Tài liệu Nghiên cứu công nghệ c v2x

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- PHẠM MINH TIẾN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ C-V2X LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2018 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- PHẠM MINH TIẾN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ C-V2X CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 8.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG TRUNG KIÊN HÀ NỘI - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sỹ Trương Trung Kiên. Để hoàn thành đồ án, tôi đã sử dụng những tài liệu được ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu tham khảo nào khác mà không được ghi. Tôi xin cam đoan nội dung của luận văn này không giống hoàn toàn với các công trình hay thiết kế tốt nghiệp đã có trước đây. Hà Nội, ngày 23 tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Phạm Minh Tiến ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện, để hoàn thành luận văn này tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy giáo, các anh chị cùng khóa, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô và các anh chị. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông và các thầy giáo, cô giáo đã truyền đạt kiến thức bổ ích giúp tôi nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học, Tiến sỹ Trương Trung Kiên đã dành nhiều thời gian và tâm huyết chỉ dẫn giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, các thầy cô trong khoa Quốc tế và Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập. Do những hạn chế của bản thân cũng như hạn hẹp về thời gian. Luận văn không tránh khỏi những sai sót, tôi mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô và của các bạn. Xin chân thành cảm ơn ! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... ii MỤC LỤC ...........................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT ........................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. x MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ C-V2X ........................................................ 2 1.1 Giới thiệu chung về V2X....................................................................................... 2 1.1.1 Khái niệm cơ bản về V2X. .............................................................................. 2 1.1.2 Phân loại ứng dụng V2X. ............................................................................... 3 1.1.3 Một số nhóm ứng dụng cơ bản của V2X. ...................................................... 5 1.1.4 Những lợi ích của V2X ................................................................................... 5 1.2 Một số yêu cầu đối với triển khai V2X. ............................................................... 7 1.2.1 Các yêu cầu về dịch vụ.................................................................................... 7 1.2.2 Các yêu cầu về bảo mật và quyền riêng tư. ................................................... 9 1.3 Các nền tảng hỗ trợ triển khai V2X. ................................................................... 9 1.3.1 V2X dựa trên công nghệ IEEE802.11. .......................................................... 9 1.3.2 V2X dựa trên mạng di động tế bào (C-V2X) ............................................... 11 1.3.3 So sánh hai nền tảng kỹ thuật ...................................................................... 12 1.4 Công nghệ C-V2X. .............................................................................................. 14 1.4.1 Lộ trình chuẩn hóa của công nghệ C-V2X.................................................. 14 1.4.2 Kiến trúc hệ thống dịch vụ C-V2X ............................................................... 16 1.4.3 Cách thức hoạt động của C-V2X. ................................................................ 17 1.5 Kết luận chương. ................................................................................................. 18 CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G-LTE/5G-NR ..................................................................................................... 19 2.1 Mạng thông tin di động 4G/LTE ....................................................................... 19 2.1.1 Kiến trúc mạng thông tin di động 4G. ......................................................... 19 2.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật chính. ......................................................................... 22 2.1.3 Kỹ thuật đa truy nhập ................................................................................... 25 2.1.4 Một số cải tiến kỹ thuật trong phát hành LTE-Rel.14. ............................... 27 iv 2.2 Mạng thông tin di động 5G/NR.......................................................................... 32 2.2.1 Giới thiệu chung ........................................................................................... 32 2.2.2 Kiến trúc mạng tiêu biểu .............................................................................. 34 2.2.3 Các kỹ thuật tiên tiến trong mạng 5G. ......................................................... 36 2.3 Kết luận chương. ................................................................................................. 41 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ C-V2X DỰA TRÊN MẠNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G-LTE/5G-NR .................................................................................................................. 42 Giải pháp kỹ thuật và kịch bản ứng dụng cho C-V2X dựa trên 4G-LTE.. 42 3.1 3.1.1 Giải pháp kỹ thuật......................................................................................... 42 3.1.2 Kịch bản ứng dụng. ...................................................................................... 45 3.2 Giải pháp kỹ thuật và kịch bản ứng dụng cho C-V2X dựa trên 5G-NR ....... 52 3.2.1 Giải pháp kỹ thuật......................................................................................... 52 3.2.2 Kịch bản ứng dụng. ...................................................................................... 58 3.3 So sánh đánh giá các giải pháp kỹ thuật dành cho C-V2X, đề xuất hướng nghiên cứu và khả năng triển khai tại Việt Nam. ....................................................... 64 3.3.1 So sánh đánh giá các giải pháp kỹ thuật dành cho C-V2X. ....................... 64 3.3.2 Đề xuất hướng nghiên cứu và khả năng triển khai tại Việt Nam. ............. 67 3.4 Kết luận chương. ...................................................................................................... 71 KẾT LUẬN ......................................................................................................................... 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 73 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2G Second Generation Thế hệ thứ hai 3G Third Generation Thế hệ thứ ba 3GPP 3rd Generation Partnership Project Đề án các đối tác thế hệ thứ 3 4G Fourth Generation Thế hệ thứ tư 5G Fifth Generation Thế hệ thứ năm BS Base Station Trạm gốc Cooperative Intelligent Hệ thống vận tải thông minh có Transport Systems hợp tác Cycle Prefix Tiền sửa lỗi vòng Channel State Information Thông tin trạng thái kênh có tín Reference Signal hiệu tham chiếu Carrier Sense Multiple Access - Đa truy nhập cảm biến sóng Collision Avoidance mang tránh xung đột C-ITS CP CSI-RS CSMA-CA Ô tô với vạn vật trên nền tảng C-V2X Cellular - Vehicle to Everything D2D Device to Device Thiết bị tới thiết bị Dedicated Short Range Giao tiếp phạm vi ngắn dành Communication riêng DSRC eMTC EPC E-UTRAN FDM enhanced Machine Type Communications Evolved Packet Core Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network Frequency Division mạng tế bào Giao tiếp dạng máy cải tiến Mạng lõi chuyển mạch gói cải tiến Mạng truy nhập toàn cầu cải tiến Ghép kênh theo tần số vi Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Multiplexing FDMA GSM Frequency Division Multiple Đa truy nhập phân chia theo tần Access số Global System for Mobile Communications Thông tin di động toàn cầu Hybrid Automatic Repeat Cơ chế lai yêu cầu truyền lại tự Request động HMI Human Machine Interface Giao diện người và máy HSPA High Speed Packet Access Truy nhập gói tốc độ cao HSS Home Subscriber Server IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược nhanh IoT Internet of Things Vạn vật kết nối interet IP Internet Protocol Giao thức liên kết mạng HARQ ITS Intelligent Transportation System Máy chủ đăng kí thuê bao thường trú Hệ thống vận tải thông minh LAA Licensed Assisted Access Truy nhập có hỗ trợ cấp phép LoS Line of Sight Tầm nhìn thẳng LTE Long Term Evolution Sự phát triển dài hạn Multimedia Broadcast Multicast Dịch vụ quảng bá và phát đa Service hướng đa phương tiện MIMO Multiple-Input Multiple-Output Đa đầu vào đa đầu ra MME Mobility Management Entity Thực thể quản lý di động MTC Machine Type Communications Giao tiếp dạng máy MBMS MU-MIMO Multiple-User MIMO MIMO đa người dùng NB-IoT Narrow Band Internet of Things Vạn vật kết nối interet băng hẹp NLoS Non Line of Sight Ngoài tầm nhìn thẳng vii Viết tắt NR OFDM OFDMA Tiếng Anh Tiếng Việt New Radio Vô tuyến mới Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia theo tần số Multiplexing trực giao Orthogonal Frequency Division Đa truy nhập phân chia theo tần Multiple Access số trực giao Tỷ số công suất đỉnh trên trung PAPR Peak-to-Average Power Ratio PC5 Sidelink Interface Giao diện liên kết biên PC5 Policy and Charging Rules Chức năng kiểm soát chính sách Function và cước P-GW PDN Gateway Cổng PDN QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase-Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương RNC Radio Network Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RSU Roadside Unit Khối bên đường PCRF Single Carrier SC-FDMA Frequency Division Multiple Access bình Đa truy nhập phân chia theo tần số sóng mang đơn Tỷ số được xác định theo phần SDR Sotware Defined Radio SFN System Frame Number Số hiệu khung hệ thống S-GW Service Gateway Cổng dịch vụ SU-MIMO Single User MIMO MIMO đơn người dùng TDM Time Division Multiplexing Ghép kênh theo thời gian UE User Equipment Thiết bị người dùng V2I Vehicle to Infrastructure Ô tô tới cơ sở hạ tầng V2N Vehicle to Network Ô tô tới mạng mềm viii Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt V2P Vehicle to Pedestrian Ô tô tới người đi bộ V2V Vehicle to Vehicle Ô tô tới ô tô V2X Vehicle to Everything Ô tô với vạn vật VANET Vehicular Ad-hoc Network Mạng kết nối ô tô VLC Visible Light Communication VRU Vulnerable Road User Người sử dụng dễ bị tổn hại Vehicular Visible Light Giao tiếp bằng ánh sáng nhìn Communication thấy cho ô tô Wideband Code Division Đa truy nhập phân chia theo mã Multiple Access băng rộng World Healthy Organization Tổ chức Y tế Thế giới VVLC WCDMA WHO Giao tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh một số lợi thế kỹ thuật của C-V2X so với IEEE 802.11p. [6], [10] ...................................................................................................................................13 Bảng 1.2 So sánh các thuộc tính dịch vụ của IEEE 802.11p với C-V2X. [1] ..........13 Bảng 1.3 Kế hoạch chuẩn hóa công nghệ C-V2X. ...................................................14 Bảng 2. 1 Các dải tần có thể triển khai cho mạng LTE. ...........................................23 Bảng 2.2 Đặc điểm anten thông minh. ......................................................................37 Bảng 3.1 So sánh khả năng hỗ trợ của các công nghệ đối với các kịch bản ứng dụng của dịch vụ V2X. [13] ...............................................................................................65 x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng ứng dụng của V2X [5]..................................................................3 Hình 1.2 Dải tần 5.9 GHz cấp phát cho các dịch vụ V2X [14] ................................10 Hình 1.3 Mô hình triển khai V2X dựa trên IEEE 802.11p .......................................10 Hình 1.4 Sự phát triển của V2X ................................................................................11 Hình 1.5 Mô hình triển khai công nghệ C-V2X .......................................................12 Hình 1.6 Kiến trúc hệ thống tổng quát cho công nghệ C-V2X. [18] ........................16 Hình 2.1 Hướng phát triển của LTE. ........................................................................19 Hình 2.2 Kiến trúc mạng di động 4G. .......................................................................20 Hình 2.3 So sánh OFDMA và SC-FDMA. ...............................................................25 Hình 2. 4 Cơ chế hoạt động của các Scells trên dải tần không cấp phép..................28 Hình 2.5 Các chế độ triển khai NB-IoT. ...................................................................29 Hình 2.6 Điều khiển búp sóng trong hệ thống MIMO. .............................................30 Hình 2.7 Mô tả mô hình kết nối ITS và các giao diện trên LTE. .............................31 Hình 2. 8 Lộ trình phát triển của công nghệ mạng 5G..............................................32 Hình 2. 9 Yêu cầu kỹ thuật đối với mạng 5G IMT-2020. .........................................33 Hình 2.10 Kiến trúc phức hợp mạng di động 5G. .....................................................35 Hình 2.11 Sự khác biệt giữa mô hình truyền thông trực tiếp và truyền thông hợp tác, mở rộng phạm vi truyền của chuyển tiếp hợp tác. ....................................................38 Hình 2.12 Dải tần số mmWave. ................................................................................40 Hình 3.1 Truyền thông quảng bá thông qua mạng LTE và cơ chế D2D. .................43 Hình 3.2 Mạng LTE phát quảng bá các bản tin cảnh báo của dịch vụ V2X.............44 Hình 3.3 Hai phương thức giao tiếp D2D giữa các phương tiện. [15] .....................45 Hình 3. 4 Kịch bản V2X hoạt động dựa trên giao diện PC5. ....................................46 Hình 3.5 Kịch bản V2X hoạt động dựa trên giao diện Uu. .......................................48 Hình 3.6 Kịch bản V2X hoạt động dựa trên đồng thời giao diện Uu/PC5. ..............51 Hình 3.7 Mạng 5G và LTE vận hành song song. ......................................................53 Hình 3.8 Mô tả giao tiếp mmWave cho kết nối của V2X. [13] ................................55 xi Hình 3.9 VLC ứng dụng cho các kịch bản V22V/V2I. [13] .....................................57 Hình 3. 10 Mạng đa công nghệ truy nhập vô tuyến hỗ trợ các kịch bản ứng dụng V2X. ..........................................................................................................................66 1 MỞ ĐẦU Thông tin di động trong những năm qua đã phát triển không ngừng và hiện nay đã phổ biến rộng khắp trên toàn thế giới, thế hệ thứ 4 (4G) đã được triển khai tại rất nhiều quốc gia, sắp tới sẽ tiếp tục triển khai thương mại thế hệ thứ 5 (5G) với nhiều ưu việt vượt trội. Vai trò của các hệ thống thông tin di động vô cùng quan trọng trong sự phát triển chung của khoa học công nghệ cũng như kinh tế đời sống, là nên tảng cho sự phát triển của nhiều lĩnh vực. Bên cạnh đó, ngành công nghiệp ô tô cũng đang là lĩnh vực có những bước phát triển vượt bậc, không còn đơn thuần là chế tạo ra các phương tiện phục vụ di chuyển, mà còn phải là các phương tiện mang đến nhiều tiện ích cho con người, cùng với nhiều các công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên sự gia tăng nhanh chóng lượng phương tiện ô tô luôn tiềm ẩn các nguy cơ về mất an toàn cũng như tai nạn giao thông. Vấn đề đặt ra ở đây là cần phải có những công nghệ tiên tiến hơn nữa, giúp cải thiện các hạn chế hiện tại của phương tiện, gia tăng khả năng tự chủ của phương tiện trước các nguy cơ mất an toàn. Từ đó có thể đưa ngành công nghiệp ô tô bước sang một trang mới, góp phần hạn chế tối đa các nguy cơ tai nạn xảy ra. Các nhà nghiên cứu đã nghĩ đến các giải pháp giúp kt nối chính phương tiện ô tô với các phương tiện khác hay vật thể khác, có thể sử dụng nền tảng truyền thông từ các mạng lưới thông tin di động rộng khắp, giúp thông tin liên lạc kết nối các thực thể lại với nhau thành mạng lưới. Ngoài lợi ích mang đến các giải pháp về an toàn cho phương tiện, một mạng lưới như vậy còn có khả năng cung cấp các thông tin hỗ trợ cho nhiều lĩnh vực gia tăng khác như vận tải, du lịch, giải trí,… Với mục đích nghiên cứu các giải pháp kết nối các phương tiện giao thông với các thực thể khác thành mạng lưới dựa trên nền tảng mạng thông tin di động, học viên đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu công nghệ C-V2X”. Bố cục luận văn gồm 3 chương như sau: Chương 1: Tổng quan về C-V2X Chương 2: Các vấn đề kỹ thuật cơ bản của mạng thông tin di động 4G-LTE/5G-NR Chương 3: Công nghệ C-V2X dựa trên mạng di động 4G-LTE/5G-NR 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ C-V2X Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của các loại thiết bị và dữ liệu di động, các mạng thông tin di động tế bào có tiềm năng rất lớn trong việc hỗ trợ đa dạng các dịch vụ thông tin liên lạc cho các phương tiện giao thông với các ứng dụng đảm bảo an toàn và các ứng dụng phi an toàn khác. Trong chương này, luận văn sẽ trình bày khái niệm cơ bản về V2X, các khía cạnh khác nhau của các tiêu chuẩn cho V2X, phân loại các dạng ứng dụng, các nền tảng hỗ trợ cho V2X, các kịch bản ứng dụng cơ bản, một số vấn đề kỹ thuật cơ bản của V2X. 1.1 Giới thiệu chung về V2X. 1.1.1 Khái niệm cơ bản về V2X. Truyền thông V2X thực chất là việc các phương tiện di chuyển hay gọi chung là phương tiện thực hiện trao đổi thông tin dữ liệu với các phương tiện khác và với hệ thống hạ tầng, nhằm mục đích tăng cường an toàn giao thông, tăng hiệu quả đáp ứng lưu thông của hệ thống hạ tầng, giảm thiểu tác động môi trường và cung cấp thêm các dịch vụ giá trị gia tăng khác như du lịch, giải trí. Hầu hết các quốc gia đang gặp phải vấn đề nghiêm trọng trong việc phát triển đô thị một cách nhanh chóng đó là vấn đề tai nạn giao thông và tắc nghẽn giao thông, dẫn đến các tác động lớn đến môi trường cũng như các tổn thất về kinh tế. Theo WHO, năm 2013 toàn thế giới có 1,25 triệu người chết do tai nạn giao thông, một con số vô cùng lớn, do đó cần thiết phải có giải pháp cung cấp thông tin hỗ trợ kịp thời cho phương tiện để giảm thiểu tối đa các thiệt hại. Việc xây dựng hệ thống thông tin cho phương tiện giao thông là hướng đi rất quan trọng và tiềm năng. Có hai bộ tiêu chuẩn truyền thông phương tiện chính được phát triển trong những năm gần đây cho phép trao đổi thông tin giữa các phương tiện giao thông: bộ tiêu chuẩn DSRC tại Mỹ và bộ tiêu chuẩn ITS-G5 tại Châu Âu. Cả hai bộ tiêu chuẩn đều dựa trên chuẩn giao thức IEEE 802.11p dành cho các mạng phương tiện giao thông (hay còn gọi là VANET). Tuy nhiên, chuẩn IEEE 802.11p có một vài hạn chế: cự ly 3 giao tiếp ngắn, băng thông vô tuyến hẹp, hỗ trợ tính di dộng kém, dịch vụ đa phương tiện hạn chế và các điều khoản chất lượng dịch vụ kém linh hoạt. Bên cạnh đó, với việc thương mại hóa nhanh chóng trên toàn cầu của các hệ thống di động như LTE, cũng mang đến những lợi ích to lớn cho các hệ thống truyền thông dành cho phương tiện. 3GPP đã phát triển bộ tiêu chuẩn dành cho hệ thống truyền thông giữa các phương tiện dựa trên nền tảng mạng thông tin di động tế bào, gọi tắt là công nghệ C-V2X, nhằm đưa ra nhiều các giải pháp hữu ích hơn dành cho V2X. So với IEEE 802.11p, C-V2X có thể hỗ trợ QoS tốt hơn, vùng phủ sóng cung cấp dịch vụ rộng hơn, hỗ trợ tính di động tốt hơn, tốc độ dữ liệu cao hơn. Cùng với sự phát triển mạnh trong các ngành công nghiệp điện tử, công nghiệp ô tô, công nghệ cảm biến, điện toán đám mây,… nền tảng mạng di động tế bào sẽ giúp cho các mô hình ứng dụng cải tiến của V2X nhanh chóng trở thành hiện thực. 1.1.2 Phân loại ứng dụng V2X. Hình 1.1 Các dạng ứng dụng của V2X [5] Giao tiếp V2X được xác định theo 3GPP bao gồm 4 dạng thức: V2V, V2I, V2N, V2P, cả 4 dạng ứng dụng trên của V2X có thể sử dụng chung cho các dịch vụ thông mình hơn dành cho người dùng cuối. Ví dụ như: phương tiện, người đi bộ, máy chủ ứng dụng, hạ tầng đường bộ có thể nhận biết các thông tin môi trường cục bộ qua các bản tin được gửi đến từ các cảm biến ở gần hay từ các phương tiện khác, 4 để cho phép thực hiện các dịch vụ thông minh hơn như lái xe tự động, cảnh bảo phương tiện, quản lý giao thông mức cao,… ❖ V2V: Các ứng dụng V2V cho phép các thiết bị xung quanh trao đổi các thông tin hữu ích bằng cách quảng bá bản tin yêu cầu UE đăng kí với nhà khai thác mạng và nhận được sự cho phép. UE phát các bản tin mang thông tin ứng dụng V2V như: mật độ giao thông, vị trí, đặc tính phương tiện,… Để thích ứng với một lượng lớn thông tin ứng dụng, các bản tin sẽ được sử dụng linh hoạt và theo cách thức quảng bá là chủ yếu. Nếu như khoảng cách giao tiếp trực tiếp bị giới hạn, các bản tin có thể được chuyển tiếp qua các khối giao tiếp bên đường (RSU: Roadside Units), máy chủ ứng dụng. ❖ V2I: Thông tin ứng dụng V2I được truyền từ UE có hỗ trợ V2I tới RSU hay máy chủ ứng dụng phù hợp, RSU sẽ lựa chọn thông tin UE có thể nhận được theo các chế độ truyền khác nhau, như quảng bá, đa hướng hay đơn hướng. Ngoài ra RSU cũng có thể gửi bản tin tới một hay nhiều UE có hỗ trợ V2I. Một máy chủ ứng dụng sẽ phục vụ một khu vực địa lý tương ứng, một hệ thống máy chủ có thể phục vụ các khu vực chồng lấn nhau, với các ứng dụng tương đồng hoặc khác nhau. ❖ V2P: Tương tự như các ứng dụng V2V, các thông tin dịch vụ V2P được trao đổi giữa UE của người đi bộ và UE trên phương tiện giao thông. Thông tin ứng dụng có thể được truyền bởi một UE hỗ trợ V2X trên phương tiện để cảnh báo cho người đi bộ, hoặc bởi người đi bộ đang bị thương trên đường để cảnh báo tới các phương tiện ở gần. Khác với V2V, UE của người đi bộ thường có dung lượng pin thấp, và độ nhạy sóng vô tuyến thấp hơn so với UE trên các phương tiện do thiết kế anten. Do đó, một UE hỗ trợ V2P không thể gửi các bản tin thường xuyên như các UE hỗ trợ V2V. ❖ V2N: UE hỗ trợ V2N có thể trao đổi thông tin với các máy chủ ứng dụng hỗ trợ V2N, hoặc có thể trao đổi giữa các UE thông qua mạng chuyển mạch gói cải tiến (VD: LTE). Khi đó, các dịch vụ V2X được yêu cầu cho các ứng dụng khác nhau và các kịch bản vận hành khác nhau. 5 1.1.3 Một số nhóm ứng dụng cơ bản của V2X. ❖ Các hệ thống hỗ trợ lái xe an toàn, tự động và nâng cao: yêu cầu độ tin cậy cao, truyền tin với độ trễ thấp ở tốc độ cao. Ví dụ: cảnh báo va chạm phía trước, đèn phanh điện tử khẩn cấp, cảnh báo mất kiểm soát, cảnh báo điểm mù và chuyển làn, và các ứng dụng đảm bảo an toàn cho người sử dụng trên đường. ❖ Nhận biết tình huống: đòi hỏi độ tin cậy cao và yêu cầu độ trễ lâu hơn, trong khi vẫn hỗ trợ tốc độ cao. Ví dụ: cảnh báo hàng đợi và cảnh báo tình trạng đường nguy hiểm ❖ Dịch vụ di động: bao gồm truyền thông để hỗ trợ du lịch đa phương thức, giảm thiểu tắc nghẽn giao thông hỗ trợ cho các thiết bị mà chỉ có khả năng kết nối gián đoạn, hạn chế về nguồn năng lượng và cơ chế bảo mật phức tạp. Ví dụ: bãi đỗ xe tự động, hệ thống thu phí, khuyến cáo giao thông và chia sẻ xe linh hoạt. ❖ Mô hình các dịch vụ hỗ trợ: một điều khoản bao trùm cho các mô hình ứng dụng bao gồm các phương tiện và giá trị thương mại cần có sẽ đòi hỏi tốc độ dữ liệu cao cùng với phương thức truyền thông đa dạng. Ví dụ: thông tin giải trí, thông tin địa phương, kế hoạch tuyến đường, phổ biến bản đồ, quản lý đoàn xe. Các dịch vụ này được gọi là dịch vụ di động cá nhân. 1.1.4 Những lợi ích của V2X Một ví dụ dễ nhận biết như các phương tiện, lái xe, người sử dụng ứng dụng trên đường có thể được tiếp nhận các tín hiệu giao thông, khu vực công trường đang thi công và các nguy hiểm đường bộ. Một số thông tin luôn sẵn sàng được gửi tới họ, có thể thông qua các ứng dụng thiết bị di động. Tuy nhiên V2X sẽ cung cấp nhiều thông tin hơn thế, lái xe và phương tiện có thể tùy chọn các bổ sung cần thiết cho họ mà các hệ thống hiện tại không thể hỗ trợ. Bên cạnh đó, V2X có thể hỗ trợ kết nối thông tin từ các đô thị, hỗ trợ tìm kiếm các bãi đậu xe để giảm thiểu lưu lượng đến các thành phố, tránh tình trạng các phương tiện phải di chuyển nhiều để tìm kiếm bãi đỗ gây tăng lưu lượng giao thông không cần thiết. 6 Các giao tiếp V2X có thể được hiển thị giống như các cảm biến khác trên phương tiện. Trong khi các cảm biến như rada, bộ xử lý thông tin đang tích cực quan sát môi trường xung quanh phương tiện, thì ứng dụng V2X với khả năng kết nối ngoài tầm nhìn thẳng cũng đang tích cực thu thập thông tin và giao tiếp với các phương tiện khác để hiểu rõ hơn điều gì đang diễn ra xung quanh phương tiện đó, bộ cảm biến V2X cũng đồng thời thu thập cả các ý định thực hiện của lái xe. Ngoài ra, các dịch vụ V2X còn cho phép những người sử dụng trên phương tiện có thể giao tiếp với môi trường xung quanh, cho phép truy cập dữ liệu cá nhân, thông tin giải trí và có thể kết nối internet trong phương tiện của họ. Tất cả điều đó cho phép mở rộng một loạt các ứng dụng và dịch vụ mới. V2X mang đến những lợi ích kinh tế và hệ sinh thái truyền thông chính như: [5] • Cải tiến sự tiếp nhận và phòng ngừa mối nguy hiểm thông qua cách thức lái xe có dự đoán và tự thích nghi, dẫn đến giảm thiểu tai nạn và bất chắc trên đường. • Sử dụng một cách tối ưu hạ tầng giao thông, tránh được tắc nghẽn nhờ sử dụng chỉ dẫn giao thông linh hoạt. • Chấp nhận các phương tiện khẩn cấp với các tín hiệu khẩn cấp hay các đặc quyền đặc biệt. • Giảm bớt tác động thông qua việc vận hành phương tiện thích nghi với các tình huống giao thông. • Gia tăng hiệu quả vận tải bằng cách sử dụng tối ưu các phương tiện vận tải thương mại, tăng hiệu quả kinh tế, giảm chi phí vận hành trong ngành vận tải. Để minh họa sự đa dạng và tiềm năng của các ứng dụng V2X, dưới đây là một vài mô hình ứng dụng cụ thể với các yêu cầu dịch vụ của 3GPP dành cho hệ thống V2X trên nền tảng LTE-Rel14: [5] - Cảnh báo va chạm phía trước - Hệ thống đỗ xe tự động - Cảnh báo mất quyền kiểm soát - Cảnh báo lái xe sai đường 7 - Cảnh báo phương tiện khẩn cấp - Cảnh báo nhận biết trước tai nạn - Dừng khẩn cấp - Tối ưu phân luồng giao thông - Kiểm soát tuần tra thích nghi hợp tác - Cảnh báo tốc độ cao đường cua - Cảnh báo phương tiện nối đuôi - Bảo vệ người tham gia giao thông - Các dịch vụ an toàn giao thông - Định vị nâng cao Một số mô hình ứng dụng mang tính thách thức cao hơn, có thể được hỗ trợ bởi nền tảng 3GPP từ LTE-Rel15 trở đi: - Mô hình nhóm phương tiện - Chia sẻ thông tin cho lái xe tự động hay nhóm phương tiện tự động - Chia sẻ trạng thái bản đồ và cảm biến - Chia sẻ phương tiện linh hoạt - Điều khiển lái xe từ xa - Cung cấp thông tin an toàn tại nút giao thông cho các lái xe trong đô thị - Sự nhận thức tập trung của môi trường 1.2 Một số yêu cầu đối với triển khai V2X. 1.2.1 Các yêu cầu về dịch vụ Có năm nhóm yêu cầu chính có thể áp dụng chung cho các kịch bản ứng dụng của V2X, chủ yếu được xây dựng trên nền tảng mạng của 3GPP [18]: ❖ Các yêu cầu về độ trễ, độ tin cậy • Truyền tin giữa 2 UE có hỗ trợ ứng dụng V2V/V2P trực tiếp hoặc thông qua RSU đảm bảo độ trễ tối đa không quá 100ms. • Truyền tin giữa 2 UE hỗ trợ V2V trong các trường hợp cảnh báo tiền va chạm đảm bảo độ trễ tối đa không quá 20ms • Truyền tin giữa 1 UE có hỗ trợ V2I với 1 RSU đảm bảo độ trễ tối đa không quá 100ms • Truyền tin giữa 1 UE với 1 máy chủ ứng dụng cùng hỗ trợ V2N thông qua thực thể mạng 3GPP với độ trễ toàn trình không quá 1000ms