Хиндави Journal of Advanced Transportation Volume 2017, ID статьи 2750452, 10 страниц https://doi.org/10.1155/2017/2750452 научная статья DSRC против 4G-LTE для приложений с подключенными транспортными средствами: исследование полевых экспериментов с характеристиками автомобильной связи Чжиган Сюй, 1 Сяочи Ли, 1 Сянмо Чжао, 1 Майкл Х. Чжан, 2 и Чжунжэнь Ван 3 1 Школа информационной инженерии, Университет Чанъань, № 435, средний участок южной 2-й кольцевой дороги, Сиань, Шэньси 710064, Китай 2 Департамент гражданской и экологической инженерии, Калифорнийский университет, Дэвис, 3145 Ghausi Hall, One Shields Avenue, Дэвис, Калифорния 95616, США 3 Департамент транспорта Калифорнии, Отдел технического обслуживания, штаб-квартира, 2389 Gateway Oaks Drive, No. 200, MS 91, Сакраменто, Калифорния 958833, США Переписку следует направлять Сянмо Чжао; xmzhao@chd.edu.cn Поступило 14.04.2017 г .; Принято 3 июля 2017 г .; Опубликовано 23 августа 2017 г. Академический редактор: Сяобо Цюй Авторские права © 2017 Чжиган Сюй и др. Это статья в открытом доступе, распространяемая под лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы. Выделенная связь малого радиуса действия (DSRC) и 4G-LTE - две широко используемые схемы-кандидаты для приложений Connected Vehicle (CV). Таким образом, крайне необходимо сравнить эти два жизнеспособных стандарта связи и уточнить, какой из них может соответствовать требованиям большинства сценариев V2X в отношении безопасности дорожного движения, эффективности дорожного движения и информационно-развлекательной системы. Насколько нам известно, почти все существующие исследования по сравнению осуществимости DRSC или LTE в приложениях V2X используют моделирование на основе программного обеспечения, которое может не отражать реалистичных ограничений. В этом документе создается испытательный стенд Connected Vehicle, который объединяет придорожные устройства DSRC, станции сотовой связи 4G-LTE и бортовые автомобильные терминалы. Три сценария приложения Connected Vehicle: предотвращение столкновений, рассылка текстовых сообщений о дорожном движении, и загрузка мультимедийных файлов соответственно. Программный инструмент разработан для записи GPS-координат / скоростей тестовых транспортных средств и записи определенных показателей эффективности беспроводной связи. Эксперименты проводились в разных условиях. Согласно нашим результатам, 4G-LTE более предпочтителен для небезопасных приложений, таких как передача информации о дорожном движении, загрузка файлов или доступ в Интернет, которые не обязательно требуют высокоскоростной связи в реальном времени, в то время как для приложений безопасности, таких как Collision Обход или электронный дорожный знак, DSRC превосходит 4G-LTE. 1. Введение Многие производители автомобилей также уделяют должное внимание исследованиям и внедрению Connected Vehicle. Партнерство по предотвращению сбоев В 2011 году Министерство транспорта США (US DOT) объявило о планах по (CAMP) по связям с общественностью консорциума по безопасности транспортных поддержке внедрения связи между транспортными средствами (V2V) между средств (VSCC), в состав которого входят BMW, Daimler Chrysler, Ford, GM, Kia, Nissan, легковыми автомобилями в США, широко известных как «подключенные Toyota и Volkswagen в партнерстве с USDOT, предложило более 57 сценариев транспортные средства» [1–4]. Connected Vehicle ориентирован на локализованные приложений для Connected Vehicle, например приложения безопасности, приложения, системы V2V, от транспортного средства к инфраструктуре (V2I) и от транспортного не связанные с безопасностью, приложения безопасности с высокой потенциальной средства к устройству (V2X) для поддержки приложений безопасности, выгодой и другие приложения [7]. Miao et al. [8] перечислил 8 приложений, связанных с мобильности и защиты окружающей среды с использованием выделенной связи безопасностью, и их требования к задержке (см. Таблицу 1). ближнего действия (DSRC) / беспроводного доступа для транспортных средств. (ВОЛНА) [5]. Пилотное исследование было проведено в UMTRI для изучения возможности связи V2V в крупномасштабной реальной среде [6]. Департамент транспорта США разработал эталонную архитектуру подключенных транспортных средств (CVRA), чтобы помочь в развертывании компонентов дорожными операторами, автомобилями, автомагистралями и Журнал передового транспорта 2 от Китайской академии телекоммуникационных технологий предложила долгосрочную Таблица 1: Требования к задержке активной безопасности (единицы: секунды). Предупреждение о нарушении светофора 0,1 Предупреждение о скорости на повороте 1.0 Электронные аварийные стоп-сигналы 0,1 Precrash Sensing 0,02 эволюцию-V (LTE-V) как систематическое и интегрированное решение V2X на основе LTE с временным разделением (TD-LTE). По сравнению с DSRC, LTE-V-direct - это новая децентрализованная архитектура, которая модифицирует физический уровень TD-LTE и пытается сохранить общность, насколько это возможно, для обеспечения прямой связи на короткие расстояния, низкой задержки и повышения надежности. Совместное предупреждение о лобовом столкновении 0,1 Однако LTE-V все еще находится на стадии тестирования, и в долгосрочной Ассистент левого поворота 0,1 перспективе необходимо заморозить его стандартизацию и развернуть Предупреждение о смене полосы движения 0,1 крупномасштабные коммерческие приложения. В связи с этим необходимо сравнить эти Помощь при движении по знаку остановки 0,1 два наиболее жизнеспособных стандарта связи (DSRC и 4G LTE) с точки зрения функциональности и производительности. производитель послепродажного оборудования и поставщики услуг [9]. В CVRA Многие исследователи выразили значительный исследовательский интерес к технология беспроводной связи является ключевой и фундаментальной автомобильным сетям и предложили различные решения. Однако большинство частью, которая напрямую влияет на реализацию, производительность, этих исследований основано на компьютерном моделировании, чтобы избежать надежность и взаимодействие транспортных приложений. высоких затрат в реальных полевых экспериментах. Вайнел [19] предлагает теоретическую основу, которая сравнивает основные модели как DSRC, так и LTE Какая технология между DSRC и LTE является подходящей для в контексте сценариев безопасности жизнедеятельности транспортных средств. В приложений Connected Vehicle? Будет ли комбинированное или гибридное соответствии с численными экспериментами автор приходит к выводу, что решение более перспективным? Это актуальный открытый вопрос, который возможности LTE для поддержки маячков для приложений безопасности недавно обсуждался. транспортных средств недостаточны, поскольку сеть LTE легко становится Принимая во внимание суровую автомобильную среду и связанные с этим перегруженной даже при идеалистических предположениях. Trichias et al. [20] проблемы связи, такие как высокий уровень мобильности узлов, многолучевость анализируют осуществимость технологии LTE для интеллектуальных и динамика окружающей среды, вызванная транспортными средствами и транспортных систем (ИТС). Модель, построенная в его статье, имитирует пешеходами, IEEE предложил модифицированную версию протокола операции восходящего канала LTE, в автомобильной сети, поддерживающей ИТС. беспроводной локальной сети (WLAN), IEEE802.11p (обычно называемый Это указывает на то, что LTE может соответствовать требованиям ITS с точки «DSRC») для связи «автомобиль-автомобиль» и «автомобиль-инфраструктура». зрения задержки и пропускной способности, а в некоторых случаях даже Выделенная полоса 75 МГц в диапазоне от 5,850 до 5,925 ГГц была выделена превосходит DSRC. Мир и Филали [21] проводят оценку производительности IEEE Федеральной комиссией по связи США (FCC) [10]. Но для DSRC ключевым 802.11p и LTE с использованием симулятора ns-3. И DSRC, и LTE сравниваются с недостатком является его низкая масштабируемость. Он заключается в том, что точки зрения задержки, надежности, масштабируемости и поддержки мобильности протокол не может обеспечить требуемые вероятностно-временные в контексте требований различных приложений. Результаты показывают, что IEEE характеристики при движении в плотном трафике [11]. 802.11p предлагает приемлемую производительность для разреженных сетевых топологий с ограниченной поддержкой мобильности. С другой стороны, LTE отвечает большинству требований приложений в отношении надежности, Существующая сотовая беспроводная инфраструктура, в частности 4G-LTE, может быть масштабируемости и поддержки мобильности. Тем не менее, LTE является перепроектирована в качестве основы связи для совместных систем безопасности сложной задачей при получении строгих требований к задержке в присутствии транспортных средств, которые могут одновременно обеспечивать низкие задержки и высокую более высокой нагрузки трафика сотовой сети. пропускную способность, тем самым обеспечивая более требовательную к полосе пропускания и критическую в режиме реального времени. услуги для конечных пользователей [12]. Тем не менее, Министерство транспорта США долгое время неохотно рассматривало возможность использования сотовой телематики, поскольку это вынудило бы владельцев автомобилей и StateDOT постоянно модернизировать оборудование в транспортных средствах и перекрестках, соответственно [13]. 13 декабря 2016 года Министерство По сравнению с полевыми испытаниями, тестирование имитации протокола на транспорта США выпустило предлагаемое правило, которое будет способствовать основе программного обеспечения имеет преимущества низкой стоимости, короткого развертыванию технологий Connected Vehicle во всем парке легких транспортных средств цикла развертывания и гибкой настройки параметров. Недостатки также очевидны: (1) США. Правило требует оснащения устройствами DSRC на всех новых легковых автомобилях, математические модели, используемые в программном моделировании, производимых в США [14]. сформулированы в идеалистической среде. Затухания сигнала, вызванные транспортными средствами, окружающими зданиями или растительностью, не В Китае до сих пор ведутся споры о том, следует ли использовать DSRC в учитываются; (2) вряд ли учитываются различия между оборудованием связи и качестве стандарта связи физического уровня в архитектуре ConnectedVehicle в пользовательскими терминалами, такие как разнесение рабочих характеристик и Китае, поскольку сети LTE широко развернуты по всей стране, а возможности условия установки; и (3) результаты моделирования на основе программного сотовой связи уже включены в дорожную карту для многие производители обеспечения, как правило, лучше реальных полевых испытаний. Однако в среде автомобилей и для телематических приложений [15]. Поэтому технологии на практического применения эти результаты будут в некоторой степени ухудшаться. основе LTE, а также DSRC в настоящее время поддерживаются различными заинтересованными сторонами, правительственными ведомствами, поставщиками инфраструктуры и производителями автомобилей в Китае [16]. В 2016 году Чен и др. [17, 18] 1.1. Научно-исследовательские цели. На основании вышеупомянутого обзора литературы можно подтвердить, что тестирование крайне необходимо. Журнал передового транспорта 3 функция и производительность DSRC и LTE в реальной дорожной среде, чтобы система связи, представляющая собой специализированную платформу проверить результаты моделирования различных теоретических моделей и автомобильной связи. Системы DSRC и LTE изолированы от предоставить важные данные для разработки различных сетевых приложений для телекоммуникационной сети общего пользования. Расположение антенн RSU транспортных средств. и LTE показано на рисунке 3. В этом исследовании проверяется качество и надежность связи DSRC и LTE в реальной RSU DSRC устанавливаются на порталы, установленные на испытательном дорожной среде в трех классических сценариях подключенных транспортных средств: стенде (см. Рисунок 2). Ядром RSU является модуль WBOX1001, разработанный предотвращение столкновений, трансляция дорожных сообщений и загрузка мультимедийных ChinaGenvict Tech Co., Ltd. В модуле в качестве процессора используется файлов между транспортным средством и инфраструктурой. Это может быть критически высокопроизводительный чип ARM NXP SAF5100, работающий под управлением важной базой для многих других приложений Connected Vehicle. Эта статья внесла 3 ключевых IEEE. вклада. Во-первых, мы создаем независимую частную платформу беспроводной сети, Стеки протоколов 802.11p и IEEE1609. Рабочая частота составляет 5,850–5,925 ГГц состоящую из DSRC и LTE, на испытательном стенде Совместной Транспортной Системы и со скоростью передачи данных до 27 Мбит / с. Максимальное расстояние связи Инфраструктуры Университета Чанъань (CU-CVIS). Эта платформа объединяет сотовые составляет 300 метров при мощности передачи по умолчанию. Максимальное время станции 4G-LTE и базовую сеть, придорожные устройства DSRC и бортовые автомобильные задержки составляет 150 миллисекунд с 4096-битным пакетом. терминалы. С помощью платформы можно проводить множество экспериментов с автомобильной связью в различных условиях мобильности. Второй, три сценария приложения Система 4G-LTE - это частная сотовая беспроводная сеть, работающая «Подключенный автомобиль» установлены как «Предотвращение столкновений», на частоте 1,88–1,9 ГГц с протоколом TD-LTE, который разработан компанией «Широковещательная передача текстовых сообщений о дорожном движении» и «Загрузка China Datang Mobile Co., Ltd. Как показано на рисунке 3, она состоит из eNode- мультимедийных файлов» соответственно. Разработан программный инструмент для Базовая станция B, терминалы оборудования в помещении заказчика (CPE), регистрации местоположения и скорости транспортных средств, движущихся по Evolved Packet Core (EPC), кластер серверов и коммутаторы. Их функции испытательному стенду, на основе GPS. С помощью этого инструмента получаются некоторые описаны следующим образом: важные показатели производительности беспроводной связи DSRC и 4G-LTE, такие как пропускная способность, скорость потери данных и время задержки в вышеуказанных сценариях. В-третьих, анализируются результаты работы полевой автомобильной связи. Обсуждается пригодность DSRC и 4G-LTE для наиболее популярных сценариев подключенных транспортных средств. Кроме того, даются некоторые предложения о том, как интегрировать эти два вида технологий в будущие приложения для подключенных транспортных средств. Широковещательная передача текстовых сообщений трафика и (1) OBU соединяет сеть LTE через CPE, который реализует стек протокола LTE и стек протокола TCP / IP в беспроводном или проводном режиме и передает данные в пункт назначения через сеть 4G. (2) eNode-B состоит из RRU и BBU, который является загрузка мультимедийных файлов соответственно. Разработан программный инструмент для терминал протокола радиоинтерфейса и первый узел для связи с регистрации местоположения и скорости транспортных средств, движущихся по пользовательским оборудованием (UE). eNode-B отвечает за беспроводной испытательному стенду, на основе GPS. С помощью этого инструмента получаются некоторые канал, динамические беспроводные ресурсы нисходящей линии связи, важные показатели производительности беспроводной связи DSRC и 4G-LTE, такие как планирование пакетов данных и управление мобильностью. пропускная способность, скорость потери данных и время задержки в вышеуказанных сценариях. В-третьих, анализируются результаты работы полевой автомобильной связи. Обсуждается пригодность DSRC и 4G-LTE для наиболее популярных сценариев подключенных транспортных средств. Кроме т Эта статья организована следующим образом. В разделе 2 представлена архитектура испытательного стенда CU-CVIS и схема развертывания платформы беспроводной сети DSRC и LTE. В разделе 3 представлена постановка эксперимента. В разделе 4 представлены экспериментальные данные и (3) EPC состоит из обслуживающего шлюза (SGW) и PDN. Шлюз (PGW), объект управления мобильностью (MME) и функция правил политики и тарификации (PCRF), которая отвечает за обмен и обработку данных. обсуждение сравнения DSRC и LTE. Статья заканчивается некоторыми заключительными замечаниями в разделе 5. Серверы приложений играют очень важные роли, которые используются для сбора, хранения и обработки данных и подключены к базовой станции через Gigabit Ethernet. Платформа LTE имеет 4 направленные антенны с максимальной 2. Строительство платформы автомобильной связи. Как показано на Рисунке 1, платформа автомобильной связи построена на мощностью передачи 60 Вт, которые обеспечивают полное покрытие беспроводным сигналом всего испытательного стенда. Платформа LTE разделена на 4 ячейки. Каждая сота может вместить до 200 элементов UE со скоростью восходящего канала 20 Мбит / с и скоростью нисходящего канала 80 Мбит / с. испытательном стенде CU-CVIS (Система совместной транспортной инфраструктуры Чанъаньского университета). CV-CVIS находится в кампусе Weishui Университета Чанъань, который занимает Созданная платформа автомобильной связи позволяет проводить 4 вида 282 000 квадратных метров (около 70 акров). Он включает в себя 2,4-километровую экспериментов по беспроводной связи: (1) V2V через DSRC; (2) V2V через LTE; (3) V2I высокоскоростную кольцевую испытательную дорогу с 2 полосами движения и через DSRC; (4) V2I через LTE. Во всем мире существует множество известных дополнительную 1,1-километровую прямую 4-полосную испытательную трассу с 4 типами испытательных стендов для тестирования подключенных и автоматизированных покрытия (асфальт, бетон, кирпич и грунт). Это комплексная и закрытая среда для транспортных средств, таких как MCity Мичиганского университета и испытательный тестирования различных приложений Connected Vehicle. Он состоит из 4 частей (см. Рис. 1 полигон GoMento, расположенный в округе Контра-Коста, Калифорния. Эти два (b)), которые представляют собой интеллектуальные обочины дорог, подключенные и испытательных стенда ориентированы на демонстрационное тестирование приложений автоматизированные транспортные средства, гетерогенную сеть и серверы транспортных будущих интеллектуальных транспортных систем, которое в основном направлено на приложений, соответственно. проверку характеристик целостности и логики потока данных приложений, разработанных для подключенных и автоматизированных транспортных средств (CAV). Стенд CU CVIS На испытательном стенде мы устанавливаем беспроводную систему ближнего действия с 4 придорожными блоками DSRC (RSU) и сотовой связью 4G-LTE. Университета Чанъань Журнал передового транспорта 4 DSRC RSU1 DSRC RSU2 Антенна LTE 3 Антенна LTE 1 DSRC RSU4 DSRC RSU3 Антенна LTE 2 (а) Спутниковый снимок с высоты птичьего полета испытательного стенда CU-CVIS. Параллельный Трафик операция Данные автомобиля управление Дорожные данные вычисление Развлекательная программа Сервисы и СМИ Услуги и Приложения Гигабитный Ethernet 4G-LTE DSRC Гигабит Вай фай Волокно сети Ethernet Гетерогенные сети Кластер Кластер Приобретение Приобретение единица измерения Приобретение единица измерения единица измерения 60 K Ｇ / Ｂ Погода Камеры зондирование текст V2R Петли Переменный знак, Дождь Пробка Транспортный поток Снег Несчастные случаи Параметры переменное сообщение Туман Пешеход Объем знак Лед Дорога Плотность Ветер Видимость условие светофор, и V2V Подключено и автоматизированные автомобили Средний Скорость Температура Влажность Умная обочина (б) Логическая архитектура испытательного стенда CU-CVIS. Рисунок 1: Испытательный стенд для совместной работы системы транспортной инфраструктуры Чанъаньского университета. основное внимание уделяется тестированию метафункций для каждой части CAV и 3. Экспериментальная установка всестороннему тестированию производительности в предельных условиях. Например, CU CVIS может тестировать производительность различных режимов связи и 3.1. Настройка бортовых устройств. У нас есть два средних проверять, соответствуют ли эти методы связи требованиям некоторых автомобили для проведения эксперимента. Настройка бортовых устройств интеллектуальных транспортных приложений в реальном времени и надежности показана на рисунке 4 (а). Компьютер с процессором Intel Core 2 DuoP8600 передачи данных. Он может тестировать некоторые фундаментальные функции CAV, закреплен на каждом из автомобилей. Приемник GPS подключается к такие как точность позиционирования, точность распознавания цели на основе зрения, компьютеру через последовательный интерфейс RS-232. LTE CPE возможность управления автомобилем в поперечном или продольном направлении в производства Datang Mobile Co., Ltd. и DSRC Wavebox, разработанный условиях высокой скорости, сложной окружающей среды и плохой погоды. Genvict Co., Ltd., связаны с компьютером через интерфейсы Ethernet. На крыше автомобилей монтируются антенны трех видов. Журнал передового транспорта 5 аварийное предупреждение транспортного средства, аварийный электронный стоп-сигнал [23–28] и взвод. Зазор между автомобилем A и автомобилем B контролируется моделью минимального безопасного расстояния Гиппса [29], которая помогает следующему автомобилю предсказать оптимальную скорость на основе текущего зазор, скорости и максимальное ускорение (замедление) автомобилей. Чтобы обеспечить удобство использования и надежность результатов тестирования по этому сценарию, две машины проезжают по круговой тестовой дороге 5 раз с разными скоростями, которые составляют 30 км / ч, 60 км / ч, 90 км / ч и 120 км / ч соответственно. При каждом условии скорости мы анализируем данные тестирования только в пределах эффективного расстояния связи. Рисунок 2: RSU DSRC на испытательном стенде. 3.3.2. Рассылка текстовых сообщений трафика. В этом сценарии (см. Рисунок 7), когда транспортные средства проезжают мимо RSU DSRC или входят (см. Рисунок 4 (b)), они подключены к терминалу LTE, терминалу DSRC и модулю GPS соответственно. Каждое транспортное средство может общаться друг с другом через 2 типа сетей в пределах зоны покрытия. DSRC RSU и LTE eNode-B также могут отправлять текстовое сообщение или цифровой файл в автомобиль через фоновые серверы. в ячейку LTE, система выпуска дорожной информации часто отправляет короткие текстовые сообщения на транспортные средства. Текстовые сообщения обычно содержат информацию о погоде, состоянии дороги, транспортном потоке, рабочей зоне, авариях, туристических услугах и т. Д. Этот сценарий также можно распространить на приложения для расширения электронных дорожных знаков и продвижения мобильной рекламы. Этот сценарий нанимает сервер для управления DSRCRSU и LTE для широковещательной рассылки текстовых 3.2. Разработка программного обеспечения для тестирования. Разрабатываем тестирование сообщений в окружающую среду с частотой 10 Гц, а размер каждого сообщения комплект программного обеспечения для проверки динамических характеристик составляет менее 340 байт. Бортовые устройства, установленные на DSRC и LTE. Комплект программного обеспечения шифрует функции API от проезжающих транспортных средствах, будут записывать не только содержание производителя устройства, что позволяет передавать пакеты или файлы между сообщения, но и сопутствующую информацию, включая идентификатор транспортными средствами и придорожными устройствами. Комплект сообщения, идентификатор источника и временную метку. программного обеспечения включает 3 функции. Первый - синхронизировать бортовые устройства с часами GPS. Вторая функция - вычислить параметры связи с использованием зашифрованных API. Например, время приема-передачи (RTT) определяется на основе функции Ping, предоставляемой ОС Linux, коэффициент потери пакетов рассчитывается через коэффициент успешной передачи пакетов WSMP, а пропускная способность вычисляется на основе подсчета полученные пакеты UDP в течение указанного периода времени. Последняя функция - записывать данные GPS транспортных средств, включая долготу, широту и скорость, который используется для анализа влияния расстояния и движения на производительность беспроводной связи. Программные интерфейсы показаны на рисунке 5. (a) - это клиентский интерфейс, (b) - это серверный интерфейс. 3.3.3. Скачать мультимедийный файл. В этом сценарии, когда автомобили проезжают мимо RSU DSRC или входят в ячейку LTE, блоки OBU запрашивают загрузку файла. Этот сценарий также можно распространить на приложения для загрузки карт, видео по запросу (VOD) и т. Д. В этом сценарии мы используем только один автомобиль для проведения тестирования, чтобы избежать конкуренции двух автомобилей за пропускную способность беспроводной сети. Как только автомобиль войдет в эффективную зону связи, он отправит на сервер запрос на загрузку. Если запрос принят, начинается загрузка, и OBU начинает записывать пропускную способность канала. Ходовая модель автомобиля такая же, как в двух вышеупомянутых сценариях. Чтобы гарантировать надежность данных испытаний, испытательные автомобили будут ездить по круговой испытательной дороге 5 раз на разных скоростях для выполнения 3.3. Дизайн сценария. Мы выделяем 3 общих сценария из 75 приложений приложения загрузки мультимедийных файлов. безопасности, предложенных CAMP [22], чтобы провести сравнительные эксперименты по производительности связи DSRC и LTE, а именно: предотвращение коллизий, широковещательную рассылку текстовых сообщений и загрузку мультимедийных файлов, соответственно. Погодные условия экспериментов солнечные с температурой 25 ° С. ∘ C и влажность 50%. Скорость ветра 10 км / ч. 4. Экспериментальные результаты и анализ. 4.1. Избежание столкновения. На рисунке 8 показана характеристика замирания сетей DSRC и LTE по мере увеличения скорости тестируемого транспортного средства в соответствии со сценарием I. На рисунке 8 (a) показана взаимосвязь между средней 3.3.1. Избежание столкновения. В этом сценарии (см. Рисунок 6) аварийный автомобиль A скоростью потери пакетов (PLR) и скоростью движения транспортного средства. передает пакеты состояния следующему автомобилю B через сеть DSRC или LTE с Средний PLR рассчитывается как процент потерянных пакетов среди общего числа частотой 10 Гц. Размер пакета составляет 100 байт, включая идентификатор транспортного отправленных пакетов. Из рисунка 8 (а) видно, что средний PLR LTE подскакивает с средства, идентификатор пакета, тип пакета, временную метку пакета, данные GPS и 4% до 7,5% при изменении скорости транспортных средств с 60 км / ч до 90 км / ч, в то кинематические параметры транспортного средства. Этот сценарий также можно время как средний PLR DSRC изменяется незначительно. На рисунке 8 (б) показано распространить на многие приложения безопасности, такие как приближение соотношение Журнал передового транспорта 6 Кластер серверов приложений Голос FTP / Интернет / Видео База данных Почта Интернет eNode-B RRU LAN Салют Маршрутизатор Шлюз BBU На борту Терминал RRU CPE MME Сервер PGW OMC SGW Стенд CU-CVIS Компьютерная комната Рисунок 3: Сеть LTE, развернутая на испытательном стенде. V2I через LTE LTE eNode-B V2V через LTE LTE LTE Терминал Терминал DSRC GPS Прямой V2V через DSRC DSRC волновой ящик волновой ящик LTE антенна GPS V2I через DSRC Компьютер Компьютер DSRC RSU GPS антенна (а) Подключение бортовых устройств Антенна DSRC (б) Монтажные позиции антенн Рисунок 4: Настройка бортовых устройств. между временем кругового пути (RTT) и скоростью движения транспортного по мере увеличения скорости автомобиля, в то время как скорость DSRC остается средства. Среднее RTT рассчитывается по ответу на команду Ping. Из стабильной. рисунка 8 (b) видно, что среднее RTT DSRC очень низкое (менее 10 Как видно на рисунке 8, можно сделать вывод, что снижение миллисекунд) и удовлетворяет наиболее важным требованиям в таблице 1. производительности LTE хуже, чем у DSRC в Сценарии I, что в основном Но среднее RTT LTE на разных скоростях транспортного средства намного вызвано эффектом Доплера и сотовой передачей обслуживания сети LTE. В выше, чем это DSRC. Оно также превышает 100 миллисекунд, что является реалистичном случае предотвращения столкновений задержка будет выше, обычным требованием в Таблице 1 для приложений, связанных с чем измеренные результаты, которые мы получили в результате теста, из-за безопасностью. RTT LTE постепенно увеличивается плотного потока трафика и среды хеширования. Таким образом, DSRC Журнал передового транспорта 7 (б) Серверный интерфейс (а) Клиентский интерфейс Рисунок 5: Разработанное программное обеспечение для тестирования. Автомобиль А Автомобиль B На основе модели минимального безопасного расстояния Гиппса Рисунок 6: Сценарий предотвращения столкновений. диапазон обоих. На рисунке 9 (а) показана взаимосвязь между коэффициентом потери пакетов (PER) и расстоянием от транспортного средства до RSU. На рис. 9 Автомобиль А (b) показана зависимость между временем прохождения туда и обратно (RTT) и Автомобиль B Станция DSRC RSU / LTE расстоянием. Из этого рисунка можно ясно видеть, что задержка PLR и RTT DSRC резко уменьшается, когда расстояние между транспортным средством и RSU близко к 300 метрам. Поэтому мы анализируем только данные, собранные в этом диапазоне. Рисунок 7: Сценарий широковещательной передачи текстовых сообщений трафика. На рисунке 10 показано, как сеть DSRC и LTE увеличивается по мере увеличения скорости тестируемого автомобиля в сценарии II. На рисунке 10 (а) больше подходит для предотвращения столкновений и других связанных с безопасностью показана взаимосвязь между средней скоростью потери пакетов (PLR) и скоростью приложений трафика V2V. движения транспортного средства. Средний PLR рассчитывается как процент потерянных пакетов среди общего числа отправленных пакетов. Из рисунка 10 (а) 4.2. Рассылка текстовых сообщений трафика. На рис. 9 показаны пер- видно, что средний PLR LTE подскакивает с 1,7% до 3,5% при изменении скорости ухудшение качества DSRC, когда транспортное средство проезжает мимо DSRC RSU транспортных средств с 30 км / ч до 90 км / ч, в то время как средний PLR для со скоростью 120 км / ч, что используется для подтверждения эффективной дальности DSRC практически не меняется. На рисунке 10 (b) показана взаимосвязь между связи для DSRC RSU. Мы можем ясно видеть, что средний PLR и RTT резко начинают средним временем прохождения туда и обратно (RTT) и скоростью движения увеличиваться, когда абсолютное расстояние между транспортным средством и RSU транспортного средства. Среднее RTT рассчитывается как среднее значение RTT превышает 300 метров, что особенно заметно по коэффициенту потери пакетов. Когда всех транслируемых пакетов. Из рисунка 10 (b) можно найти, что RTT DSRC очень расстояние между транспортным средством и RSU превышает 450 м, терминал на низкий (менее 10 миллисекунд, а средний RTT LTE на скорости 30 км / ч ниже 100 транспортном средстве слишком длинный, чтобы оставаться подключенным. миллисекунд, что является самым низким требованием, предложенным CAMP для Поскольку LTE имеет большой диапазон покрытия, а DSRC - нет, мы должны провести приложений электронных дорожных знаков. Когда скорость движения автомобиля эксперименты по сравнению производительности в рамках эффективной связи. Журнал передового транспорта 8 500 8 7 400 Средняя задержка RTT (мс) 6 PLR (%) 5 4 3 2 1 300 200 100 0 0 30 60 30 120 90 60 90 120 Скорость движения автомобиля (км / ч) Скорость движения автомобиля (км / ч) DSRC DSRC LTE LTE Регулярный спрос на приложения безопасности (а) PLR в зависимости от скорости движения транспортного средства (b) Средняя задержка RTT в зависимости от скорости движения автомобиля. Рисунок 8: Ухудшение производительности DSRC и LTE в сценарии I. 45 60 40 Средняя задержка RTT (мс) 50 PLR (%) 40 30 20 10 0 35 год 30 25 20 15 10 5 0 -600 -400 −200 0 200 400 -600 600 -400 Расстояние между бортовым блоком и DSRC RSU (м) −200 0 200 600 400 Расстояние между бортовым блоком и DSRC RSU (м) (а) PLR в зависимости от расстояния между OBU и DSRC RSU (b) Средняя задержка RTT в зависимости от расстояния между OBU и DSRCRSU Рисунок 9: Характеристики DSRC в зависимости от различного расстояния связи при скорости автомобиля 120 км / ч. 160 140 3 120 Средняя задержка RTT (мс) 4 3.5 PLR (%) 2,5 2 1.5 1 0,5 0 100 80 60 40 20 0 30 60 90 30 120 60 90 120 Скорость движения автомобиля (км / ч) Скорость движения автомобиля (км / ч) DSRC DSRC LTE LTE Регулярный спрос на приложения безопасности (a) PLR для DSRC и 4G-LTE в зависимости от скорости движения транспортного средства (b) Средняя задержка RTT для DSRC и 4G-LTE по сравнению с транспортным средством скорость бега Рисунок 10: Ухудшение производительности DSRC и LTE в сценарии II. превышает 50 км / ч, средний RTT LTE превышает 100 миллисекунд и Из рисунка 10 можно сделать вывод, что если широковещательная рассылка достигает 150 миллисекунд при 120 км / ч. Характеристики связи DSRC текстовых сообщений трафика предназначена для небезопасных приложений, приемлемы практически не имеют отношения к скорости движения транспортного как LTE, так и DSRC. Кроме того, LTE имеет больший охват, чем DSRC, что помогает средства в сценарии II. сократить расходы на плотную Средняя пропускная способность (Мбит / с) Журнал передового транспорта 9 35 год требование 100 миллисекунд для приложений безопасности. DSRC больше 30 подходит для предотвращения столкновений и других приложений трафика V2V, связанных с безопасностью. 25 (2) В сценарии трансляции текстовых сообщений трафика, 20 LTE имеет большую зону покрытия, а DSRC - нет. Но в пределах 15 эффективного диапазона связи DSRC имеет лучшие характеристики связи, чем LTE. И LTE, и DSRC приемлемы для 10 широковещательной передачи небезопасного текстового 5 сообщения. Для приложения безопасности, такого как передача 0 30 60 90 120 Скорость движения автомобиля (км / ч) DSRC LTE сообщений от электронного дорожного знака, DSRC превосходит LTE. Из-за высокой стоимости плотного развертывания RSU DSRC предлагается, чтобы RSU DSRC можно было установить в местах, где это сильно связано с безопасностью. Рисунок 11: Пропускная способность DSRC и LTE в сценарии III. (3) В сценарии загрузки мультимедийных файлов, Пропускная способность LTE значительно выше, чем у DSRC при разных скоростях движения транспортного средства. Кроме того, LTE имеет большой диапазон покрытия, который больше подходит для развертывания DSRC RSU. Но для приложения безопасности, такого как неправильное загрузки мультимедийных файлов, чем DSRC. обогревание драйвера, LTE не может удовлетворить это требование. (4) Комбинация DSRC и LTE должна быть хорошей решение для подключенных транспортных средств. Он не только обеспечивает 4.3. Скачать мультимедийный файл. На рисунке 11 показан сквозной безопасное вождение, но и предоставляет водителям качественные включить производительность DSRC и LTE в сценарий загрузки мультимедийных телематические услуги. файлов. Обнаружено, что пропускная способность LTE значительно выше, чем пропускная способность DSRC при различных скоростях движения транспортных средств, хотя эффект Доплера снижает их производительность в условиях высокой скорости. Кроме того, DSRC является разновидностью специальной сети, и ее пропускная способность значительно упадет по мере быстрого увеличения числа (5) В будущем сравнительные эксперименты с более транспортных средств необходимо проводить, потому что это ближе к реальным сценариям и может тестировать коммуникационные характеристики DRSC и LTE в экстремальных условиях. узлов из-за перегрузки трафика. В то же время LTE имеет большую зону покрытия, а это означает, что автомобиль, оснащенный терминалом LTE, может загружать файл дольше, чем автомобили с бортовым блоком DSRC. Это очень важно для скачивания файла большого размера. Кроме того, WAVE - это разновидность специальной сети, которая снижает пропускную способность при увеличении количества терминалов в определенной области. Таким образом, в реальных сценариях пропускная способность WAVE может быть не такой хорошей, как та, которую мы получили в тесте. Следовательно, можно сделать вывод, что LTE больше подходит для сценария загрузки мультимедийных файлов, чем DSRC. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи. Благодарности Исследование поддерживается Национальным фондом естественных наук Китая (№ 51278058), Программой фундаментальных прикладных исследований Министерства транспорта Китая (№ S2013JC9397), проектом 111 (№ B14043) и Объединенной лабораторией Интернета. транспортных 5. Выводы средств, спонсируемых Министерством образования и China Mobile. Авторы также благодарят анонимных рецензентов и редактора за их ценные комментарии. В этом документе три сценария приложения «Подключенный автомобиль» установлены как «Предотвращение столкновений», «Рассылка текстовых сообщений о дорожном движении» и «Загрузка мультимедийных файлов» соответственно. Коммуникационные характеристики DSRC и LTE исследуются и анализируются с помощью разработанной аппаратной и программной платформы. По сравнению с традиционным методом компьютерного моделирования производительности автомобильной сети существует несколько нововведений, а именно: Рекомендации [1] П. Дж. Джин, Д. Фагнант, А. Холл и К. М. Уолтон, Политика Последствия появления новых транспортных средств и инфраструктурных технологий, 2014 г. [2] Ф. Чжоу, X. Ли и Дж. Ма, «Экономная эвристика стрельбы для (1) Производительность LTE хуже, чем у DSRC. в сценарии предотвращения коллизий, который в основном вызван эффектом Доплера и сотовой передачей обслуживания сети LTE. Это означает, что LTE не может соответствовать самым низким проектирование траектории связного автоматизированного трафика. Часть I: теоретический анализ с обобщенной временной географией », Транспортные исследования, часть B: методологические, т. 95. С. 394–420, 2017. [3] М. Чжоу, X. Ку, и С. Цзинь, «О влиянии кооперативного автономные транспортные средства в улучшении автострады Журнал передового транспорта 10 интеллектуальный подход, основанный на модели водителя », IEEE Transactions по [19] А. Винель, «3GPP LTE по сравнению с IEEE 802.11p / WAVE: какие технологии- интеллектуальным транспортным системам, т. 18, нет. 6. С. 1422–1428. Nology может поддерживать совместные приложения по безопасности транспортных 2017 г. средств? » Письма IEEE о беспроводной связи, т. 1, вып. 2. С. 125–128, 2012. [4] Дж. Ма, Х. Ли, Ф. Чжоу, Дж. Ху и Б. Б. Парк, «Экономный эвристика съемки для построения траектории подключенного автоматизированного трафика. [20] К. Тричиас, Дж. Л. Берг, Г. Дж. Хейенк, Дж. Джонг и Р. Литдженс, Часть II: вычислительные проблемы и оптимизация », Транспортные исследования, часть B: «Моделирование и оценка LTE в интеллектуальных транспортных системах», в Материалы методологические, т. 95, стр. 421–441, совместного семинара ERCIM eMobility и MobiSense, Бернский университет, 2017 г. Санторини, Греция, [5] KC Dey, A. Rayamajhi, M. Chowdhury, P. Bhavsar, and J. Marолово, «Связь между транспортными средствами (V2V) и транспортными средствами с инфраструктурой (V2I) в гетерогенной беспроводной сети». - Оценка эффективности," Транспортные исследования, часть C: Новые технологии, т. 68. С. 168–184, 2016. [6] Б. Шоттл, М. Сивак, «Обзор общественного мнения о 2012 г. [21] Ж. Мир, Ф. Филали, «LTE и IEEE 802.11p для транспортных средств. сеть: оценка производительности », Журнал EURASIP по беспроводной связи и сети, нет. 89, стр. 1–15, 2014. [22] Консорциум коммуникаций по безопасности транспортных средств CAMP, Средство передвижения Проект коммуникаций по безопасности: Задача 3 Заключительный отчет: Определение подключенные автомобили в США, Великобритании и Австралии »в интеллектуальных приложений для обеспечения безопасности транспортных средств, поддерживаемых DSRC, Материалы 3-й Международной конференции по подключенным автомобилям и Национальная администрация безопасности дорожного движения, Министерство транспорта выставкам (ICCVE '14), С. 687–692, ноябрь 2014 г. [7] К. Камполо, А. Молинаро, «Многоканальные коммуникации. США, Вашингтон, округ Колумбия, США, 2005 г. [23] X. Сян, В. Цинь и Б. Сян, «Исследование DSRC- в автомобильных сетях AdHoc: Asurvey, " Журнал IEEECommunications, т. 51, основанная на модели предупреждения о столкновении сзади », IEEE Transactions по нет. 5. С. 158–169, 2013. интеллектуальным транспортным системам, т. 15, вып. 3. С. 1054–1065, [8] L. Miao, K. Djouani, BJ Van Wyk, Y. Hamam, «Perforпровести оценку протокола MAC IEEE 802.11p в приложениях безопасности VANET », в Материалы конференции IEEE по беспроводным коммуникациям и сетевым технологиям (WCNC '13), стр. 1663– 1668 г., апрель 2013 г. [9] Р.Л. Бертини, Х. Ван и К. Карстенс, «Подготовка орегона. для развертывания подключенных транспортных средств », Отчет об исследованиях в области транспорта: журнал Совета по исследованиям в области транспорта, т. 2615. С. 1–10, 2017. [10] М. Вайдуззаман, М. Сукхак, А. Гани и Р. Буйя, «А обзор автомобильных облачных вычислений », Журнал сетевых и компьютерных приложений, т. 40, нет. 1. С. 325–344, 2014. [11] С. Ли и А. Лим, «Эмпирическое исследование специальной производительности. автомобильной связи DSRC и Wi-Fi », Международный журнал распределенных сенсорных сетей, т. 9. С. 1–10, 2013. [12] Г. Аранити, К. Камполо, М. Кондолючи, А. Иера и А. Молинаро, «LTE для автомобильных сетей: исследование», Журнал IEEECommunications, т. 51, нет. 5. С. 148–157, 2013. [13] С. Ли и А. Лим, «Надежность и производительность IEEE 802.11n. для автомобильных сетей с несколькими узлами »в Труды Международной конференции по вычислениям, сетям и коммуникациям (ICNC '12), С. 252–256, февраль 2012 г. 2014 г. [24] X. Qu, S. Wang, «Полоса междугородних пригородных поездов (LDC): a новая концепция управления движением на автомагистралях », Компьютерное проектирование строительства и инфраструктуры, т. 30, нет. 10. С. 815–823, 2015 г. [25] Y. Kuang, X. Qu, and S. Wang, «Древовидная структура аварии, сюрромера ворот для автострад », Анализ и предотвращение несчастных случаев, т. 77. С. 137–148, 2015. [26] X. Qu, S. Wang, J. Zhang, «О фундаментальной диаграмме для движение по автостраде: новый подход к калибровке однорежимных моделей », Транспортные исследования, часть B: методологические, т. 73. С. 91–102, 2015. [27] X. Qu, Y. Yang, Z. Liu, S. Jin и J. Weng, «Возможные риски аварии. съездов и съездов со скоростных автомагистралей: пример из Пекина, Китай » Наука о безопасности, т. 70. С. 58–62, 2014. [28] Л. Ду, Л. Хан и С. Чен, «Скоординированная онлайн-система в автомобиле. маршрутизация, уравновешивающая оптимальность пользователя и оптимальность системы за счет нарушения информации », Транспортные исследования, часть B: методологические, т. 79. С. 121–133, 2015. [29] П.Г. Гиппс, «Поведенческая модель следования за автомобилем для компьютера. симуляция » Транспортные исследования B, т. 15, вып. 2. С. 105– 111, 1981. [14] НАБДД: «Предлагаемое правило предусматривает обязательную передачу от транспортного средства к транспортному средству. (V2V) общение на легких транспортных средствах, позволяющее автомобилям «разговаривать» друг с другом, чтобы избежать столкновений », 2016 г., https://www.nhtsa.gov/press-Release / us-dot-advanceances-deployment-connected-vehicle- технологии предотвращения сотен тысяч. [15] C.Wang и M. Дэн: «Продвижение технологии TD-LTE к V2X приложения для повышения безопасности и эффективности дорожного движения », Современная наука и технологии телекоммуникаций, т. 9. С. 40–46, 2014 г. [16] Дж. Ли, Ю. Ким, Ю. Квак и др. «Расширенные возможности LTE в 3GPP Rel -13/14: Эволюция в сторону 5G », Журнал IEEE Communications, т. 54, нет. 3. С. 36–42, 2016. [17] С. Чен, Дж. Чжао, «Требования, проблемы и технологии для 5G наземной мобильной связи », Журнал IEEE Communications, т. 52, нет. 5. С. 36–43, 2014. [18] С. Чен, Дж. Ху, Ю. Ши, Л. Чжао, «LTE-V: основанная на TD-LTE Решение V2X для автомобильной сети будущего », Журнал IEEE «Интернет вещей», т. 3. С. 997–1005, 2016. Международный журнал Вращающийся Машинное оборудование Научный Журнал Датчики Мировой журнал Hindawi Publishing Corporation Hindawi Publishing Corporation Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Том 201 http://www.hindawi.com Inte является на ты rn lтур J атфинал рd о ти еяо б D Сенсорные сети Журнал Том 2014 http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation Том 2014 Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Том 2014 http://www.hindawi.com Том 2014 Журнал Контрольная наука и инженерия яинженерное v ан il ce E в дело Объявление s v C Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Том 2014 Отправляйте свои рукописи на https://www.hindawi.com Журнал Журнал Электрика и компьютер Робототехника Инженерное дело Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Том 201 4 Том 2014 Дизайн СБИС Достижения в Оптоэлектроника & Международный журнал Навигация и звенеть Наблюдение Hindawi Publishing Corporation Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com http://www.hindawi.com Том 2014 Том 2014 Том 201 Международный журнал Международный журнал Антенны и Активный и пассивный Химическая инженерия Распространение Электронные компоненты Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Достижения в Удар и вибрация Акустика и вибрация Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Hindawi Publishing Corporation Том 2014 http://www.hindawi.com Том 2014
