Kooperatív járműkonvojok ETSI ITS-G5 alapú V2X kommunikációjának szimulációs vizsgálata

Szerző: Wippelhauser András

Tanszéki konzulens: Dr. Bokor László, BME-HIT

Ipari konzulens: Váradi András, Commsignia Kft.

Közlekedési rendszereink jelenleg rengeteg kihívással küzdenek, amelyeket mérnöki megoldásokkal is igyekszünk megoldani. Ilyen kihívás például a széndioxid-kibocsátás csökkentése, a balesetek hatékonyabb megelőzése, valamint az egyre nagyobb közlekedési torlódások, és a járművek növekvő száma okozta gondok kezelése. A V2X (Vehicle-to-Anything) jármű-kommunikációs technológiák napjainkban elérték az érettségnek azt a fokát, hogy integrálhatóvá váltak a mindennapi közlekedésbe és az ezen alapuló megoldások képesek lehetnek a fentebb felvetett problémákra választ, megoldásokat találni. A jármű-kommunikáción alapuló alkalmazásokban hatalmas potenciál rejlik közlekedésünk megreformálásában, hatékonyabbá tételében.

Ilyen alkalmazás például a dolgozatom fókuszpontjába állított járműkonvoj alkalmazás is, amelytől azt várjuk, hogy csökkentse a balesetek számát, növelje az autópályák kihasználtságát, csökkentse a torlódások valószínűségét, valamint segítsen csökkenteni a járművek fogyasztását, amivel egyszerre csökken a károsanyag kibocsátás és a tulajdonos/üzemeltető üzemanyagköltsége. A járműkonvoj alkalmazás ötlete azon alapszik, hogy ha több jármű sorban egymás után haladva kis követési távolságot tartva halad, akkor a nem sorvezető járművek a mérsékelt légellenállásnak köszönhetően képesek üzemanyagot megtakarítani, egymást balesetmentesen autonóm, vagy félautonóm üzemmódban követni, a kis követési távolság hatására az utak átbocsátóképességét növelni, valamint a valós idejú, megbízható járműadatoknak köszönhetően a járművek oszcillálását megszűntetni -egyfajta csillapítóként részt véve a közlekedésben- és ezzel a túlzott forgalom miatt keletkezett dugókat megszüntetni.

A kooperatív járműkonvoj alkalmazás során a konvoj első járművének vezérlését megoldottnak tekintjük, ilyen értelemben ez lehet akár autonóm, akár egy professzionális sofőr által vezetett jármű. A konvoj többi járműve úgynevezett kooperatív adaptív menetvezérlést valósít meg, tehát a megfelelő sebességet egy erre tervezett vezérlési algoritmus valósítja meg. Az algoritmusnak egyszerre kell határozottnak lennie, hogy a hirtelen fékezéseket kezelni tudja, de elég finomnak is, hogy a konvoj belengéseit ne vegye át. Ez utóbbi tulajdonságot hívjuk String Stability tulajdonságnak, amivel ha egy jármű nem rendelkezik, akkor nem alkalmas járműkonvoj vezérlésére az alkalmazás, mert ha bizonyos frekvenciával gerjesztik, egyre nagyobb kilengéseket fog produkálni egészen addig, amíg neki nem ütközik egy másik járműnek. Ilyen algoritmusok megalkotásához feltétlenül szükséges kommunikáció, ugyanis az egy matematikailag igazolt tény, hogy nem lehetséges csupán az előttünk haladó jármű ismeretében String Stability tulajdonsággal rendelkező algoritmust készíteni. Ha nem szomszédos járművekről szeretnénk információt szerezni, a kommunikációt meg kell oldani.

A dolgozat során kooperatív járműkonvojok kommunikációját fogom az Arterynek nevezett, OMNeT++ és SUMO alapú, Vanetza és INET protokoll modellekre támaszkodó, diszkrét idejű, eseményvezérelt szimulációs keretrendszerben vizsgálni. A munka során egy, a keretrendszerben eddig elérhető fizikai és MAC modelleknél pontosabb, a u-blox cég által fejlesztett ETSI ITS-G5 implementációt fogok bevezetni az Artery modelljébe. A szimulációs rendszerben különböző vezérlési algoritmusokat fogok vizsgálni, különböző valós, veszélyt jelentő forgatókönyvekben. Ilyen forgatókönyv a hirtelen fékezés, valamint a konvojt vezető jármű szinuszos sebességprofilja, ami a menetvezérlő algoritmusok egy úgynevezett string stability tulajdonságának vizsgálatára alkalmas. A vizsgálat célja az, hogy szimulációs módszerekkel bizonyítsuk a járműkonvoj alkalmazás működőképességét, biztonságosságát leterhelt csatorna esetén is, és így következtetéseket tudjunk levonni az alkalmazás szolgáltatás-minőségre való érzékenységéről.

szerző

Wippelhauser András
Mérnök informatikus szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

Dr. Bokor László
egyetemi docens, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

letöltés
184 kB