CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ C-V2X Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các loại thiết bị và dữ liệu di động, các mạng thông tin di động tế bào có tiềm năng rất lớn trong việc hỗ trợ đa dạng các dịch vụ thông tin liên lạc cho các phương tiện giao thông với các ứng dụng đảm bảo an toàn và các ứng dụng phi an toàn khác. Trong chương này, luận văn sẽ trình bày khái niệm cơ bản về V2X, các khía cạnh khác nhau của các tiêu chuẩn cho V2X, phân loại các dạng ứng dụng, các nền tảng hỗ trợ cho V2X, các kịch bản ứng dụng cơ bản, một số vấn đề kỹ thuật cơ bản của V2X.1 Giới thiệu chung về V2X.1 Khái niệm cơ bản về V2X. Truyền thông V2X thực chất là việc các phương tiện di chuyển hay gọi chung là phương tiện thực hiện trao đổi thông tin dữ liệu với các phương tiện khác và với hệ thống hạ tầng, nhằm mục đích tăng cường an toàn giao thông, tăng hiệu quả đáp ứng lưu thông của hệ thống hạ tầng, giảm thiểu tác động môi trường và cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng khác như du lịch, giải trí. Hầu hết các quốc gia đang gặp phải vấn đề nghiêm trọng trong việc phát triển đô thị một cách nhanh chóng đó là vấn đề tai nạn giao thông và tắc nghẽn giao thông, dẫn đến các tác động lớn đến môi trường cũng như các tổn thất về kinh tế.
Theo WHO, năm 2013 toàn thế giới có 1,25 triệu người chết do tai nạn giao thông, một con số vô cùng lớn, do đó cần thiết phải có giải pháp cung cấp thông tin hỗ trợ kịp thời cho phương tiện để giảm thiểu tối đa các thiệt hại. Việc xây dựng hệ thống thông tin cho phương tiện giao thông là hướng đi rất quan trọng và tiềm năng. Có hai bộ tiêu chuẩn truyền thông phương tiện chính được phát triển trong những năm gần đây cho phép trao đổi thông tin giữa các phương tiện giao thông: bộ tiêu chuẩn DSRC tại Mỹ và bộ tiêu chuẩn ITS-G5 tại Châu Âu. Cả hai bộ tiêu chuẩn đều dựa trên chuẩn giao thức IEEE 802.11p dành cho các mạng phương tiện giao thông (hay còn gọi là VANET).
Tuy nhiên, chuẩn IEEE 802.11p có một vài hạn chế: cự ly Luan van 3 giao tiếp ngắn, băng thông vô tuyến hẹp, hỗ trợ tính di dộng kém, dịch vụ đa phương tiện hạn chế và các điều khoản chất lượng dịch vụ kém linh hoạt. Bên cạnh đó, với việc thương mại hóa nhanh chóng trên toàn cầu của các hệ thống di động như LTE, cũng mang đến những lợi ích to lớn cho các hệ thống truyền thông dành cho phương tiện. 3GPP đã phát triển bộ tiêu chuẩn dành cho hệ thống truyền thông giữa các phương tiện dựa trên nền tảng mạng thông tin di động tế bào, gọi tắt là công nghệ C-V2X, nhằm đưa ra nhiều các giải pháp hữu ích hơn dành cho V2X. So với IEEE 802.11p, C-V2X có thể hỗ trợ QoS tốt hơn, vùng phủ sóng cung cấp dịch vụ rộng hơn, hỗ trợ tính di động tốt hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn.
Cùng với sự phát triển mạnh trong các ngành công nghiệp điện tử, công nghiệp ô tô, công nghệ cảm biến, điện toán đám mây,… nền tảng mạng di động tế bào sẽ giúp cho các mô hình ứng dụng cải tiến của V2X nhanh chóng trở thành hiện thực.2 Phân loại ứng dụng V2X.1 Các dạng ứng dụng của V2X [5] Giao tiếp V2X được xác định theo 3GPP bao gồm 4 dạng thức: V2V, V2I, V2N, V2P, cả 4 dạng ứng dụng trên của V2X có thể sử dụng chung cho các dịch vụ thông mình hơn dành cho người dùng cuối. Ví dụ như: phương tiện, người đi bộ, máy chủ ứng dụng, hạ tầng đường bộ có thể nhận biết các thông tin môi trường cục bộ qua các bản tin được gửi đến từ các cảm biến ở gần hay từ các phương tiện khác, Luan van 4 để cho phép thực hiện các dịch vụ thông minh hơn như lái xe tự động, cảnh bảo phương tiện, quản lý giao thông mức cao,… ❖ V2V: Các ứng dụng V2V cho phép các thiết bị xung quanh trao đổi các thông tin hữu ích bằng cách quảng bá bản tin yêu cầu UE đăng kí với nhà khai thác mạng và nhận được sự cho phép. UE phát các bản tin mang thông tin ứng dụng V2V như: mật độ giao thông, vị trí, đặc tính phương tiện,… Để thích ứng với một lượng lớn thông tin ứng dụng, các bản tin sẽ được sử dụng linh hoạt và theo cách thức quảng bá là chủ yếu. Nếu như khoảng cách giao tiếp trực tiếp bị giới hạn, các bản tin có thể được chuyển tiếp qua các khối giao tiếp bên đường (RSU: Roadside Units), máy chủ ứng dụng.
❖ V2I: Thông tin ứng dụng V2I được truyền từ UE có hỗ trợ V2I tới RSU hay máy chủ ứng dụng phù hợp, RSU sẽ lựa chọn thông tin UE có thể nhận được theo các chế độ truyền khác nhau, như quảng bá, đa hướng hay đơn hướng. Ngoài ra RSU cũng có thể gửi bản tin tới một hay nhiều UE có hỗ trợ V2I. Một máy chủ ứng dụng sẽ phục vụ một khu vực địa lý tương ứng, một hệ thống máy chủ có thể phục vụ các khu vực chồng lấn nhau, với các ứng dụng tương đồng hoặc khác nhau. ❖ V2P: Tương tự như các ứng dụng V2V, các thông tin dịch vụ V2P được trao đổi giữa UE của người đi bộ và UE trên phương tiện giao thông.
Thông tin ứng dụng có thể được truyền bởi một UE hỗ trợ V2X trên phương tiện để cảnh báo cho người đi bộ, hoặc bởi người đi bộ đang bị thương trên đường để cảnh báo tới các phương tiện ở gần. Khác với V2V, UE của người đi bộ thường có dung lượng pin thấp, và độ nhạy sóng vô tuyến thấp hơn so với UE trên các phương tiện do thiết kế anten. Do đó, một UE hỗ trợ V2P không thể gửi các bản tin thường xuyên như các UE hỗ trợ V2V. ❖ V2N: UE hỗ trợ V2N có thể trao đổi thông tin với các máy chủ ứng dụng hỗ trợ V2N, hoặc có thể trao đổi giữa các UE thông qua mạng chuyển mạch gói cải tiến (VD: LTE).
Khi đó, các dịch vụ V2X được yêu cầu cho các ứng dụng khác nhau và các kịch bản vận hành khác nhau.3 Một số nhóm ứng dụng cơ bản của V2X. ❖ Các hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn, tự động và nâng cao: yêu cầu độ tin cậy cao, truyền tin với độ trễ thấp ở tốc độ cao. Ví dụ: cảnh báo va chạm phía trước, đèn phanh điện tử khẩn cấp, cảnh báo mất kiểm soát, cảnh báo điểm mù và chuyển làn, và các ứng dụng đảm bảo an toàn cho người sử dụng trên đường. ❖ Nhận biết tình huống: đòi hỏi độ tin cậy cao và yêu cầu độ trễ lâu hơn, trong khi vẫn hỗ trợ tốc độ cao.
Ví dụ: cảnh báo hàng đợi và cảnh báo tình trạng đường nguy hiểm ❖ Dịch vụ di động: bao gồm truyền thông để hỗ trợ du lịch đa phương thức, giảm thiểu tắc nghẽn giao thông hỗ trợ cho các thiết bị mà chỉ có khả năng kết nối gián đoạn, hạn chế về nguồn năng lượng và cơ chế bảo mật phức tạp. Ví dụ: bãi đỗ xe tự động, hệ thống thu phí, khuyến cáo giao thông và chia sẻ xe linh hoạt. ❖ Mô hình các dịch vụ hỗ trợ: một điều khoản bao trùm cho các mô hình ứng dụng bao gồm các phương tiện và giá trị thương mại cần có sẽ đòi hỏi tốc độ dữ liệu cao cùng với phương thức truyền thông đa dạng. Ví dụ: thông tin giải trí, thông tin địa phương, kế hoạch tuyến đường, phổ biến bản đồ, quản lý đoàn xe.
Các dịch vụ này được gọi là dịch vụ di động cá nhân.4 Những lợi ích của V2X Một ví dụ dễ nhận biết như các phương tiện, lái xe, người sử dụng ứng dụng trên đường có thể được tiếp nhận các tín hiệu giao thông, khu vực công trường đang thi công và các nguy hiểm đường bộ. Một số thông tin luôn sẵn sàng được gửi tới họ, có thể thông qua các ứng dụng thiết bị di động. Tuy nhiên V2X sẽ cung cấp nhiều thông tin hơn thế, lái xe và phương tiện có thể tùy chọn các bổ sung cần thiết cho họ mà các hệ thống hiện tại không thể hỗ trợ. Bên cạnh đó, V2X có thể hỗ trợ kết nối thông tin từ các đô thị, hỗ trợ tìm kiếm các bãi đậu xe để giảm thiểu lưu lượng đến các thành phố, tránh tình trạng các phương tiện phải di chuyển nhiều để tìm kiếm bãi đỗ gây tăng lưu lượng giao thông không cần thiết.
Luan van 6 Các giao tiếp V2X có thể được hiển thị giống như các cảm biến khác trên phương tiện. Trong khi các cảm biến như rada, bộ xử lý thông tin đang tích cực quan sát môi trường xung quanh phương tiện, thì ứng dụng V2X với khả năng kết nối ngoài tầm nhìn thẳng cũng đang tích cực thu thập thông tin và giao tiếp với các phương tiện khác để hiểu rõ hơn điều gì đang diễn ra xung quanh phương tiện đó, bộ cảm biến V2X cũng đồng thời thu thập cả các ý định thực hiện của lái xe. Ngoài ra, các dịch vụ V2X còn cho phép những người sử dụng trên phương tiện có thể giao tiếp với môi trường xung quanh, cho phép truy cập dữ liệu cá nhân, thông tin giải trí và có thể kết nối internet trong phương tiện của họ. Tất cả điều đó cho phép mở rộng một loạt các ứng dụng và dịch vụ mới.
V2X mang đến những lợi ích kinh tế và hệ sinh thái truyền thông chính như: [5] • Cải tiến sự tiếp nhận và phòng ngừa mối nguy hiểm thông qua cách thức lái xe có dự đoán và tự thích nghi, dẫn đến giảm thiểu tai nạn và bất chắc trên đường. • Sử dụng một cách tối ưu hạ tầng giao thông, tránh được tắc nghẽn nhờ sử dụng chỉ dẫn giao thông linh hoạt. • Chấp nhận các phương tiện khẩn cấp với các tín hiệu khẩn cấp hay các đặc quyền đặc biệt. • Giảm bớt tác động thông qua việc vận hành phương tiện thích nghi với các tình huống giao thông.
• Gia tăng hiệu quả vận tải bằng cách sử dụng tối ưu các phương tiện vận tải thương mại, tăng hiệu quả kinh tế, giảm chi phí vận hành trong ngành vận tải.