Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27) Vidács Attila Távközlési és Médiainformatikai Tsz. I.B.228, T:19-25, [email protected]

Tartalom - 11/03/22 Járművek közötti (V2V) kommunikáció (folyt.)  Közlekedési (ITS) alkalmazási területek  Forgalmi információ terjesztése    



SODAD/SOTIS publish/subscribe VITP SPACE

Balesetmegelőzés  

Naív/IBIA ODAM

2

Közlekedési alkalmazási területek ITS = Intelligent Transportation Systems  Balesetmegelőzés, közlekedésbiztonság  

Cél: elsődlegesen emberi élet védelme! Autópályák 



Kereszteződések 



álló vagy lassan mozgó járművekkel ütközés elsőbbség hiánya, piros lámpák nem betartása

Forgalommenedzsment  

Cél: torlódások elkerülése, utazási idő csökkentése, torlódásból eredő balesetek elkerülése. Forgalom monitorozás 

 

pl: dugófigyelés

Lámpák ütemezése Megkülönböztető jelzésű járművek áthaladása

Közlekedési alkalmazási területek (folyt.) 

Forgalom koordináció és segítés  



Konvojok formálása (pl. autópálya kapacitás növelése) Sávváltás, előzés támogatása

Utazó információs szolgáltatások 

Helyi információk 



Útmenti figyelmeztetések 



pl. térképek, közeli benzinkutak, parkolási lehetőségek, múzeum nyitva tartás, … pl. jeges útszakasz, bukkanók, útfelbontások

Komfort alkalmazások 

Utasok közötti kommunikáció 

 

pl. azonnali üzenetküldés, beszélgetés két autó között

Parkolási- és útdíjak fizetése Adatok rögzítése karbantartás segítésére (szervíz)

Közlekedési alkalmazások 

Két vizsgált alkalmazási terület:  



Forgalmi információk terjesztése Balesetmegelőzés

Információterjesztés taxonómia:






Naív/IBIA ODAM

6

Forgalmi információ terjesztés 

Feladat: forgalmi információ terjesztése infrastruktúra nélküli, többugrásos V2V hálózatokban (MANET)   



Az elárasztás (flooding) látszik a legalkalmasabbnak, de… az üzenetküldések nagy része fölösleges, terheli a rendszert; megbízhatatlan: ez itt szerencsére nem kritikus.

Javaslat: korlátozott elárasztás 

Időbeli: Az üzenetküldések közti idő változtatásával   



Csökkentése az info gyors terjedését eredményezi, viszont nagyobb sávszélesség pazarláshoz vezet. Növelésével csökken a terhelés mértéke, viszont nő az info terjedési ideje és csökken a kommunikáció sikeressége. Példa: SODAD/SOTIS (ld. köv. dia)

Térbeli: a terjesztési területet próbálja optimalizálni  

Olyan helyekre terjesszük az információt, ahol valóban igény van rá Példa: publish/subsribe, VITP, SPACE

7






Naív/IBIA ODAM

8

Forgalmi információ terjesztés: SODAD 

SODAD – Segment-Oriented Data Abstraction and Dissemination (szegmens-alapú adat absztrakció és továbbítás)



Forgalmi információ tipikus tulajdonságai: 

van térbeli komponense; 



fontossága a távolsággal csökken.  



Tipikusan egy helyzetet/állapotot ír le egy adott helyen. Pl. Benzinkút 5 km-en belül / 200 km-re innen. Pl. Jeges útszakasz a kanyar után / a Brenner-hágón.

Feltétel: digitális térkép az autóban  

Az objektumok (pl. utak) szegmensekre osztva, minden szegmens egyedi azonosítóval (segment ID) rendelkezik. 

Pl. Út száma + szegmens száma + irány

Forgalmi információ terjesztés: SODAD

Forgalmi információ terjesztés: SODAD 

Minden jármű frissített adatot generál minden, rádiós sugarán belüli szegmenshez…    



Az (szegmensadat, időbélyeg) párost kell csak terjeszteni. 



információ direkt megfigyelésével/érzékelésével, vagy más járműtől kapott adatokra alapozva, az adatokat összegezve (aggregate), az aktuális időbélyeggel ellátva.

Pl. adaptív üzenetszórással: SOTIS

Az információterjesztés két alapelve: 1.

Helyi üzenetszórás (1-hop) 

2.

nincs direkt címzés, nincs routing!

Alkalmazás szintű „tárold és add tovább” elv  

Az alkalmazás felelős az információ továbbításáért. Csak ha az infó frissebb/pontosabb.

Forgalmi információ terjesztés: SODAD

Forgalmi információ terjesztés: SOTIS 

SOTIS = Self-Organizing Traffic Information System

 

Járművek: digitális rádió, GPS, digitális térkép Tudásbázis: ebben tárolódnak a TTI (Traffic and Travel Information) üzenetek az útszegmensekről. Időbélyeg: meghatározza a TTI információ megbízhatóságát és a pontosságát („frissesség”) Periódikus frissítés üzenetküldéssel

 

13

Forgalmi információ terjesztés: SOTIS

Forgalmi információ terjesztés: SOTIS 

Ú.n. provokált üzenetszórást használ



Adaptív üzenetszórás: a TTI küldési intervallumát változtatja a lokális helyzethez és a másoktól kapott infóhoz viszonyítva.



Alap küldési intervallum:    

Az alap küldési intervallum adaptívan változik. Provokáció: egy olyan észlelt esemény, amely lecsökkenti a következő TTI küldéséig szükséges időt. Elfojtás: egy olyan észlelt esemény, amely megnöveli a következő TTI küldéséig szükséges időt. Tmax = ahol még a leggyorsabban áthaladó járművet is észrevesszük.

15

Forgalmi információ terjesztés SOTIS 

TTI üzenet vételekor megállapítjuk, hogy mi szükséges: provokáció vagy elfojtás provoking event

mollifying event

events

transmission of reports time

reduces update interval Dtprov Tupd T - Dt Tupd upd prov

increases update interval Dtmol Tupd + Dtmol

Tupd

16

Forgalmi információ terjesztés SOTIS 

SOTIS előnyei:    



Lecsökkenti a TTI terjedési késleltetését; a jelentős változások terjedését favorizálja; a rendundáns terjesztéseket kiszűri; kevesebb sávszélességet használ torlódáskor.

Hátrányok:  

A rendszer hatásfoka nagyban függ a paraméterek beállításától. Nagy járműszám és erős provokáció esetén előfordulhat, hogy több jármű is egyszerre csökkenti a küldési intervallumját és üzenetszór  ütközésekhez vezet.

17






Naív/IBIA ODAM

18

Forgalmi információ terjesztés: publish/subscribe   

Ötlet: a TTI terjesztést korlátozni kéne adott terület(ek)re. Javaslat: Publish/subscribe Cél: Csak azok kapják meg a TTI üzenetet, akik ténylegesen érdeklődnek iránta.



Publish/subscribe folyamata: 

Egy jármű feliratkozik (subscribe) egy őt érdeklő témára-ra (topic) 

 

pl: forgalmi dugó információ

Ha egy jármű publikál (publish) egy TTI üzenetet, meghatározza az érdeklődési területet és az érvényességi időt. A topic-ra feliratkozott járművek akkor kapják meg (notify) az üzenetet, ha az érintett területen belül vannak, és az üzenet érvényessége még nem járt le.

Forgalmi információ terjesztés: publish/subscribe 

Megoldandó feladat: Az üzenet megtartása a kijelölt érdeklődési területen belül!  

Így minden érdeklődő megkaphatja az üzenetet (pl. baleset pontos helye) amint belép a területre, és… eltervezheti, hogy hogyan reagál arra (pl. elkerülő út választása).



Megoldás: Az üzenet adott számú másolatának (replica) létrehozása.



Csak azok a járművek terjesztik az információt, amelyeknél megtalálható az egyik ilyen másolat üzenet. 

Előny: kisebb forgalom a teljes elárasztás helyett.


Mielőtt egy másolatot bitrtokló továbbítaná az üzenetet, lekérdezi (polling) a szomszédjait az adott üzenettel kapcsolatban. Lehetséges válaszok: 1. 2. 3.

informált: Már korábban megkapta az üzenetet. érdeklődő: Feliratkozott a témára, de még nem kapta meg az üzenetet. nem érdekelt: Nincs a témára feliratkozva.



Ha van érdeklődő a szomszédok között, üzenetszórással elküldi az üzenetet.



Ha egy replikát birtokló jármű elhagyja a területet, át kell adja a másolatot egy másik járműnek 

Lehetőleg olyannak, amelyik épp a terület felé halad (pl. szembe jön).


Amikor egy másolatot birtokló készül elhagyni a területet: 1. 2.

 

kiválasztja azt a járművet, amely körül a legtöbb érdeklődő található, és… átadja neki a másolatot.

Így a másolatok arrafelé vándorolnak, ahol a leginkább szükség van az információra. Ha egy területen két másolat is van, az egyiket célszerű elírányítani új területek felé.

Forgalmi információ terjesztés: publish/subscribe  

Kérdés: Hány másolat legyen? Válasz: A másolatok száma adaptívan változik.



Minden másolat birtokló statisztikát készít az elmúlt k lekérdezésről (poll). Ha…  



Ha volt legalább egy informálatlan érdeklődő az elmúlt k körben, a másolatot megtartja. Ha volt legalább k informálatlan érdeklődő, egy új másolatot készít és továbbadja azt az új másolat szállítónak (carrier selection mechanism). Ha nem volt érdeklődő, megjelöli a másolatot törlésre.


Példa: Csak azokra a helyekre jut el az információ, ahol valóban szükség van rá.

random

publish/subscribe

24


Publish/subscribe hátrányok:   



A másolat szállítót kiválasztó mechanizmus nem mindig garantálja, hogy az információ eljut az érdeklődőkhöz. A k paraméter beállításától nagyban függ a protokoll teljesítménye. A protokoll teljesítménye erősen topológiafüggő.

Megjegyzés: Figyelembe lehet/kell(?) venni az útvonalhálózatot is az üzenetek terjesztésénél. 

Pl. Egy egyirányú út esetén a „kifelé jövők” nem érdekeltek már az információban, így nem is továbbítják azt.

25






Naív/IBIA ODAM

26

Forgalmi információ terjesztés: VITP 

VITP – Vehicular Information Transport Protocol   



Egy alkalmazás réteg-beli kommunikációs protokoll, helyhez kötött forgalmi információ (pl. dugó, benzinkutak és árak, stb.) terjesztésére. Tipikusan „pull” információkérés.

A forgalmi információ egy lekérdezés (query) által jut el az érdeklődő járműhöz  

A query azon az útvonalon kerül elküldésre, amelyet a jármű navigációs berendezése kiválasztott. Ezáltal a bejárandó útvonal felderítődik, és információhoz jutunk a forgalmi szituációkról.

27

Forgalmi információ terjesztés: VITP

28




A query a célterületre megérkezve feldolgozódik, és az eredmény egy válasz (response) formájában visszajut a járműhöz. A query célterületén lévő járművek kollaboráció alapján fogják a választ legenerálni. 



A kollaboráció elosztott, egy visszatérési feltétel teljesüléséig működik. 



Pl. A célterületen a query-t már üzenetszórással terjesztik a szegmensen belül.

Pl. visszatérési feltételt a query tartalmazza, pl.: 5 autó sebességének az átlaga.

Az információ a rendszerben cache-elve van, ez nagyban javítja a query-k válaszolási sebességét, illetve csökkenti a hálózat terhelését.

29


VITP hátrányok  



Nincs meghatározva, hogy a query-ket milyen messze küldjük be a felderítendő útvonalra. Bizonyos esetekben a query nem megy be a megfelelő mélységbe.  Az illető forgalmi dugóra nem derül fény,  az alternatív útvonal választása nem történik meg időben.

Megjegyzés: Létezik a protokoll „push” kiterjesztése is (pl. baleset információ küldésére)

30

Forgalmi információ terjesztés: VITP Példa: query terjedése

31






Naív/IBIA ODAM

32

Forgalmi információ terjesztés: SPACE  SPACE = SPatially-Aware Congestion Elimination  Cél: Megkeresni azokat a pontokat, amelyeken fontos az információ terjesztése a járműveknek egy bizonyos eseményről (DoI – Domains of Interest)  Pl. útelágazások, ahol alternatív útvonalra lehet rátérni.

33

Forgalmi információ terjesztés: SPACE  Megvizsgáljuk, hogy a dugó helyén átmenő útvonalak milyen alternatív útvonalakat eredményeznek.  Ezeknek az eltereléseknek a pontjáig kell terjeszteni az információt.  Minél nagyobb számú útvonal ment át egy útszegmensen, annál több utazót érint az információ.

 A terjesztési területet offline meghatározva eltároljuk az információkat.  A járművek ez alapján döntik el, hogy részt vegyenek-e az információ továbbküldésében/szállításában.

34

Terjesztési függvény 

Cél: az incidens függvényében különböző fontosságú

pontokba (M1-M3) terjeszteni az információt.  

A pontok meghatározása nincs algoritmizálva; a terjesztés közben figyelembe vesszük az útinfrastruktúrát.

35

Terjesztési függvény  Terjesztési függvény (Propagation function)  A terjesztési függvény a forrás által generált.  A terjesztő nem egy előre definiált trajektoriát ad meg, hanem egy pontonként kiértékelendő függvényt.  A járművek lokálisan kiértékelik a függvényt, és eldöntik, hogy részt vegyenek-e a terjesztésben.  a terjesztési függvény létrehozásakor a forgalmi szituációkat is figyelembe vesszük.

36

Forgalmi információ terjesztés: SPACE

37






Naív/IBIA ODAM

38

Balesetmegelőzés  A balesetek bekövetkeztének 90%-áért a járművezető a felelős.  Oka: nem reagálnak időben a vészhelyzetre  ráfutásos láncbalesetek  A vezető reakcióideje tipikusan 0,75-1,5 sec.  112kmph sebességnél kb. 22-45 m megtétele a reakcióig.

 Cél: 1-es jármű hirtelen fékezésekor a mögötte haladó 2-es és 3-as járműveket időben értesíteni.  Megjegyzés: A többi sávban közlekedő járművek közvetlenül nem érintettek, így azok értesítése nem annyira fontos.

39

Balesetmegelőzés  110 kmph sebesség  32 m követési távolság  0. jármű satufékez  reakcióidő: 1.5sec mindhárom jármű összeütközik!

40

Balesetmegelőzés Vészinfó küldése esetén:  Késleltetések: 0-1: 0,1ms 1-2: 0,1/0,4ms 1-es még mindig ütközik 2-es elkerüli az ütközést de csak a 0,1ms-os terjesztési késleltetésnél!

41

Balesetmegelőzés  Protokoll követelmények:  alkalmazás orientált protokoll tervezés 

Működésük különbözik az alkalmazások igényei alapján.

 megbízható/robusztos átvitel 

Az üzenet átvitelét nagy valószínüséggel kell garantálni.

 gyors üzenetküldés szükséges 

A MAC protokoll erősen befolyásolja!

 Hagyományos ad hoc protokollok nem alkalmasak erre!  Üzenetszórásos és geográfiai-alapú protokollokra van szükség!

42

Balesetmegelőzés  Naív üzenetszórás:  A problémát észlelő jármű periódikusan figyelmeztető üzeneteket küld.  Az üzenetet vevő többi jármű esetén:  

ha az üzenet a menetirányből jött, elkezd fékezni, és… elkezdi periódikusan szórni a figyelmeztetést.

 Problémák:  Nincs mechanizmus arra, hogy elnyomja az üzenet továbbítását.  A továbbításban résztvevő járművek kiválasztása sem megoldott.

43

Balesetmegelőzés  Intelligent Broadcast with Implicit Acknowledgement (Intelligens üzenetszórás implicit nyugtázással)  A naív üzenetszórás nagy üzenetszámát próbálja csökkenteni.  Implicit nyugtázást használ az üzenetek számának csökkentésére. If (üzenet menetirányból jött) If (üzenetet már előbb megkaptuk) Üzenetet Eldobni else jármű sebességét csökkenteni Random ideig várni ugyanarról az eseményről küldött, hátulról érkező üzenetre if (ez a csomag megérkezett) az üzenet már továbbjutott ennél a járműnél, eldobni else do periódikus broadcastja az üzenetnek until ugyanazt az üzenetet vesszük 44

Balesetmegelőzés Intelligent Broadcast with Implicit Acknowledgement  50 jármű  110 kmph  9,6-28,8 méter  IEEE 802.11  64 byte üzenet  periódus: 100ms  random: (0-10) ms

45

Balesetmegelőzés  ODAM = Optimized Dissemination of Alarm Messages  Egyetlen továbbító (relay) jármű választódjék ki.  A továbbító elosztott módon választódjék ki.  A továbbító jármű minél nagyobb területet fedjen le.

46

Infokommunikáció a közlekedésben (VITMJV27)

Recommend Documents