CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN DỤNG tầm gần DSRC và ỨNG DỤNG TRONG hệ THỐNG ITS

dụng của hệ thống giao thông thông minh ITS và các ứng dụng mà công nghệ DSRC sử dụng trong giao thông thông minh ITS... DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết AGC Automatic Gain Contr

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong đồ án là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác Đồ án là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu tại trường Trong các nội dung của đồ án, những điều được trình bày là kết quả của cá nhân hoặc là kết quả tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau Những kết quả nghiên cứu của cá nhân đều được chỉ ra rõ ràng trong đồ án Các thông tin tổng hợp hay các kết quả lấy từ nhiều nguồn tài liệu khác đều được trích dẫn đầy đủ và hợp lý Tất cả tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình

Người cam đoan

Cao Văn Đức

LỜI NÓI ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài:

Giao thông luôn luôn là một vấn đề được quan tâm rất nhiều ở mọi thành phố, mọi quốc gia trên thế giới Hàng năm, hệ thống giao thông trên toàn thế giới ngày càng được cải thiện và phát triển hiện đại hơn Tuy hệ thống giao thông trên toàn thế giới đang được cải thiện và phát triển không ngừng nhưng vẫn còn nhiều thử thách gian nan về giảm thiểu tai nạn, tắc nghẽn, đòi hỏi một hệ thống giao thông thông minh hơn hiện đaại hơn và đó chính là lý do

để hệ thống giao thông thông minh ITS ra đời Hệ thống giao thông thông minh ITS là ứng dụng của những công nghệ tính toán, thông tin và liên lạc trong việc quản lý xe cộ và các mạng lưới có liên quan đến sự di chuyển của người và hàng hóa trong thời gian thực Hệ thống giao thông thông minh ITS nhanh chóng được nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có cả Việt Nam thử nghiệm, triển khai và thu được những kết quả có lợi nhiều hơn mong muốn như: giảm thiểu được tai nạn, tắc nghẽn, thu được phí, đã giảm chi phí ngân sách nhà nước, giảm thiệt hại về người và của, tăng tính an toàn cho người và phương tiện khi tham gia giao thông Để làm cho hệ thống giao thông thông minh ngày càng hoàn thiện hơn chúng ta cần sử dụng một loại công nghệ có khả năng nhận thức môi trường xung quanh bằng cách giao tiếp giữa các xe hoặc giữa các xe và trạm Một trong những công nghệ đang góp phần giúp hệ thống giao thông ITS hoàn thiện hơn là “Công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC” DSRC là một giao thức truyền thông không dây tầm gần được thiết kế đặc biệt nhằm thiết lập kết nối giữa các phương tiện tham gia giao thông với các trạm cố định như: trạm thu phí, đèn tín hiệu giao thông, những điểm giao cắt với đường sắt, hay thậm chí là với các loại phương tiện khác Công nghệ này đã thỏa mãn được nhiều yêu cầu của nhiều phần tử trong

II Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Trong phạm vi bản báo cáo này tôi sẽ tập chung đi sâu về phần cấu trúc của công nghệ và ứng dụng của công nghệ này vào việc triển khai trong hệ thống ITS hiện nay

III Phương pháp nghiên cứu:

Các phương pháp sau đây được áp dụng để giải quyết các vấn đề nghiên cứu:

- Tập hợp các lý thuyết, tài liệu được công bố của các nước

- Thu thập các tài liệu của các tổ chức tiêu chuẩn

- Phân tích, đánh giá công nghệ Tìm hiểu khả năng ứng dụng của công nghệ trong hệ thống giao thông thông minh ITS

- Đề xuất áp dụng trong hệ hệ thống giao thông thông minh ITS

IV Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu, hiểu được rõ cấu trúc hệ thống, ưu điểm, nhược điểm của công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC để có thể kiến nghị áp dụng cho hệ thống giao thông thông minh ITS

V Kết cấu của đề tài:

Chương 1 “Tổng quan công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần

DSRC” Chương 1 sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ DSRC với

khái niệm, lịch sử hình thành và các đặc điểm của công nghệ

Chương 2 “Công nghệ DSRC” Trong chương này giới thiệu về cấu

trúc hệ thống công nghệ DSRC, giao thức ngăn xếp của công nghệ và các quy chuẩn trong và ngoài nước cho công nghệ DSRC

Chương 3 “Ứng dụng của công nghệ DSRC trong hệ thống giao thông

thông minh ITS” Chương 3 sẽ giới thiệu về khái niệm, kiến trúc và các ứng

dụng của hệ thống giao thông thông minh ITS và các ứng dụng mà công nghệ

DSRC sử dụng trong giao thông thông minh ITS

Hà Nội, ngày 4 tháng 5 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Cao Văn Đức

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xi

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG CHUYÊN DỤNG TẦM GẦN DSRC 1

1.1 Khái niệm DSRC 1

1.2 Lịch sử hình thành công nghệ DSRC 7

1.3 Các đặc điểm của công nghệ DSRC 11

1.4 Kết luận chương 16

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ DSRC 17

2.1 Cấu trúc hệ thống công nghệ DSRC 17

2.1.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống 18

2.1.1.1 Hoạt động của RSU 18

2.1.1.2 Hoạt động của OBU 19

2.1.1.3 Giao diện người dùng 20

2.1.1.4 Hoạt động của GPS 22

2.1.2 Truyền thông giữa RSU và OBU 22

2.1.2.1 Pha kết hợp 24

2.1.2.2 Pha truyền thông 25

2.1.3 Trạm di động OBU 25

2.1.3.1 Các yêu cầu kỹ thuật đối với OBU 26

2.1.3.2 Yêu cầu về chức năng 28

2.1.3.3 Yêu cầu về cấu tạo 28

2.1.3.4 Giao diện thông tin liên lạc 28

2.1.4 Trạm cố định RSU 29

2.1.4.1 Các yêu cầu kỹ thuật đối với trạm RSU 30

2.1.4.2 Yêu cầu về chức năng 34

2.1.4.3 Yêu cầu về cấu tạo 34

2.1.4.4 Yêu cầu về giao diện thông tin liên lạc 35

2.2 Giao thức ngăn xếp của DSRC 35

2.2.1 Lớp vật lý của DSRC 36

2.2.1.1 Chức năng phụ thuộc môi trường vật lý của OFDM 37

2.2.1.2 Chức năng trình tự hội tụ vật lý của OFDM 40

2.2.2 Lớp liên kết dữ liệu của DSRC 40

2.2.2.1 Lớp điều khiển truy nhập MAC 40

2.2.2.2 Lớp điều khiển liên kết logic 44

2.2.3 Lớp ứng dụng 48

2.3 Giao thức CSMA/CA 48

2.4 Giao thức TCP/IP 49

2.5 Kỹ thuật OFDM 51

2.6 Wifi IEEE 802.11p 53

2.7 Các tiêu chuẩn 55

2.7.1Viện kỹ thuật Điện và Điện tử - IEEE 55

2.7.2 Liên minh viễn thông quốc tế - ITU 55

2.7.3 Tổ chức Tiêu chuẩn Châu Âu – CEN 55

2.7.4 Tiêu chuẩn bắc Mỹ 56

2.7.5 Tiêu chuẩn Nhật Bản 56

2.8 Kết luận chương 57

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ DSRC TRONG HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS 58

3.1 Hệ thống giao thông thông minh ITS 58

3.1.1 Khái niệm hệ thống giao thông thông minh ITS 58

3.1.2 Lợi ích của hệ thống giao thông thông minh ITS 59

3.1.3 Kiến trúc chức năng, trạm và các phân hệ trong hệ thống ITS 60

3.1.3.1 Kiến trúc chức năng hệ thống giao thông thông minh ITS 60

3.1.3.2 Các phương thức truyền thông trong ITS 62

3.1.3.3 Phân hệ phương tiện 63

3.1.4 Các ứng dụng của hệ thống ITS 65

3.1.4.1 Thông tin hành khách 65

3.1.4.2 Quản lý giao thông và phương tiện 69

3.1.4.3 Thanh toán điện tử 72

3.1.4.4 An toàn và an ninh 74

3.2 Ứng dụng của công nghệ DSRC trong hệ thống thu phí điện tử ETC 78

3.2.1 Khái niệm hệ thống thu phí điện tử ETC 78

3.2.2 Phương thức thu phí điện tử ETC 79

3.2.2.1 Thu phí điện tử trả trước 79

3.2.2.2 Thu phí điện tử trả sau 79

3.2.3 Hoạt động của hệ thống ETC 80

3.3 Ứng dụng công nghệ DSRC trong cảnh báo va chạm 82

3.4 Ứng dụng công nghệ DSRC trong liên lạc cảnh báo thông qua Smartphone 86

3.5 Kết luận chương 89

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 90

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 91

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT 91

LỜI CẢM ƠN 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Từ viết

AGC Automatic Gain Control Điều khiển tự động

ACR Adjacent Channel Rejection Loại bỏ kênh lân cận

ARIB Association of Radio Industries

ARP Address Resolution Protocol Giao thức phân giải địa chỉ ASK Amplitude Shift Keying Điều chế khóa dịch biên độ ASTM American Society for Testing

and Materials

Hiệp Hội Thử Nghiệm Vật Liệu Mỹ

BSM Basic Safety Message Bản tin an toàn cơ sở

BSS Basic Service Set Thiết lập dịch vụ cơ sở

CA Certificate Authority Xác thực chứng nhận

CEN European standardization

CID Communication Interface Device Thiết bị giao diện truyền

thông CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận sóng

mang

DS Distribution System Hệ thống phân phối

DSRC Dedicated Short Range

Communication

Truyền thông chuyên dụng tầm gần

DIFS Distributed Inter From Space Khoảng thời gian rỗi

ECDSA Elliptic Curve Digital Signature

ETC Electronic Toll Collection Thu phí điện tử

ETSI European Telecommunication

FCS Frame Check Sequence Quy trình kiểm tra khung FEC Forward Error Correction Phát hiện và sửa lỗi

ICMP Internet Control Message

Protocol

Giao thức bản tin điều khiển Internet

IEEE Institude of Electrical and

Electronics Engineers Viện kỹ thuật Điện và Điện tử ITS Intelligent Transport System Hệ thống giao thông thông

minh ITU International Telecommunication

LLC Logical Link Control Lớp điều khiển liên kết logic MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy nhập NACR Nonadjacent Channel Rejection Không loại bỏ kênh lân cận NAV Network Alocation Vector Véc tơ định vị mạng

OCB Outside the Context of a BSS Ngoài phạm vi của BSS

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần

số trực giao PDM Physical Medium Dependent Phụ thuộc môi trường vật lý PLCP Physical Layer Convergence

SIFS Short Inter From Space Khoảng thời gian đợi ngắn

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền UDP User Datagram Protocol Giao thức đơn vị dữ liệu

người dùng VDS Vehicle Detection System Hệ thống phát hiện phương

tiện PSK Phase Shift Keying Điều chế theo khóa dịch pha RSSI Received Signal Strength

RSU Road Side Unit Thiết bị bên đường

TA Timing Advertisement Thời điểm quảng cáo

UTC Universal Coordinated Time Thời gian chung nhất

V2V Vehicula-Vehicula Phương tiện - phương tiện VSA Vendor-Specific Action Hành động cụ thể nhà cung

cấp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình giao thức ngăn xếp của DSRC 2

Hình 1.2 Mô hình thiết bị hệ thống sử dụng công nghệ DSRC 3

Hình 1.3 Biểu đồ áp dụng công nghệ DSRC tại 3 khu vực chính trên thế giới 5 Hình 1.4 Cấp phát kênh 13

Hình 1.5 Phổ kênh của DSRC 14

Hình 1.6 Các ứng dụng của công nghệ DSRC 15

Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống 17

Hình 2.2 Thành phần của CID 21

Hình 2.3 Truyền thông giữa RSU và OBU 23

Hình 2.4 Thiết bị OBU 25

Hình 2.5 Thiết bị bên gắn bên đường RSU 29

Hình 2.6 Giao thức ngăn xếp của DSRC 36

Hình 2.7 Phân chia theo thời gian của SCH và CCH 45

Hình 2.8 Cấu trúc phân lớp TCP 49

Hình 2.9 Cấu trúc giao thức của bộ giao thức TCP/IP 50

Hình 2.10 Trực giao sóng mang con OFDM trong miền tần số 52

Hình 2.11 Chuẩn Châu Âu cho các lớp của công nghệ DSRC 56

Hình 2.12 Tiêu chuẩn bắc mỹ cho các lớp công nghệ DSRC 56

Hình 2.13 Tiêu chuẩn nhật bản cho các lớp của công nghệ DSRC 57

Hình 3.1 Kiến trúc chức năng ITS 60

Hình 3.2 Mô hình kiến trúc chức năng trạm ITS 61

Hình 3.3 Kiến trúc ITS của phân hệ phương tiện 64

Hình 3.4 Kiến trúc ITS phân hệ ven đường 65

Hình 3.5 Thông tin đa chức năng 66

Hình 3.6 Thông tin thời gian thực 67

Hình 3.7 Hệ thống thông tin hành khách tiên tiến 68

Hình 3.8 Thu phí ùn tắc 69

Hình 3.9 Trung tâm kiểm soát phương tiện 70

Hình 3.10 Quản lý vận tải hàng hóa 71

Hình 3.11 Thanh toán điện tử 72

Hình 3.12 Trạm thu phí 73

Hình 3.13 Hệ thống kiểm soát an toàn 75

Hình 3.14 Hệ thống camera giám sát 76

Hình 3.15 Hệ thống điện thoại khẩn cấp eCall trên xe ô tô 77

Hình 3.16 Mô hình kết nối thiết bị hệ thống ETC 81

Hình 3.17 Giao tiếp gữa ăng-ten và OBU sử dụng DSRC thụ động 82

Hình 3.18 Giao tiếp gữa ăng-ten và OBU sử dụng DSRC chủ động 82

Hình 3.19 Cấu trúc hệ thống va chạm sử dụng công nghệ DSRC 83

Hình 3.20 Hệ thống giao thông không dùng cảnh báo va chạm 84

Hình 3.21 Hệ thống giao thông sử dụng cảnh báo va chạm 85

Hình 3.22 Mô hình cảnh báo va chạm các xe 86

Hình 3.23 Kịch bản nhìn trực diện xe và người đi bộ 87

Hình 3.24 Giao tiếp giữa người và xe trong kịch bản nhìn trực diện 88

Hình 3.25 Kịch bản khất tầm nhìn 88

Hình 3.26 Giao tiếp người xe trong kịch bản khuất tầm nhìn 89

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Công nghệ DSRC và các công nghệ vô tuyến khác 1

Bảng 1.2 Các chuẩn cho công nghệ DSRC 4

Bảng 1.3 So sánh công nghệ DSRC cũ và công nghệ DSRC mới 12

Bảng 2.1 Các thông số đầu vào của RSU 18

Bảng 2.2 Giới hạn độ nhạy OBU trong truyền thông tốc độ thấp 26

Bảng 2.3 Giới hạn độ nhạy OBU trong truyền thông tốc độ cao 26

Bảng 2.4 Các mức và tần số của tín hiệu nhiễu 26

Bảng 2.5 Giới hạn phát xạ giả của OBU 28

Bảng 2.6 Các giới hạn mặt nạ phổ 30

Bảng 2.7 Giới hạn cho phát xạ giả dẫn và phát xạ bức xạ 31

Bảng 2.8 Các giới hạn mức loại bỏ cùng kênh với thiết bị tốc độ thấp 32

Bảng 2.9 Các giới hạn mức loại bỏ cùng kênh với thiết bị tốc độ cao 32

Bảng 2.10 Giới hạn độ chọn lọc kênh kề với thiết bị tốc độ thấp 33

Bảng 2.11 Giới hạn độ chọn lọc kênh kề với thiết bị tốc độ cao 33

Bảng 2.12 Các thông số cơ bản của OFDM 37

Bảng 2.13 Tốc độ dữ liệu trong DSRC kênh 10MHz 38

Bảng 2.14 Giới hạn mặt lạ phổ PSD 39

Bảng 2.15 Thông số các chuẩn liên kết dữ liệu mạng nội bộ không dây họ 54

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TRUYỀN THÔNG

CHUYÊN DỤNG TẦM GẦN DSRC

Chương 1 sẽ trình bày tổng quan về công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC Trong chương này trình bày những khái niệm liên quan tới công nghệ đồng thời cũng đưa ra lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ Các đặc nổi bật của công nghệ được nêu ra ở phần cuối Chương Để hiểu rõ hơn về chương này sau đây sẽ đi vào từng phần cụ thể

1.1 Khái niệm DSRC

DSRC là từ viết tắt của Dedicated Short Range Communication, có nghĩa là truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC hoạt động trên tần số vô tuyến ở băng tần 5,8 GHz trong công nghiệp, y tế, giao thông và khoa học DSRC hỗ trợ để đảm bảo an toàn cho cả các hoạt động công cộng và các hoạt động cá nhân DSRC có tốc độ truyền dữ liệu rất cao từ 6 đến 27Mbps, khoảng cách tryền lên đến 1000m, có độ trễ thấp khoảng 200micro giây hỗ trợ truyền điểm-điểm và có độ tin cậy rất cao Dưới đây là Bảng 1.1 so sánh sự khác nhau giữa công nghệ DSRC với các công nghệ vô tuyến khác[4]

Bảng 1.1 Công nghệ DSRC và các công nghệ vô tuyến khác

(802.11a)

Wifi (802.11b)

54Mbps 11Mbps Hiện tại 10

Kbps Tương lai 2-

3 Mbps

622 Mbps

DSRC hoạt động ở lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu và lớp ứng dụng trong

mô hình phân lớp OSI Ngoài ra lớp liên kết dữ liệu chia thành lớp con điều khiển logic LLC và lớp điều khiển truy cập MAC

Lớp MAC, lớp quản lý thực thể LME và hệ thống quản lý thực thể SME được quy định ở lớp vật lý Chúng trao đổi và quản lý dịch vụ gốc của mỗi lớp theo thứ tự để hoạt động như một hệ thống vô tuyến

Hình 1.1 Mô hình giao thức ngăn xếp của DSRC

Lớp 1 cung cấp các phương tiện truyền thông vô tuyến và thực hiện tách biệt cấu hình dữ liệu theo lớp 2 hoặc hệ thống quản lý thực thể SME tiến hành xây dựng và phân tích khe vật lý bằng việc thêm vào phần mào đầu

Lớp LLC hỗ trợ 2 loại dịch vụ truyền thông Lớp con MAC hỗ trợ theo nội dung trong thứ tự thực hiện quản lý truyền thông của kênh vô tuyến:

- Đơn giản việc bảo mật truyền thông

Lớp 7 cung cấp ứng dụng với các công cụ kiểm soát truyền thông Nó cung cấp các dịch vụ cho ứng dụng, nhận và truyền truyền dữ liệu thông qua lớp con LLC trong lớp 2 Nó tiến hành quá trình kết hợp và quản lý ứng dụng thông qua liên kết với lớp 2

Hệ thống DSRC bao gồm các thiết bị chủ yếu: điểm truy cập RSU, thiết

bị gắn trên xe OBU, an ten, máy phát và bộ thu, thiết bị truyền dẫn dữ liệu [7]

Hình 1.2 Mô hình thiết bị hệ thống sử dụng công nghệ DSRC

Công nghệ DSRC được phân làm 2 loại chính là DSRC chủ động và DSRC thụ động

+ DSRC bị động: Theo CEN/TC278/5,8GHz DSRC: Tiêu chuẩn của Châu Âu về truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC dải tần 5,8GHz bị động, tốc độ đường xuống 500kbps, tốc độ đường lên 250kbps, khoảng cách truyền thông 10-20m, băng tần 20MHz

+ DSRC chủ động: Theo tiêu chuẩn Nhật Bản ARIB STD－T75: Truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC dải tần 5,8GHz chủ động, tốc độ truyền 1Mbps, khoảng cách truyền thông tới 30m, băng tần 80MHz

DSRC là một giao thức truyền thông không dây tầm gần được thiết kế đặc biệt nhằm thiết lập kết nối giữa các phương tiện tham gia giao thông với các trạm cố định như: trạm thu phí, đèn tín hiệu giao thông, những điểm giao cắt với đường sắt hay thậm chí là với các loại phương tiện khác Trong một loạt những ứng dụng khác, DSRC là công nghệ mà thông qua đó giúp lái xe kiểm soát được hành trình tham gia giao thông thông minh và an toàn hơn [2] DSRC là công nghệ hiện đại được ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới ở trong lĩnh vực giao thông với nhiều ứng dụng mang lại nhiều lợi ích cho việc đảm bảo an toàn giao thông và quản lý giao thông như: cảnh báo điểm mù, cảnh báo va chạm, kiểm tra xe an toàn, tiếp cận xe cứu thương, cảnh báo phanh đột ngột…

Hệ thống DSRC được sử dụng trong phần lớn các nước Liên minh Châu

Âu, nhưng các hệ thống này hiện không có tiêu chuẩn chung Vì vậy, tiêu chuẩn hóa là rất cần thiết để đảm bảo khả năng tương thích toàn Châu Âu, đặc biệt là cho các ứng dụng thu phí điện tử Tiêu chuẩn sẽ hỗ trợ việc cung cấp

và thúc đẩy các dịch vụ sử dụng DSRC và giúp đảm bảo khả năng tương thích

và khả năng tương tác trong một môi trường nhiều nhà cung cấp Bảng 1.2 dưới đây là các chuẩn cho công nghệ DSRC

Bảng 1.2 Các chuẩn cho công nghệ DSRC

(ARIB)

Châu Âu (CEN)

Mỹ (ASTM) Song Công OBU: bán song

công RSU: song công

Bán song công Bán song công

Hệ thống truyền

thông

Băng tần vô

tuyến

Băng tần 5,8Ghz Băng thông 80MHz

Băng tần5,8Ghz Băng thông 20MHz

Băng tần5,9Ghz Băng thông 75MHz Các kênh Đường xuống: 7

250Kbps

Đường xuống/ đường lên:

OFDM

Hiện nay, các thiết bị truyền dẫn dữ liệu trong dải tần 5,8GHz dùng cho

hệ thống điều khiển và thông tin trong giao thông công nghệ DSRC đã được

áp dụng ở hầu hết các quốc gia Có 3 tổ chức tiêu chuẩn chính phân chia theo các khu vực trên thế giới: ARIB, CEN và ASTM [7] Hình 1.3 bên dưới là biểu đồ áp dụng các công nghệ DSRC dùng trong hệ thống điều khiển và thông tin trong giao thông ở 3 khu vực chính trên thế giới, các quốc gia lân cận sẽ lựa chọn một trong các hệ thống tiêu chuẩn này cho tiêu chuẩn quốc gia mình[1]

Hình 1.3 Biểu đồ áp dụng công nghệ DSRC tại 3 khu vực chính trên thế giới

 Tại Mỹ là thiết bị nhận dạng vô tuyến điện RFID 915MHz đang dần nâng cấp lên thiết bị truyền dẫn dữ liệu trong dải tần 5,9GHz dùng công nghệ DSRC Hệ thống tại mỗi bang có nhà cung cấp độc quyền, không có chia sẻ cũng như cạnh tranh OBU giữa các nhà cung cấp Mặt khác, công nghệ thẻ vô tuyến RF thụ động 865MHz đã được phát triển và tiêu chuẩn hóa quốc tế tại hầu hết các nước Châu Âu, nhưng ít sử dụng cho thu phí [2]

 Tại Châu Âu là thiết bị truyền dẫn dữ liệu trong dải tần 5,8GHZ dùng công nghệ DSRC Ở Pháp là một trong những quốc gia của Châu Âu dùng thiết bị truyền dẫn dữ liệu dùng công nghệ DSRC thụ động, OBU và anten bên đường có 5 nhà cung cấp, OBU có 3 nhà cung cấp khác nhau cùng chia sẻ trên một đoạn đường cụ thể Tuy nhiên, OBU của hai nhà cung cấp còn lại không được chia sẻ và cần được khai thác sử dụng riêng [2]

 Tại Nhật cũng là thiết bị truyền dẫn dữ liệu dùng trong dải tần 5,8GHz dùng công nghệ DSRC nhưng theo chuẩn riêng, không tương thích với tiêu chuẩn của Châu Âu Tại quốc gia này có 6 nhà cung cấp anten bên đường, 8 nhà cung cấp thiết bị truyền dẫn dữ liệu dùng công nghệ DSRC chủ động, OBU thì có nhiều nhà cung cấp khác nhau cùng chung trên toàn bộ mạng lưới đường Ngoài ra mạng lưới đường gồm nhiều đoạn do hơn 5 đơn vị vận hành khác nhau đảm nhiệm [2]

 Tại Hàn Quốc: 2 anten có tia hồng ngoại IR cho thiết bị truyền dẫn dữ liệu dùng công nghệ DSRC được lắp đặt cùng nhau trên một đảo thu phí, anten sử dụng được OBU trên xe chọn OBU và DSRC có 3 nhà cung cấp khác nhau được chia sẻ trên cùng tuyến đường

 Năm 2010, Việt Nam đã sử dụng hệ thống điều khiển và thông tin trong giao thông sử dụng công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC dải tần 5,8Ghz Tại thành phố Hồ Chí Minh, UBND thành phố đã giao cho Công

ty Cổ phần Công nghệ Tiên Phong nghiên cứu khả thi dự án hệ thống thu phí điện tử ETC sử dụng công nghệ DSRC chủ động Bằng cách áp dụng công

nghệ truyền thông vô tuyến, các hệ thống ETC trên các đường có thu phí cho phép lái xe trả phí tự động mà không cần dừng lại ở các cổng làm tăng lưu lượng đường, giảm ùn tắc giao thông và cải thiện mức ô nhiễm môi trường nhờ giảm thiệu nguyên liệu tiêu thụ Công ty Tiên Phong đã thực hiện thí điểm tại các khu vực nội ô thành phố như: quận 1, quận 3, quận 10 … tại các tần số: 5,7975GHz, 5,8025GHz, 5,8075GHz, 5,8125GHz Thiết bị ven đường RSU đặt cố định dọc theo đường được sử dụng là TRX-1320-E, thiết bị đặt trên phương tiện giao thông OBU là TS3203, cho đến nay chưa có bất kỳ phản hồi nào về việc các thiết bị này gây nhiễu đến các thiết bị khác Ngoài một số quận thử nghiệm tại thành phố Hồ Chí Minh, Công ty Tiên Phong là đơn vị cung cấp trọn gói hệ thống thiết bị và công nghệ DSRC ứng dụng thu phí điện tử ETC qua hệ thống thanh toán ngân hàng Viettinbank như: Trạm thu phí cầu Cần Thơ, cầu Phú Mỹ, Nam cầu Giẽ và các trạm đang triền khai như: Bãi đỗ xe sân bay Tân Sơn Nhất và sân bay Đà Nẵng, Trạm thu phí số 1

và số 3 trên Quốc lộ 51, cùng với các trạm sắp triển khai như Xa lộ Hà Nội, Sông Phan, Ninh An, Bắc Hải Vân… dự kiến sẽ triển khai phạm vi rộng khắp

cả nước trên các đường quốc lộ và các tuyến đường cao tốc, triển khai thí điểm thu phí điện tử nhiều làn không dừng ERP với loại thiết bị đặt ven đường cố định RSU có thể thu phí nhiều làn không dừng, còn thiết bị đặt trên phương tiện giao thông OBU dùng chung được cho thu phí Quốc lộ-thu phí

hở, thu phí cao tốc-thu phí kín và thu phí ERP Việc sử dụng công nghệ chuyên dụng tầm gần DSRC và các ứng dụng truyền tải dữ liệu dải tần 5,8GHz mang lại hiệu quả rõ rệt [2]

1.2 Lịch sử hình thành công nghệ DSRC

Các tiêu chuẩn cho DSRC bắt đầu trong Hiệp Hội Thử Nghiệm Vật Liệu

Mỹ ASTM tiểu ban E17.51, được giao nhiệm vụ khảo sát các vấn đề liên quan đến truyền thông xe bên lề đường Vào tháng 7 năm 2003, ASTM công

bố tiêu chuẩn E2213-03 (ASTM 2003), phiên bản cuối cùng tiêu chuẩn đối

với truyền thông DSRC Nó thúc đẩy nhiều tiêu chuẩn IEEE 802.11a, chấp nhận thay đổi ở lớp vật lý được chỉ định trong IEEE năm 1999 và lớp điều khiển truy cập phương tiện được chỉ định trong IEEE năm 2003

Phát triển các chuẩn chủ yếu của IEEE, đặc biệt với hai nhóm làm việc

WG, P1609 và 802,11 p Các P1609 YVG bắt đầu với lớp MAC và di chuyển lên, chủ yếu liên quan đến chính nó với các vấn đề về hệ thống như hoạt động

đa kênh, giao diện lớp chéo, bảo mật, và kiến trúc tổng thể Họ đã sản xuất một số tiêu chuẩn trong đó cũng không sử dụng thử hoặc đến gần cuối thời gian sử dụng thử nghiệm ban đầu của họ Các tiêu chuẩn này được đánh số như P1609.1 qua P1609.4 Tuy nhiên, kể từ khi các tiêu chuẩn này không ảnh hưởng đến các nguyên tắc hoạt động cơ bản của lớp PHY, chúng ta không tiếp tục bảo vệ các tiêu chuẩn tại đây

Các 802.11p VVG hiện giữ quyền sở hữu của bất kỳ PHY và MAC thay đổi cho DSRC, với một số thành viên của E17.51 cũng tham gia WG Do những khó khăn về chính trị làm thay đổi sâu rộng đến tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi như 802.11, những thay đổi PHY ban đầu đưa ra bởi E2213-03 vẫn giữ Trong thực tế, phiên bản hiện tại của chuẩn 802.11 (IEEE 2007b) đã được đưa vào phần chính trong sửa đổi lớp PHY các ASTM E2213-03 Do

đó, hiện tại dự thảo việc sửa đổi 802.11p (IEEE 2007a) quan tâm chính với MAC và các vấn đề lớp giao diện Bởi vì ít nội dung kỹ thuật đã thay đổi trong PHY giữa việc công bố E2213-03 và phiên bản hiện tại của IEEE 802.11

Với lịch sử đã nêu trên, số thay đổi thực hiện để chuyển đổi những 802.11a PHY vào 802.11p là tương đối nhỏ Giống như 802.11a, 802.11p thúc đẩy OFDM để bù cả thời gian và tần số có chọn lọc fading từ OFDM phản ứng đặc biệt với phân tán tuyến tính các kênh được tìm thấy trong nhiều môi trường di động Không giống như 802.11a, tuy nhiên, 802.11p sẽ được sử dụng trong các môi trường hoàn toàn khác nhau Trong khi IEEE 802.11a

dùng cho phạm vi ngắn, tính di động thấp, sử dụng trong nhà, 802.11p sẽ dùng cho phạm vi trung bình lên đến 1 km, tính di động cao, và các điều kiện kênh thay đổi nhanh chóng

Để bù lại cho những khác biệt này, có hai thay đổi chính đã được đưa ra Thứ nhất, DSRC sẽ hoạt động ở băng tần cao hơn một chút so với 802.11a Băng thông được phân bổ 75MHz băng tần hoạt động từ 5,850GHz đến 5,925GHz, trong khi 802.11a hoạt động trong băng tần 5,170-5,230GHz và 5,735-5,835GHz Phần lớn băng thông của DSRC bị chiếm bởi các thiết bị không dây Bởi vì những động lực chính đằng sau DSRC là truyền thông an toàn liên quan, quản lý muốn giảm thiểu nhiễu càng nhiều càng tốt Thứ hai, tiêu chuẩn DSRC làm giảm độ rộng kênh của 802.11a từ 10MHz đến 20MHz Năm 1997, ITS Mỹ đã kiến nghị lên Ủy ban phân bổ 75MHz của phổ trong băng tần 5,9GHz cho ITS, đặc biệt là cho DSRC Những năm sau đó, vào năm 1998, Quốc hội thông qua và Tổng thống ký thành luật Giao thông vận tải cho thế kỷ 21, trong đó chỉ đạo các Ủy ban, tham khảo ý kiến với các

Sở Giao thông vận tải, để xem xét nhu cầu phổ "cho hoạt động của hệ thống giao thông thông minh, bao gồm cả phổ tần cho các tầm ngắn chuẩn không dây, chuyên dụng" DSRC TEA-21 cũng chỉ đạo DOT để quảng bá, thông qua các kiến trúc quốc gia, khả năng tương tác giữa các công nghệ ITS thực hiện trên toàn Hoa Kỳ Trong tháng 10 năm 1999, Ủy ban cấp phát băng 5,9GHz cho DSRC dựa trên các ứng dụng của nó và áp dụng các quy định kỹ thuật cơ bản cho hoạt động DSRC

Ngày 17 tháng 12 năm 2003 Ủy ban đã thông qua một dịch vụ cấp phép

và Báo cáo và tự thiết lập các quy tắc cho các DSRC Dịch vụ vận tải trong hệ thống giao thông thông minh ITS trong băng tần 5,850-5,925GHz (băng 5,9GHz) Ngoài ra còn có chính phủ liên bang phân bổ vị trí phát thanh để sử dụng bởi các dịch vụ quân sự trong băng tần 5,850-5,925GHz, hệ thống vệ

tinh nhỏ cố định phân bổ, và các dịch vụ nghiệp dư có phân bổ thứ cấp băng tần ISM cũng có thể hoạt động ở phần băng tần 5.850-5.875MHz

Thiết bị trong các dịch vụ DSRC gồm OBU và RSU Một OBU là một

bộ thu phát đó là bình thường gắn trong hoặc trên một chiếc xe, hoặc trong một số trường hợp có thể là một đơn vị cầm tay Một RSU là một bộ thu phát được gắn dọc theo một con đường cho người đi bộ hoặc hành lang Một RSU cũng có thể được gắn trên một chiếc xe hoặc xách tay, nhưng nó chỉ có thể hoạt động khi xe hoặc đơn vị mang theo người là đứng yên Một chương trình phát sóng RSU dữ liệu để OBU hoặc trao đổi dữ liệu với OBU trong khu vực truyền thông của nó

Tháng 10 năm 1999, Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ FCC đã chọn dải phổ tần 75Mhz trong băng tần 5.9GHz sử dụng cho hệ thống giao thông thông minh ITS Năm 2003, thu phí điện tử được sử dụng trong ITS tại Nhật bản Tháng 8 năm 2008, Viện Tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu ETSI chọn dải phổ 30MHz trong băng tần 5.9GHz cho ITS Hệ thống DSRC ở Châu Âu, Nhật Bản và Mỹ không tương thích với nhau

Tại Nhật hệ thống thu phí điện tử ETC được thương mại từ tháng 3 năm

2001 Đến năm 2005 đã có hơn 4 triệu ETC được sản xuất, hơn 20% số xe hơi tại Nhật đã lắp ETC, hơn 1.150 trung tâm thương mại đã có dịch vụ thu phí điện tử ETC trên toàn quốc Hệ thống ETC của Nhật sử dụng công nghệ DSRC, băng tần hoạt động 5.8GHz theo tiêu chuẩn của ITU-R và ISO

Ở Châu Âu hệ thống thu phí điện tử ETC sử dụng công nghệ DSRC thụ động, băng tần hoạt động 5.8GHz Tính đến năm 2004 thì có hơn 9 triệu người sử dụng và 10.000 làn đường lắp thiết bị ETC, hơn 150 triệu giao dịch thu phí ETC/tháng

Ở Mỹ hiện tại đang sử dụng nhiều công nghệ truyền dữ liệu cự ly ngắn cho các ứng dụng thông tin, điều khiển giao thông như: Công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến RFID, thẻ vô tuyến thụ động và chủ động hoạt động ở

băng tần 868-928MHz, tần số 13,56MHz Hệ thống thu phí tự động sử dụng công nghệ DSRC hoạt động ở băng tần 5,9GHz

Tại Hàn Quốc hệ thống thu phí điện tử ETC sử dụng công nghệ DSRC hoạt động ở băng tần 5,795-5,815MHz; 5,835-5,855MHz

Hiện tại, ở Việt Nam đã sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến viễn thông giao thông đường bộ sử dụng công nghệ DSRC dải tần 5,8GHz trên khắp cả nước [2] Công nghệ DSRC ứng dụng thu phí điện tử ETC qua hệ thống thanh toán ngân hàng Viettinbank như: trạm thu phí cầu Cần Thơ, cầu Phú Mỹ, Nam cầu Giẽ và các trạm đang triển khai như: Bãi đỗ xe Tân Sơn Nhất, Bãi

đỗ xe sân bay Đà Nẵng, Trạm thu phí số 1,…

Năm 2011, Bộ Thông tin và Truyền thông đã có đề tài dự thảo quy chuẩn kỹ thuật thiết bị truyền dữ liệu tốc độ cao và thấp hoạt động trong dải tần 5,8GHz

1.3 Các đặc điểm của công nghệ DSRC

DSRC đã được phát triển với mục tiêu hàng đầu của công nghệ cho phép

hỗ trợ các ứng dụng an toàn và thông tin liên lạc giữa các thiết bị và cơ sở hạ

 Độ tin cậy cao khi yêu cầu: các ứng dụng an toàn chủ động đòi hỏi một mức độ cao của liên kết tin cậy DSRC hoạt động trong điều kiện tốc độ xe cao, tính di động và mang lại hiệu năng phòng tránh với điều kiện thời tiết khắc nghiệt

 Ưu tiên các ứng dụng an toàn: các ứng dụng an toàn trên DSRC được ưu tiên trên các ứng dụng không an toàn

 Khả năng tương thích: DSRC đảm bảo khả năng tương tác, đó là chìa khóa để triển khai thành công các ứng dụng hoạt động an toàn, sử dụng tiểu chuẩn được chấp nhận rộng rãi Nó hỗ trợ cả hai dạng truyền thông là V2V và V2I

 An ninh và bảo mật: DSRC cung cấp xác thực thông điệp an toàn và bảo mật

Công nghệ DSRC hiện nay có nhiều cải thiện rõ rệt hơn và có nhiều ưu việt hơn so với công nghệ DSRC cũ Những cải thiện đột phá đó được thể hiện cụ thể ở bảng so sánh dưới đây:

Bảng 1.3 So sánh công nghệ DSRC cũ và công nghệ DSRC mới

DSRC cũ băng tần 915MHz DSRC mới băng tần 5,9Ghz

Truyền trong khoảng 30m Khoảng cách truyền lên tới 1000 m Tốc độ dữ liệu 0,5Mbps Tốc độ dữ liệu từ 6 đến 27Mbps

Được thiết kế cho hệ thống ETC

nhưng có thể sử dụng cho nhiều ứng

dụng khác

Được thiết kế cho truy cập internet nói chung, có thể sử dụng cho hệ thống ETC

Đơn kênh không được cấp phép 7 kênh được cấp phép

Môi trường truyền từ xe tới xe Môi trường truyền cả từ xe tới đường

và từ xe tới xe Giao thức gõ lệnh- đáp lại Giao thức gõ lệnh-đáp lại và ngang

hàng

DSRC có độ tin cậy cao, các xe dựa trên công nghệ tốc độ cao cho các ứng dụng an toàn phòng chống tai nạn DSRC cung tập hợp các giao diện, lựa chọn các giao thức kết nối chuyên dụng an toàn giao thông đường bộ DSRC truyền thông phục vụ như là cơ sở cho sự an toàn xe kết nối và tích hợp ứng dụng di động

DSRC 5,9GHz là một giao diện không dây hỗ trợ tốc độ cao, giao diện không dây tầm gần giữa các xe và cơ sở hạ tầng giao thông, cho phép nhanh chóng truyền dữ liệu và nội dung khác giữa thiết bị trên xe OBU và thiết bị đặt cố định bên đường RSU Phổ của DSRC gồm 7 kênh 10MHz trong đó có

1 kênh điều khiển và 6 kênh dịch vụ có tốc độ dữ liệu là 6Mbps Trong 6 kênh dịch vụ thì có lựa chọn cho kênh 20MHz là sự kết hợp của kênh 174+176 hoặc 180+182 Với cùng một công suất tín hiệu nhận được, máy thu DSRC với một kênh 10MHz có hiệu suất tốt hơn so với một với một kênh 20MHz

Để có vùng phủ sóng tín hiệu giống như một bộ phát DSRC với một kênh 10MHz, bộ phát DSRC với một kênh 20MHz cần phải tăng gấp đôi công suất truyền trong không gian tự do truyền, thậm chí nhiễu, fading đa đường nhiều hơn Công suất kênh điều khiển với tốc độ nhận tin nhắn cao (95%) cho một kênh 10MHz có thể đáp ứng các yêu cầu của hầu hết các tình huống giao thông

Hình 1.4 Cấp phát kênh

Kênh 178 được sử dụng cho bản tin ngắn và điều khiển OBU để kênh dịch vụ phù hợp, kênh điều khiển thường bị giới hạn để đảm bảo an toàn

thông tin liên lạc, sóng dịch vụ quảng cáo được phát đi ở đây, chỉ ra cách để truy cập các dịch vụ khác như thế nào Kênh 184 là kênh dịch vụ an toàn tránh va chạm, kênh này có khả năng truyền với khoảng cách xa với công suất cao được sử dụng cho các ứng dụng an toàn công cộng liên quan đến tính mạng và tài sản của người tham gia giao thông bao gồm cả giảm nhẹ va chạm

ở các giao lộ Kênh 172 là kênh dành riêng cho truyền an toàn thông tin giữa các phương tiện giúp tránh tai nạn và giảm nhẹ thiệt hại về tài sản

Hình 1.5 Phổ kênh của DSRC

Lớp vật lý của DSRC sử dụng phân chia theo tần số trực giao OFDM để điều chế dữ liệu Các lớp vật lý giống hệt nhau về cấu trúc khung, và tần số quy định bởi IEEE 802.11a Tuy nhiên, các ứng dụng DSRC yêu cầu truyền thông tin cậy giữa OBU đến RSU khi xe đang di chuyển với vận tốc 120 dặm/giờ và phạm vi truyền có thể lên tới 1000 mét Theo các bản tiêu chuẩn được cập nhật của DSRC, lớp MAC của DSRC chính là lớp 802.11a cụ thể với những thay đổi nhỏ Đây là phương án truy cập ngẫu nhiên cho tất cả các

thiết bị liên quan trong một cụm cơ bản truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột CSMA/CA

Môi trường của DSRC: Trong môi trường truyền thông giữa các xe những chiếc xe rất di động và các cấu hình mạng thay đổi rất thường xuyên Những thay đổi này là do tốc độ tương đối cao của xe, ngay cả khi những chiếc xe đang di chuyển theo cùng một hướng Hai chiếc xe chỉ có thể truyền thông trực tiếp với nhau khi trong khoảng cách vô tuyến của họ Đối với an toàn truyền thông ở DSRC, tính di động cao của xe trên đường có thể gây ra hai tác động bất lợi đến hiệu suất của việc gửi và nhận tin nhắn

An toàn của DSRC liên quan đến truyền thông V-V phải cung cấp dịch

vụ cung cấp thông tin thời gian sống của xe với độ tin cậy cao ở môi trường

1.4 Kết luận chương

Tóm lại, chương 1 trình bày tổng quan về khái niệm, lịch sử hình thành,

và các đặc điểm của công nghệ truyền thông chuyên dụng tầm gần DSRC Hơn nữa, ở Chương 1 giúp chúng ta có hiểu biết nhiều hơn những ưu điểm nổi bật và nhiều ứng dụng của công nghệ này đã và đang được sử dụng ở nhiều các quốc gia trên thế giới Để có thể tìm hiểu sâu hơn, cặn kẽ hơn về công nghệ thì chúng ta đi tiếp vào Chương 2 của đồ án

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ DSRC

Chương 1 của đồ án này đã trình bày tổng quan về công nghệ DSRC, để

có thể hiểu cặn kẽ hơn về công nghệ thì Chương 2 sẽ trình bày khái quát về cấu trúc hệ thống và nguyên tắc hoạt động thu phát của hệ thống đồng thời chỉ

ra các phân lớp và các giao thức được sử dụng trong hệ thống Phần cuối của Chương 2 sẽ trình bày về các quy chuẩn trong và ngoài nước dành cho công nghệ này

2.1 Cấu trúc hệ thống công nghệ DSRC

Hệ thống này bao bao gồm có OBU được gắn trên các phương tiện gọi là trạm di động, RSU được cài đặt ở hai bên đường gọi là trạm cố định OBU và RSU giao tiếp với nhau thông qua công nghệ DSRC

Máy phát DSRC

Máy phát DSRC

Máy tính

Thu phí

Kiểm tra

xe thương mại

Quản lý đỗ xe

Quản lý đường cao tốc

Trung tâm

Quản lý lưu lượng

Cung cấp thông tin dịch vụ

Quản lý dữ liệu

Quản lý thu phí

DSRC

Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống

2.1.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống

2.1.1.1 Hoạt động của RSU

RSU thông báo tới OBU 10 lần mỗi giây những ứng dụng hỗ trợ RSU trên các kênh DSRC RSU là một thiết bị đặt cố định trên các đường nên phạm vi của nó bao gồm vị trí kết thúc tắc nghẽn EoC RSU sẽ lựa chọn và thiết lập kết nối giao tiếp với các OBU trong phạm vi truyền của RSU Chức năng của RSU trong khu vực làm việc hệ thống thông tin lưu lượng là định kỳ phát sóng bản tin an toàn có chứa thời gian di chuyển TT và vị trí SoC đến tất

cả các OBU trong phạm vi của nó và có được dữ liệu định vị GPS, tốc độ và thời gian dữ liệu chọn từ OBU để cập nhật thông tin di chuyển qua truyền thông DSRC Trước khi bắt đầu giao tiếp với các đơn vị OBU, chương trình RSU cần phải được tương thích với các thông số đầu vào (Bảng 2.1) đường được giám sát Sau đó, RSU khởi tạo giao tiếp với bất kỳ phương tiện có OBU đi vào phạm vi của nó theo định kỳ phát sóng Khi các thông tin truyền thông được thiết lập và một OBU được chọn để thu thập dữ liệu, RSU lưu trữ các vị trí thông qua GPS, tốc độ và thời gian gửi từ OBU Sau khi phương tiện

đi qua cuối dãy giám sát RSU, RSU sẽ tính toán thời gian di chuyển TT, vị trí SoC và cập nhật thông tin trong quảng bá DSRC của nó nhận bởi tất cả OBU trong phạm vi

Bảng 2.1 Các thông số đầu vào của RSU

Thông số RSU Các đơn

vị

Mô tả và sử dụng

Giới hạn tốc độ

định danh

MPH Là tốc độ cho phép tối đa trên đường, được sử

dụng để thiết lập các mức trong việc ước tính

vị trí bắt đầu tắc nghẽn SoC Hướng đường Bằng Góc tương đối so với hướng Bắc tăng theo

chiều thuận kim đồng hồ Nó được sử dụng kiểm tra hướng trong OBU để loại trừ các xe đang đi trong hướng khác đến đoạn đường bị tắc nghẽn

Vị trí kết thúc

tắc nghẽn

Kinh độ,

Vĩ độ

Là nơi làm việc hoặc vị trí tắc nghẽn kết thúc

và các làn đường được mở ra lần nữa Nó sử dụng cho kiểm tra vị trí kết thúc tắc nghẽn ở OBU để giải phóng giao tiếp với RSU

Chiều rộng

đường

Bàn chân

Là chiều rộng đường cho một hướng đi, kiểm tra vị trí cho các xe tiếp cận vào khu vực truyền thông của RSU

2.1.1.2 Hoạt động của OBU

Các DSRC OBU là một đơn vị di động được hỗ trợ bởi hệ thống pin của phương tiện OBU sử dụng ăng ten đa hướng nhằm tối ưu hóa truyền thông không dây DSRC trong môi trường năng động OBU lý tưởng nên được đặt ở nơi để có giao tiếp rõ ràng với RSU nhất Chương trình của OBU không thay đổi bất kỳ vị trí như nó tương thích với thiết lập của nó với các thông số đầu vào của RSU Khi chương trình bắt đầu kích hoạt các liên kết GPS và giám sát cho các yêu cầu RSU để liên lạc Sau khi nhận được yêu cầu và truyền thông được thiết lập, OBU sẽ gửi tin nhắn chứa vị trí GPS hiện tại, tốc

độ và thời gian đến các RSU cho đến khi nó di chuyển ra khỏi phạm vi RSU Trong việc tiếp nhận các chương trình phát sóng RSU, OBU xử lý thông báo

và chuyển các tin nhắn từ RSU qua liên kết với giao diện người dùng để cho con người chú ý được những thông tin mới

OBU sẽ nghe trên kênh 172 để xác thực chữ ký số của RSU và thực hiện các ứng dụng an toàn trước Sau đó OBU sẽ chuyển mạch kênh và thực hiện các ứng dụng không an toàn Cuối cùng OBU quay về kênh 172 tiếp tục nghe

2.1.1.3 Giao diện người dùng

Giao diện người sử dụng trong thực tế bao gồm hai thành phần là: thiết

bị giao diện truyền thông CID và điện thoại di động Các OBU chuyển đi các bản tin an toàn cho CID để nó có thể lần lượt gửi tin nhắn đến điện thoại đi động Các CID và điện thoại đi động của giao diện người dùng được giải thích trong các phần sau đây

a Thiết bị truyền thông CID

Mục đích của CDI là để nhận được các bản tin an toàn RSU dành cho các trình điều khiển OBU và thông qua các tin nhắn đã nhận từ điện thoại di động qua kết nối Bluetooth Bản tin an toàn giữa OBU và CID qua kết nối cổng nối tiếp Các màn CID cho điện thoại di động ghép nối ban đầu đã được thực hiện và tự động thiết lập kết nối khi trong phạm vi của RSU CID được

dự kiến sản xuất hàng loạt mà trong đó CID và OBU được kết hợp với nhau

để chỉ là một thiết bị gán trên xe

CID bao gồm hai phần: vi điều khiển và máy phát bluetooth Các chương trình vi điều khiển xử lý hai cổng kết nối nối tiếp, kết nối từ OBU cho vi điều khiển và kết nối từ vi điều khiển tới máy phát bluetooth Các mô-đun máy phát Bluetooth không cần viết bất kỳ chương trình nào, các vi điều khiển có khả năng truy cập vào cức năng của máy phát Bluetooth thông qua cổng kết nối nối tiếp, để kết nối các thiết lập và gửi bản tin an toàn thông qua điện thoại di động

Hình 2.2 Thành phần của CID

Nhiệm vụ của CID là để chuyền các bản tin nhận được từ OBU cho điện thoại di động Bản tin nhận được thông qua truyền thông cổng giao tiếp nối tiếp RS232 và gửi đến điện thoại di động qua liên kết máy phát Bluetooth

Vi điều khiển nhận bản tin an toàn thông qua kết nối nối tiếp với DSRC OBU Sau khi nhận được bản tin từ bộ đệm đầu vào nối tiếp, bản tin được lưu trữ ở

bộ nhớ của vi điều khiển để truyền cho mô-đun máy phát Bluetooth qua kết nối nối tiếp RS232 Các ký tự nhận được từ mô-đun máy phát Bluetooth được gửi đến điện thoại đi động Các chương trình cho vi điều khiển được phát triển sử dụng môi trường lập trình C động Sau khi chương trình được biên dịch vi điều khiển sẽ gửi qua kết nối nối tiếp để được cài đặt trong bộ nhớ flash củ vi điều khiển

b Điện thoại di động

Cần có một giao điện người sử dụng để trình bày bản tin an toàn cho lái

xe Điện thoại di động được chọn làm giao diện người dùng vì nó là thiết bị

hầu hết các lái xe sẽ có Chương trình được viết cho điện thoại di động là có thể nhận các bản tin an toàn thông qua kết nối Bluetooth và hiển thị bản tin dưới dạng tin nhắn văn bản Điện thoại được đặt trong một cái đế gán ở nơi các lái xe có thể xem các bản tin mà không rời mắt khỏi đường Điện thoại di động kích hoạt Bluetooth được chọn là giao diện người dùng để trình bày bản tin an toàn cho người dùng

2.1.1.4 Hoạt động của GPS

Công nghệ GPS được tích hợp với OBU Cả dữ liệu và công suất GPS được truyền qua cáp kết nối USB, vì vậy GPS không cần pin hoặc một nguồn năng lượng nào khác Các đơn vị GPS hỗ trợ tăng diện rộng Máy thu GPS được sử dụng duy nhất bởi OBU và truyền dữ liệu sử dụng cáp USB với tốc

độ baud là 4800 Khi giao tiếp với RSU nó sẽ gửi vị trí đọc GPS, tốc độ và thời gian hiện tại để RSU lưu trữ và sử dụng cho các tính toán để tìm TT và vị trí SoC Giả định GPS được bật cùng thời điểm với xe vì vậy không có thời gian nóng nên khi ứng dụng bắt đầu thực hiện Khi các đơn vị GPS có thể cập nhật thông tin nhanh hơn thì OBU chỉ truy cập các dữ liệu tại một khoảng thời gian mong muốn vì không có lợi ích của việc thường xuyên của việc cập nhật trong thời gian ngắn Các hiệu ứng lỗi từ vị trí thiếu chính xác là cao hơn đáng kể cho thời gian nhỏ hơn trong việc tính toán khoảng cách và hướng đi

2.1.2 Truyền thông giữa RSU và OBU

Truyền thông giữa RSU và OBU bao gồm 2 pha là: pha kết hợp và pha truyền thông

Hình 2.3 Truyền thông giữa RSU và OBU

2.1.2.1 Pha kết hợp

Pha kết hợp là nơi mà trạm di động đăng ký với trạm gốc Nó được chia thành hai giai đoạn đó là giai đoạn thiết lập kênh liên kết và giai đoạn thiết lập kênh dịch vụ

a Giai đoạn thiết lập kênh liên kết

Trạm di động OBU nhận khe bản tin kiểm soát khung FCMS từ RSU được thêm vào để kiểm soát thông tin truyền thông về việc cấu hình khung, nếu cần thiết nó thông dịch thông tin kiểm soát truyền thông bao gồm các loại giao thức:

- OBU đoán nội dung của khe bản tin kiểm soát khung FCMS chọn ngẫu nhiên một kênh chủ động ACTC tới trạm RSU và thực hiện yêu cầu cho việc kết nối

- Ở các khung sau đó, trạm gốc RSU cấp phát một địa chỉ liên kết và một khe

dữ liệu cho OBU và truyền đi sau khi đã thêm thông tin OBU nhận một khung FCMS chính xác được thêm với địa chỉ liên kết thích hợp và thông dịch thông tin với giai đoạn thiết lập kênh liên kết để hoàn thành Sau đó, đến giai đoạn thiết lập dịch vụ và đơn giản hóa quá trình kết hợp bằng giai đoạn truyền thông được bắt đầu trực tiếp và do đó, bỏ qua quá trình thiết lập dịch

vụ Hoạt động của giai đoạn thiết lập dịch vụ được mô tả như hình dưới đây

b Giai đoạn thiết lập kênh dịch vụ

Ở giai đoạn này thiết lập các dịch vụ một cách chọn lọc và quyết định OBU truyền thông với trạm RSU bằng dịch vụ nào

- Bằng việc thêm vào bảng dịch vụ báo hiệu BST và khe dữ liệu bản tin MSD, trạm RSU truyền các thông số của ứng dụng có sẵn bằng việc sử dụng MSD

- OBE truyền các đáp ứng tương ứng với ứng dụng trong BST đến RSU bằng việc sử dụng MDS giống như bảng dịch vụ phương tiện VST thiết lập các ứng dụng và tiếp đến giai đoạn truyền thông

2.1.2.2 Pha truyền thông

RSU phát MDS ở đường lên hoặc đường xuống để yêu cầu một hoặc nhiều nhóm OBU và thực hiện trao đổi dữ liệu Sau đó, gửi ACK/NACK bằng việc sử dụng một kênh ACK trong cùng một khe, yêu cầu gửi lại để kiểm soát việc thực hiện khi NACK nhận được hoặc ACK/NACK không nhận được trong khoảng thời gian cho phép

2.1.3 Trạm di động OBU

Trạm di động OBU bao gồm thiết bị vô tuyến với ăng-ten, một máy phát

và máy thu, và tùy chọn thiết bị như thẻ IC, bộ điều khiển và thiết bị hiển thị Trạm di động OBU thực tế là thiết bị được gắn trên các phương tiện để phát hiện nhanh chóng đối tượng sử dụng đường, cần thu phí Hình 2.4 là thiết bị OBU đang được sử dụng trong thực tế

Hình 2.4 Thiết bị OBU

2.1.3.1 Các yêu cầu kỹ thuật đối với OBU

a Độ nhạy của OBU

Định nghĩa: Độ nhạy của OBU là mật độ công suất tối thiểu, tính bằng đơn vị dBm mà tại đó khối OBU sẽ tạo ra được đáp ứng mong muốn

Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường độ nhạy OBU phải lớn hơn các giới hạn cho trong bảng sau:

Bảng 2.2 Giới hạn độ nhạy OBU trong truyền thông tốc độ thấp

Định hướng OBU Điều kiện đo kiểm

Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường OBU phải đáp ứng các yêu cầu sau:

+ OBU không được đáp ứng với các tín hiệu đo thử

+ OBU không được đáp ứng với trường nhiễu ở tần số xác định theo bảng dưới đây:

Bảng 2.4 Các mức và tần số của tín hiệu nhiễu

Mhz

250 Mhz

900 Mhz

1,8 Ghz

2,45 Ghz

5,8 Ghz

7.5 Ghz

12 Ghz

Cường độ của

c Sai tần số

Định nghĩa: Sai tần số của OBU là sự khác biệt giữa tần số sóng mang không điều chế và tần số danh định, được xác định trong khe thời gian khi các

bit dữ liệu OBU đầu tiên được phát để đáp ứng yêu cầu của một tín hiệu RSU

Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường, sai số tần số không được vượt quá 5ppm ( đối với khối thu phát OBU), 1% của tần số sóng mang phụ được công bố

Hình 2.5 Khe thời gian đo sai tần số

d Phát xạ giả

Định nghĩa: Phát xạ giả của OBU là các phát xạ ở các tần số khác với tần số sóng mang phục vụ của OBU và các biên kèm theo với điều chế thông thường do OBU phát xạ Phát xạ được xác định là công suất phát xạ của tín hiệu rời rạc

Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường, các phát xạ giả phải thấp hơn hoặc bằng giới hạn cho trong Bảng 2.5