شبه های بین خودرویی - vanet

انواع شبكه خودرويي
ارتباط ميان خودروها با دنياي خارج و ارتباط ميان خودروها در هنگام حركت، رؤياي قديمي بشر بوده است و تاريخچه نخستين تلاش ها براي تحقق اين رؤيا به بيش از چهل سال پيش برمي گردد. در آن زمان با نصب يك آنتن روي خودروهاي خاصي مانند خودروهاي پليس يا اورژانس و تنظيم كردن آنتن ها روي يك فركانس خاص در يك محدوده جغرافيايي، سعي مي كردند يك ارتباط راديويي و شبه تلفني را ايجاد كنند. در سال 1999 كميسيون ارتباطات فدرال ايالات متحده (FCC) با تصويب استانداردها و پهناي باند لازم براي ارتباط خودروها با تجهيزات ثابت كنار جاده، عملاً فاز جديدي از شبكه هاي بين خودرويي را ايجاد کرد كه اين حركت با تصويب استاندارد DSRC (سرنام Dedicated Short Range Communications) در سال 2003 تکميل شد. در اين استاندارد پهناي باند 5,9 گيگاهرتز به ارتباطات بين خودرويي اختصاص يافته است و روي اين فركانس بين هفت تا ده كانال (5,850 گيگاهرتز تا 5,926 گيگاهرتز) تعريف مي شود كه يك كانال به صورت ويژه به افزايش ضريب امنيت خودروها و ساير كانال ها به كاربردهاي خاص، اختصاص يافته است. پس از اين رخدادها، انواع ارتباطات ميان خودروها براساس فناوري ها و زيرساخت هاي متفاوت مطرح شده و هريك مسيري جداگانه براي توسعه و مجهز کردن خودروها به امكانات شبكه اي در پيش گرفتند. اگر بخواهيم شبكه هاي خودرويي را براساس رسانه انتقال اطلاعات تقسيم بندي كنيم، به سه دسته كلي مي رسيم: شبکه هاي مبتني بر امواج راديويي (Wireless)، مبتني بر مكان يابي (GPS) و مبتني بر حسگرها و تراشه هاي داخلي تقسيم بندي بعدي شبكه هاي بين خودرويي مي تواند براساس زيرساخت شبكه باشد. در اين تقسيم بندي سه نوع شبكه كلي سلولي، اختصاصي و موردي داريم كه در ادامه دو نوع نخست به صورت اختصار و نوع سوم به صورت کامل بررسي مي شود.

انواع شبكه خودرويي
ارتباط ميان خودروها با دنياي خارج و ارتباط ميان خودروها در هنگام حركت، رؤياي قديمي بشر بوده است و تاريخچه نخستين تلاش ها براي تحقق اين رؤيا به بيش از چهل سال پيش برمي گردد. در آن زمان با نصب يك آنتن روي خودروهاي خاصي مانند خودروهاي پليس يا اورژانس و تنظيم كردن آنتن ها روي يك فركانس خاص در يك محدوده جغرافيايي، سعي مي كردند يك ارتباط راديويي و شبه تلفني را ايجاد كنند. در سال 1999 كميسيون ارتباطات فدرال ايالات متحده (FCC) با تصويب استانداردها و پهناي باند لازم براي ارتباط خودروها با تجهيزات ثابت كنار جاده، عملاً فاز جديدي از شبكه هاي بين خودرويي را ايجاد کرد كه اين حركت با تصويب استاندارد DSRC (سرنام Dedicated Short Range Communications) در سال 2003 تکميل شد. در اين استاندارد پهناي باند 5,9 گيگاهرتز به ارتباطات بين خودرويي اختصاص يافته است و روي اين فركانس بين هفت تا ده كانال (5,850 گيگاهرتز تا 5,926 گيگاهرتز) تعريف مي شود كه يك كانال به صورت ويژه به افزايش ضريب امنيت خودروها و ساير كانال ها به كاربردهاي خاص، اختصاص يافته است. پس از اين رخدادها، انواع ارتباطات ميان خودروها براساس فناوري ها و زيرساخت هاي متفاوت مطرح شده و هريك مسيري جداگانه براي توسعه و مجهز کردن خودروها به امكانات شبكه اي در پيش گرفتند. اگر بخواهيم شبكه هاي خودرويي را براساس رسانه انتقال اطلاعات تقسيم بندي كنيم، به سه دسته كلي مي رسيم: شبکه هاي مبتني بر امواج راديويي (Wireless)، مبتني بر مكان يابي (GPS) و مبتني بر حسگرها و تراشه هاي داخلي تقسيم بندي بعدي شبكه هاي بين خودرويي مي تواند براساس زيرساخت شبكه باشد. در اين تقسيم بندي سه نوع شبكه كلي سلولي، اختصاصي و موردي داريم كه در ادامه دو نوع نخست به صورت اختصار و نوع سوم به صورت کامل بررسي مي شود.
شبكه هاي بين خودرويي موردي
ايده اوليه شبكه هاي VANET (Vehicular Ad Hoc Network) براي نخستين بار در سال 1998 توسط يك گروه مهندسي به نام Delphi Delco Electronics Systems با همكاري شركت آي بي ام مطرح شد. شبكه VANET با استفاده از امواج راديويي انواع ارتباط هاي خودرو به خودرو (V2V) و خودرو به زيرساخت (V2I) را ايجاد مي كند. خودروها به صورت كاملاً خودمختار با يكديگر ارتباط برقرار كرده و يك شبكه غيرساختارمند بي سيم ايجاد مي كنند
تفاوت اصلي شبكه هاي VANET با شبكه هاي سلولي و اختصاصي اين است كه هيچ ايستگاه يا نود مركزي، مديريت و كنترل شبكه را برعهده ندارد و شبكه از يك سري خودرو (در اينجا فرض كنيد نود شبكه) تشكيل شده كه متحرك بوده و جاي ثابتي ندارند و هيچ يك نقش روتر يا اكسس پوينت را بازي نمي كنند. در حقيقت شبكه هاي VANET يك نوع خاص شبكه هاي MANETs (سرنام Mobile Adhoc Networks) هستند كه نودهاي آن خودروها خواهند بود. هر خودرو مي تواند در هر لحظه خودروهاي اطرافش را شناسايي كرده و با اتصال به آن ها يك شبكه تشكيل داده و ارتباطات لازم را برقرار کند. اين خودرو کمي بعدتر با خودروهاي جديد اطرافش يك شبكه ديگر ايجاد خواهد کرد. مبناي اصلي شبكه هاي VANET غيرساختارمند بودن آن ها و استفاده از استاندارد 802.11p و DSRC است. بنابراين اين نوع شبكه ها به سرعت مي توانند تغير توپولوژي داده و با توجه به اين كه از نظر مصرف انرژي و منابع محاسباتي مشكلي ندارند، انعطاف پذيري زيادي ايجاد كنند. براي نمونه، يك خودرو مي تواند همزمان به چندين شبكه VANET متصل باشد و اطلاعات لازم را دريافت كند. محدود ه هاي جغرافيايي شبكه VANET مي تواند دايره هايي به شعاع حداكثر چند كيلومتر باشد و هر خودرو مي تواند براي مثال با خودروهاي جلويي در فاصله دو يا سه كيلومتر ارتباط برقرار كند. بنابراين، يك ويژگي ديگر اين نوع شبكه ها برد كوتاه آن است. در شبكه هاي VANET مي توان به ايستگاه هاي مركزي (BS) يا اينترنت نيز متصل شد و با آن ها تبادل اطلاعات کرد، اما مبناي اصلي شبكه، ارتباطات بين خودرويي است. VANET يكي از اجزاي اصلي سيستم هاي حمل ونقل هوشمند (Intelligent Transportation Systems) است و در چند سال اخير تحقيقات و پروژهش هاي زيادي روي آن انجام شده است و اميدهاي فراواني به آن وجود دارد. علت اين اهميت نيز ارتباط مستقيم اين نوع شبكه ها با ايمني خودروها و ترافيك است.

شبكه هاي خودرويي اختصاصي
در شبكه هاي اختصاصي، يك شركت ثالث مي تواند با نصب تجهيزات ثابت كنار جاده ها يا در تقاطع ها و ايجاد يك سري ايستگاه هاي سرور و نصب رابط ها در خودروها، بين خودروها و دنياي خارج ارتباط برقرار كند(شكل 2). سيستم VICS در ژاپن نمونه اي از اين نوع شبكه ها است كه اطلاعات ترافيكي را از خودروهاي مختلف جمع آوري كرده و به يك سيستم مركزي هدايت مي كند. سيستم مركزي به صورت هوشمند؛ پس از تجزيه و تحليل اطلاعات دريافتي وضعيت ترافيكي جاده ها و خيابان هاي مختلف، اطلاعات مورد نياز ساير راننده ها را استخراج كرده و دوباره به ايستگاه ها كاري كنار جاده ها ارسال مي كند تا خودروها اين اطلاعات را دريافت و براي مسيرهاي بعدي خود تصميم گيري كنند. اين نوع شبكه ها معايب زيادي دارند. هزينه بالاي نصب و راه اندازي تجهيزات و زيرساخت لازم در تمام جاده ها و مراكز اصلي تردد خودروها، تأخير در ارسال و دريافت اطلاعات و تأخير در دسترسي به اطلاعات استخراج شده از وضعيت ترافيكي جاده ها و الگوريتم هاي هوشمند مربوط به محاسبات، برخي از معايب شبكه هاي خودرويي اختصاصي هستند.