Conectivitatea wireless aplicata vehiculelor

[g1_lead]

Conectivitatea vehiculelor a devenit un mijloc de gestionare a mesageriei si traficului in conditii de siguranta de baza in ultimii 20 de ani, dar in prezent masinile sunt echipate cu noi senzori pentru a imbunatati conectivitatea vehiculelor si siguranta experientei sofatului.

[/g1_lead]

De Robert W. Heath Jr., Wireless Networking and Communications Group, Departamentul de Inginerie Electrica si Informatica, Universitatea din Texas, Austin, si Nuria Gonzalez-Prelcic, Signal Processing in Communications Group, Universitatea din Vigo

Cu ajutorul tehnologiei comunicatiilor fara fir, aplicatiile sustin siguranta de baza, eficienta transportului si accesul la Internet, iar vehiculele comunica direct in modul Vehicul-catre-Vehicul (V2V) sau prin infrastructura in modul Vehicul-catre-Infrastructura (V2I) (denumite colectiv V2X). Conectivitatea este o caracteristica ce completeaza in mod firesc numarul tot mai mare de senzori integrati in vehiculele automatizate.

Vehiculele automatizate se prezinta in mai multe variante, in functie de nivelul de automatizare. O varianta extrema este cea in care soferul detine control absolut. La cealalta extrema, vehiculul este cel care detine control absolut, in timp ce pasagerul nu are nicio posibilitate de a prelua comanda. La diferitele nivele situate intre aceste extreme, anumite functii legate de conducerea autovehiculului sunt automatizate, dar soferul are posibilitatea de a interveni. De exemplu, la un nivel de automatizare inferior, conducatorul auto poate fi avertizat cu privire la o potentiala coliziune din fata. La un nivel de automatizare mai ridicat, autovehiculul poate sa aplice in mod automat franele si sa ia masuri pentru evitarea coliziunii. Desi in prezent exista o tendinta spre a denumi „conducerea autonoma” conducere complet automata, este putin probabil ca automatizarea completa sa poata avea loc concomitent cu autonomia deplina, care ar implica lipsa comunicarii. Conducerea auto la mare viteza, complet automatizata, este greu de realizat fara a obtine (ca cerinta minima) date cartografice de inalta rezolutie prin actualizari in timp real provenite de la un server cartografic.

Senzorii de detectie ai vehiculelor

Senzorii utilizati pentru automatizare includ radarul auto, camerele vizuale si sistemele de detectare a luminii si radar (LiDAR). Radarul este utilizat pentru controlul automat al vitezei de croaziera, avertismente de coliziune din fata, asistenta la schimbarea benzii, parcare si aplicatii pre-crash. Camerele vizuale sunt folosite pentru back-up de siguranta (in sens invers), monitorizarea unghiului mort, prevenira adormirii la volan si mentinerea benzii de circulatie. LiDAR ofera informatii cartografice 3D de inalta rezolutie, care pot fi utilizate pentru navigatia autonoma si pietonala si pentru detectarea bicicletelor.

Aceste tehnologii sunt importante pentru vehiculele complet automatizate. De exemplu, Tesla utilizeaza camerele vizuale pentru conducerea automata pe autostrada, in timp ce masinile Google utilizeaza intens date cartografice LiDAR si 3D  pentru o conducere si o navigatie precise, precum si mai multe sisteme radar pentru a ajuta la detectarea altor vehicule. Raza de actiune a fiecarei tehnologii depinde de configuratia sa si de scenariul de implementare. De exemplu, in zonele rurale, raza de actiune a radarului este de pana la 200 m, raza de actiune a sistemului LiDAR este de 35 m, iar raza de actiune a camerelor vizuale este de 30 m, dar in mediul urban, raza de actiune la cativa metri din cauza traficului intens si a altor obstacole. In esenta, acesti senzori externi sunt limitati de ceea ce pot vedea. Comunicarea poate permite vehiculelor sa isi extinda raza de detectie transmitandu-se ce pot vedea alte vehicule din fata, din spate sau din lateral.

Inca nu s-a determinat ce date ar trebui să fie transmise intre vehiculele automatizate. In cazul in care sunt disponibile numai date cu frecventa scazuta, este logic ca vehiculele sa comunice numai date intens prelucrate. De exemplu, un vehicul poate detecta cu ajutorul senzorilor sai prezenta unei biciclete si apoi sa transmita pozitia si viteza bicicletei, catre alte vehicule. In schimb, in cazul in care este disponibila comunicarea datelor cu frecventa ridicata, vehiculul poate transmite informatii mai putin prelucrate sau brute (neprelucrate) de la senzori, permitand altor masini sa realizeze propria fuzionare si prelucrare a datelor provenite de la senzori. Aceasta metoda permite vehiculelor sa ia singure deciziile, reducand dependenta lor de deciziile luate de alte vehicule. Un avantaj suplimentar este faptul ca aceasta abordare creste pe masura ce capacitatile de procesare ale vehiculelor se imbunatatesc in decursul timpului. Datele cu frecventa ridicata si comunicarea cu latenta redusa permit schimbul de informatii prelucrate si brute.

Ultimele descoperiri din domeniul comunicarii intre vehicule

Tehnologia pentru comunicatiile specializate cu raza scurta de actiune (DSRC) este in primul rand un mijloc pentru schimbul de mesaje pentru siguranta de baza si furnizeaza cateva aplicatii in domeniul gestionarii traficului. DSRC suporta atat V2V, cat si V2I. Dupa aproape doua decenii de dezvoltare, DSRC este acum disponibila pentru unele autovehicule in SUA. Comunicarea celulara este un alt mijloc de comunicare intre vehicule, fie in mod direct, utilizând modul Dispozitiv-catre-Dispozitiv (D2D), fie prin infrastructura celulara, pentru benzi de 850 MHz, 1.800 MHz sau 2.100 MHz.

Concluzii

Comunicatiile 5G si prin unde mmWave vor determina dotarea urmatoarei generatii de masini automate cu tot mai multi senzori. Conectivitatea prin date de frecventa ridicata este de importanta critica pentru schimbul de date intre senzorii vehiculelor, extinderea ariei lor de detectie si luarea unor decizii mai bune legate de siguranta. Detectarea este o caracteristica importanta de diferentiere a sistemelor vehiculare, iar datele de detectare pot fi valorificate nu numai pentru a creste nivelul de siguranta sau de coordonare a traficului, ci si pentru a ajuta comunicarea in sine, ajutand la stabilirea legaturilor undelor mmWave de frecventa joasa. Infrastructura devine nu doar un mijloc de comunicare, ci si o platforma de detectare si de colectare de date. Aceste date vor fi utile pentru operatiuni in timp real, controlul, planificarea si operatiunile retelei de transport. Mai sunt insa de depasit multe provocari in domeniul cercetarii, pentru a putea pune in aplicare viziunea noastra legata de automobilele 5G, inclusiv dezvoltarea principiilor fundamentale ale comunicatiilor intre vehicule prin unde milimetrice si ale comunicatiilor asistate de senzori.