Peremhálózati erőforrások elérése 5G NR V2X hibrid hozzáférési technológiával kollektív érzékelésen alapuló alkalmazásokban
A járműkommunikáció (V2X) láthatóan egyre nagyobb szerepet kap a fejlett vezetéstámogató rendszerekben. Segítségével biztonsági és a közlekedést optimalizáló alkalmazások egyaránt megvalósíthatók, amelyek számos előnyei közül a balesetek súlyosságának és gyakoriságának csökkenését, az úthálózatok optimális kihasználását érdemes kiemelni [1]. A mobilhálózatok rohamos fejlődésével az eredeti, Wi-Fi alapú megoldások alternatívájaként kialakult az LTE technológiára építő megközelítés, a C-V2X (Cellular V2X) [2]. A megoldás kifejezetten csábító V2X kommunikáció lebonyolítására, mert egyszerre kínál lehetőséget az eszközök közötti közvetlen kommunikációra (PC5 interfészen), és a meglévő celluláris infrastruktúra kiaknázására (Uu interfészen). Az előnyök sokszorozódnak az 5G adta rádiós (5G New Radio – NR) és a maghálózatot, valamint az elérhető szolgáltatásokat érintő fejlesztéseknek köszönhetően. A kooperatív V2X szolgáltatások (pl. kooperatív sávváltás, kollektív érzékelés stb.) vagy (részben) centralizált, nagy erőforrásigénnyel rendelkező alkalmazások számára ígéretes támogatási platformot nyújthat a hagyományos felhőarchitektúra kiegészítéseként megjelenő peremhálózati számítástechnika (Multi-Access Edge Computing, MEC). Az 5G NR és a MEC technológiák kombinációjával akár olyan alkalmazások megvalósítása is lehetségessé válik, mint az autonóm járművek távoli vezérlése [3]. Ez a példa remekül érzékelteti a legfontosabb követelményeket: nagy megbízhatóság és sávszélesség, alacsony csomagvesztési arány és késleltetés. Ezek biztosítása jellemzően egyre nehezedik pl. nagyvárosokban, ahol a sűrű forgalom, az épületek okozta változások a jelterjedésben mind befolyásolják a fenti metrikákat, így a V2X szolgáltatások működését. Ezen segíthet a PC5 és Uu interfészek hibrid használatával kiterjeszthető és optimalizálható hozzáférési lehetőségek kiaknázása. A megfelelő infrastrukturális háttérrel kiegészítve (pl. PC5 kommunikációra képes útmenti egységek) a járműveknek több lehetősége van egy MEC szerverrel való kapcsolat létrehozására. A szigorú követelmények kielégítéséhez azonban a hálózatnak dinamikusan kell tudnia kiválasztani a megfelelő interfészt az igényelt szolgáltatásminőség (QoS) garantálásához, beleértve az optimális hálózati útvonal kiválasztását és menedzselését (pl. slicing segítségével).
A MEC platform és a különféle V2X szolgáltatások együttműködése még nem kiforrott, ezért valós implementációk publikusan nehezen érhetők el. Modellek fejlesztésére, validálására azonban léteznek valósághű szimulációs keretrendszerek, amelyek használatával a V2X és a különféle 5G szolgáltatások együttesen vizsgálhatók [4]. Az Artery/OMNeT++ egy, a teljes V2X rétegmodellt implementáló szimulátor, amely kiegészíthető a Simu5G könyvtár 5G modem, maghálózati elemek, és MEC modell implementációival. Az integrált keretrendszer segítségével számos metrika szerint elemezhető a szimulációs forgatókönyvekben tapasztalható QoS különféle modellfelépítések és paraméterezések mellett. Ilyenek lehetnek pl. a Channel Busy Ratio (CBR) a rádiós hozzáférésben, az alkalmazások szempontjából a csomagvesztési arány, vagy a MEC platform szempontjából a terhelés alakulása, skálázódással kapcsolatos mérések. Dolgozatom célja a rendelkezésre álló keretrendszer modelljének kiegészítése PC5 kommunikációra képes elemekkel, amelyekben a kontroll sík is kellően részletesen van modellezve ahhoz, hogy a fentebb leírt dinamikus interfészváltás bizonyos technikái szimulálhatóak legyenek. A kiegészített modellt felhasználva további cél egy kooperatív érzékelésen alapuló alkalmazás létrehozása, hogy az bármely interfészen keresztül képes legyen Collective Perception Message (CPM) üzenetek továbbítására egy MEC szolgáltatás felé. A részletes vizsgálat a PC5 és Uu interfészek közötti váltások okozta hatások mérésére terjed ki többféle CPM generálási szabály mellett. A csatornák telítődése (CBR) és több QoS metrika (késleltetés, csomagvesztés) használatával tervezem elemezni az interfészek közötti váltási mechanizmusok egyes kiválasztott alternatíváinak működését.
Hivatkozások:
[1] Petkovics Ármin, Szabó Csaba Attila, Wippelhauser András, Varga Norbert, és Bokor László, „A V2X járműkommunikáció alapjai”, Útügyi Lapok, köt. 8, sz. 14, 2020, doi: 10.36246/UL.2020.2.01.
[2] 3GPP, „Architecture enhancements for V2X services”, 3rd Generation Partnership Project (3GPP), Technical Specification (TS) 23.285. [Online]. Elérhető: http://www.3gpp.org/DynaReport/23285.htm
[3] A. Alalewi, I. Dayoub, és S. Cherkaoui, „On 5G-V2X Use Cases and Enabling Technologies: A Comprehensive Survey”, IEEE Access, köt. 9, o. 107710–107737, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3100472.
[4] G. A. Kovács és L. Bokor, „Implementation of MEC-Assisted Collective Perception in an Integrated Artery/Simu5G Simulation Framework”, Sensors, köt. 23, sz. 18, 2023, doi: 10.3390/s23187968.
szerző
-
Kovács Gergely Attila
Mérnök informatikus szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulens
-
Dr. Bokor László
egyetemi docens, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
