شبکه های ادهاک خودرویی VANET

شبکه VANET یک نوع شبکه ادهاک است که در آن خودرو های در حال حرکت به عنوان گره های یک شبکه در نظر گرفته میشود. این گره ها میتواند با سایر گره ها ارتباط برقرار کنند و یک سیستم حمل و نقل هوشمند تشکیل بدهند. این سیستم میتواند در محدوده وسیعی از کاربرد ها مثل امنیت رانندگان، بهبود مسیر یابی و سرگرمی رانندگان در ترافیک مفید باشد.

برای کاهش خطرات رانندگی و آسیب ها اقداماتی از جمله بستن کمربند و وجود کیسه هوا انجام شده ولی با این حال مشکلاتی به دلیل ناتوانی راننده در کنترل و عدم پیش بینی شرایطی مثل ترمز ناگهانی راننده های دیگر، حیوانات در جاده ها وجود دارد. متوسط زمان برای درک و عکس العمل یک فرد به یک حادثه 1.5 ثانیه است. این زمان برای جلوگیری از برخی حوادث کافی نیست.

در سال 2000 در ایالات متحده از 6.1 میلیون تصادف، 247000 از آنها بین گوزن و خودرو بوده است که منجر به کشته شدن حدود 200 انسان، تعداد زیادی گوزن و تخریب اموال حدود 1.1 میلیارد دلار شده است. با استفاده از VANET هر خودرو میتواند به خودرو های نزدیک خود اطلاعات بفرستد تا رانندگان با امنیت بیشتری رانندگی کنند.

گزارش شرایط نامطلوب جاده یا گزارش یک تصادفی که جاده را مسدود کرده است میتواند از تصادفات زنجیره ای و تلف شدن وقت افراد با تغییر به موقع مسیر جلوگیری کند.

در شبکه های کامپیوتری، به شبکه ای شبکه ادهاک گفته میشود که کوتاه مدت است و نیازی به روتر و ایستگاه مرکزی برای تشکیل شبکه ندارد. برای مثال اگر بخواهید یک فایل از کامپیوتری به کامپیوتری دیگر بفرستید از کابل اترنت یا کارت شبکه بی سیم خود استفاده میکنید درحالی که برای ارتباط شبکه ای طولانی مدت باید یک شبکه محلی راه اندازی شود.

شبکه های بین خودرویی براساس زیرساخت به سه شبکه سلولی، اختصاصی و ادهاک تقسیم میشوند. برای درک بهتر VANET به اختصار این سه دسته را بررسی میکنیم:

1-شبکه های خودرویی سلولی:

در شبکه های سلولی ، از فناوری های 3G, 4G و GSM استفاده میشود. اپراتور های تلفن همراه و سرویس دهنده های باند پهن (Broadband) موبایل تامین کنندگان اصلی زیرساخت های این شبکه اند.

مزیت این روش، استفاده از زیر ساخت های آماده موبایل و باند پهن است. با ورود نسل های جدید فناوری ها و افزایش سرعت و پهنای باند، پیش بینی میشود این شبکه ها رواج و مورد استقبال بیشتری قرار بگیرند.

از آنجا که این شبکه به شبکه های درون شهری نیز متصل است، از عیب های این روش، بالا رفتن حجم داده هایی ست که در شبکه تولید میشوند که نیازمند هزینه و مدیریت حجم داده هاست. پهنای باند محدود در یک منطقه، ممکن است ظرفیت پاسخگویی به همه دستگاه های متصل را نداشته باشد. همچنین شبکه های سلولی بخاطر وجود تاخیر های ذاتی شان، برای کاربرد های ایمنی خودرو قابل استفاده نیستند.

2- شبکه های خودرویی اختصاصی:

در شبکه های اختصاصی، شرکت ثالثی زیرساخت ها و تجهیزاتی ثابت در کنار جاده ها و مسیر ها ایجاد میکند. با نصب ایستگاه های مرکزی و رابط هایی در خودرو ها، امکان ارتباطات بین خودرویی و دنیای خارج برقرار میشود.

سیستم VICS در ژاپن نمونه‌ای از این نوع شبکه‌ها است که اطلاعات ترافیکی را از خودروهای مختلف جمع‌آوری‌کرده و به یک سیستم‌مرکزی هدایت می‌کند

سیستم مرکزی هوشمند، بعد از تجزیه و تحلیل اطلاعات دریافتی وضعیت ترافیکی جاده ها، نتیجه را به ایستگاه های کاری برمیگرداند تا خودرو ها با دریافت نتایج، برای مسیر های بعدی خود تصمیم بگیرند.

این نوع شبکه ها، معایب زیادی دارند از جمله هزینه بالای نصب و راه اندازی ایستگاه ها در تمامی مسیر هاست. همچنین تاخیرهایی در ارسال و دریافت اطلاعات وجود دارد.

3- شبکه خودرویی VANET:

ایده VANET را اولین بار در سال 1998، توسط گروه مهندسی Delphi Delco Electronics Systems با همکاری شرکت IBM مطرح شد.

این شبکه با استفاده از امواج رادیویی، انواع ارتباط های خودرو به خودرو (V2V) و خودرو با زیرساخت ( V2I) ایجاد میکند. هر خودرو با خودرو مجاورش یک شبکه تشکیل میدهند و ارتباط لازم برای انتقال داده برقرار میکند. با تغییر مسیر خودرو یا دور شدن خودرو های دیگر، از شبکه خارج و با خودرو های جدید شبکه دیگری درست میکند.

هر خودرو میتواند با خودرو هایی که در شعاع دیدش قرار دارد ارتباط بگیرد و برای مثال با خودرو های جلویی که میتوانند حدود 2 تا 3 کیلومتر با آن فاصله داشته باشند ارتباط داشته باشد. بنابراین یک خودرو میتواند همزمان به چندین شبکه VANET متصل باشد و تبادل اطلاعات کند.

"تفاوت اصلی شبکه VANET با شبکه های سلولی و اختصاصی این است که هیچ ایستگاه یا نود مرکزی، مدیریت و کنترل شبکه را به عهده ندارد."

مزیت این شبکه ایمنی ، راحتی و داشتن کاربرد تجاری است. هرچند یک این روش دارای چالش های روبه رو هم هست که باید به آن ها پرداخته شود:

-تغییر مداوم ویژگی ها لینک های بی سیم

-محدود بودن برد انتقال بی سیم

- از دست رفتن بسته های داده و خطاها در انتقال

-تغییر مداوم مسیر ها به دلیل تحرک گره ها

پروتکل های VANET:

شبکه VANET از استاندارد DSRC برای ارتباطات استفاده میکند. DSRC یک فناوری ارتباطی ست که برای برقراری ارتباطات محلی و بی سیم، با نرخ بالای انتقال داده ارائه شده است. استاندارد اختصاصی این فناوری IEEE802.11P است.

عبارت IEEE802.11 نام تجاری مجموعه استاندارد های WIFI میباشد که نسخه IEEE802.11P برای ارتباطات محیط های خودرویی تخصیص داده شده است.

ایجاد یک محیط واقعی VANET برای تست و توسعه بسیار پرهزینه است برای همین از شبیه سازی ها یی مثل NS2, QualNet, SUMO, MOVE و غیر استفاده میکنند.

همانطور که گفته شد، راه اندازی این شبکه ها همراه با چالش های مختلفی است که با شبیه ساز ها میتوان راندمان پروتکل های مختلف و مدل های حرکتی خودرو ها و دیگر مسائل را بررسی کرد و متناسب با بازخورد، راه حل را بهینه و یا تغییر داد.