Пояснительная записка(21.06) новая (1214932), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

В целом пример детализированной архитектуры VANET продемонстрирована на рисунке 5.

Рисунок 5 – Пример детализации архитектуры VANET

1.2.1.1 Бортовые компоненты связи

Бортовой компонент связи – это беспроводное устройство, обычно устанавливаемое внутри машины, используемое для обмена информацией с базовыми станциями или с другими OBU. Как правило, он состоит из процессора управления ресурсами (Resource Command Processor), а ресурсы включают в себя память чтения/записи, используемую для хранения и извлечения информации, пользовательский интерфейс, специализированный интерфейс для подключения к другим OBU и сетевое устройство для беспроводной связи на короткой дистанции, основанное на стандарте «IEEE (Институт инженеров электротехники и электроники) 802.11p». Он может дополнительно включать другое сетевое устройство для приложений не относящихся к приложениям безопасности на основе других технологий беспроводной передачи данных, таких как IEEE 802.11a/b/g/n. OBU подключается к базовым станциям или другим OBU через беспроводной канал связи основанный на модели канала «IEEE 802.11p» и ответственный за связь с другими OBU или базовыми станциями. Также OBU может соединяться с AU и пересылать ему данные от других OBU в сети. Основными функциями OBU являются беспроводной доступ к сети, классическая ad-hoc и географическая маршрутизация, управление загрузкой сети, надежная передача сообщений, защита данных и мобильность IP.

1.2.1.2 Прикладные компоненты связи

Прикладной компонент связи – это устройство, находящееся внутри машины, использующее приложения, предоставляемые провайдером, используя OBU в качестве посредника, предоставляющего возможность связи. AU может быть специализированным устройством для приложений безопасности или обычным устройством, таким как смартфон для работы в Интернете. AU может быть подключен к OBU через проводное или беспроводное соединение и может находиться с OBU в едином устройстве. Различие между AU и OBU носит исключительно логический характер. AU получает доступ к сети исключительно через OBU, который несёт ответственность за выполнение всех функций, связанных с мобильностью и сетевым трафиком.

1.2.1.3 Базовые станции

Базовая станция – это беспроводное устройство, обычно находящееся на обочине дороги или в специальных местах, например, на перекрёстках или вблизи парковочных мест. Базовые станции оснащены одним сетевым устройством для высокоскоростной связи, основанным на стандарте радиосвязи «IEEE 802.11p», и могут быть также оснащены другими сетевыми устройствами, которые будут иметь возможность, например, связи с другими сетями или выхода в интернет.

Согласно манифесту консорциума связи «машина-машина» [CITATION C2C \l 1049 ], можно выделить следующие функции и процедуры, выполняемые базовыми станциями:

– расширение зоны действия сети ad-hoc путем пересылки информации между OBU, при необходимости, и отправки информации другим базовым станциям, чтобы те могли отправить ее нужным OBU;

– организация выполнения приложений безопасности, например, предупреждающих о низком мосте, предупреждающих о происшествии на дороге или наличие закрытой зоны, и использования связи «инфраструктура-машина» (I2V), а также исполнение роли источника информации;

– обеспечение выхода в интернет для OBU.

1.2.2 Домены связи VANET

В целом связь в сетях VANET можно классифицировать по доменам в зависимости от типа взаимодействующих между собой устройств. Пример классификации связей по доменам в сетях VANET приведён на рисунке 6.

Рисунок 6 – Домены связи VANET

Можно выделить три основных домена связи в VANET [CITATION SAl \l 1049 ]:

– домен внутри машины. Этот домен состоит из OBU и одного или нескольких AU. Соединение может быть, как проводным, так и беспроводным. Также физически OBU и AU могут находиться в одном устройстве. AU связывается с OBU имеющим связь с сетью, и получает возможность выполнения одного или нескольких приложений, предоставляемых провайдером приложений, за счёт возможности получения данных сети, необходимых для работы приложений, через OBU;

– домен ad-hoc. Данный домен VANET состоит из автомобилей, оборудованных OBU, и базовых станций. Согласно манифесту консорциума связи «машина-машина» [CITATION C2C \l 1033 ], выделяют два типа связи в домене ad-hoc: «машина-машина» и «машина-инфраструктура».

Будучи компонентом и важной частью интеллектуальной транспортной системы – связь между машинами получила большое внимание со сторону ученых и лидеров автомобильной индустрии, особенно в США, ЕС и Японии. Машины связываются с другими транспортными средствами через OBU, образуя сеть VANET, что позволяет осуществлять связь между различными узлами сети полностью распределённым образом с полностью децентрализованным управлением. Автомобили связываются друг с другом напрямую, если имеется возможность установки прямого канала связи между ними, образуя соединение типа «машина-машина» (V2V) с одним скачком. Когда прямое соединение между машинами невозможно, используется некоторый протокол маршрутизации для передачи данных от одной машины к другой, пока они не достигнут адресата, образуя таким образом связь «машина-машина» с несколькими скачками.

Автомобили могут связываться с базовыми станциями, для того чтобы увеличить дальность возможной передачи информации, за счёт пересылки сообщений через базовые станции и получения пересланных сообщений или использовать возможность базовых станций работать со специальными приложениями, формируя таким образом соединение вида «машина-инфраструктура» (V2I);

– домен инфраструктуры. Базовые станции могут подключаться к другим сетям или к интернету, позволяя OBU получать доступ к этим сетям. В таком случае AU связанный с OBU будет иметь возможность подключения к любому узлу в сети интернет или другой сети к которой подключён OBU. Этот домен также включает возможные соединения между OBU и другими узлами, не входящими в архитектуру VANET, для работы приложений, не отвечающих за безопасность. Как правило узлы, не входящие в архитектуру VANET не рассчитаны на использование стандарта «802.11p», обычно это смартфоны или другие устройства использующие сотовые сети (GSM, GPRS, UMTS, HSDPA, WiMax и 4G).

Приведённая классификация доменов связи для сетей VANET является довольно обобщённой и позволяет легко осуществить классификацию некоторого соединения в сети VANET, в отличие от аналогичных моделей где зачастую соединения вообще не выделяют в общие классы.

1.2.3 Технологии беспроводного доступа в сетях VANET

На текущий момент существует большое количество технологий, позволяющих осуществлять беспроводной доступ, которые при этом могут быть использованы для обеспечения связи, необходимой автомобилям, для установки соединений типа «машина-машина» и «машина-инфраструктура». Многие из этих коммуникационных технологий, предназначены для повышения безопасности дорожного движения, эффективности движения и обеспечения комфорта для водителя и пассажира, за счёт открытия возможности создания различных приложений безопасности и других приложений. Некоторые из таких технологий предполагают наличие централизованной инфраструктуры для координации обмена данными между узлами. Другие же наоборот, разработаны специально для децентрализованных и самоорганизующихся сетей, которой и является VANET.

Среди наиболее распространённых технологий, дающих возможность установки беспроводного соединения в сетях VANET, можно выделить следующие:

– сотовые сети;

– WLAN/Wi-Fi;

– WiMAX;

– DSRC/WAVE;

– гибридные технологии.

Далее следует выполнить рассмотрение описанных технологий.

1.2.3.1 Сотовые сети

Концепция сотовой сети заключается в повторном использовании ограниченной частоты, доступной для работы. Глобальная система мобильной (GSM) связи, которая считается одним из стандартов сотовых сетей, обеспечивающим скорость передачи данных не более 9,6 Кбит/с и характеризуется как второе поколение (2G). GSM использует две схемы для передачи данных: множественный доступ с разделением каналов по частоте (Frequency Division Multiple Access) и множественный доступ с разделением по времени (Time Division Multiple Access). GSM использует два диапазона частот: 890-915 МГц для передачи информации и 935 - 960 МГц для загрузки информации. Эти частотные диапазоны делятся на каналы, при этом ширина каждого канала составляет 200 кГц.

Пакетная радиосвязь общего пользования (General Packet Radio Service (GPRS)), также известная как 2,5G, представляет собой улучшенную версию GSM. GPRS стандартизирован Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (European Telecommunications Standards Institute (ETSI)) таким образом, чтобы обеспечивалось объединение процессов передачи данных и обеспечивалось более эффективное использование пропускной способности сети, за счёт чего достигается повышение скорости передачи данных до 170 Кбит/с. Эта сеть может сразу в нескольких диапазонах частот 1710-1785 МГц и 890-915 МГц для отправки информации, а также 1805-1880 МГц и 935-960 МГц для загрузки информации.

Эволюционное улучшение скорости передачи данных для GSM (Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE)), также известный как 2.75G, является эволюцией GPRS, и обеспечивают максимальную скорость передачи данных 384 Кбит/с. Для передачи мультимедийной информации требуется высокая скорость передачи данных, что привело к появлению и развитию 3G. Универсальная мобильная телекоммуникационная система (The universal mobile telecommunication system (UMTS)), и её улучшенная версия высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону (high-speed downlink packet access (HSDPA)), обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с. Другой сопоставимой технологией сотовой сети является CDMA2000, обеспечивающая 3 Мбит/с по направлению к абоненту и 1,8 Мбит/с по направлению от абонента.

1.2.3.2 WLAN/Wi-Fi

Беспроводная локальная сеть (WLAN) или Wi-Fi (беспроводная точность) могут обеспечивать беспроводной доступ для обеспечения связи V2V или V2I. Такие сети основаны на стандартах IEEE 802.11, при этом различные стандарты этой категории могут применяться для обеспечения работы беспроводной связи. IEEE 802.11a работает на частоте 5 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных 54 Мбит/с с диапазоном связи не менее 38 м в помещении и около 140 м при использовании вне помещения. Другим стандартом IEEE 802.11 является IEEE 802.11g, который обеспечивает такую же скорость передачи данных и работает с той же дальностью, что и IEEE 802.11a, но на частоте 2,4 ГГц. IEEE 802.11b работает на частоте 2,4 ГГц и обеспечивает скорость передачи данных до 11 Мбит/с.

1.2.3.3 WiMAX

WiMAX или технология обеспечения глобальной доступности беспроводных сетей (worldwide interoperability for microwave access) – это поправка IEEE 802.16e к оригинальному стандарту или 802.16, принятому IEEE в 2004 году. IEEE 802.16e обеспечивает высокую скорость передачи данных и имеет большую дальность связи с надёжным соединением и высоким уровнем обеспечения качества обслуживания, что делает его пригодным для приложений, которым требуются такие функции, как мультимедиа, IP телефония (VoIP) и так далее. WiMAX обеспечивает высокую скорость передачи данных до 35 Мбит/с, используя при этом систему множественного ввода и множественного вывода (multiple-input and multiple-output (MIMO)) вместе с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (orthogonal frequency division multiplexing (OFDM)) и обладает диапазоном передачи в 15 км.

1.2.3.4 DSRC/WAVE

Выделенное соединение для коротких дистанций (Dedicated Short Range Communication (DSRC)) [ CITATION Jia \l 1049 ] – это лицензированный спектр в 75 МГц из диапазона 5,9 ГГц, выделенный Федеральной комиссией США по связи (US FCC) в 1999 году, для использования исключительно для связи «машина-машина» и «машина-инфраструктура» в Соединенных Штатах. В Европе и Японии спектр выделен на частоте 5,8 ГГц. Технология DSRC основана на стандарте «IEEE 802.11p», который происходит от IEEE 802.11a и был изменен для снижения дополнительной нагрузки при передаче пакетов в спектре DSRC. Как видно из рисунка 7 спектр 75 МГц разделен на семь каналов, начиная с канала с номером 172, заканчивающегося каналом 184, при этом ширина каждого канала составляет 10 МГц.

Рисунок 7 – Спектр DSRC

Канал 178 является каналом управления (CCH), который используется исключительно для сообщений безопасности; Каналы 172 и 184 зарезервированы для приложений безопасности, в то время как остальные служебные каналы (SCH) могут использоваться как для нужд безопасности, так и для других целей. Полный стек протоколов DSRC, «IEEE 802.11p» (канальный и физический уровни модели ОСИ), стандартизован рабочей группой IEEE 1609. Эти протоколы имеют определённые изъяны и поэтому позднее были дополнены протоколами также известными как беспроводной доступ в автомобильной среде (Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE)) [ CITATION Jia2 \l 1033 ]. DSRC/WAVE поддерживает среду, в которой машины могут перемещаться со скоростью до 200 км/ч, с диапазоном связи от 300 м до 1000 м со скоростью передачи данных достигающей 54 Мбит/с.

1.2.3.5 Гибридные технологии беспроводного доступа

Непрерывный воздушный интерфейс для длинного и среднего диапазона (Continuous air interface for long and medium range (CALM M5)), объединяет набор беспроводных технологий связи, включая GSM-2G/GPRS-2.5G, UMTS3G, инфракрасные соединения и беспроводные системы в диапазоне 60 ГГц, адаптированные к «IEEE 802.11p» путем добавления новых протоколов для интерфейсов. Как показано на рис. 7, такая технология приводит к появлению новых сетевых сценариев в автомобильных сетях в дополнение к существующим V2V, V2I и их смешанных режимах, которые могут быть достигнуты с использованием технологий, упомянутых выше. Люди, использующие смартфоны, которые могут подключиться к Интернету, могут общаться друг с другом через Интернет, формируя связь типа «человек-человек» (P2P), а транспортные средства могут общаться друг с другом через Интернет.

1.2.4 Характеристики VANET

VANET имеет свои уникальные характеристики по сравнению с другими типами MANET, уникальные характеристики VANET включают:

– предсказуемое движение узлов;

– обеспечение безопасного вождения;

– отсутствие ограничений по потребляемой мощности;

– неоднородная плотность сети;

– высокая скорость изменения топологии сети;

– большой размер сети;

– мощные вычислительные ресурсы сети.

Характеристики

Список файлов ВКР