inceput+4G

Univeristatea Politehnica, Facultatea de Transporturi

Abstract

Comunicatiile v2v(vehicul catre vehicul) si cele v2i(vehicul catre infrastructura) sunt un tipuri speciale de comunicatii care se realizeaza prin intermediul retelelor de telefonie mobila sau prin intermediul retelelor wireless ad-hoc ce includ dispozitive de comunicare fara fir cu raza scurta de actiune, fiecare dintre ele reprezentand un vehicul rutier sau un dispozitiv static. Retelele v2v si v2i reprezinta un domeniu de cercetare de interes datorita avantajelor pe care le aduc in dezvoltarea aplicatiilor de optimizare a traficului, cresterea sigurantei rutiere, diminuarea poluarii in marile aglomeratii urbane si multe altele. Multi specialisti apreciaza ca aceasta forma de retea ad-hoc mobila va deveni din ce in ce mai importanta in urmatorii ani.

1


Introducere

Inventarea autovehiculelor şi dezvoltarea extensivă a sistemelor de drumuri şi a infrastructurii aferente acesteia au o mare influenţă în dezvoltarea continuă a societăţii umane prin mai multă libertate şi mobilitate de mişcare. Dar avantajele care derivă din utilizarea zilnică a autovehiculelor sunt în contradicţie cu consecinţele ce rezultă din accidentele cauzate de trafic. În zilele noastre siguranţa traficului a devenit o temă importantă (atât din punct de vedere social cât şi din punct de vedere economic) care preocupă la cel mai înalt nivel autorităţile. Ritmul efervescent al vietii moderne creeaza necesitatea unei circulatii mereu mai rapide si mai intense. Dezvoltarea alerta a tehnicii si mecanizarii atrage dupa sine cresterea alarmanta a numarului accidentelor rutiere, feroviare, maritime si aeriene, in ciuda masurilor severe luate de organele ordinii publice. Totodata, cresterea alarmanta a accidentelor datorate circulatiei pe caile publice imbraca aspecte caracteristice caracteristice care tind sa imprime amprenta patologiei patologiei specifice vietii moderne a acestui inceput inceput de secol si de mileniu al tehnicii si vitezei. Marile prefaceri economice si sociale, cuceririle stiintei si tehnicii antreneaza dupa ele si serioase modificari in modul de viata a tuturor oamenilor. Ele genereaza continua deplasare a bunurilor, permanenta miscare a oamenilor dintr-un loc in altul, in cadrul schimbului de valori spirituale si materiale. Cresterea miscarii turistice interne si internationale contribuie la intensificarea rapida a traficului rutier, feroviar, aerian, maritim si fluvial. Rata ridicată a accidentelor rutiere din întreaga lume a motivat în mod deosebit implementarea de aplica ții de asis tență a conduc ătorului auto, care să poată face posibil ă r educerea educerea numărului acestora. Pentru a ilustra amploarea acestei probleme să consira numărul de accidente rutiere din statele Uniunii Europe. Statisticile de baz ă oferite de Comisia Europea nă arată că în anul 2010 s-a înregistrat un număr de cca. 1,1 milioane de accidente rutiere soldate cu 30000 de morţi şi aproximativ 1,5 milioane de persoane r ănite. Trendul este unul descendent de-a lungul ultimilor 10 ani, ur mărindu-se reducerea continuă și r ap apidă a acestor evenimente nedorite.

2


Figura 1.1 Evolu ția numărului de accidente soldate cu mor ți sau r ăniți în U.E La baza producerii accidentelor de circulatie stau o serie de factori care, frecvent, se afla intr-o stransa interdependenta. Factorii care determina producerea producerea accidentel accidentelor or de circulatie circulatie rutiera rutiera sunt: Omul vehiculul drumul. Alaturi de acestia actioneaza o serie de factori favorizanti, cum ar fi conditiile meteorologice, mediu rural sau urban, sezonul, conditiile de desfasurare a traficului. Accidentele de trafic rutier datorate factorului uman detin o pondere covarsitoare, reprezentand circa 90% din totalul accidentelor de circulatie, ceea ce a facut sa se confirme ca nu exista accidente de automobile, ci de automobilisti. Pe primele locuri intre cauzele accidentelor rutiere provocate de factorii umani se situeaza, in ordine, excesul de viteza, neatentia conducatorilor auto si a pietonilor, depasirea neregulamentara si conducerea sub influenta bauturilor bauturilor alcoolice. alcoolice. Constructorii de autovehicule sunt intr-o adevarata competitie in ce priveste priveste capacitatile capacitatile tehnice tehnice ale bolizilor bolizilor pe care ii produc. produc. Astfel, Astfel, in functie functie de marca de autovehicul, variaza de exemplu viteza maxima pe care acesta o poate atinge. atinge. O alta cauza importanta a accidentelor de trafic rutier este neatentia manifestata de conducatorii auto. Atentia este insusirea care consta in orientarea si concentrarea activitatii psihice asupra unui anumit obiect sau asupra unei activitati. O secunda de neatentie poate provoca o tragedie.   

3


In statisticile intocmite de cercetatori, oboseala la volan este raspunzatoare pentru producerea a 10-20% din accidentele rutiere. Oboseala poate fi determinata de monotonia drumului, starea sanatatii, lipsa odihnei ş.a. De asemenea, alcoolul este o alta cauza importanta in producerea accidentelor de trafic rutier, actionand cu predilectie asupra sistemului nervos, motiv pentru care primul organ ce are de suferit este creierul. Ajuns in organism in cantitati mai mari alcoolul produce o serie de tulburari psihice ce poarta numele de stare de betie sau ebrietate. Intensitatea acestor tulburari este proportionala cu concentrarea alcoolului in sange. In cadrul circulatiei rutiere autovehiculul prezinta o importanta deosebita, dat fiind faptul ca de starea lui depinde in mare parte, producerea sau evitarea accidentelor de circulatie rutiera. Cele mai importante defectiuni tehnice care determina producerea accidentelor rutiere sunt cele ale: sistemelor de franare directive rulare semnalizare Accidentele cauzate de factorii rutieri specifici caracteristicilor de constructie si de amenajare a cailor de comunicatie (drumuri, sosele, autostrazi) sunt tot mai apasatoare. Amenajarea si adaptarea drumurilor la conditiile de trafic intens pot preveni producerea accidentelor de circulatie. De exemplu, starea proasta a suprastructurii asfaltice, drumuri cu vizibilitate redusa, poduri inguste, intersectiile dintre arterele circulate intens, existenta unor obstacole in imediata apropiere a partii carosabile, reprezinta surse importante de pericol pentru deplasarea vehiculelor si a pietonilor. La acesti factori determinanti ai accidentelor de circulatie rutiera se asociaza si o serie de factori ce pot favoriza producerea evenimentelor de trafic rutier, anume conditiile meteorologice si starea de vizibilitate, intensitatea traficului, sezonul, mediul rural sau urban etc. Vizibilitatea este influentata de natura si caracteristicile drumului public, de conditiile meteorologice, de existenta vegetatiei, de circulatia pe timp de zi sau noapte. Conditiile meteorologice nefavorabile ceata, ploaia, poleiul reduc vizibilitatea, fac drumul alunecos, afectand totodata capacitatea de conducere prin suprasolicitarea sistemului nervos. De asemenea, circulatia pe timp de noapte constituie o conditie favorizanta a producerii accidentelor de circulatie intrucat obstacolele aflate pe lateralele partii carosabile par mai departe decat sunt in realitate. Intensitatea circulatiei variaza in functie de sezon, zile ale saptamanii, ore, influentand conditiile de trafic si favorizand producerea accidentelor rutiere. Pana nu demult, automobilele au fost apogeul ingineriei mecanice. O data cu inovatiile tehnologice a aparut si dorinta producatorilor de a creste    

4


siguranta in trafic, astfel incat autovehiculele au devenit “calculatoare pe roti”, si chiar mai mu l”retele mobile pe roti”. Spre exemplu, o masina moderna are cateva zeci de procesoare interconectate; are de obicei un computer central, precum si un sistem EDR (Event Data Recorder – dispozitiv de stocarea a evenimentelor, asemanator cu “ black box”-urile din avioane), un sistem GPS (Global Positioning System), un sistem de navigare si multe alte sisteme electronice. Producatorii de automobile sunt pe cale sa faca un pas major din punct de vedere informational, lasand masinile sa comunice unele cu altele, precum si cu infrastructura rutiera; in acest fel, o masina va fi mult mai constienta de mediul in care se afla, crescand implicit siguranta si Consecinţele grave şi imediate ale accidentelor optimizand traficul. rutiere petrecute anual in lume pe plan social şi economic duc la necesitatea dezvoltării de noi sisteme de siguranţă activă şi pasivă ale autovehiculelor. Conceptul de comunicaţie intervehiculară este un concept de abordare a siguranţei traficului rutier relativ nou pe plan mondial efectuându-se un număr crescând de studii şi cercetări pe această temă. Una dintre componentele importante ale sistemului de transport rutier o reprezintă sistemele ITS, acestea au ca prim obiectiv reducerea efectelor negative ale traficului. o primă etapă este aceea de dezvoltare a sistemelor de asistenţă individuală, pentru conducătorul vehiculului, urmată de introducerea sistemelor cooperative. aceste sisteme sunt constituite din dispozitive inteligente încorporate sau montate pe vehicule, dotate cu funcţii de comunicaţie.

5


Capitolul 1 – Tehnologii de comunicatie 1.1 V2V si V2I

Sistemele cooperative se bazează pe transferul în timp real a informaţiilor de la vehicul la vehicul (v2v), vehicul la infrastructură (v2i) şi de la infrastructură la vehicul (i2v) prin canale radio (a se vedea figura. 1). Combinând comunicaţiile mobile cu aplicaţii software care sunt instalate pe calculatoare (dispozitive inteligente) la bordul vehiculelor, se pot crea sisteme cooperative care pot furniza servicii cooperative. Aceste servicii au fost împărţite în principal în trei categorii: − servicii cooperative pentru creşterea siguranţei circulaţiei, − servicii cooperative pentru eficientizarea procesului de transport − alte servicii cooperative cu valoare adăugată.

În prezent există două mari tendinţe propuse pentru dezvoltarea sistemelor de siguranţă: - Sisteme de siguranţă pasivă ( care reacţionează în diverse situaţii periculoase pentru a ajuta şoferul să le depăşească sau să protejeze ocupanţii în caz de accident – ex. centurile de siguranţă, air -bag-uri, sisteme de antiblocare a roţilor la frânare ABS etc.); - Sisteme de siguranţă active ( cu rol de a preveni coliziunea dintre două vehicule – ex. ACC sistem de adaptare a distanţei de mers între vehicule). Pentru proiectarea şi dezvoltarea sistemelor de siguranţă activă sunt considerate două modalităţi : - Dezvoltarea de sisteme auto nome care să colecteze şi să analizeze informaţiile legate de mediul exterior din jurul vehiculului (bazate pe sisteme radar, video camere, procesare de imagine etc.); - Proiectarea şi implementarea de sisteme care să schimbe informaţii între vehiculele afla te în trafic. Aceste sisteme denotă dezvoltarea reţelelor de comunicare vehiculară cu funcţii de analiză a datelor transmise de senzori, de a recepţiona datele legate de trafic de la celelalte vehicule participante în trafic, analizarea acestor informaţii şi luarea deciziilor necesare pentru înlăturarea situaţiilor potenţiale cauzatoare de accidente. Prin comunicarea inter vehiculară sistemul comun al schimbului de informaţii permite unui vehicul să obţină informaţii despre celelalte vehicule participante la trafic sau despre potenţiale obstacole, care nu 6


pot fi detectate în timp optim cu ajutorul unor senzori specializaţi cum ar fi sistemele radar sau video camere.

Fig. X.x Comunicatiile vehicul-vehicul(v2v) cuprind o retea wirless(fara fir) in care automobilele isi transimt mesaje reciproc cu informatii despre ceea ce fac. Aceste date fac referire la: viteza, directia de deplasare, locatie, franare sau pierderea stabilitatii.Tehnologia v2v utilizeaza comunicatii dedicate pe raza scurta de actiune(DSRC),un standard stabilit de organizatii,cum ar fi FCC si ISO. Uneori poate fi descris ca fiind o retea WI-FI, insa corect ar fi sa spunem „WI-FI like”. Raza de actiune este de pana la 300 de metri sau 1000 de picioare sau de aproximativ 10 secunde la viteze de autostrada. V2V ar fi o retea de tip mesh, ceea ce inseamna ca fiecare nod (masina,semnal de trafic inteligent) poate trimite, captura si retransmite semnalul. Pe primele masini, avertismentele V2V ar putea ajunge la conducatorul auto ca o alerta,probabil,o lumina rosie care se aprinde in panoul de bord pentru escaladarea problemelor.S-ar putea indica directia amenintarii. Cele mai multe dintre prototipuri au avansat astfel incat frana poate fi actionata automat sau in anumite cazuri autovehiculul poate prelua controlul asupra directiei in jurul unor pericole.Semnalele din trafic sau de la alte dispozitive stationare din trafic sunt numite V2I,sau vechicul infrastructura.Unii producatori auto au proprii lor termeni pentru V2V,cum ar fi auto-to-x care cuprinde alte vehicule si infrastructura. Exista, de asemenea, un impuls pentru termenul”inter net de masini”,”joc de pe”,”internet al obiectelor”,precum si termenul mai larg”auto conectat”care se refera la telematica precum si termenul popular”vorbit intre masini”,care pare a fi castigator afara. 7


Figura 1.2:Comunicatii v2v si v2i

1.2 Aplicatiile care pot rula in cu ajutorul comunicatiei intervehiculare pot fi impartite in doua mari categorii:

i)Aplicatii corelate cu notiunea de siguranta, cum ar fi evitarea coliziunilor si sofatul intr- un stil cooperativ. Caracteristica comuna a acestei clase de aplicatii este importanta in cazul situatiilor critice cand existenta unui serviciu poate impiedica accidente mortale. ii)Alte aplicatii, cum ar fi optimizarea traficului, servicii de plata, servicii bazate pe locatia geografica, accesul la Internet etc. Evident, si in aceasta categorie este necesara implementarea securitatii, in special in cazul serviciilor de plata. 1.3 Tipurile de mesaje care pot fi schimbate pot fi impartite in urmatoarele categorii:

i)Mesaje de informare in trafic – folosite pentru a instiinta soferii asupra conditiilor de trafic dintr-o anumita regiune, astfel afectand in mod indirect siguranta conducatorilor. ii)Mesaje generale legate de siguranta – folosite in cazul sofatului cooperativ in scopul evitarii coliziunilor. 8


iii) Mesaje de responsabilizare – folosite in cazul unor situatii neplacute, cum ar fi accidentele. O proprietate comuna a acestor mesaje este faptul ca sunt de sine statoare si specifice unei zone geografice (nu exista dependenta intre mesaje precum in cazul aplicatiilor de flux media).

1.3 Tehnologii pentru comunicarea vehiculară

În prezent, pentru realizarea comunicării vehiculare sunt propuse următoarele modalităţi: 1. Comunicare vehiculară bazată pe infrastructuri informaţionale dedicate (fig.1.3); 2. Comunicare vehiculară bazată pe sisteme de telefonie celulară (fig.1.4); 3. Comunicar e intervehiculară directă (fig.1.5).

Fig.1.3 . Comunicare vehiculară bazată pe infrastructuri informaţionale

dedicate

9


Fig. 1.5. Comunicare vehiculară bazată pe sisteme de telefonie celulară

Fig. 1.6. Comunicare intervehiculară directă

Concluziile privind analiza modalităţilor de aplicare a sistemelor de comunicare vehiculară sunt prezentate în tabelul 1 [1]. Tabel 1.[1] Comunicare vehiculară

Parametru considerat

Infrastructură informaţională dedicată

Reţele celulare

Comunicare vehiculară directă

Viteză de comunicare

Medie

Mare

Scăzută

Disponibilitate de conectare

Medie

Scăzută

Mare

Rata de transfer a datelor

Medie

Scăzută

Mare

Mare

Mare

Mare

Disponibilitate - locală

10

Univeristatea Politehnica, Facultatea de Transporturi - globală

Scăzută

Medie

Mare

Flexibilitatea conexiunii

Scăzută

Scăzută

Mare

Costuri - costuri iniţiale - costuri operationale

Mare Medie

Mare Mare

Scăzută Scăzută

Aria de acoperire

Medie

Mare

Medie

Medie

Scăzută

Mare

Aplicabilitate în siguranţa traficului rutier

Prin analiza bazată pe îndeplinirea cerinţelor legate de siguranţa activă şi a cerinţelor legate de conceptul de comunicare vehiculară, putem afirma pe baza celor de mai sus că sistemul de comunicare vehiculară directă se dovedeşte a fi cel mai bun sistem pentru a realiza transferul de date şi informaţii legate de siguranţă în trafic dintre vehicule. Utilizarea comunicaţiei directe dintre vehicule nu necesită dezvoltarea sau construcţia infrastructurii cerute ceea ce reprezintă un grad mare de flexibilitate a acesteia. Un astfel de sistem de comunicare integrat vehiculelor poate fi folosit nu doar pe autostrăzi şi drumuri expres modernizate ci poate fi utilizat pe orice tip de drum şi mai ales în orice arie geografică (indiferent de dezvoltarea economică a acesteia). Astfel, comunicarea directă vehiculară deschide oportunităţi în dezvoltarea viitoare a unui sistem dedicat comunicării vehiculare, dezvoltare şi realizare efectuată cu costuri minimale.Implementarea si stemului de comunicare vehiculară necesită dezvoltarea unui protocol de comunicare între vehicule. Structura şi algoritmul protocolului de comunicare este prezentat în figura 4.

11


Figura 4.Structura protocolului de comunicatii Prin acceptarea a diferitelor tipuri de mesaje, protocolul de comunicare oferă atât schimbul de date parametric permanent cât şi eventuale mesaje de avertizare provenind din trafic. Filtrarea acestor informaţii în funcţie de importanţa lor asigură vehiculului receptor obţinerea celor mai relevante informaţii faţă de condiţiile momentane de trafic (fig.5).

Fig.5.

Informaţile transmise între vehicule prin comunicare vehiculară directă

1.5 Comunicatii dedicate pe distanta scurta

In aceasta lucrare am propus un algoritm pentru adaptarea ratelor de mesaje ale vehiculului astfel incat incarcarea canalului este mentinuta la o anumita tinta,folosind feedback-ul binar si o crestere aditiv multiplicativa. DSRC(Comunicatii dedicate pe distanta scurta) este o noua si puternica tehnologie ce permite vehiculelor sa comunice intre ele. DSRC este o tehnologie folosita in S.U.A, in sistemele inteligente pentru transport, pentru comunicare intre vehicule si opereaza in banda de frecventa 5,9 GHz. In Europa, tehnologia analoaga acesteia se numeste cooperare ITS, iar banda de frecventa de operare a acesteia se numeste G5. In particular, vehiculele fac 12


schimb de mesaje pentru a permite ca amenintarile de coliziune sa fie identificate si totodata evitate. Canalul de congestie este o provocare semnificativa deoarece permite ca mesaje importante sa fie pierdute si introduce latenta in modelarea de la startul aplicatiei. Sistemele DSRC de evitare a accidentelor si alte aplicatii de siguranta sunt in curs de dezvoltare in jurul lumii. Comisia Federala pantru Comunicatii S.U.A a alocat in acest scop spectrul de banda de frecventa de 5,9 GHz, cu un singur canal de siguranta dedicat comunicarii vehicul la vehicul(V2V) pentru evitarea accidentelor si siguranta vietii. Pentru a asigura functionarea eficienta a sistemelor de siguranta DSRC in desfasurare,este necesar sa se controleze congestia canalului de siguranta in medii cu densitate mare de vehicule. Masuratori si studii de simulare au aratat ca performanta de comunicare se degradeaza in mod semnificativ in astfel de medii fara controlul congestiei. De exemplu, am raportat masuratori de 71,1% rata de eroare de pachet(PER), cu 360 de noduri de transmisie 10 mesaje de siguranta pe secunda. O astfel de rata mare de eroare de pachet(PER) poate afecta in mod semnificativ capacitatea unui vehicul de a identifica potentialale amenintari de coliziune in timp util. Ca rezultat, controlul congestiei DSRC este un subiect activ de cercetare, inclusiv in S.U.A bazat pe comunicarile de siguranta a vehiculelor 3(VSc3) consortiu, in cooperare cu SUA Departamentrul de Transport. Controlul congestiei pentru comunicatii.DSRC este, de asemenea, subiectul mai multor lucrari publicate. Distributia si transmiterea puterii de control a sistemului de atenuare a congestiei . Transmiterea de putere este de asemenea utilizata pentru controlul congestiei se face pe baza urmatorului principiu:fiecare emitator calculeaza puterea optima de emisie a informatiilor de localizare colectate de la vehiculele invecinate. Filozofia de congestie-control este de a maximiza fiecare actiune a vehiculului cu colegii sai de trafic prin maximizarea canalului tanzitat. Se preferera o alternativa a acestei filozofii, mai exact, cea care limteaza transmisiile de mesaje de siguranta, doar la acelea considerate a fi necesare. De asemenea, credem ca pentru implementarea acestei filozofii, cea mai buna abordare ar fi aceea de a adapta controlul vitezei vehiculului in functie de rata mesajului de siguranta primit din exterior. 1.6 Controlul congestiei - DSRC

In continuare am ales sa vorbesc despre abordarea conceptuala a controlului congestiei, inclusiv comportamentul dorit de retea,variabila de control preferata si cerintele pentru un algoritm. 13


DSRC foloseste standardul IEE 802.11 (CSMA - carrier sense multiple acces / CA - collision avoidance ) si protocolul MAC – medium acces control ,care are posibilitatea de a evita, dar nu de a elimina coliziunile cadru, adica transmisiile care se suprapun in timp si spatiu. Aplictiile de siguranta DSRC se bazeaza pe o capacitate robusta si precisa de a modela viitoarea pozitie a expeditorilor invecinati. Constientizarea existentei celorlalti participanti la trafic este optimizata atunci cand numarul de mesaje de siguranta primite de la fiecare vehicul este maximizat. In aceasta sectiune a lucrarii,am descris obiectivele unui algoritm de control al congestiei pentru a putea controla incarcarea canalului pentru si pentru a adera la o solutie stabila in stare de echilibru. Pentru diferite scenarii(de exemplu:diferenta de varsta, soferi mai tineri si mai in varsta, vehicule de urgenta, biciclete sau pietoni)atingerea unei valori ponderate de greutate ar putea fi ignorata. Ponderea corecta este atinsa atunci cand ratele starilor de echilbru ale vehiculelor care participa la controlul congestiei sunt intr-un raport de greutati specifice,adica: 1 :  …  =1 : :...  , unde  si  reprezinta greutatea si starea de echilibru ale ratei a i vehicule , iar K este numarul total de vehicule.In aceasta sectiune voi descrie algoritmul ponderat-LIMERIC care efectueaza controlul congestiei pentru sistemele DSRC, utilizand un mesaj de actualizare a ratei care este distribuita liniar, proportional cu o eroare adaptiva, reprezentand diferenta dintre valoarea ideala a ratei de mesaj (rg) si valoarea masurata r(t). Ecuatia ratei de mesaje pentru i vehicule utilizand algoritmul LIMERIC este:

 (t ) = (1 - )  (t - 1)  + ( - r (t - 1)), (1) unde  (t) este rata mesajului a i vehicule la momentul t, iar  si  sunt parametrii adaptivi in LIMERIC. Algoritmul adaptiv este stabil atunci cand   ∑=1  < 2 este indeplinita. De retinut este si faptul ca LIMERIC nu are nevoie sa cunoasca estimarile K. In starea de echilibru fiecare nod i tinde catre rata mesajului:

 

  

(+  )

,i=1,2,...K.

(2)

Am adaugat, de asemenea, o tehnica de castig de saturatie, ce permite verificarile care ne dovedesc ca sistemul este stabil, indiferent de K, iar ratele 14


de mesaj tind la valori proportionale cu respectivii parametrii adaptivi  . Trebuie remarcat faptul ca atunci cand toate  sunt egale, conditia de stabilitate (2)   ∑=1  < 2 si rata la starea de echilibru (2) sunt aceleasi ca si starea de stabilitate si rata starii de echilibru si toate nodurile tind la aceeasi rata de echilibru. Se poate remarca faptul ca argoritmul nostru derivat este complet distribuit in natura.

1.8 Aplicatii telematice

Aplicatiile telematice vehiculare vor fi cheia pentru dezvoltarea unor sisteme inteligente pentru transport (SIT) , in vederea realizarii sigurantei si a productivitatii in transporturi. Comunicatiile fara fir si tehnologiile de retea,cum ar fi IEEE 802.11(WI.FI),IEEE 802.16(WiMAX),3G si tehnologiile prin satelit vor fi vitale pentru a sustine comunicatiile de date pentru telematica vehiculara. 



VII(Vehicul-Integrare Infrastructura) propune comunicatii wireless pe banda de fecventa 5,9 GHz pentru utilizarea la automobile Departamentul Transporturilor din S.U.A a propus o arhitectura de sistem pentru dezvoltarea ITS.

Aplicatiile ITS pot fi reprezentate de comunicatiile (V2I) vehicul la infrastructura(marginea drumului) si (V2V) vehicul la vehicul,implica noduri de circulatie pentru vehicule si statii de baza amplasate la marginea drumului si comunicatiile dedicate pe raza scurta,aceste tehnologii pot fi uilizate in cadrul comunicatiilor intre vehicule. Cu standardul DSRC, prin amplasarea unitatilor de bord la fiecare vehicul,se pot trimite sau primi date catre sau de la unitatile de pe marginea drumului(RSU). Cu toate acestea,in cazul in care un vehicul nu poate trimite datele sale la un RSU, acesta poate redirectiona datele sale catre un alt vehicul pana ajung la un RSU, folosind o transmisie multihop. De asemenea, este posibil ca unitatile de bord(OBUs)sa formeze un grup si sa aleaga un lider de grup.In acest caz toti membrii OBU vor trimite mesajele si rapoartele catre liderul lor OBU, care le va agrega si va transmite mesajul/mesajele care rezulta catre unitatile de pe marginea drumului(RSU). Exista mai multe aplicatii pentru acest model de comunicatii , cum ar fi cele de colectare electronica a taxelor, servicii de informare si divertisment,difuzarea mesajelor de siguranta si navigarea pe Web. Pe langa calculatorul de bord si interfata de comunicare,unitatile de la bordul vehiculelor sunt de obicei echipate cu sistem de pozitionare 15


globala(GPS),care ofera informatii despre vehicul,pozitia in timp real,precum si un inregistrator de date de evenimente,care stocheaza date relevante,care in cazul unui accident,pot fi utilizate in analiza criminalistica. Unitatile de pe marginea drumului(RSU) actioneaza ca statii de baza sau puncte de acces si sunt conectate la servere de aplicatii. RSU si serverele pot fi rulate de catre Departamentul de Transport (federale,provincial sau locale), Departamentul de Politie sau furnizori de terte parti. Comunicatiile V2V implica noduri de circulatie pentru vehicule pe un drum care formeaza o retea vehicular ad-hoc(VANET).Acest mod de comunicare este utilizat in principal in sistemul de avertizare de siguranta,informatii despre trafic, sistem, si streaming multimedia. Evitarea coliziunilor, panourile de avertizare , avertizarea de coliziune din intersectii si schimbarea benzii de asistenta sunt exemple de aplicatii ale comunicatiilor V2V.Cele mai multe dintre aplicatiile de siguranta V2Vnecesita transfer scazut de latenta, deoarece se desfasoara intr-un mediu dinamic si imprevizibil. Cele mai multe dintre cercetari au tendinta de a gasi imbunatatiri ale unui astfel de mediu de control al accesului pe protocoale (MAC), strategii de transport si tehnologii fara fir, in scopul de a reduce latenta. Prin definitie, dezvoltarea aplicatiilor telematice de circulatie pentru vehicule,vor fi fara fir.In trecut,a existat un accent pe furnizarea fara fir a serviciilor pentru persoane fizice, astfel incat acestea sa poata lua decizii alternative de ruta intr-un mod mai mult sau mai putin independent. Acestea sunt,in esenta,cererile de prima generatie,in cazul in care utilizatorii sunt autonomi si asumati independent,cum ar fi sistemele simple de directie bazate pe GPS.Obiectivul conceptual al acestei prime generatii de aplicatii este de a defini sau de a identifica,iar apoi de a reproduce sau de a reprezenta un parametru masurat(de exemplu:locatia)inapoi la utilizator. Fara indoiala ,multi si-au imaginat ziua, cand va fi construit un proiect de lege cu un GPS/Accelerometru care sa detecteze:infractiunile,parcarile,excesul de viteza,conducerea periculoasa,combinat cu un micro-proiect de lege pentru fiecare incalcare de lege. Aplicatiile telematice de circulatie pentru vehiculele timpurii au fost/sunt centrate pe utilizator, pe cand acestea din urma vin aparent dintro”brava lume noua”. In aceasta lucrare se prezinta dezvoltarea unui studiu cu privire la problemele de cercetare si abordarile posibile pentru a face fata acestor provocari pentru vehicule telematice prin retelele fara fir eterogene. 16


Acest sondaj include conceptele avute in vedere si analizate in colectiile existente de lucrari obtinute ca rezultat a unor cercetari recente si a unor proiecte in curs de desfasurare.Bazat pe informatiile disponibile publicate,in aceasta lucrare se sumarizeaza domeniul de aplicare si scopul in care au fost folosite aceste aplicatii in proiecte care au inclus discutii despre comunicatii intervehiculare(V2V) si comunicatii vehicul la infrastructura(V2I). Sectiunea urmatoare descrie diferite tipuri de aplicatii telematice vehiculare si cerintele acestora. Se anticipeaza trei tipuri generale de aplicatii care urmeaza sa fie dezvoltate prin intermediul retelelor de circulatie pentru vehicule,cererile de aplicatie sunt primul tip de aplicatii care imbunatatesc siguranta pasagerilor de pe drumuri prin notificarea vehiculelor cu privire la orice situatie periculoasa din vecinatatea lor.Exemple bine-cunoscute sunt avertizarile de coliziune cum ar fi notificari despre accidente de masini in lant,avertizari cu privire la conditiile de drum,cum ar fi drum alunecos,avertizare de apropiere a unui vehicul de urgenta. Principala preocupare aici este gasirea latentei scazute,metode sigure si eficiente de diseminare a datelor de siguranta intre vehiculele invecinate. Un alt tip de aplicatii sunt acele aplicatii de trafic care necesita implementarea sistemelor informatice de trafic(TISs), care efectueaza gestionarea traficului auto si le ofera conducatorilor informatii cu privire la situatia din trafic si informatii rutiere.Soferii folosesc aceste informatii pentru a evita aglomerarea si pentru a gasi calea cu intarziere minima pentru destinatiile alese. Cu alte cuvinte TISs vizeaza echilibrarea traficului vehicular pe strazi,in scopul de a utiliza capacitatea strazilor si a intersectiilor in mod eficient si,prin urmare,a salva vietile si de a reduce timpul de calatorie si risipa de energie. Una dintre functiile TISs este auto-organizarea sistemului de informatii de trafic (SOTIS) ,in care fiecare drum este impartit in mai multe segmente,iar vehiculele expediaza valoarea vitezei medii ale segmentelor periodic. TrafficView este un alt TISs care are un mecanism similar cu SOTIS, dar in schimb, in afara de vitezele medii pe care vehiculele le difuzeaza pe segmente,acestea dau si informatii despre locatie si vitezele lor individuale periodic.Autorii SOTIS au extins ideea dezvoltarii acetui sistem,pentru a crea un segment orientat spre captarea si diseminarea datelor(SODAD).

17


Toate aceste studii sunt complet ad-hoc TISs si sufera din cauza intarzierilor mari,la distante relativ mari si care nu au un mecanism fiabil pntru a ne asigura ca fiecare vehiul este prevazut cu toate informatiile din trafic de care are nevoie.Coexistenta infrastructurii bazata pe comunicatii fara fir,ad-hoc ar putea depasi aceste probleme. Ar trebui abordat un algoritm de agregare a datelor TISs,folosit pentru a include cat mai multe informatii despre trafic posibile. Al treilea tip de aplicatii vehiculare sunt aplicatiile care nu privesc siguranta,numite de asemenea si aplicatii de confort sau de divertisment.Aplicatiile non-siguranta sunt variate,de la timp real la timp ireal,streaming multimedia si comunicatii interactive,cum ar fi:video conferinte,jocuri interactive,aplicatii pentru locatiile de pe marginea drumului,cum ar fi:liste de preturi de la restaurant sau benzinarii,informatii meteorologice sau acces la internet cum ar fi:transferul de date,navigare pe web,descarcare muzica.De retinut este faptul ca streaming-ul multimedia este utilizat pentru o gama larga de aplicatii.Chiar si in trafic sau in aplicatiile de siguranta situatia traficului sau mesajele de siguranta pot fi generate de senzorii video care sunt deja instalati de-a lungul soselei. Contrar aplicatiilor de telematica vehiculara de prima generatie, urmatoarele generatii de aplicatii fara fir valorifica extragerea de date de la o flota de vehicule multiple.Exploatarea datelor din cele extrase poate ajuta la o sustinere mai buna a deciziilor dificil de luat in legatura cu predictia comportamentului situatiilor de urgenta.Obiectivul conceptual al acestei a doua generatie de aplicatii este de a traduce sau de a converti date de la mai multe surse,iar apoi sa estimeze sau sa induca conditiile existente inapoi la utilizatori,precum si catre partile terte interesate. Exemple de astfel de aplicatii includ sistemele de siguranta de pe autostrada unde relatiile intervehiculare fara fir sunt utilizate pentru a impiedica sau a opri traficul din sens opus in cazul in care este produs un accident(avertizare de coliziune).Acestea sunt aplicatii construite pe straturi din tehnologiile cele mai sofisticate cu vehicule care au implementate sisteme de siguranta si care conduc la dezvoltare. In plus, exista o clasa de aplicatii care se bazeaza pe deductia de la sonde, unde intentia este de a capta o parte semnificativa din punct de vedere statistic a comportamentului vehiculului.Aplicatiile includ infrastructura de monitorizare ,precum si prelevarea de date empirice de intrare pentru controlul fluxului de trafic. In aplicatia de monitorizare a starii infrastructurii, flota de vehicule, cum ar fi autobuzele, li se incorporeaza senori suplimentari pe langa cei pe 18


care ii au in mod obisnuit la bord.Exemple pot fi anozii de sacrificiu, accelerometrele sau traductoare cuplate cu GPS.Acestea pot colecta date pentru a furniza informatii cu privire la integritatea structurala a vehiculului pentru diferite trasee precum si pentru diferiti soferi. Un exemplu de estimare a factorului de emisie poate fi similar cu arhitectura aplicatiei de monitorizare a starii infrastructurii.

19

Univeristatea Politehnica, Facultatea de Transporturi Capitolul 2. 4G

2.Reteaua mobila 4G

4G reprezinta un termen de marketing folosit de furnizorii de servicii pentru a descrie ”a patra generatie” de servicii wireless. Concret, tehnologia ofera viteze de patru pana la zece ori mai mari decat cele oferite de retelele 3G. Exista doua tehnologii principale care stau la baza 4G: WiMax si Long Term Evolution (LTE) . WiMax este un standard dezvoltat de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Dezvoltarea standardului LTE sta in sarcina 3GPP, industrie ce sprijina furnizorii care folosesc GSM, tehnologia curenta pentru comunicarea celulara. Atat WiMax, cat si LTE se bazeaza pe tehnologii avansate de antena, pentru imbunatatirea receptiei semnalului si a performantei, sprijinindu-se pe diferite tipuri de wireless spectrum. 2.1Istoria retelelor 4G si a celor premergatoare acesteia Legaturile de comunicatii mobile terestre apar intre cele doua Razboaie Mondiale ca - de exemplu comunicatiile mobile ale politiei din SUA (1921) in banda de 2 MHz sau sistemul de comunicatie mobil din New York (1932). 20


Dupa cel de al doilea Razboi Mondial si pana la aparitia sistemelor mobile celulare, se pot cita cateva realizari importante ca sistemul B (Germania 1971), sistemul Loran (destinat navigatiei maritime, 1958), sistemul Shinkansen (Japonia 1964, pentru trenul de mare viteza), sistemul IMTS (SUA, 1969). Comunicatiile mobile s-au dezvoltat brusc dupa aparitia circuitelor integrate si miniaturizarea componentelor electronice. Pentru realizarea unor retele de dimensiuni mari, cu multi utilizatori, avand la dispozitie o banda de frecvente limitata, s-a trecut la folosirea acoperirii celulare.

2.2 Cele 4 generatii de comunicatii mobile

Sistemele celulare de comunicatii mobile GSM au fost dezvoltate, pana in prezent, in 4 generatii distincte:

– vocal. Acesta cuprinde sisteme ca NMT, AMPS, TACS etc. si a aparut in 1980. Erau sisteme cu prelucrarea analogica a semnalului, functionand in benzile de 450 MHz sau de 800-900 MHz.In prezent sistemele de generatia 1 sunt la finalul „carierei”, fiind scoase din exploatare in multe dintre tarile in care au functionat. Prima Generatie (1G) : era destinata sa ofere un singur serviciu

A Doua Generatie (2G) : initial destinata sa ofere servicii vocale,

avand in acelasi timp si o capacitate limitata pentru serviciile de transmisii de date, cu viteza relativ redusa. Sunt sisteme cu prelucrare digitala a semnalului, cu functionare in benzile de 900 MHz si 1800 MHz. Ca exemple de astfel de sisteme sunt GSM, D-AMPS etc. Primele sisteme GSM au fost introduse in exploatare in 1991.Sistem ele 2G sunt in prezent la „apogeul” dezvoltarii lor.In evolutia 2G se pot pune in evidenta trei faze de dezvoltare: 1, 2 si 2+. In faza 2+, GSM ofera posibilitatea sporirii vitezei de transmisie a datelor prin introducerea unor procedee speciale ca HSCSD si GPRS. Astfel, prin folosirea transmisiei cu pachete de date, prin procedeul GPRS, viteza de transmisie a datelor poate fi de pana la 172 kbit/s (prin comparatie cu viteza de 14,4 kbit/s oferitain faza 1 de dezvoltare). Devine astfel posibila realizarea unor transmisii de tip multimedia. A Treia Generatie (3G) : ofera viteze de transmisie sporita, de pana la

2 Mbit/s (in unele variante pana la 8 Mbit/s) si prezinta posibilitati multiple pentru servicii multimedia de calitate si pentru operare in medii diferite. 21


Sunt sisteme cu prelucrarea digitala a semnalului, ce functioneazain banda de 2 GHz. Exemple de asemenea sisteme sunt WCDMA si TD/CDMA, ambele in varianta europeana pentru interfata UTRA, WCDMA in varianta japoneza, CDMA2000 (S.U.A) etc. La nivel mondial, 3G este desemnat si ca IMT-2000. iar varianta dezvoltatain Europa este denumita UMTS. Introducerea in exploatarea a primelor sisteme 3G a fost realizata in 20012002, fiind deci la inceputul evolutiei. La baza dezvoltarii 3G se afla sistemele 2G. Astfel, GSM in variantele 2 si 2+ vor fi treptat integrate in 3G, dezvoltarea UTRA fiind realizata tocmai pornind de la interfat a GSM. Intre diferitele sisteme 3G se incearca, in prezent, realizarea unei compatibilitati cat mai bune. A Patra Generatie(4G) reprezinta o diferenta uriasa fata de 3G. Viteza creste de la 7,2 Mbps sau, in orasele mari, 21,3 Mbps la 100 si

chiar 300 Mbps. Latenta scade semnificativ, adica legaturile se fac mai rapid si serverele vor raspunde imediat la solicitari. Paginile se vor incarca mai rapid, indiferent daca transferi 2 kB sau 2 MB. Benzile de 800, 900, 1800, 2100 si 2600 MHz sunt denumiri generice. Sunt ca un brand. Nu emite nimeni cu exactitate pe 2600 MHz si atat, ci fiecare operator are niste canale care pot avea intre 10 si 30 MHz undeva in jurul valorii de 2600 MHz. De exemplu, in Germania prin banda 2600 MHz se intelege de fapt banda 2500 – 2690 MHz, in care functioneaza retelele a patru operatori diferiti. In Romania s-au cumparat canale in aceste benzi generice. Blocurile cumparate de operatorii de telefonie din Romania aveau latimea de 10 Mhz in banda de 800, 12,5 MHz in cea de 900, cate doua de 10, 15 si 30 Mhz in cea de 1800 si tot asa. Neimportant pentru utilizatori, ci conteaza doar pentru operatori, deoarece au ceva impact la cat de aglomerata poate fi reteaua intrun anume punct.

2.3Particularitati ale retelei 4G

Caracteristica principală a 4G este reprezentată de controlul utilizatorului in ceea ce priveste serviciile pe care le poate gestiona în funcţie de pachetul de servicii la care s-a abonat. Utilizatorul va avea libertatea de a selecta serviciul dorit, cu un indice de calitate dorit, la un preţ acceptabil, oriunde şi oricând. Caracteristici : 22

Univeristatea Politehnica, Facultatea de Transporturi 

Tehnicile de transmise pe stratul fizic sunt urmatoarele:

- MIMO: Pentru a atinge eficienta spectrala ultra ridicata prin intermediul procesarii spatiale, incusiv multi-antene si multi-user MIMO; - Frequency-domain-equalization pentru modularea multi-carrier (OFDM) in downlink sau un singur operator de transport single-carrier frequency (SC-FDE) in uplink: pentru a exploata frecventa canalului selectat fara o egalizare complexa; - Domeniu de frecventa de multiplexare static, de exemplu OFDMA sau single-carrier FDMA in uplink: rata bitilor variabila prin atribuirea de diferite sub-canale pentru utilizatori diferiti in functii de conditiile existene in canalul respective - Principiul Turbo al codurilor corectoare de erori: pentru minimizarea SNR-ul necesar in partea de receptie. 

  

Channel-dependent scheduling: pentru a permite utilizarea canalelor variante in timp; Adaptarea retelei: modulatie adaptive si noduri de corectare a erorilor; Mobile-IP utilizat pentru mobilitate; Femtocells bazare pe IP (noduri home conectate la infrastructura de banda larga a Internetului).

2.4 Reglementari IMT-Advanced

Retelele4G trebuie sa respecte reglementarile IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications Advanced): - Trebuie sa aiba peak data rate de aproximativ 100 Mbit/s pentru mobilitate; - Trebuie sa utilizeze si share-uiasca dynamic resursele retelei pentru a suporta mai multe utilizatori simultan pe o celula; - Benzi de frecventa de 5-20 MHz (optional si 40 MHz); - Eficienta spectrala varf de 15 bit/s/Hz in downlink, 6.75 bit/s/Hz in uplink (1 Gbit/s in downlink ar trebui sa poata opera pe o latime de banda de <67 MHz); - Eficienta spectrala a sistemului trebuie sa fie de pana la 3bit/s/HZ/cell in downlink si 2.25 bit/s/Hz/cel in interiorul unei incaperi; In cadrul sumitului International Teleecommunication Union (ITU) cand a fost oficial propusa/lanasata tehnologia 4G au fost prezentate 2 standarde 23


tehnologice pe care sebaza aceasta: LTE Advanced standardizata de 3GPP si 802.16m standardizat de IEEE.

2.5 Suport IPv6

Spre deosebire de 3G care se bazeaza pe doua infrastructure paralele formate din circuite comutate, 4G se bazeaza numai pe comutare de pachete. Acest lucru necesita transmitere de date cu latenta mica.In contextual retelelor 4G, IPv6 este esential pentru a suporta un numar mare de dispozitive wireless. Prin cresterea numarului de adrese IP valabile, IPv6 elimina necesitatea Network Address Translation (NAT), o metoda de a distribui un numar limitat de adrese dintr-un grup mai mare de dispozitive. 2.6Codarea in retelele si tratarea interferentelor 4G

In retelele 4G, in mod teoretic se foloseste codarea de tip DPC-Dirty Paper Coding. Rezultatele acestei codari se aplica pe un canal supus interfentelor, doar in cazul in care interferentele se cunosc in partea transmitatorului: R=s+i+n, unde s este informatia din semnal 24


i reprezinta interferentele iar n reprezinta zgomotul (noise) Capacitatea ce poate fi atinsa cand se foloseste acest tip de codare este log2(1+Ps/Pn), adica aceeasi capacitate ca in cazul in care interferentele nu sunt prezente. A nu se confunda cu pre-anularea interferentelor. DPC-Dirty Paper Coding foloseste urmatorul principiu de functionare: selecteaza un codebook(un set de cuvinte transmise) in functie de interferenta. O schema folosita in practica este cea Tomlinson-Harashima de precodare THP:

Figura 2.2 Schema Tomlinson-Harashima de precodare. Se foloseste modulo f(x), unde d reprezinta informatia, i reprezinta interferenta si k un numar intreg. La receptie se foloseste din nou operatia modulo, extragand interferenta. Apare o degradare din cauza zgomotului:nou operatia modulo, extragand interferenta. Apare o degradare din cauza zgomotului:  

f  x   mod  x 

s d





f d f

 f 

d



i



A 2

 

, A 

A 2

d i kA 



r   f s  i  n   d  n  kA  

n  k A

Din punct de vedere functional schematic, sistemul arata asa:

25


Figura 2.3:Sistemul din punct de vedere schematic Unde dreptunghiul vertical reprezinta canalul de transmisie, fiecare culoare reprezinta receptorul cu emitatorul sau iar interferentele sunt simbolizate prin linii punctate

2.7 Atenuarea semnalelor retelelor 4G

In cadrul retelelor 4G , atenuarea semnalelor este in mare direct proportionala cu patratul frecventei de functionare. Spre exemplu, daca se dubleaza frecventa de transmitere , se va pierde de 4 ori mai mult semnal. Totusi, o frecventa joasa permite penetrare materialelor care in mod normal atenueaza un semnal, astfel, in interiorul unei cladiri moderne din beton este de preferat un semnal de frecventa joasa pentru o acoperire buna. Pentru a vedea atenuarea semnalului printr-un perete de beton, trebuie sa calculam constanta de atenuare alfa:

26


Alfa, constanta de atenuare reprezinta partea reala a constantei de propagare gama, in timp ce , beta, reprezinta constanta de faza si este partea imaginara. Deci pentru un perete de beton putem calcula atenuarea dupa formula :20*log10(exp(-alpha*grosimea)).

2.8 Planul global de implementare al retelelor 4G

Legat de planul global de implementare a retelor 4G se previzioneaza de catre GSMA Intelligence ca numarul de conexiuni 4G-LTE de pe glob va depasi un milliard pana in 2017. Pana in 2017 se asteapta ca LTE va reprezenta una din cele 8 conexiuni din mai mult de 8 miliarde in total previzionate pentru momentul respectiv. La finalul anului 2013 LTE numara aproximativ 176 de milioane de conexiuni. Aproximativ 500 de retele LTE vor fi in functiune in aproximativ 128 de tari, aproape dublu fata de numarul de retele LTE functionale in acest moment.

Figura 2.4 Acoperirea retelelor de telefonie mobila la nivel global

27


Studiile arata ca aproximativ 20 de procente din populatie se afla in momentul de fata intr-o zona cu acoperire 4G. Pe masura ce operatorii de telefonie mobile extind zonele de acoperire, se asteapta ca pana in 2017 mai mult de jumatate din populatia lumii sa poate beneficia de acoperirea 4G. In Statele Unite ale Americii, retele LTE ofera acoperire pe mai mult de 90% din suprafata, comparat cu 47% in Europa si 10% in Asia. Statele Unite detin aproximativ jumatate, mai exact 46% din numarul total de conexiuni LTE. Statele Unite, Corea de Sus si Japonia detin impreuna 80% din totalul LTE. Se asteapta ca Asia va detine aproape jumatate din numarul conexiunilor pana in 2017, deoarece retele LTE incep sa fie puse in functiune in zone cu populatie numeroasa precum India si China. In prezent, jumatate din retele din Corea de Sud sunt de tip LTE, comparat cu Japonia si Statele Unite unde procentul abia atinge 20%. Studiul aceleiasi companii arata ca: -

-

-

-

In majoritatea cazurilor migrarea catre 4G-LTE se produce considerabil mai rapid decat in cazul 2G-3G Utilizatorii retelelor 4G folosesc in medie 1.5GB de date pe lunaaproape dublu fata de alti utilizatori In tarile in curs de dezvoltare, operatorii de retele 4G prevad un profit venit de la utilizatorii acestor retele de 7 pana la 20 de ori mai mare fata de cel venit de la utilizatorii retelelor 3G/2G in timp ce in tarile dezvoltate procentul este de 10 pana la 40 de procente 4 din 5 operatorii care au cumparat frecvente pentru retele 4G incepand cu Ianuarie 2010 au primit deja acele frecvente, fiind sustinuta lansarea retelelor 4G Retelele 4G de pe glob au fost lansate in 12 benzi de frecventa pana azi; 4 din 5 retele functioneaza in una din benzile 700 MHz, 800 MHz, 1800 MHz sau 2600 MHz. Pretul mediu de vanzare pentru smartphone-uri LTE, inainte de alte discount-uri, in tarile dezvoltate a ramas ca si in anii trecuti in medie la 450 de dolari.

28


Figura 2.5:Fragmentarea Spectrului in procente de catre Conexiunile LTE, 2011/15

GSMA Intelligence este sursa pentru predictii, studii si analize detaliate asupra pietei globale de comunicatii mobile. Datele oferite de aceasta companie cuprind fiecare grup de operatori din fiecare tara de pe glob. Reprezinta cel mai precis si complet set de masuratori disponibile pe piata, cuprinzand zeci de milioane de date punctuale, updatate zilnic. O alta sursa de previziuni si analize din domeniu, Wireless Intelligence, mentioneaza ca pana in 2015 este posibil ca retelele LTE sa se regaseasca in 38 de combinatii de frecvente diferite. Predictia e facuta pe baza noilor achizitii de spectre din partea companiilor si reinoirea de licente pentru o gama larga de frecvente. Fragmentarea spectrului reprezinta un potential dezavantaj pentru dezvoltarea pietelor de desfacere pentru smartphone-uri, fabricantii fiind nevoiti sa ofere suport in cadrul dispozitivelor vandute pentru mai multe frecvente. Wireless Intelligence anunta ca vor fi aproximativ 200 de retele LTE functionale in peste 70 de tari pana in 2015, de la 40 de retele din 24 de tari in prezent. In aceeasi perioada Wireless Intelligence anunta o crestere a numarului de conexiuni LTE de la 7 milioane pana la 300 de milioane in aceeasi perioada. In Romania piata de telecomunicatii a continuat in 2013 sa fie una dintre cele mai avansate din Europa prin lansarea serviciilor 4G si prin explozia consumului de internet mobil. Pentru 2014, cel mai mare operator de telefonie mobila din tara, Orange Romania anunta ca va continua sa investeasca in extinderea acoperirii 4G, in sustinerea calitatii intregii retele, 29


dar si in serviciul de televiziune Orange TV, prioritatea fiind reteaua 4G asa cum anunta Jean - François Fallacher, chief executive officer (CEO) Orange Romania. De asemenea Orange Romania a achizitionat frecventele de 800 MHz respective 2600 MHz. Potrivit aceleasi personae mentionate mai sus, marea provocare pentru operatorii din Romania este legata de partea de reglementare, care include scaderea viitoare a tarifelor de interconectare si introducerea de noi taxe. Un alt operator de pe piata din Romania, Vodafone, anunta ca in perioada 2014-2016 investitiile se vor ridica la 45 de milioane de lire sterline, bani care vor fi destinati procesului de accelerare a dezvoltarii retelei 4G. In concluzie, aparitia serviciilor 4G reprezinta un pas logic in evolutia comunicatiilor la nivel global si implicit in Romania. Daca intr-o prima faza, ofertele vor parea exclusiviste datorita costurilor, in timp ele vor devein accesibile publicului larg, urmand precedentul retelei 3G. 2.9 Comparatie intre 4G si alte retele Cat de rapida este reteaua 4G comparativ cu predecesoarea sa, reteaua 3G?

Reteaua 3G (sau “a 3-a Generatie”) reprezinta un standard lansat in Japonia in 2001. La jumatatea anului 2010, majoritatea retelelor din Statele Unite erau de tip 3G. Acest standard a reprezentat o imbunatatire semnificativa fata de predecesorului lui, 2G, oferind rate mult mai mari pentru transferal datelor. Diferenta dintre 4G si 3G insa este slab pusa in valoare deocamdata. Analistii se folosesc pentru a exemplifica diferenta de o paralela cu televiziunea standard vs. televiziunea HD. Tabelul 2.1 Volum date transferate

Rata de Upload maxim Rata de Download

3G Pana la 3.1 Mbps cu o medie de viteza intre 0.5 si 1.5 Mbps

5 Mbps 100 Mbps

4G In mod current, intre 2 si 12 Mbps(reteaua Telstra Austria sustine viteze de pana la 40 Mbps) dar cu un potential estimat intre 100 si 300 Mbps 500 Mbps 1 Gbps 30


maxim Mod de transfer

Schimb de pachete

Arhitectura retelei

Zone largi de celule

Servicii si Aplicatii

CDMA 2000, UMTS, EDGE Folosirea codurilor Turbo

Schimb de pachete/mesaje Integrarea cu WLAN si WAN Winmax2 si LTEAdvance Coduri concatenate pentru corectia erorilor

1.8-2.5 GHz

2-8 GHz

Forward Error Correction(FEC)Corectia erorilor Banda de frecvente

Un studiu efectuat de PCmag.com in SUA asupra vitezelor atinse de retelele disponibile releva urmatoarele:

Figura 2.6:Studiu asupra vitezelor atinse de retelele de telefonie mobila Mai jos este prezentata o comparatie intre standardele 1G, 2G, 2.5G, 3G:

Figura 2.7:Comparatie intre 1G,2G,2.5G,3G 31

Univeristatea Politehnica, Facultatea de Transporturi 2.10 Comparatie: 3G vs 4g

Atat reteaua 3G cat si predecesoare sa 2G au fost proiectate in primul rand pentru comunicatii vocale si in al doilea rand pentru trafic de date. Standardul 4G este proiectat in principal pentru trafic de date, oferind acces mult mai rapid utilizatorilor prin device-uri portabile. Spre exemplu, streaming-ul video merge mult mai rapid si cu o rezolutie mult mai mare printr-o retea 4G. Similar, video conferinta si jocurile online functioneaza cu rate de transfer mult mai bune prin intermediul transmisiei de date 4G. In viata de zi cu zi, vitezele experimentate de catre utilizatori depinde de mult mai multi factori decat protocolul de transmisie 3G sau 4G. Protocolul respectiv se refera la comunicarea intre device si antenna de unde ia semnalul deci reprezinta, practice, doar o piesa din puzzle-ul comunicarii. Vitezele de transfer sunt in cea mai mare parte influentate de factori precum: -

Numarul de turnuri GSM din vecinatate Cati utilizatori folosesc simultan acele turnuri Latimea de banda oferita de acele turnuri pentru conectarea la internet sau la reteaua operatorului de telefonie

Figura 2.8:Benzi de frecventa alocate

32


3G reprezinta in prezent cea mai fiabila metoda de conectare cand vine vorba despre telefoane mobile. 4G reprezinta succesorul standardului 3G, diferentele intre arhitecturile celor doua standard putand fi vizualizate in imaginile de mai jos:

Figura 2.9:Arhitectura 3G

Figura 2.10:Arhitectura 4G Principala diferenta intre 3G si 4G este reprezentata de abandonul comutarii circuitelor o data cu adoptarea noii tehnologii.

33


Tehnologia 3G foloseste un model hibrid de comutare de circuite si schimbare de pachete. Comutarea de circuite reprezinta o tehnica invechita folosita in sistemul de telefonie pentru mult timp. Dezavantajul acestei tehnologii este urmatorul: resursele sunt blocate cat timp conexiunea este activa. Schimbul de pachete este o tehnologie des intalnita la retelele de calculatoare si acum a fost introdusa si in telefonia mobile o data cu standardul 4G. Prin aceasta tehnologie, resursele sunt blocate cat timp se trimite ceva cu ajutorul lor. Eficienta acestei metode permite companiei care ofera serviciul 4G sa transporte mai multe conversatii intre diverse dispozitive pe aceeasi lungime de banda. Astfel, standardul 4G nu mai foloseste comutarea de circuite nici macar pentru convorbiri audio sau video. Toata informatia se transfera sub forma de pachete. Tehnologia 3G este folosita in masa in prezent in timp ce 4G incepe sasi faca simtita prezenta. Un aspect important ca si diferenta intre cele doua este reprezentat de tehnologiile cu care sunt compatibile cele doua standarde. Desi multe companii se grabesc sa anunte ca retelele lor sunt de tip 4G, in realitate, ele nu corespund standardului in sine. Aici ne referim la tehnologii precum LTE, WiMax, UMB, referite adesea ca standard Pre-4G sau 3.9G. Principalul motiv care a generat aceasta schimbare este acelasi care a generat si nevoia de evolutie de la 2G la 3G samd si anume dorinta utilizatorilor de viteza marita si volum de date din ce in ce mai mare. Faptul ca din punct de vedere fizic, viteza nu a putut fi crescuta mai mult la acest moment, a generat o abordare diferita: schimbarea de la comutarea de circuite la transferal de pachete. Ramane sa vedem ce ne rezerva viitorul, putand doar sa facem presupuneri legate de acest aspect.

2.11 Principalele performanţele 3G şi 4G

Condiţi maj i ore ce condiţionează arhitectura Arhitectura reţelei

Banda de frecvenţe

3G (inclusiv 2G+) Transmisii vocale şi date, cu

4G Convergenţa transmisiilor

sporirea accentului pe date Bazată pe celule, pe zone extinse

de date şi voce prin IP Integrare hibridă de reţele WLAN şi de arie mare Benzi de frecvenţe 2-8 GHz dar şi mai sus

Funcţie de ţară, în domeniul 1800-2400 MHz

34

inceput+4G

Recommend Documents