Vehículo a todo ( V2X ) es la comunicación entre un vehículo y cualquier entidad que pueda afectar, o pueda verse afectada por, el vehículo. Es un sistema de comunicación vehicular que incorpora otros tipos de comunicación más específicos como V2I (vehículo a infraestructura), V2N (vehículo a red), V2V ( vehículo a vehículo ), V2P (vehículo a peatón) , V2D ( vehículo a dispositivo ) y V2G ( vehículo a red ).
Las principales motivaciones de V2X son la seguridad vial , la eficiencia del tráfico y el ahorro de energía . La NHTSA de EE. UU. Estima una reducción mínima del 13% en los accidentes de tráfico si se implementara un sistema V2V, lo que resultaría en 439,000 choques menos por año. [1] Hay dos tipos de tecnología de comunicación V2X según la tecnología subyacente que se utilice: (1) basada en WLAN y (2) basada en celular .
Historia
La estandarización de V2X basada en WLAN reemplaza a la de los sistemas V2X basados en celulares. IEEE publicó por primera vez la especificación de V2X basada en WLAN ( IEEE 802.11p ) en 2010. [2] Admite la comunicación directa entre vehículos (V2V) y entre vehículos e infraestructura (V2I). Esta tecnología se conoce como comunicación dedicada de corto alcance ( DSRC ). DSRC utiliza la comunicación de radio subyacente proporcionada por 802.11p.
En 2016, Toyota se convirtió en el primer fabricante de automóviles a nivel mundial en introducir automóviles equipados con V2X. Estos vehículos utilizan tecnología DSRC y solo están a la venta en Japón. En 2017, GM se convirtió en el segundo fabricante de automóviles en presentar V2X. GM vende un modelo Cadillac en los Estados Unidos que también está equipado con DSRC V2X.
En 2016, 3GPP publicó especificaciones V2X basadas en LTE como tecnología subyacente. Generalmente se lo conoce como "V2X celular" (C-V2X) para diferenciarse de la tecnología V2X basada en 802.11p. Además de la comunicación directa (V2V, V2I), C-V2X también admite la comunicación de área amplia a través de una red celular (V2N).
En diciembre de 2017, un fabricante de automóviles europeo anunció que implementaría la tecnología V2X basada en 802.11p a partir de 2019. [3] Si bien algunos estudios y análisis en 2017 [3] y 2018, [4] todos realizados por la 5G Automotive Association (5GAA ) - la organización de la industria que apoya y desarrolla la tecnología C-V2X - indica que la tecnología C-V2X basada en celular en modo de comunicación directa es superior a 802.11p en múltiples aspectos, como rendimiento, rango de comunicación y confiabilidad, muchas de estas afirmaciones se disputan, por ejemplo, en un documento técnico publicado por NXP, [5] una de las empresas activas en la tecnología V2X basada en 802.11p, pero también publicado por revistas revisadas por pares. [6]
Resumen de tecnología
802.11p ( DSRC )
La comunicación V2X original utiliza tecnología WLAN y funciona directamente entre vehículos y vehículos (V2V) y la infraestructura de tráfico (V2I), que forman una red ad-hoc vehicular cuando dos transmisores V2X entran dentro del alcance del otro. Por lo tanto, no requiere ninguna infraestructura de comunicación para que los vehículos se comuniquen, lo cual es clave para garantizar la seguridad en áreas remotas o poco desarrolladas. La WLAN es particularmente adecuada para la comunicación V2X , debido a su baja latencia. Transmite mensajes conocidos como Mensajes de Conciencia Cooperativa (CAM) o Mensaje Básico de Seguridad (BSM) y Mensajes de Notificación Ambiental Descentralizada (DENM). Otros mensajes relacionados con la infraestructura de la carretera son el mensaje de sincronización y fase de señal (SPAT), el mensaje de información en el vehículo (IVI) y el mensaje de solicitud de servicio (SRM). El volumen de datos de estos mensajes es muy bajo. La tecnología de radio es parte de la familia de estándares WLAN IEEE 802.11 y se conoce en los EE. UU. Como Acceso inalámbrico en entornos vehiculares (WAVE) y en Europa como ITS-G5. [7] Para complementar el modo de comunicación directa, los vehículos pueden equiparse con tecnologías de comunicación celular tradicionales, que admiten servicios basados en V2N. Esta extensión con V2N se logró en Europa bajo el paraguas de la plataforma C-ITS [8] con sistemas celulares y sistemas de transmisión (TMC / DAB +).
3GPP (C-V2X)
La comunicación V2X más reciente utiliza redes celulares y se denomina V2X celular (o C-V2X) para diferenciarla del V2X basado en WLAN. Ha habido varias organizaciones de la industria, como la Asociación Automotriz 5G (5GAA) que promueven C-V2X debido a sus ventajas sobre V2X basado en WLAN (sin considerar las desventajas al mismo tiempo). [9] C-V2X se define inicialmente como LTE en 3GPP versión 14 y está diseñado para funcionar en varios modos:
- Dispositivo a dispositivo (V2V o V2I) y
- Dispositivo a red (V2N).
En 3GPP Release 15, las funcionalidades de V2X se amplían para admitir 5G . C-V2X incluye soporte de comunicación directa entre vehículos (V2V) y comunicación tradicional basada en red celular. Además, C-V2X proporciona una ruta de migración a sistemas y servicios basados en 5G, lo que implica incompatibilidad y mayores costos en comparación con las soluciones basadas en 4G.
La comunicación directa entre el vehículo y otros dispositivos (V2V, V2I) utiliza la llamada interfaz PC5. PC5 se refiere a un punto de referencia donde el Equipo de Usuario (UE), es decir, el teléfono móvil, se comunica directamente con otro UE a través del canal directo. En este caso, no se requiere la comunicación con la estación base . En el nivel de la arquitectura del sistema, el servicio de proximidad (ProSe) es la característica que especifica la arquitectura de la comunicación directa entre los UE. En las especificaciones 3GPP RAN, "sidelink" es la terminología para referirse a la comunicación directa a través de PC5. La interfaz PC5 se definió originalmente para abordar las necesidades de comunicación de misión crítica para la comunidad de seguridad pública (Public Safety-LTE o PS-LTE) en la versión 13. La motivación de la comunicación de misión crítica fue permitir a las fuerzas del orden público o al rescate de emergencia utilizar la comunicación LTE incluso cuando la infraestructura no está disponible, como en un escenario de desastre natural. En la versión 14 en adelante, el uso de la interfaz PC5 se ha ampliado para satisfacer diversas necesidades del mercado, como la comunicación con dispositivos portátiles como los relojes inteligentes . En C-V2X, la interfaz PC5 se vuelve a aplicar a la comunicación directa en V2V y V2I.
La comunicación del modo 4 de Cellular V2X se basa en un esquema de asignación de recursos distribuidos, a saber, programación semipersistente basada en sensores que programa los recursos de radio de manera autónoma en cada equipo de usuario (UE). [10]
Además de la comunicación directa a través de PC5, C-V2X también permite que el dispositivo C-V2X use la conexión de red celular de la manera tradicional a través de la interfaz Uu. Uu se refiere a la interfaz lógica entre el UE y la estación base. Esto se conoce generalmente como vehículo a red (V2N). V2N es un caso de uso único para C-V2X y no existe en V2X basado en 802.11p dado que este último solo admite comunicación directa. Sin embargo, al igual que el V2X basado en WLAN también en el caso de C-V2X, se requieren dos radios de comunicación para poder comunicarse simultáneamente a través de una interfaz PC5 con estaciones cercanas y a través de la interfaz UU con la red.
Si bien 3GPP define las características de transporte de datos que habilitan V2X, no incluye contenido semántico V2X pero propone el uso de estándares ITS-G5 como CAM, DENM, BSM, etc. sobre las características de transporte de datos 3GPP V2X. [11]
Casos de uso
A través de su comunicación instantánea V2X permite aplicaciones de seguridad vial como (lista no exhaustiva):
- Advertencia de colisión frontal
- Advertencia de cambio de carril / advertencia de punto ciego
- Advertencia de luz de freno eléctrico de emergencia
- Asistente de movimiento de intersección
- Vehículo de emergencia acercándose
- Advertencia de obras viales
- Pelotón
El informe de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) de EE. UU. “Comunicaciones de vehículo a vehículo: preparación de la tecnología V2V para la aplicación” [12] enumera los casos de uso iniciales previstos para los EE. UU. El organismo europeo de normalización ETSI y SAE publicaron estándares sobre lo que consideran casos de uso. [13] [14] Los primeros casos de uso se centran en la seguridad y la eficiencia vial. [15]
A medio plazo, el V2X se percibe como un habilitador clave para la conducción autónoma, suponiendo que se le permita intervenir en la conducción real. En ese caso, los vehículos podrían unirse a los pelotones, como lo hacen los vehículos pesados.
Historial de estandarización
IEEE 802.11p
La comunicación V2X basada en WLAN se basa en un conjunto de estándares redactados por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM). La serie de normas ASTM E 2213 analiza la comunicación inalámbrica para el intercambio de información de alta velocidad entre los propios vehículos y la infraestructura vial. El primer estándar de esta serie se publicó en 2002. Aquí, el acrónimo Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) se utilizó por primera vez para la comunicación V2X.
A partir de 2004, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) comenzó a trabajar en el acceso inalámbrico para vehículos bajo el paraguas de su familia de estándares IEEE 802.11 para redes inalámbricas de área local (WLAN). Su estándar inicial de comunicación inalámbrica para vehículos se conoce como IEEE 802.11py se basa en el trabajo realizado por la ASTM. Más tarde, en 2012, IEEE 802.11p se incorporó a IEEE 802.11.
Alrededor de 2007, cuando IEEE 802.11p se estabilizó, IEEE comenzó a desarrollar la familia de estándares 1609.x para estandarizar aplicaciones y un marco de seguridad [16] (IEEE usa el término WAVE), y poco después SAE comenzó a especificar estándares para aplicaciones de comunicación V2V. SAE usa el término DSRC para esta tecnología (así es como se acuñó el término en los EE. UU.). Paralelamente en ETSI se fundó el comité técnico para el sistema de transporte inteligente (ITS) y comenzó a producir estándares para protocolos y aplicaciones [17] (ETSI acuñó el término ITS-G5). Todos estos estándares se basan en la tecnología IEEE 802.11p.
Entre 2012 y 2013, la Asociación Japonesa de Industrias y Negocios de Radio (ARIB) especificó, también basado en IEEE 802.11, un sistema de comunicación V2V y V2I en la banda de frecuencia de 700 MHz. [18]
En 2015, la UIT publicó un resumen de todos los estándares V2V y V2I que se utilizan en todo el mundo, incluidos los sistemas especificados por ETSI, IEEE, ARIB y TTA (República de Corea, Asociación de Tecnología de Telecomunicaciones). [19]
3GPP
3GPP comenzó el trabajo de estandarización de celulares V2X (C-V2X) en la versión 14 en 2014. Se basa en LTE como tecnología subyacente. Las especificaciones se publicaron en 2017. Debido a que las funcionalidades de este C-V2X se basan en LTE, a menudo se denomina LTE-V2X. El alcance de las funcionalidades admitidas por C-V2X incluye tanto la comunicación directa (V2V, V2I) como la comunicación de red celular de área amplia (V2N).
En la versión 15, 3GPP continuó su estandarización C-V2X para basarse en 5G. Las especificaciones se publicaron en 2018 a medida que se completa la versión 15. Para indicar la tecnología subyacente, el término 5G-V2X se usa a menudo en contraste con V2X basado en LTE (LTE-V2X). En cualquier caso, C-V2X es la terminología genérica que se refiere a la tecnología V2X que utiliza la tecnología celular independientemente de la generación específica de tecnología.
En la versión 16, 3GPP mejora aún más la funcionalidad C-V2X. El trabajo está actualmente en curso. De esta manera, C-V2X está intrínsecamente preparado para el futuro al admitir la ruta de migración a 5G.
Se realizó un estudio y análisis [3] [4] para comparar la efectividad de las tecnologías de comunicación directa entre LTE-V2X PC5 y 802.11p desde la perspectiva de accidente evitado y reducción de lesiones fatales y graves. El estudio muestra que LTE-V2X logra un mayor nivel de prevención de accidentes y reducción de lesiones. [3] También indica que LTE-V2X realiza un mayor porcentaje de entrega exitosa de paquetes y rango de comunicación. Otro resultado de simulación a nivel de enlace y a nivel de sistema indica que, para lograr el mismo rendimiento de enlace para escenarios de línea de visión (LOS) y sin línea de visión (NLOS), una relación señal / ruido más baja (SNR) se pueden lograr mediante la interfaz LTE-V2X PC5 en comparación con IEEE 802.11p. [4]
La solución V2X basada en celulares también brinda la posibilidad de proteger aún más a otros tipos de usuarios de la carretera (por ejemplo, peatones, ciclistas) al tener una interfaz PC5 para integrarse en teléfonos inteligentes, integrando efectivamente a esos usuarios de la carretera en la solución C-ITS general. Vehículo a persona (V2P) incluye escenarios de usuarios vulnerables de la carretera (VRU) para detectar peatones y ciclistas y evitar accidentes y lesiones que involucren a esos usuarios de la carretera.
Dado que tanto la comunicación directa como la comunicación de red celular de área amplia se definen en el mismo estándar (3GPP), es probable que ambos modos de comunicación se integren en un solo chipset. La comercialización de esos conjuntos de chips mejora aún más la economía de escala y genera posibilidades para una gama más amplia de modelos y servicios comerciales que utilizan ambos tipos de comunicaciones.
Historia regulatoria
Estados Unidos
En 1999, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) de EE. UU. Asignó 75 MHz en el espectro de 5.850-5.925 GHz para sistemas de transporte inteligentes. [20] Desde entonces, el Departamento de Transporte de EE. UU. (USDOT) ha estado trabajando con una variedad de partes interesadas en V2X. En 2012 se implementó un proyecto de pre-implementación en Ann Arbor, Michigan. Participaron 2800 vehículos de turismos, motos, autobuses y VHG de diferentes marcas utilizando equipos de diferentes fabricantes. [21] La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de EE. UU. (NHTSA) vio este modelo de implementación como prueba de que la seguridad vial se puede mejorar y que la tecnología estándar WAVE era interoperable. En agosto de 2014, la NHTSA publicó un informe en el que se argumentó que la tecnología de vehículo a vehículo estaba técnicamente probada como lista para su implementación. [12] El 20 de agosto de 2014, la NHTSA publicó un Aviso Anticipado de Propuesta de Reglamentación (ANPRM) en el Registro Federal, [22] argumentando que los beneficios de seguridad de la comunicación V2X solo podrían lograrse si una parte significativa de la flota de vehículos estuviera equipada. Debido a la falta de un beneficio inmediato para los primeros usuarios, la NHTSA propuso una introducción obligatoria. El 25 de junio de 2015, la Cámara de Representantes de EE. UU. Celebró una audiencia sobre el asunto, [23] donde nuevamente la NHTSA, así como otras partes interesadas, defendieron el caso de V2X. [24]
Europa
Para adquirir el espectro en toda la UE, las aplicaciones de radio requieren un estándar armonizado, en el caso de ITS-G5 ETSI EN 302 571, [25] publicado por primera vez en 2008. Un estándar armonizado a su vez requiere un documento de referencia del sistema ETSI, aquí ETSI TR 101 788 . [26] Comisión de la Decisión 2008/671 / CE armoniza el uso de la banda de frecuencias 5 875-5 905 MHz para la seguridad del transporte de sus aplicaciones. [27] En 2010 se adoptó la Directiva ITS 2010/40 / UE [28] . Su objetivo es asegurar que las aplicaciones ITS sean interoperables y puedan operar a través de las fronteras nacionales, define áreas prioritarias para la legislación secundaria, que cubre V2X y requiere que las tecnologías estén maduras. En 2014, el actor de la industria de la Comisión Europea, “C-ITS Deployment Platform”, comenzó a trabajar en un marco regulatorio para V2X en la UE. [29] Identificó enfoques clave para una infraestructura de clave pública (PKI) de seguridad V2X y protección de datos en toda la UE, además de facilitar un estándar de mitigación [30] para evitar interferencias de radio entre V2X basado en ITS-G5 y sistemas de tarificación vial. La Comisión Europea reconoció ITS-G5 como la tecnología de comunicación inicial en su Plan de Acción 5G [31] y el documento explicativo adjunto, [32] para formar un entorno de comunicación consistente en ITS-G5 y comunicación celular según lo previsto por los Estados miembros de la UE. [33] Existen varios proyectos previos al despliegue a nivel de la UE o de los Estados miembros de la UE, como SCOOP @ F, Testfeld Telematik, el banco de pruebas digital Autobahn, el corredor ITS Rotterdam-Viena, Nordic Way, COMPASS4D o C-ROADS. [34] También existen escenarios reales de implementación del estándar V2X. El primer proyecto comercial en el que se utiliza el estándar V2X para el caso de uso de asistencia de movimiento de intersección. Se ha realizado en la ciudad de Brno / República Checa, donde 80 unidades de intersecciones transversales están controladas por el estándar de comunicación V2X de los vehículos de transporte público del municipio de Brno. [35]
Asignación de espectro
La asignación de espectro para C-ITS en varios países se muestra en la siguiente tabla. Debido a la estandarización de V2X en 802.11p anterior a la estandarización de C-V2X en 3GPP , la asignación de espectro se pensó originalmente para el sistema basado en 802.11p. Sin embargo, las regulaciones son tecnológicamente neutrales, por lo que no se excluye la implementación de C-V2X.
País | Espectro (MHz) | Ancho de banda asignado (MHz) |
---|---|---|
Australia | 5855 - 5925 | 70 |
porcelana | 5905 - 5925 (pruebas) | 20 |
Europa | 5875 - 5905 | 30 |
Japón | 755.5-764.5 y 5770-5850 | 9 y 80 |
Corea | 5855 - 5925 | 70 |
Singapur | 5875 - 5925 | 50 |
EE.UU | 5850-5925 | 75 |
Consideración en el período de transición
La implementación de la tecnología V2X (productos basados en C-V2X o 802.11p) ocurrirá gradualmente con el tiempo. Los automóviles nuevos estarán equipados con cualquiera de las dos tecnologías a partir de 2020 y se espera que su proporción en la carretera aumente gradualmente. El Volkswagen Golf de octava generación fue el primer automóvil de pasajeros equipado con tecnología V2X impulsada por tecnología NXP. [36] Mientras tanto, los vehículos existentes (heredados) seguirán existiendo en la carretera. Esto implica que los vehículos con capacidad V2X deberán coexistir con vehículos que no sean V2X (heredados) o con vehículos V2X de tecnología incompatible.
Los principales obstáculos para su adopción son las cuestiones legales y el hecho de que, a menos que casi todos los vehículos lo adopten, su efectividad es limitada. [37] El semanario británico "The Economist" sostiene que la conducción autónoma está más impulsada por las regulaciones que por la tecnología. [38]
Sin embargo, un estudio más reciente [3] indica que existen beneficios en la reducción de los accidentes de tráfico incluso durante el período de transición en el que la tecnología se está adoptando en el mercado.
Ver también
- Sistemas de comunicación vehicular
- IEEE 802.11p
- Celular V2X
- V2V
- V2G
- V2D
Referencias
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enlaces externos
- IEEE 802.11p
- IEEE 1609
- Asociación automotriz 5G
- Consorcio de Computación de Borde Automotriz