Пояснительная записка(21.06) новая (1214932), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Предсказуемое движение узлов, заключается в том, что VANET отличается от других типов мобильных сетей ad-hoc, в которых узлы перемещаются случайным образом, поскольку транспортные средства ограничены структурой дорог и требованиями выполнять предписания дорожных знаки, реагировать соответственным образом на светофоры, а также соблюдать другие правила дорожного движения. Всё это приводит к предсказуемости маршрутов автомобилей, а также открывает некоторые возможности для использования, например, применение в маршрутизации цифровых карт улиц, для её улучшения.

Обеспечение безопасного вождения, улучшение комфорта пассажиров и повышение эффективности трафика, являются первичной задачей VANET. Эта особенность накладывает серьёзный набор ограничений на некоторые решения в VANET, так, например, в стандарте связи рекомендуемом и специально разработанном для этих сетей выделено сразу несколько каналов под нужды обеспечения безопасности.

Потребление мощности в VANET не является серьёзной проблемой, так как автомобили имеют возможность обеспечивать непрерывную работу OBU за счёт наличия аккумулятора с большой ёмкость заряда.

Плотность сети в VANET варьируется в зависимости от плотности дорожного трафика, которая может быть очень высокой в случае пробок или очень низкой, например, ночью или в пригороде.

Высокие скорости типичны для машин, особенно на высокоскоростных магистралях, что приводит к быстрым изменениям топологии сети. Помимо этого, на поведение водителей влияет необходимость реагировать на данные, полученные из сети, например, сведения о пробках или авариях, что также приводит к изменениям в топологии сети. Время существования соединения между автомобилями зависит от диапазона связи машин и их направления. Таким образом, увеличение возможной дальности связи приводит к увеличению времени жизни соединения. Помимо этого, в случае с движущимися в противоположных направлениях машинами время существования соединения крайне мало, по сравнению со случаем, когда они движутся в одном направлении. Таким образом быстрые изменения в соединений, установленных в сети, приводят к тому, что эффективная зона действия довольно мала, при этом многие сетевые пути находятся в отключенном состоянии.

Масштаб сети может быть большим в городских районах с высокой плотностью машин, таких как центр города, автомагистрали и так далее.

Поскольку узлы в VANET являются машинами, они могут быть оснащены достаточно большим количеством датчиков и ресурсов влияющих на скорость вычисления, таких как процессор, память, мощные антенны и глобальная система определения местоположения (GPS). Эти ресурсы позволяют увеличить вычислительную мощность узла, что в свою очередь помогает установить надежное беспроводное соединения и получать точную информацию о его текущем состоянии.

1.3 Приложения и возможности сетей VANET

Эффективность и безопасность два главных критерия, используемых при характеристике приложений VANET в зависимости от их цели. Однако эффективность и безопасность не являются полностью обособленными друг от друга аспектами, наоборот эти и другие параметры должны рассматриваться в совокупности при планировании приложений VANET. Например, отказ двигателя или авария включающая 2 и более автомобилей может привести к образованию пробки. Но при наличии соответствующего приложения остальным участникам движения может быть выполнена рассылка, информирующая о том, что произошёл инцидент, препятствующий движению, для повышения осведомлённости водителей о ситуации в области события, а также может быть выполнен расчёт альтернативного маршрута для машин, которые планировали поездку через место аварии, целью в этом случае является повышение эффективности движения конечного пользователя. Также в зависимости от различных факторов, таких как, уровень важности места аварии, транспортная система может вычислить и предложить альтернативные маршруты большому количеству машин, с учётом более широкого взгляда на состояние трафика с целью минимизировать влияние происшествия в областях удалённых от места события. В таком случае целью является увеличение общей эффективности движения транспорта. Стоит заметить, что в обоих случаях раннее уведомление о событии может помочь водителям или пассажирам изменить маршрут, использовать другой вид транспорта или даже остаться в текущем месте в случае серьёзной проблемы трафика. В случае информирования пользователя дополнительной целью является предоставление ему информации полезной для планирования деятельности, связанной с транспортной системой.

Приложения VANET могут отслеживать различные виды данных, например, данные о состоянии машины, состоянии трафика на окружающих дорогах, приближающихся машинах, поверхности дороги и погодных условиях, с целью обеспечения безопасности и эффективности дорожной инфраструктуры. После получения доступа к данным машины могут обмениваться необходимой информацией, требуемой для различных целей, по беспроводному каналу связи.

В целом можно выделить следующие основные категории приложений VANET:

– приложения безопасности;

– приложения эффективности трафика;

– приложения удобства пользователя;

– приложения для развлечения;

– приложения городского мониторинга.

1.3.1 Приложения безопасности VANET

Эти предназначены главным образом для предотвращения и снижения количества происшествий на дороге. Эта категория приложений чувствительна к задержке при доставке пакетов, таким образом для сокращения задержки приложения безопасности используют тип соединения машина-машина. Среди других требований можно отметить надёжность информирования, например, в случае если произошло некоторое опасное событие, все машины, находящиеся поблизости от места возникновения события должны начать оповещение остальных узлов сети. В этом случае нужно разобраться с двумя вещами: приближающимися машинами и местом происшествия. Уже существуют простые приложения вроде OnStar, которые обеспечивают отправление чрезвычайных уведомлений с целью оповестить центр связи который в свою очередь запустит рассылку уведомлений получателям. Эти уведомления могут нести с собой координаты места происшествия, предоставленные системой GPS. Будущие приложения такого типа в зависимости от расстояния к происшествию, которое произошло впереди по дороге, могут предупредить водителя или даже автоматически выключить автомобиль, когда расстояние преодолевает некоторый предел. Также крайне желательной особенностью будущих является передача видеопотока с места происшествия, для помощи экстренным службам, таким образом ещё до прибытия на место происшествия они смогут получить представление о ситуации, что даст возможность более продуманно подойти к устранению инцидента. Эта видеоинформация может быть получена, например, при помощи видеорегистраторов, которыми оборудуется всё большее число автомобилей. Приложение может также отслеживать состояние какое-то время после происшествия выполняя те же действия что и раньше, а именно управление потоком машин через задание подходящих маршрутов для одиночных автомобилей или групп машин, в зависимости от места происшествия, времени суток, занятости дорог и других факторов. Разумеется, приложения безопасности также должны ориентироваться на необходимость предварительного предупреждения пользователя, с целью предотвращения происшествий.

Согласно [ CITATION Har \l 1049 ], в VANET можно выделить пять примеров приложений безопасности:

– предупреждения о столкновении на перекрёстке;

– предупреждения об экстренном торможении машины;

– предупреждения о встречном трафике;

– предупреждения об опасном участке дороги;

– предупреждения при смене полосы движения.

Предупреждения о столкновении на перекрёстке предупреждает о предстоящем, при неизменном сценарии, нарушении и проезде на красный свет на перекрёсте, как показано на рисунке 8.

Рисунок 8 – Пример работы приложения предупреждения о

столкновении на перекрёстке

Приложения, предупреждающие о столкновении на перекрёстке предупреждают водителей, когда они собираются пройти через красный свет, показанный на рисунке 8. Этого можно достичь, добавив к светофору базовую станцию, таким образом позволяя базовой станции передавать информацию о текущем цветовом состоянии светофора. Машины, получившие эти данные, могут предупредить водителя о наличии красного света, для своевременного предотвращения происшествия.

Приложение предупреждения об экстренном торможении машины сообщает водителю, что впереди идущий автомобиль совершил внезапное торможение. Это полезно, когда вид на машину, совершающей торможение затруднен другими машинами. Пример сценария работы приложения показан на рисунке 9, где синяя машина, совершает экстренное торможение, после чего производится отправка широковещательного сообщения, призванного предупредить другие машины об опасной ситуации.

Рисунок 9 – Схема работы приложения предупреждения об экстренном торможении впереди стоящей машины

Приложение предупреждения о встречном трафике помогает водителю в процессе маневра обгона, предоставляя информацию о встречном трафике, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10 – Пример работы приложения предупреждения о встречном трафике

Приложения предупреждения об опасном участке дороги предупреждают водителя о том, что ему следует включить систему стабильности машины из-за опасных условий вождения (гололёд и так далее). Пример работы такого приложения отображён на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема работы приложения предупреждения об опасном участке дороги

Приложения предупреждения при смене полосы движения помогают водителю выполнить манёвр смены полосы, без происшествий, как показано на рисунке 12.

Рисунок 12 – Схема работы приложения предупреждения

при смене полосы движения

1.3.2 Приложения повышения эффективности трафика

Приложения, цель которых – повышение эффективности трафика, имеют доступ к данным о месте назначения машин, используется с целью повышения качества их движения на дорогах. В этой категории большинство приложений требуют высокого уровня доступности, потому что водителям необходимо получать информацию по первому требованию для принятия решений в пути, обеспечивая таким образом эффективность движения и его безопасность. В целом, схема связи как правило подразумевает подключение к машинам встреченным по пути, так и к базовым станциям. Можно классифицировать этот вид приложений следующим образом:

– приложения для управления перекрёстками;

– приложения для сокращения и предотвращения пробок на дороге.

Приложения для управления перекрёстками: управление трафиком – важная область исследований, которая может принести пользу VANET. Например, транспортные средства, проходящие вблизи и по другую сторону от перекрёстка, должны двигаться соблюдая осторожность, поскольку происходит схождение двух или более транспортных потоков, и вероятность столкновения при этом увеличена. В этом случае виртуальные светофоры могут управлять потоком трафика на перекрёстках. При этом на приложение налагаются жёсткие требования, в основном связанные с ограничениями приложений, работающих в реальном времени и распределенной обработкой данных.

Приложения для сокращения и предотвращения пробок на дороге: приложение для оптимизации трафика на дорогах может предоставить водителям наилучшие маршруты до их пунктов назначения, а также определить наилучшие временные настройки для светофоров на дорогах. Цель таких приложений состоит в том, чтобы уменьшить заторы на дорогах и обеспечить равномерный поток движения. В перспективе это может увеличить пропускную способность дороги.

В качестве примера такого приложения можно представить проект по минимизации трафика от фирмы Honda [CITATION Leb \l 1049 ]. Его цель – уменьшить количество пробок на дорогах, особенно когда движение ухудшается из-за некоторых эффектов, например, внезапного торможения и быстрого ускорения. При помощи акселерометров, приложение считывает данные об ускорении и замедлении машины. Затем, при помощи красного и зеленого цветовых кодов, отображаемым во время движения, система определяет, является ли движение неэффективным и дает советы по улучшению вождения. Однако в пробке одиночный автомобиль, оборудованный этой системой, бесполезен. Система предлагает пути, сразу многим водителям через подключённый к сети облачный сервер. Таким образом, другие водители имеют информацию о схеме движения впереди идущих автомобилей, и система круиз-контроля имеет возможность поддерживать одинаковое расстояние между машинами.

1.3.3 Приложения для удобства пользователя

Приложения этой категории дают водителям возможность получать информацию от транспортных служб, которые могут помочь водителю во время поездки, делая её удобнее и приятнее. Обычно, стандартные требования, предъявляемые к приложениям – это надежность получения информации и высокий уровень доступности, предоставляемой информации в нужный для водителя момент времени. К приложениям такого типа относят: приложения, предоставляющие информацию о погоде, о местоположении заправочной станции или ресторана, сведения о том чем можно заняться в городе, информацию об экскурсиях, информацию об свободных местах на парковке, навигацию по маршруту (например, приблизительное время, затраченное на маршрут, рекомендуемая информация, основанная на данных о пользователе, автоматическое обновление дорожных карт), рекламу или объявления о местах распродаж. Во большинстве случаев связь для таких приложений осуществляется по принципу машина-машина и машина-инфраструктура, без потребности в большой пропускной способности.

1.3.4 Приложения для развлечения

Имея цель распространять информацию, связанную с развлечениями, водителям и пассажирам, эта категория приложений имеет две основные функции: возможность подключения и доступность. Таким образом соединение может быть напрямую между машинами или между машинами и базовыми станциями. В идеале информация должна соответствовать данным о пользователе. Основная проблема в данном случае состоит в том, как поддерживать эту информацию обновлённой, с учётом повышенной динамики топологии сетей VANET. Таким образом, синхронизация между автомобилями и центральными серверами становится большой проблемой для этих приложений. Примерами приложений в этой категории являются: доступ в интернет, распространение игр, микроблоги, чаты, загрузка музыки, просмотр веб-страниц, обмен файлами и так далее. В приложениях будущего поколения у пассажиров будет возможность взаимодействовать с пассажирами в близлежащих автомобилях или с людьми в любой точке мира через службы обмена мгновенными сообщениями, игры или видеоконференции.

1.3.5 Приложения городской среды

Автомобильная сеть может рассматриваться как платформа для мониторинга городской среды и для обмена данными, представляющими общий интерес. Это особенно актуально для городских районов, где можно рассчитывать на высокую плотность машин, оснащенных модулями беспроводной сети. VANET могут использоваться для эффективного мониторинга состояния окружающей среды и социальной активности в городской среде, играя важную роль в мониторинге этой среды [ CITATION Cuf \l 1049 ]. Приложения мониторинга городской среды имеют неплохой потенциал для расширения, благодаря возможностям смартфонов, находящихся в машине, и имеющих возможность взаимодополняющего взаимодействия с сенсорами VANET[ CITATION Uic \l 1049 ]. Такие приложения по сути позволяют использовать VANET в качестве автомобильной сенсорной сети (VANET sensor network (VSN)), поднимая новые, сложные проблемы, которые могут значительно отличаться от таковых в традиционных беспроводных сенсорных сетях, и потребуют инновационных решений. Это многообещающая область исследований, поскольку машины не подвержены ограничению энергии и некоторым другим ограничениям. Машины могут быть оснащены мощными процессорами, различными устройствами беспроводной связи, навигационными системами и множеством чувствительных устройств, таких как химические детекторы, вибрационные/акустические датчики и видеокамеры. Комбинация автомобильных и сенсорных сетей представляет собой огромную возможность для различных широкомасштабных приложений в VANET, начиная от маршрутизации и облегчения дорожного трафика до мониторинга окружающей среды, распределенных систем видеонаблюдения и мобильных социальных сетей.

Как пример такого приложения можно привести MobEyes – проактивную службу мониторинга города. MobEyes нацелена на предоставление услуг проактивного городского мониторинга, где машины постоянно отслеживают события с городских улиц, содержат полученные данные в локальном хранилище, обрабатывают их (например, распознают номерные знаки автомобилей) и отправляют сообщения к транспортным средствам в зоне досягаемости, для достижения общей цели (например, помочь сотрудникам полиции отследить маршрут конкретной машины). Однако для этого требуется сбор, хранение и передача огромного количества данных. В обычных сенсорных сетях измеренные данные отправляются к «стоку» (специальному узлу играющего роль приёмника) и обрабатываются для дальнейшего использования (например, равномерное распределение [ CITATION Int \l 1049 ]), но это нецелесообразно в VSN из-за большого объема генерируемых данных. Более того, такие данные невозможно фильтровать, поскольку обычно неизвестно, какая их часть будет использоваться в дальнейшем.

Таким образом, задача состоит в том, чтобы найти полностью децентрализованное решение для VSN с низким уровнем помех другим службам, хорошей масштабируемостью и терпимостью к сбоям, вызванным движением машин и сетевыми атаками. MobEyes – это новое вспомогательное программное обеспечение, которое поддерживает основанные на VSN приложения для проактивного мониторинга городской среды [13]. Каждый узел VSN выполняет считывание событий, обработку/классификацию считанных данных и периодически генерирует метаданные из извлеченных особенностей и контекстной информации, такие как временные метки и данные о географическом местоположении. Затем метаданные распространяются на другие машины, так что специальные машины, которым потребуются эти данные, могут получить их находясь в зоне действия автомобиля с метаданными, например, полицейские автомобили, могут считывать эту информацию с целью установления местоположения нарушителя. Такой подход позволяет создать недорогую систему индексов, что позволит специальным машинам делать запросы не к конкретным узлам, а к распределённому хранилищу данных. Это позволяет получать ответы на такие вопросы, как:

Характеристики

Список файлов ВКР