Universitatea Politehnica din Bucureşti Facultatea de Transporturi
Program Master: Sisteme Inteligente pentru Transporturi
Proiect la Dezvoltarea si Managementul Proiectelor Sistemelor Inteligente de Transport
Studiu comparativ privind conexiunea 802.11p si Mobile WiMAX bazat pe retelele de comunicatii V2I
Autori: ing. Florea Aleandru Denis Îndrumător: Pro!. Florin "emtanu
Sumar
Sistemele inteligente de transport (ITS) au fost în curs de dezvoltare inca din anii '80, ca parte a unei strategii globale pentru rezolvarea multor probleme de transport din via#a moderna. ceste sisteme permit oamenilor s! a"ung! la destina#ie într#un mod sigur, eficient, $i confortabil. $entru a atinge acest obiectiv, mai multe te%nologii de acces radio (&T), cum ar fi TS, i*i, i+ $i emisiile pe ,- /z au fost propuse pentru urm!toarea genera#ie SIT. u toate acestea, coe1istenta acestor te%nologii in ve%icule ridica provocarea alegerii celui mai bun sistem de transmisie radio. $entru a rezolva aceasta problema si a defini reguli optime de selectie a te%nologiilor de comunicatie, trebuie facute comparatii intre performantele acestor retele. In aceasta lucrare, se vor compara doua te%nologii 2ireless promitatoare 3 mobile i+ (bazat pe standardul I444 805.67e) si te%nologia cu frecventa frecven ta de ,- /z bazata pe viitorul standard I444 805.66p. Se vor investiga, prin simulari, potentialele si limitarile limitarile ambelor te%nologii ca si mediu de comunicatie pentru transmisiunile ve%icul#infrastructura ve%icul#infrastructura (5I). $erformantele celor doua sisteme vor fi evaluate la diferite viteze de deplasare a ve%iculelor, nivele trafic de date si implementari de retea. Introducere
9n ultimele dou! decenii, mai multe ini#iative, cum ar fi :e# de securitate, precum $i grupuri te%nice sus#inute de organismele de standardizare, cum ar fi grupul de sarcin! I444 805.66p, grupul de lucru IS: T50; 67 $i omitetul Te%nic ITS 4TSI au fost create pentru a rezolva multe din problemele noastre sociale de transport.
•
•
plicatii siguran#a rutier!3 Scopul principal al acestui set de aplica#ii este de a reduce decesele rutiere prin asistarea $i avertizarea conduc!torului auto cu privire la poten#ialele riscuri. ceast! categorie include aplica#iile, cum ar fi de pre#detectare a accidentelor $i avertizarea riscului de coliziune. plicatii pentru eficienta traficului3 aceast! categorie este destinata pentru a diminua co ngestionarea traficului, a"ut=nd la monitorizarea flu1ului de trafic $i prin furnizarea de itinerarii alternative conduc!torilor auto. ceste aplica#ii fac sistemele de transport nu doar mai eficiente, dar, de asemenea, mai ecologice prin optimizarea rutelor $i reducerea emisiilor de gaze. plica#ii cu valoare ad!ugat!3 acestea includ servicii la cerere legate de divertisment, d ivertisment, confort sau de gestionare a ve%iculului. cestea pot fi furnizate fie gratuit, fie contra unei ta1e # care ar putea a"uta la finan#area desf!$urarii unor astfel de re #ele.
9n tabel de mai "os se poate observa c! grupurile de servicii prezentate mai sus au cerin#e diferite(care pot realiza in acest proiect functia de >$I#indicatori de performanta), în ceea ce prive$te gama, înt=rzierea, $i transferul. 9ntr#adev!r, ele acoper! o gam! larg! de aplica#ii care variaz! de la trimiterea ?locala? a unui mesa" mic $i urgent (de e1emplu, pentru a aten#iona un conduc!tor auto cu privire la un accident iminent) la actualizarea unei %!rti de pe dispozitivul de la bord prin desc!rcarea unui fi $ier mare de la un server la distan#!.
Tabel 6
ategoria aplicatiei Siguranta traficului
@atenta scazuta
4ficienta traficului
latenta acceptabila
medie
Servicii cu ta1are
latenta mare
medie
41emplu averitzareAdetectare pre#accident (0ms) avertizare risc de coliziune (600ms) informatii de trafic# itinerariu recomandat (00ms) do2nload update %arti (00ms)
v=nd în vedere cerin#ele contradictorii ale aplica#iilor, mai multe ar%itecturi SIT au fost propuse de v=nd catre ini#iativele de comunica#ii ve%iculare $i organisme de standardizare. 9n special, cele mai multe dintre ele sunt de acord cu privire la necesitatea de a avea o varietate de medii de comunicare. ele dou! ar%itecturi, prezentate în !i"urile 1 #a$ și 1 #b), sunt propuse de Institutul 4uropean de Standarde în Telecomunica Telecomunica#ii (4TSI), $i rupul de lucru IS: T50; 67.
$osibilitatea de a avea diferite te%nologii de comunicare pentru randamentele de comunicare de circula#ie pentru ve%icule, la necesitatea de a în#elege care este cea mai potrivit! în fiecare conte1t specific. 9ntr#adev!r, din moment ce in viitoarul apropiat ve%iculele vor fi ec%ipate cu diferite te%nologii de acces, cunoscand limitele si capabilit!#ilor acestor te%nologii $i $tiind ca disponibilitatea lor sunt factori foarte importan#i pentru a face te%nologia de acces radio (&T) o selec#ie $i o decizie indiferent daca trebuie efectuata o tranzi#ie verticala pentru realizarea celei mai bune comunicari.
&ecent, organismele de standardizare au dat mandat pentru grupuri te%nice pentru a defini cerin#ele de aplicare pentru aplica#ii ITS. ai mult dec=t at=t, modele de afaceri vor fi dezvoltate pentru includerea costurilor $i beneficiilor pentru utilizator la folosirea unei anumite te%nologii fata de alta.ltima pies! necesara este analiza performan#ei diferitelor te%nologii de acces. $rintre aceste te%nologii de comunicare, în aceast! lucrare ne propunem s! compar!m dou! dintre cele mai promi#!toare3 mobile i+ i+ (bazat pe standardul I444 805.67e), 805 .67e), precum $i te%nologia .- /z bazata pe viitorul standard I444 805.66p. Te%nologia Te%nologia bazata pe I444 805.66p 8 05.66p a fost dezvoltata pentru conte1tul specific al re#elelor ve%iculare. 9n special, este de a$teptat s! fie deosebit de potrivita pentru gama medie $i pentru aplica#ii de siguran#! rutier! sensibile la înt=rziere. obile i+, pe de alt! parte, ofer! o alternativ! promi#!toare, datorit! poten#ialului s!u de a oferi o gama ga ma medie spre mare a conectivitatii, suport complet de mobilitate, precum $i rate ridicate de date cu înt=rziere moderata. $e baza acestor caracteristici, cele dou! te%nologii par intrinsec complementare în ceea ce prive$te gama, rata de date $i înt=rziere. u toate acestea, conform cunostintele cuno stintele noastre, aceasta este prima dat! cand performan#a celor dou! te%nologii sunt comparate co mparate prin simulare. :biectivul nostru este de a studia fezabilitatea ambelor te%nologii ca mi"loc de comunicare pentru p entru re#elele de circula#ie pentru ve%icule prin evaluarea performan#elor lor în acela$i mediu de simulare. I444 805.66p este un proiect de modificare a 805.66, al carui proces de standardizare nu a fost finalizat finalizat înc!. 9ntre timp, unele lucr!ri au fost publicate pentru pen tru a introduce acest viitor standard. 9n ceea ce prive$te te%nologia mobil! i+, doar c=teva lucr!ri au încercat s! studieze fezabilitatea acestuia ca un mediu de acces pentru re#elele ve%iculare. $entru a compara i*i i*i $i i+ i+ ca infrastructuri de comunica#ii 5I, unele m!sur!tori au fost efectuate de c!tre %ou si ec%ipa sa. &ezultatele preliminare ale acestor m!sur!tori arat! c!, la distan#e mai mici de 600 m, i*i se comporta mai bine decat i+ în ceea ce prive$te debitul $i de înt=rzierea. : ar%itectur! a fost propusa de guado $i colaboratorii sai pentru desf!$urarea in scenarii 5I a lui mobile i+. 9n prima parte a lucr!rii, autorii au detaliat ar%itectura propus! pe baza unui set de cerin#e, apoi evaluarea performan#elor sale prin simulare. Simul!rile efectuate au ar!tat c! predarea inter#SB in ter#SB (Service ccess Bet2orCs) poate duce la înt=rzieri semnificative în anumite circumstan#e. u toate acestea, ei au ar!tat c! sistemul i+ propus îndepline$te cerin#ele e1igente ale unei aplica#ii în timp real, cum ar fi oI$ $i conferin#e video, astfel plasand mobile i+ ca o solu#ie competitiv! în conte1tul 5I. I%%% 802.11& VS. VS. I%%% 802.1'% A. IEEE 802.11 802.11p p
I444 805.66p este un amendament în curs de desf!$urare al 805.66, care are ca scop standardizarea un set de e1tensii pentru 805.66 pentru a fi adaptat la mediul 5+ (5I $i 5).
banda de frecventa dedicata utilizarii ITS.
B.
IEEE
802.16e
I444 Std 805.67#500; define$te interfa#a pentru sistemele D fi1ate în intervalul de frecven#e 60#77 /z # în cazul în care este necesar! linie de vizare (@:S) G $i sub 66 /z # în cazul în care este posibil non# @:S (B@:S). odificarile actualizate ale I444 805.67e#500 $i e1tensiile I444 Std 805.67#500; pentru spri"inirea statiilor de abonat la vitezele ve%iculare $i, prin urmare, specific! un sistem pentru combinarea accesului in banda larga a comunicatiei fi1e si mobile. Stratul definit de standard este orientat spre cone1iune. *iecare cone1iune este asociata unui flu1 de servicii permis sau activ (S*) ale c!rui caracteristici asigura cerin #ele HoS care se aplica la unit!#ile protocoalelor de date ($<) sc%imbate pe aceast! cone1iune. *lu1urile de incarcare sunt asociate, în plus fa#! de un serviciu de programare, la unul dintre aceste tipuri de planificari tip cerere A oferta3 serviciu de finan#are nesolicitate (S), serviciu de votare în timp real (rt$S), servicii de votare e1tins în timp real(ert$S), serviciu
de votare fara timp real (nrt$S) $i cel mai bun efort (D4). *iecare serviciu programarea este proiectat pentru a satisface cerin#ele HoS ale unei anumite categorii de aplica#ii. 9n plus fa#! de toate caracteristicile de"a acceptate de standardul i+ fi1, modificarea modificarea din 500 introduce un set de accesorii, $i anume în spri"inul predarii $i de securitatii, în scopul adaptarii la un mediu mobil a versiunii e1istente din 500; a standardului. Tabelul Tabelul II sintetizeaz! caracteristicile ambelor te%nologii te%no logii bazate pe mai multe criterii. Tabel 5 standardizare frecventaAlicenta
805.66p proiect ,;F0#,-5 /z liber dar licentiat @icense bJ ruleK
latimea bandei
60/z
suport HoS
; clase ale HoS(e1tensii 4<) fara autentificare la sc%imbul de date. Insa fiecare pac%et este folosit la autentificare prin certificate bazate pe semnaturi digitale SA fara scanare, fara asociere &etea dedicata ve%iculelor (statii ITS)
suport securitate
te%nica de acces media *olosire alte caracteristici suportate
805.67e standard 60#77 /z licentiata sub 66 /z3(5.E, 5., E., .8, etc) ambele licentiate si scutite de licenta depinde de profilul $%J (E., , F. 60%z, etc) clase ale HoS3 S, ert$S, rtps, nrt$S, De protocol de date încapsulate cu un set de seturi criptografice $i protocol $> pentru sincronizarea datelor c%eie între DSs $i Ss T<, *<< sau T<< pot fi folosite de rezidenti, companii, dispozitive personale suport pentru , &H, S, ST si I:
%valuare a per!ormanței
ediu de simulare $i set!ri $entru simulare, s#a folosit simulatorul de re #ea HualBet ;. L6M, care este versiunea comercializate de looSim. Diblioteca ireless ireless avansata propusa de HualBet integreaz! un model de simulare pentru mobile i+, i+, cu spri"inul mai multor caracteristici cum ar fi $/N :*<, moduri de $$ $i T<<, capacitatea de , servicii de planificare HoS, etc. u toate acestea, a cestea, simulatorul nu include un model de 805.66p. $rin urmare, am implementat pentru prima data sc%imbarile necesare ale $/N 805.66a e1istente $i modele 805.66e pentru a le adapta la caietul de sarcini 805.66p. $entru a evalua $i a compara performan#a at=t a mobile i+ i+ $i a te%nologiei 805.66p în conte1t 5I am considerat un scenariu de tip autostrada. Studiul nostru este împ!r #it în trei p!r #i. 9n prima parte s#a m!surat
conectivitatea dintre cele dou! te%nologii în scopul de a determina intervalul de radio între un ve%icul $i o unitate de pe marginea drumului 805.66p (&S), sau o sta#ie de baz! i+ (DS). 9n a doua parte, vom compara performan#a de comunicare a celor dou! te%nologii pe un segment de autostrad! care corespunde lungimii de acoperire a unei DS la sc%imbarea vitezei ve%iculului.
805.66p .8F /z (SE) 60 /z 5E dDm (O500m) 5.; m E dDi 5E dDm(O500 m) 6. m 0 dDi
805.67e E. /z 60 /z EE dDm (O5 ) E5 m 6 dDi 5E dDm(O500 m) 6. m #6 dDi omnidirectional dou a c a i &icean
$entru evaluarea gamei lui 805.66p &S, s#a simulat transmiterea de balize periodice (utiliz=nd canalul de control ,- /z pentru comunicare comunicare 805.66p). onform onform specifica#iilor 4TSI, rata baliza"ului de baz! este setat! la 60 /z $i mesa"ul periodic (de asemenea, numit , adic! mesa" de con$tientizare de cooperare) este de bJtes lung $i con#ine geo#informa#ii. onsider=nd un raport de livrare a pac%etului p ac%etului mai mare de -0P, acoperirea acope rirea razei celulei de 805.66p $i i+ i+ sunt de apro1imativ -00 de d e metri $i, respectiv 7. Cm. $e baza acestor rezultate, am stabilit trei implement!ri de re#ea diferite pentru toate scenariile de simulare luate în considerare. $rima implementare corespunde cazului unei autostr!zi de 6E Cm acoperite integral de o sta#ie de baz! i+. ea de a doua desf!$urare const! în acoperirea completa a aceluiasi linC rutier cu un num!rul ec%ivalent de &Ss 805.66p . 9n cele din urm!, în scopul de a observa efectul de predare asupra performan#ei mobile i+ i+ s#a considerat o a treia implementare care se consider! c! are domeniul reglementat de dou! DS i+. 9n toate scenariile, am considerat o surs! de trafic, care este conectat la &Ss A DS#uri prin leg!turi 4t%ernet de 600 bps (pentru a evita orice bloca" în afara re#elei 805.66p Ai+ Ai+ 5I considerate). considerate). 9n cazul scenariilor 805.66p, am simulat transmiterea datelor pe canalul SE, care este dedicat aplica ap lica#iilor fara siguran#!.
4fectul de cre$tere a num!rului de ve%icule nu este luat! în considerare în aceast! lucrare.
*olosind parametrii de simulare detaliate în sec#iunea de mai sus, s#au considerat dou! scenarii. 6) Scenariul Scenariul 63 Studiul impactul impactului ui sursei ratei ratei de date pentru 805.66p 805.66p A 805.67e 805.67e asupra performant performantei ei retelei retelei 5I3 9n acest prim scenariu, ne#am stabilit viteza medie a ve%iculului la 600 Cmp%, care este o valoare realist! a ve%iculelor pe autostrada. m variat rata traficului de date D& transmis de la surs! la ve%iculul luand în considerare cele trei configura co nfigura#ii de re#ele desf!$urate. cest scenariu se refer! la sarcinile traficului de re#ea care variaz! de la 5 Cbps la 50 bps. m evaluat impactul modificarii ratei de date surs! in ambele cazuri, pe parcursul dar si la sfarsitul intarzierii. In cazul 805.66p, am investigat impactul utiliz!rii &TS A TS asupra performan#ei de transmisie.
necesit! un timp care poate fi negli"at, care afecteaz! media vitezei care r!m=ne mai mic! dec=t cea a scenariului cu un singur DS indiferent de viteza ve%iculului.
edia int=rzierilor 454 de 805.66p $i 805.67e sunt reprezentate grafic în *igura E (b)). Sa ne amintim c! în acest scenariu, rata de date surs! este setat! la 6 bps, astfel înc=t nu e1ist! nici o pierdere de pac%ete datorit! bufferului pentru straturile straturile I$ sau .
9n aceast! lucrare, am studiat poten#ialul $i limit!rile at=t ale mobile i+ $i 805.66p ca mediu de comunicare pentru ve%icule $i infrastructura de comunica#ii (5I). m comparat mai înt=i dou! te%nologii pe baza unor criterii diferite. $rin urmare, am investigat performan#a lor prin simulare. radul de acoperire, debitul mediu, precum $i înt=rzierea end#to#end au fost evaluate pentru diferite viteze ale ve%iculului, rate de date de trafic, $i implement!ri de re#ea. &ezultatele de simulare au eviden#iat pe de o parte competitivitatea mare a te%nologiei mobile i+ în conte1tul comunica#iilor 5I. 9n special, aceasta te%nologie, ofera, nu numai o acoperire radio mare $i rate ridicate de date, dar, de asemenea, înt=rzieri rezonabile si c%iar foarte mici. $e de alt! parte, te%nologia 805.66p este mai potrivita pentru sarcinile de trafic mai mici, unde se ofer! laten#e foarte scurte, c%iar la vitez! mare a ve%iculului.
&ezultatele ob#inute pot fi considerate ca un prim p rim pas pentru definirea unui modul de gestionare eficient! a resurselor comune de radio (&&) pentru re#ele ve%iculare. cestea ar putea fi folosite ulterior drept criterii pre#definite pentru te%nologia de acces radio (&T) (&T) de selec#ie pentru aplica#iile SIT. ctivit!#ile viitoare se vor concentra pe e1tinderea acestui studiu la mediul urban. : analiz! ampl! a performan#ei celor dou! te%nologii vor fi folosite pentru a dezvolta dezvo lta noi algoritmi de selec#ie inteligent! a &T optime pe baza cerin#elor aplica#iilor, sarcina de canal, $i preferin#ele utilizatorului. )iblio"ra!ie
6. I444 $805.66pT $805.66pTA
ris%namac%ari, and >. $sounis. I444 805.66p $erformance 4valuation and $rotocol 4n%ancement. In $roc. of t%e 5008 I444 International onference on e%icular e%icular 4lectronics and SafetJ, pages E6FRE55, Sept. 5008. 6;. @. Stibor, N. ang, and /. &eumerman. Beig%bor%ood evaluation of ve%icular ad#%oc net2orC using I444 805.66p. In $roc. of t%e 6Et% 4uropean ireless ireless onference, pril 500F.
6. . %ou, . @i, . %ien, and >. @an. *easibilitJ StudJ on e%icleto# e%icleto# Infrastructure ommunication3 i*i vs. i+. i+. In $roc. of t%e Tent% International onference on obile ) (I>) and t%e Institute of Transport &esearc% at t%e erman erospace entre. Simulation of rban :bilitJ (S:) 0.-.8, *eb. 5008. %ttp3AAsumo.sourceforge.netA %ttp3AAsumo.sourceforge.netA.. 6-. *. >. >arnadi, . /. o, and an d >. @an. &apid eneration of &ealistic obilitJ odels for B4T. In In $roc. of t%e I444 ireless ommunications and Bet2orCing onference, 500F. B 500F. arc% 500F. 50. %ttp3AAlens6.csie.ncCu.edu.t2A:4Ainde1.%tm %&. 4TSI 4S 505 77E 6.6.0. Intelligent Transport SJstems (ITS)G 4uropean profile standard for t%e
p%Jsical and medium access control laJer of Intelligent Transport Transport SJstems operating in t%e /z freQuencJ band. 5060.
