعالجة المركزية القياسية. تعالج المركبات مئات رسائل V2X في الثانية الواحدة. سيؤدي التحقق من كل واحدة منها إلى إهدار ميزانية وقت الاستجابة.

الحل هو تسريع الأجهزة. تحتاج بوابات المركبات إلى شرائح أمان مخصصة أو مسرّعات تشفير قادرة على التحقق من التوقيع المتوازي. تدمج شرائح Qualcomm V2X وسلسلة HiSilicon Balong 5000 إمكانية تسريع التشفير هذه.

هناك مشكلة أخرى تتمثل في إدارة الشهادات. لا يمكن أن تكون شهادات V2X طويلة الأجل. بالنسبة للخصوصية والأمان، تستمر كل شهادة عادةً من دقائق إلى ساعات. تحمل المركبات دفعات من الشهادات، ويتم استخدامها بالتناوب. عند نفاد الشهادات، تطلب المركبات شهادات جديدة من أنظمة إدارة الشهادات.

تتطلب عملية طلب الشهادات وتجديدها هذه أن تتواصل بوابات المركبات مع الأنظمة الخلفية عبر شبكات 4G/5G. لذلك يجب أن تدعم البوابات كلاً من وضع PC5 لمراسلة V2X ووضع Uu لإدارة الشهادات. يجب التنسيق بين الوظيفتين.

نطاق التغطية وموثوقية الاتصال

يتراوح نطاق الاتصال الفعال لوحدة الاستجابة السريعة عادةً بين 300 و500 متر. ولكن هذه هي الظروف المثالية. يواجه الاستخدام في العالم الحقيقي العديد من القيود.

إعاقة المباني هي المشكلة الأكبر. تحجب البيئات الحضرية ذات المباني العالية إشارات V2X أو تعكسها. قد تفقد المركبات التي تنعطف عند التقاطعات رسائل وحدة الاستجابة السريعة عندما تحجب المباني خط الرؤية.

الحل هو النشر متعدد النقاط. قد يحتاج التقاطع إلى 2-4 وحدات دعم سريع تغطي اتجاهات اقتراب مختلفة. إذا تم حظر أحد الاتجاهات، تظل الاتجاهات الأخرى تعمل. ولكن هذا يزيد من تكلفة البنية التحتية.

يمثل التلاشي متعدد المسارات تحدياً آخر. قد تنتقل الإشارات من وحدة الاستجابة السريعة إلى المركبة في مسارات مباشرة أو ترتد من المباني على طول مسارات متعددة. يمكن أن يؤدي دمج إشارات المسارات المتعددة إلى تعزيز أو إلغاء بعضها البعض. يتسبب ذلك في عدم استقرار جودة الاتصال.

تشتمل الطبقة المادية C-V2X على تحسينات مثل تعديل OFDM وترميز القناة لمكافحة بعض تأثيرات المسارات المتعددة. لكن البيئات الحضرية المعقدة لا تزال تؤثر على معدلات نجاح الاتصالات.

لا يمكن تجاهل التداخلات أيضاً. على الرغم من أن تقنية V2X لها طيف مخصص، إلا أن العديد من الأجهزة التي تبث في نفس الوقت على نفس التردد لا تزال تتداخل. في التقاطعات المزدحمة، قد تبث عشرات المركبات والعديد من وحدات الإرسال والاستجابة السريعة في نفس الوقت.

يتضمن وضع PC5 تجنب التصادم - تستشعر الأجهزة القناة قبل الإرسال وتنتظر إذا كانت مشغولة. لكن هذا لا يقضي على جميع التصادمات. لا يزال فقدان الحزمة يحدث.

لذلك لا تصل موثوقية اتصالات V2X إلى 100%. تهدف أهداف التصميم النموذجي إلى نجاح استقبال الرسائل من 90-95% في حدود 200 متر. يتطلب فقدان الحزمة المتبقية من 5-10% تحمل الخطأ على مستوى التطبيق.

على سبيل المثال، ترسل وحدات الاستجابة السريعة رسائل إشارات المرور الضوئية كل 100 مللي ثانية، أي عدة عمليات إرسال متتالية. حتى إذا سقطت حزمة واحدة، تستقبل المركبات رسائل لاحقة. تقوم وحدات التحكم بالمجال بتنفيذ معالجة المهلة أيضاً. إذا توقفت رسائل V2X عن الوصول، فقم بالتبديل إلى التعرف على إشارات المرور المستندة إلى الرؤية البحتة.

مشاكل الاختبار الحقيقية التي واجهناها

لقد أجرينا عملية التحقق من صحة V2X في العديد من ساحات الاختبار وواجهنا العديد من العقبات.

كانت المشكلة الأولى هي مزامنة الساعة. تتطلب الطوابع الزمنية لرسائل V2X دقة ميلي ثانية. إذا لم تتم مزامنة ساعات بوابة المركبة وساعات وحدة الاستجابة السريعة (RSU)، يفشل التحقق من صحة الطابع الزمني ويتم تجاهل الرسائل.

تستخدم وحدات الاستجابة السريعة عادةً النظام العالمي لتحديد المواقع أو نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو نظام BeiDou للتوقيت، مما يحقق دقة ميكروثانية. تحتاج بوابات المركبات أيضاً إلى توقيت النظام العالمي لتحديد المواقع، ولكن بعض البوابات تستخدم النظام العالمي لتحديد المواقع فقط لتحديد المواقع دون توصيل إشارات التوقيت. يتسبب هذا في انحراف الساعة.

لقد ألزمنا البوابات في النهاية بضرورة دعم توقيت GPS والمزامنة الدورية مع خوادم NTP. يضمن التأمين المزدوج دقة التوقيت.

كانت المشكلة الثانية هي التحويل الإحداثي. تحتوي رسائل V2X على بيانات الموقع بإحداثيات خطوط الطول/خطوط العرض WGS84. لكن وحدات التحكم في المجال تستخدم عادةً أنظمة الإحداثيات الديكارتية المحلية مع تحديد الموقع الحالي للمركبة كأصل. يجب أن تقوم البوابات التي تتلقى رسائل وحدة التحكم في المجال بتحويل الإحداثيات.

يبدو تحويل الإحداثيات بسيطًا ولكن في ظل متطلبات الدقة العالية، فإن أخطاء الإسقاط وانحناء الأرض والارتفاع كلها أمور مهمة. يؤدي عدم دقة التحويل إلى إساءة تقدير وحدات التحكم في المجال لمواقع وحدات التحكم في الإحداثيات RSU، مما قد يؤثر على القرارات.

وقمنا لاحقًا بدمج مكتبات تحويل الإحداثيات عالية الدقة في البوابات، ودعم أنظمة إحداثيات وإسقاطات متعددة. كما اتفقنا مع وحدات التحكم في المجال على أنظمة إحداثيات موحدة لتجنب الالتباس.

المشكلة الثالثة هي عواصف الرسائل. في سيناريوهات معينة مثل التقاطعات الكبيرة أو ساحات تحصيل الرسوم على الطرق السريعة ذات حركة المرور الكثيفة، تقوم كل مركبة ببث رسائل BSM. قد تستقبل البوابات مئات الرسائل في نفس الوقت.

سيؤدي إعادة توجيه كل رسالة إلى وحدات تحكم المجال إلى إغراق الشبكة داخل السيارة. يجب أن تقوم البوابات بالتجميع والتصفية. على سبيل المثال، إعادة توجيه الرسائل الواردة من المركبات في نطاق 200 متر فقط، مع تجاهل المركبات البعيدة. أو تحديد أولويات الرسائل، وإعادة توجيه الرسائل الأكثر أهمية فقط.

المشكلة الرابعة هي توافق الجهاز. على الرغم من أن V2X لديه معايير، إلا أن تطبيقات البائعين المختلفة لا تزال مختلفة. أثناء الاختبار، وجدنا أن بعض رسائل العلامات التجارية لوحدات الاستجابة السريعة لا يمكن تحليلها من قبل بعض العلامات التجارية للبوابات. كشف التقاط الحزمة عن معالجة غير متسقة لحقول ترميز ASN.1 الاختيارية.

اضطر في النهاية إلى الاتصال بكلا البائعين لمواءمة التطبيقات مع المعايير. يجب حل هذه المشكلات المتعلقة بقابلية التشغيل البيني قبل نشر تقنية V2X على نطاق واسع، وإلا فلن تتمكن معدات البائعين المختلفين من العمل معاً.

الاختلافات عبر سيناريوهات التطبيق

تختلف تطبيقات V2X بشكل كبير عبر السيناريوهات.

سيناريوهات الطرق الحضرية التركيز على معلومات إشارات المرور الضوئية والتحذيرات من تعارض التقاطعات. كثافة وحدات الاستجابة السريعة عالية نسبيًا، حيث يتم نشر كل تقاطع بإشارات ضوئية بشكل أساسي. يجب أن تتعامل بوابات المركبات مع استقبال الرسائل عالية التردد مع إدارة استهلاك الطاقة - لا يمكن تشغيل الطاقة الكاملة باستمرار.

سيناريوهات الطريق السريع التأكيد على التحذيرات من الاصطدام الأمامي، وتحذيرات مكابح الطوارئ، وتنبيهات مخاطر الطريق. تحمل هذه الرسائل أولوية أعلى مع متطلبات زمن استجابة أكثر صرامة. عند معالجة رسائل V2X للطرق السريعة، يجب على البوابات تعيين أولوية قصوى، مما يمنع بيانات الأعمال الأخرى من حجبها.

سيناريوهات التعدين والموانئ استخدام V2X ليس فقط لتحذيرات السلامة ولكن لإرسال المركبات. تصدر وحدات الاستجابة السريعة تعليمات القيادة، ويجب أن تتبع المركبات الأوامر إلى المواقع المحددة. وتتطلب هذه السيناريوهات موثوقية مطلقة لرسائل V2X - لا يمكن تحمل أي خسائر.

عادة ما تقترن بآليات الإقرار. ترد المركبات التي تتلقى تعليمات الإرسال برسائل تأكيد عبر V2X. إذا لم تتلقَّ وحدات الإرسال السريع تأكيداً، فإنها تعيد إرسال التعليمات. يتطلب هذا الأمر أن تدعم بوابات المركبات الاتصال ثنائي الاتجاه، سواءً الاستقبال أو الإرسال.

سيناريوهات الحرم الجامعي والمنتزه تتضمن سرعات أقل مع متطلبات سلامة أقل صرامة. قد يركز V2X بشكل أكبر على تحسين كفاءة تدفق حركة المرور، مثل تقدم الموجة الخضراء أو عبور التقاطع المنسق. تسمح هذه السيناريوهات بتخفيف متطلبات وقت الاستجابة ولكنها تتطلب تغطية كاملة - لا توجد نقاط عمياء.

الاندماج مع أجهزة الاستشعار الأخرى

تندمج معلومات V2X في نهاية المطاف مع بيانات الاستشعار على متن الطائرة. يحدث هذا الدمج عادةً في وحدات التحكم في المجال، ولكن يجب أن تتعاون البوابات.

على سبيل المثال، تكتشف الكاميرات الضوء الأحمر بينما تتلقى في الوقت نفسه رسالة الضوء الأحمر عبر V2X. إذا اتفق كلا المصدرين، تزداد الثقة. أما إذا تعارض المصدران، فقد يكون هناك خطأ في تحديد الكاميرا أو مشكلة في رسالة V2X تتطلب مزيداً من الحكم.

حالة أخرى - لا يمكن للكاميرات رؤية إشارات المرور بوضوح بسبب وهج الشمس أو إعاقة المركبات. إذا تلقت كاميرات V2X رسائل إشارات ضوئية، فإنها توفر معلومات تكميلية.

أو ضع في اعتبارك المركبات ذات النقاط العمياء. قد لا تلتقط كاميرات الليدار والكاميرات المركبات المحجوبة، ولكن هذه المركبات تبث رسائل BSM. بعد أن تدمج وحدات التحكم في المجال بيانات V2X، فإنها تدرك وجود مركبات النقطة العمياء وتخطط لمناورات التجنب مسبقاً.

خلال هذه العملية، يجب أن تضمن البوابات أثناء هذه العملية توافق الطوابع الزمنية لرسائل V2X مع بيانات المستشعر. تحتاج جميع البيانات إلى مرجع زمني موحد حتى تتمكن وحدات تحكم المجال من ربط بيانات المصدر المختلفة من نفس اللحظة أثناء الدمج.

الأثر التنظيمي والمعايير التنظيمية

يتأثر نشر تقنية V2X بشكل كبير باللوائح والمعايير. تختلف متطلبات V2X باختلاف البلدان والمناطق.

تعمل الصين على دفع C-V2X. وقد خصصت وزارة الاتصالات وتكنولوجيا المعلومات طيفاً مخصصاً، وتقوم وزارة النقل بصياغة معايير تطبيق V2X. وتفرض بعض المدن على الطرق الجديدة نشر وحدات الاستجابة السريعة على الطرق الجديدة، ويجب على المركبات التجارية المسجلة حديثاً تجهيز أجهزة V2X.

لقد دفعت أوروبا في السابق بمعايير DSRC، ولكنها الآن تتجه نحو C-V2X. تعمل المفوضية الأوروبية على وضع معايير V2X موحدة تتطلب قابلية التشغيل البيني بين المركبات والبنية التحتية.

الوضع في الولايات المتحدة معقد. خصصت لجنة الاتصالات الفيدرالية جزءًا من الطيف الترددي 5.9 جيجا هرتز لشبكة WiFi، تاركةً بذلك نطاقًا تردديًا من V2X يبلغ 30 ميجا هرتز فقط. تدعم شركات صناعة السيارات الأمريكية كلاً من C-V2X و DSRC. لا يزال السوق يكتشف الأمور.

بالنسبة لبوابات المركبات، من الضروري دعم معايير V2X الإقليمية المختلفة. من الناحية المثالية، يجب أن تكون قابلة للتكوين البرمجي، وقابلة للتكيف مع الأسواق المختلفة من خلال تحديثات البرامج الثابتة. من ناحية الأجهزة، يجب أن تغطي الواجهات الأمامية للترددات اللاسلكية نطاقات تردد مختلفة.

شهادة الأمان هي أيضاً من متطلبات الامتثال. وقد طوّرت هيئة سلامة المركبات في الصين المواصفات الفنية لأمن V2X في الصين - تحتاج أجهزة المركبات إلى شهادة للنشر التجاري. لدى أوروبا معايير مماثلة. يجب أن تدعم البوابات البروتوكولات التقنية وتحصل على الاعتماد المقابل.

اتجاه التطور المستقبلي

تستمر تقنية V2X في التطور السريع. يمثل الجيل الخامس 5G NR V2X تقنية الجيل التالي مع تحسينات كبيرة على تقنية LTE V2X. زمن وصول أقل، وموثوقية أعلى، ودعم سرعات أعلى وحركة مرور أكثر كثافة.

لكن تكاليف معدات الجيل الخامس V2X لا تزال مرتفعة نسبياً. يحتاج التسويق التجاري الشامل إلى وقت. تشهد المرحلة الحالية تعايش تقنية LTE V2X وتقنية 5G V2X معاً. يجب أن تدعم بوابات المركبات كلتا التقنيتين.

الاتجاه الآخر هو تقارب شبكة V2X وشبكة 5G. قد تستخدم بوابات المركبات المستقبلية وحدات مفردة تدعم وضع 5G Uu ووضع 5G PC5 في نفس الوقت، مما يلغي وحدات C-V2X المنفصلة. وهذا يقلل من التكلفة واستهلاك الطاقة.

تتكامل الحوسبة الطرفية أيضاً مع تقنية V2X. لم تعد وحدات الاستجابة السريعة مجرد عقد بث بسيطة ولكنها تكتسب قدرة حوسبة. يمكنها تجميع بيانات المركبات المتعددة، واتخاذ قرارات التنسيق المحلية، ثم توزيع النتائج عبر V2X. يجب أن تتعامل بوابات المركبات مع تفاعلات أكثر تعقيداً.

من خلال خبرتي في المشاركة في مشاريع V2X في السنوات القليلة الماضية، فإن التكنولوجيا نفسها ناضجة إلى حد ما. يكمن التحدي الأكبر في النشر على نطاق واسع. فتكاليف البنية التحتية لوحدات الاستجابة السريعة وأسعار معدات المركبات وقابلية التشغيل البيني بين البائعين المختلفين - هذه القضايا تحتاج إلى وقت لحلها. ولكن الاتجاه واضح. ستصبح تقنية V2X معدات قياسية في المركبات الذكية المتصلة، وستزداد أهمية التنسيق بين بوابات المركبات ووحدات الاستجابة السريعة.