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Blog/20090409

Comunicazioni Interveicolari

Posted on Apr. 09, 2009 at 04:57 PM

Io l'ho messa tra le proposte di tesi, ma in realtà è molto di più, è il tentativo di entrare in un'area di ricerca affascinante, e sopratutto utile nella vita quotidiana... ad esempio:

Aggiornamento: un intero seminario sulle VANET

Vi è mai capitato di trovarvi bloccati in autostrada, incolonnati tra le altre vetture, senza riuscire a capire il motivo del blocco, a che distanza si è verificato, e quanto ci vorrà perché la situazione ritorni normale? Di sicuro, si. Con la voglia di scendere a piedi, e passeggiare finché non si riesce a capire qualcosa. Ah! se solo ci fosse un passaparola tra autisti! Se solo si potesse aprire Internet dall'auto, e iniziare una chat con gli altri incolonnati!! Beh, la sapete la novità? SI PUÒÒÒÒ!!! Ed allora, perché non lo facciamo? Gli strumenti, ci sono tutti....

Le VANET

La modalità di comunicazione tra autoveicoli prende il nome di Vehicular Ad-hoc NETwork (VANET, appunto), ed in tal senso costituisce una evoluzione delle Mobile Ad-hoc NETwork che sono state studiate con riferimento a nodi dai movimenti incoerenti. In queste reti ogni nodo è un router, ossia oltre che inviare e ricevere messaggi per sé, può funzionare da intermediario tra terzi; il fatto che le parti in comunicazione siano anche in movimento, determina la necessità di definire opportuni meccanismi di localizzazione, eventualmente aiutati da dispositivi GPS, al fine di individuare la direzione in cui inoltrare il messaggio (Geographic Routing o Geocast).
La comunicazione, oltre che confinata tra veicoli (vehicle-to-vehicle, V2V), può altresì coinvolgere stazioni radio base fisse (vehicle-to-roadside, V2R) ed in tal caso, la VANET può realizzare una estensione della rete fissa anche per zone non coperte da segnale.

Trasmissione

Accanto alle tecnologie di trasmissione radio già consolidate, come il WiFi IEEE 802.11, la realizzazione dei Sistemi di Comunicazione Veicolare è affiancata da tecniche di più recente definizione, come il WiMAX IEEE 802.16, e il Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) IEEE 802.11p alla base del gruppo di lavoro IEEE 1609, tutti previsti nello sviluppo dei dispositivi che realizzano le Dedicated Short Range Communications (DSRC), operanti a frequenza 5.9GHz, con banda di 75 MHz e portata di 1 Km, definiti nel contesto degli Intelligent Transport Systems (ITS).

Applicazioni

Questo scenario tecnologico permetterà la definizione di nuovi servizi di reale utilità per uno sviluppo sostenibile della mobilità, come ad esempio
  • sicurezza: i sensori a bordo del veicolo possono rilevare bruschi cambiamenti in velocità e direzione, e notificare chi li segue;così come si potrà decidere in automatico chi debba passare per primo agli incroci. Altri esempi:
    • allarmi in prossimità di incroci
    • notifiche all'uscita delle autostrade
    • scoperta degli ostacoli e dei blocchi improvvisi
    • annuncio di incidente
    • allarme di cambio corsia
  • gestione del traffico: la capacità di modificare dinamicamente le regole del traffico può migliorare sensibilmente le situazioni di congestione, intervenendo su
    • limiti di velocità
    • temporizzazione semaforica
    • prioritizzazione per i mezzi di servizio
  • assistenza al guidatore: le stazioni fisse possono diramare informazioni utili alla guida, ed anche in assenza di un collegamento a rete fissa, possono emettere avvertimenti come larghezza di un ponte, altezza massima di una galleria, condizioni stradali, ovvero aiutando nel
    • parcheggio del veicolo
    • controllo di crociera
    • mantenimento della corsia
    • riconoscimento dei segnali stradali
  • ausilio ai servizi d'ordine pubblico: gli agenti possono usare la comunicazione veicolare in diversi modi
    • sorveglianza
    • annunci di limite di velocità
    • divieti di accesso
  • pagamento elettronico: evita le file ai caselli, e rende la tariffazione più gestibile; applicabile anche ai parcheggi
  • ottimizzazione della rotta: le informazioni sullo stato (traffico, condizioni stradali, incidenti) delle alternative di tragitto verso una destinazione, raccolte dagli stessi mezzi in circolazione, permettono di valutare le scelte migliori in termini di tempo di percorrenza, tariffe, costo del carburante
  • servizi informativi generici: come per altre reti di comunicazione, l'interconnessione con Internet rende virtualmente possibile l'uso di qualunque applicazione pensata in tale contesto, e le applicazioni con minori esigenza godranno della diffusione più rapida
  • autostrade automatizzate: nel momento in cui ogni veicolo, comunicando con suoi vicini, conosce la velocità e la direzione degli stessi, i veicoli potranno marciare senza l'aiuto dei loro guidatori, cooperando tra loro. Lo stato viene aggiornato di frequente, in modo che ogni veicolo sia in grado di predire il futuro a breve termine, e prendere le decisioni appropriate al giusto momento. Dato che ora non c'è la limitazione del tempo di risposta umano, saranno realizzabili velocità maggiori. Questa applicazione è praticamente impossibile, senza lo sviluppo di una rete di comunicazione interveicolare.

I progetti di ricerca

Conclusi

  • PReVENT: una iniziativa dell'industria automobilistica co-finanziata dalla Commissione Europea come progetto integrato, per contribuire alla sicurezza stradale, sviluppando e dimostrando nell'ambito di un consorzio le applicazioni e tecnologie di sicurezza preventiva, articolandosi in una serie di sottoprogetti. Si estende da febbraio 2004 a gennaio 2008, ed il sito è completo di tutti i deliverables prodotti, le pubblicazioni e le presentazioni, con un rapporto finale ed, oltre a diversi altri, il video di Viviane Reading che guida il camion.
  • NOW: Network on Wheels - il progetto è iniziato nel 2004 e è terminato nel 2008; finanziato inizialmente da aziende ed università tedesche partner, è stato poi supportato dal governo federale. Gli obiettivi principali sono stati la risoluzione di questioni tecniche chiave come i protocolli di comunicazione e la sicurezza dei dati per le comunicazioni car-to-car, e di inoltrare i risultati alle attività di standardizzazione del Car2Car Communication Consortium (vedi di seguito), nel cui ambito prosegue lo sviluppo del testbed per i test funzionali, e le dimostrazioni. Sul loro sito, una ampia raccolta dei documenti prodotti, e le presentazioni del workshop finale. L'architettura definita supporterà quindi applicazioni di sicurezza attiva e di infotainment, e fornirà una piattaforma aperta di comunicazione per un ampio spettro di applicazioni.
  • FleetNet - Internet on the Road. Basato su di un consorzio costituito da sei aziende a tre università tedesche, e parzialmente finanziato dal governo federale, è iniziato nel 2000 e terminato nel 2003. Si è prefisso lo sviluppo e la dimostrazione di reti wireless ad hoc per comunicazioni inter-veicolari, per la distribuzione di dati pertinenti alla localizzazione, quando necessari, e per i bisogni dei passeggeri di informazioni e servizi contestuali al luogo; la consapevolezza della posizione, quindi, gioca un ruolo cruciale non solo per le applicazioni FleetNet, ma anche per i protocolli di comunicazione sviluppati. Sul sito, oltre ad un chiarissimo flyer riassuntivo dei risultati conseguiti, una sezione dei lavori scientifici e divulgativi pubblicati in questo contesto.
  • Invent: Intelligent traffic and user-friendly technology. Si è esteso dal 2001 al 2005, coinvolgendo 24 partners industriali e di ricerca, sempre di area tedesca, e cofinanziati dal governo. I progetti componenti sono dettagliati nell'ambito di appositi documenti pdf, mentre la grafica del sito evidenzia come il progetto sia successivamente evoluto in AKTIV (vedi appresso).

Correnti

  • i2010 Intelligent Car Initiative - una iniziativa della Commissione Europea - Information Society, lanciata nel 2006, per eliminare le barriere all'introduzione delle nuove soluzioni ai problemi odierni del sistema dei trasporti nel mercato, e per accelerare lo sviluppo di un trasporto in Europa più sicuro, più intelligente e più pulito. A pag. 21 della brochure scaricabile dal sito, troviamo i riferimenti ai progetti finanziati, come ad esempio
    • AIDE - Adaptive Integrated Driver/vehicle Interface
    • AWAKE - System for Effective Assessment of Driver Vigilance and Warning According to Traffic Risk Estimation
    • COM2REACT - Cooperative Communication System To Realise Enhanced Safety and Efficiency In European Road Transport
    • CVIS - Cooperative Vehicle-Infrastructure Systems (vedi sotto)
    • CyberCars2
    • eIMPACT - Socio-economic Impact Assessment of stand-alone and co-operative intelligent vehicle safety systems (IVSS) in Europe
    • eSafety Support - Support for the eSafety Forum
    • GST - Global System for Telematics enabling On-line Safety Services
    • SAFESPOT - Co-operative Systems for Road Safety -Smart Vehicles on Smart Roads- (vedi sotto)
    • SEVECOM - Secure Vehicle Communication
    • WATCH-OVER - Vehicle-to-vulnerable Road User Cooperative Communication and Sensing Technologies to Improve Transport Safety
  • COOPERS: Co-operative Networks for Intelligent Road Safety - una attività di ricerca, sviluppo e innovazione finanziata nell'ambito della 4a chiamata (Co-operative Systems and in vehicle integrated safety systems) e del 6o programma quadrodella Commissione Europea - Information Society and Media. Si focalizza sullo sviluppo di applicazioni telematiche innovative sulla infrastruttura stradale tra veicolo e infrastruttura, con l'obbiettivo a lungo termine di una gestione cooperativa del traffico, allo scopo di ridurre le divergenze tra l'industria automobilistica e gli operatori infrastrutturali. L'obiettivo del progetto è il miglioramento della sicurezza stradale mediante comunicazione diretta e aggiornata tra veicoli e stazioni fisse. E' iniziato nel 2006, con durata quadriennale, ed un budget di quasi 17 milioni di €. Pubblica già alcuni deliverables, tra cui ad es. una rassegna sommaria ma completa sullo stato dell'arte di in-car networks and on-board Intelligence.
  • GeoNet: Geographic addressing and routing for vehicular communications - STREP N° 216269, tema ICT-2007.6.1 del settimo programma quadro dela comunità europea. GeoNet estrenderà i risultati del CAR 2 CAR Communication Consortium, sperimentando un meccanismo di networking indipendente, basato su IPv6, che abiliti una connettività trasparente tra veicolo e infrastruttura, anche nel caso in cui la consegna debba essere intermediata da diversi veicoli, o temporaneamente memorizzata a metà strada.
  • PRE-DRIVE C2X: Preparation for driving implementation and evaluation of C2X communication techology, co-finanziato dalla EC Information Society e Media nell'FP7. Prepara una prova sul campo di larga scala per le tecnologie di comunicazione veicolare, ed è basato sulla architettura Europea COMeSafety. Il progetto sviluppa specifiche dettagliate per tali sistemi, ed un prototipo verificato funzionalmente, sufficientemente robusto per essere usato in esperimenti operativi futuri.
  • I-Way: Intelligent co-operative system in cars for road safety - Project IST-4-027195. ha l'obbiettivo di sviluppare un sistema multi-sensoriale capace di monitorare e riconoscere le condizioni psicologiche del guidatore, così come quelle prevalenti dell'ambiente stradale. Le funzionalità complessive sono ottenute mediante una architettura che integra diversi sotto-sistemi indipendenti, sia a bordo che esterni. Il consorzio dei partecipanti comprende anche alcuni membri italiani, ed ha prodotto una ricognizione dello stato dell'arte molto ben articolata.

Consorzi e Iniziative

  • SAFESPOT: lavora al progetto di sistemi cooperativi per la sicurezza stradale, basati sulle comunicazioni da veicolo a veicolo (V2V), e veicolo a infrastruttura (V2I). Previene gli incidenti sviluppando un "SAFETY MARGIN ASSISTANT" per rivelare in anticipo situazioni di potenziale pericolo, ed estendere nello spazio e nel tempo la consapevolezza del guidatore rispetto all'ambiente circostante.
  • PReVENT: una attività dell'industria automobilistica Europea co-finanziata dalla Commissione Europea, per contribuire alla sicurezza stradale sviluppando e dimostrando applicazioni e tecnologie di sicurezza preventiva.
  • CVIS: Co-operative Infrastructure Systems. La tecnologia abilitante fondamentale per i sistemi cooperativi è un "modulo di comunicazione universale" che si può interfacciare ai sistemi esistenti del veicolo, ed alle istallazioni esistenti ai margini stradali, e che può mantenere canali dati wireless continui e ad alta capacità. Il modulo CVIS può usare reti esistenti comequelle cellulari 2.5/3G e DSRC, e sarà progettata specificatamente per il nuovo Wi-Fi mobile, sia per comunicazioni V2V che V2R. Pertanto gli operatori, i fornitori di servizio o gli altri veicoli limitrofi, saranno in grado di raggiungere il veicolo in modi del tutto nuovi, sia per posizione che tramite indirizzo IP, ed offrire nuovi tipi di servizi. La sezione dei Link di questo sito elenca una serie molto nutrita di progetti correnti nel settore.
  • AKTIV: Adaptive and Cooperative Technologies for the Intelligent Traffic - E' una iniziativa di ricerca tedesca quadriennale, che termina nel 2010, e coinvolge 29 tra aziende automobilistiche e relativo indotto, elettroniche, di telecomunicazione e di software, così come enti di ricerca. L'obbiettivo è di migliorare sia la sicurezza del trasporto che il flusso del traffico, ed i partners lavorano al progetto ed allo sviluppo di nuovi sistemi si assistenza al guidatore, a tecnologie di informazione e conoscenza, a soluzioni per la gestione efficiente del traffico, ed alle comunicazioni V2V e V2R per le applicazioni veicolari cooperative del futuro. L'iniziativa consiste in tre progetti: Traffic Management (Aktiv-VM), Active Safety (Aktiv-AS) e Cooperative Cars (CoCar).
  • CAR 2 CAR Communication Consortium ha missione ed obbiettivi di
    • creare e stabilire uno standard europeo aperto per i sistemi di comunicazione CAR 2 CAR basati su LAN wireless LAN e garantire l'interoperabilità su scala europea
    • abilitare lo sviluppo di applicazioni di sicurezza attiva specificando, prototipizzando e dimostrando il sistema CAR 2 CAR
    • promuovere l'allocazione di una banda di frequenza esclusiva, senza commissioni, ad estensione europea, per le applicazioni CAR 2 CAR
    • spingere per l'armonizzazione degli standard di comunicazione CAR 2 CAR su scala globale
    • sviluppare strategie di sviluppo e realistiche e modelli di business per accelerare la penetrazione di mercato
  • COMeSafety Project: supporta l'eSafety Forum rispetto a tutte le questioni relative alle comunicazioni veicolo-veicolo e veicolo-infrastruttura, come base per i sistemi intelligenti di trasporto viario.

Standardizzazione

  • ISO TC 204 sui Sistemi di Trasporto Intelligente - Si occupa della standardizzazione di informazioni, comunicazioni e sistemi di controllo, nel campo del trasporto terrestre in ambito urbano e rurale, inclusi gli aspetti intermodali e multimodali, le informazioni di viaggio, la gestione del traffico, i trasporti pubblici, il traffico commerciale, ed i servizi di emergenza.
  • ETSI TC ITS: il comitato tecnico dell'European Telecommunications Standards Institute che si occupa di Intelligent Transportation Systems presenta i suoi risultati nell'ultimo convegno organizzato
  • CALM: Continuous Communications for Vehicles - Lo scopo di CALM è quello di fornire un insieme standardizzato di protocolli per l'interfaccia radio ed i parametri per le comunicazioni a medio e largo raggio ad alta velocità usando uno o più media diversi, con protocolli multipunto e di rete nell'ambito di ciascun media, e protocolli di livello superiore per permettere il dialogo tra i media.
  • IEEE 802.11p: l'adattamento della tecnologia WiFi al caso delle comunicazioni veicolari è ancora in via di definizione, ed il Task group p continua ad elaborare il draft del nuovo standard. I tratti salienti sono:
    • lo strato fisico è realizzato adottando una modulazione OFDM con 64 portanti, e differisce dall'802.11a per ciò che riguarda
      • la definizione di sette canali trasmissivi con una banda di 10 Mhz ciascuno, riservando 75Mhz centrati a 5.9 GHz per questo tipo di trasmissioni
      • allo scopo di aumentare la portata delle trasmissioni, la massima potenza EIRP permessa è stata innalzata a 44.8 dBm (30W), con particolare attenzione all'approssimarsi dei veicoli di servizio
      • per aumentare la tolleranza alle condizioni di propagazione multi-path ed alla mobilità, la banda di trasmissione è limitata a 10MHz, semplicemente raddoppiando le costanti di tempo che definiscono l'802.11a, e dimezzando di conseguenza il data rate
    • lo strato MAC
      • usa un accesso al mezzo prioritizzato EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), precedentemente definito nell'ambito dell'802.11e
      • prevede l'ascolto prima della trasmissione, ed un back-off random
      • usa valori differenziati per i parametri della finestra di contesa della procedura di backoff , in modo da permettere la definizione di quattro diverse classi di servizio: background, best effort, voice, e video
      • non definisce fasi di autenticazione ed associazione, in modo da ridurre l'overhead precedente alla comunicazione, dato che l'intervallo temporale a disposizione è particolarmente ridotto, a causa delle caratteristiche di mobilità dei soggetti coinvolti

Simulatori

  • VEINS

    Vehicles in Network Simulation - un framework di simulazione che comprende un simulatore di rete basato su eventi e realizzato con OMNet++, accoppiato ad un simulatore di traffico veicolare. In tal modo, eventi definiti in un simulatore (ad es, un incidente) producono altri eventi nell'altro (ad es la notifica del blocco stradale, e la ricerca di percorsi alternativi), in modo da poter sperimentare anche i comportamenti conseguenti alla possibilità di comunicare
  • Sumo

    Simulation of Urban MObility - il simulatore di attività veicolare che nato per supportare la comunità di ricerca sul traffico, con una piattaforma comune, permettendo di confrontare i modelli di traffico, ed i comportamento dei veicoli.
  • TraNS

    Traffic and Network Simulation Environment è una GUI che integra i simulatori di traffico e di rete (SUMO and ns2) per generare simulazioni realistiche di Vanet, permettendo agli eventi scaturiti dal simulatore di rete di influenzare il comportamento del veicolo nel modello di mobilità.
  • NCTUns

    National Chiao Tung University Network Simulator è un unico strumento che integra sia il simulatore di mobilità che quello di rete, implementando una ampia gamma di dispositivi e protocolli.

Kit di sviluppo

  • C2X-SDK

    Il CAR 2 CAR Communication System Development Kit è un toolkit software che astrae uno stack protocollare per comunicazioni interveicolari, offrendo una API aperta, e permette agli sviluppatori di accelerare la creazione di applicazioni. E' disponibile un rapporto relativo alla realizzazione di un prototipo di piattaforma hardware realizzata mediante l'SDK

Video


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