بخشی از مقاله
چکیده
یکی از وظایف مهم شبکههای خودرویی حفظ سلامت کاربران جاده است. ازآنجاکه آسیبپذیرترین کاربران جادهای، عابران پیاده هستند و بیشتر تحقیقات صورت گرفته روی روابط خودرو به خودرو معطوف بودهاند بر آن شدیم تا جهت حفظ سلامت عابر، روی ارتباطات خودرو به عابر تحقیق کنیم. بدین منظور گسترش نوعی از شبکههای خودرویی را بر پایهی تلفنهای هوشمند بررسی میکنیم تا بتوانیم توسط این ابزار ساده به هدف خود برسیم. در این راهکار، دادههای مدل حرکتی عابر برای تلفن هوشمند راننده ارسال میشوند. پس از دریافت دادهها، تلفن هوشمند راننده با داشتن دادههای مدل حرکتی خود و دادههای مدل حرکتی دریافت شده از سمت عابر، پردازشی را شروع میکند.
اگر این پردازشها احتمال وقوع تصادف را پیشبینی کنند تلفن هوشمند، هشداری به راننده میدهد تا بتواند در زمان مناسب عکسالعمل نشان دهد. این همکاری تلفنهای هوشمند در تبادل دادهها و سپس پردازشهایی که روی دادهها صورت میگیردن و نهایتاً هشدارهایی که در صورت لزوم بین تلفنهای هوشمند ردوبدل میشوند باعث به وجود آمدن ابری از خودروها میشود. هرچندکه واقعاً ابری بهصورت مرکزی در شبیهسازیهای خود لحاظ نکردهایم. پس از بیان مقدمات، الگوریتم پیشنهادی را در سه سناریوی مختلف شرح میدهیم.
واژههای کلیدی: ارتباط خودرو به عابر، ابر خودرویی، تلفن هوشمند
-1 مقدمه
طبق تحقیقات، عمدهی تصادفات از فقدان اطلاعاتی - تأخیر در دریافت یا عدم دریافت - نشاءت میگیرند. پس با افزایش سطح آگاهی راننده به کمک تلفن هوشمند میتوانیم از بروز تصادفات بسیاری جلوگیری کنیم. استفاده از تلفن هوشمند بهجای OBU1 ، مزایا - ارزان بودن، در دسترس بودن و... - و معایبی - توان پردازشی و ذخیرهسازی کمتر، مسائل امنیتی و... - در پی دارد که به چالشهای بهکارگیری آن اشاره میکنیم. سپس کارهایی که پیشتر در این زمینه صورت گرفتهاند را شرح میدهیم و بعدازآن به بیان روش پیشنهادی خود میپردازیم.
یکی از معایب استفاده از تلفنهای هوشمند بهجای OBU، استفاده از ماژولهای ارتباطی802.11a,b,g بهجای ماژول ارتباطی802.11p استاخیراً. توانستهاند ماژول ارتباطی تلفنهای هوشمند را با استانداردp منطبق کنند.[1] حال که تلفنهای هوشمند بهطور متداول از استانداردp استفاده نمیکنند بهکارگیری آنها در شبکههای خودرویی عملکرد آنها را تضعیف میکند. محققین میزان این تضعیف در عملکرد - که به علت نداشتن کانال اختصاصی، عوامل محیطی تخریبگر سیگنال و محدودهی ارتباطی حادث میشوند - را بررسی کردهاند و به این نتیجه رسیدهاند که در شرایط خاصی میتوان بر چالشهای استفاده از تلفن هوشمند در شبکههای خودرویی فائق آمد.[2] بعد از بررسی پیچیدگیهای استفاده از تلفنهای هوشمند در شبکههای خودرویی، پروتکلی روی گوشیها معرفیشده که از "برنامههای ایمنی جاده همکار" در پخش پیامهای هشدار استفاده میکند .
این پروتکل eMDR1 نام دارد. بدین شکل که برنامههای هوشمند حملونقل در گوشیها مکان و مسیر خودروی خاصی مثل آمبولانس را با استفاده از این پروتکل برای سایر گوشیها همه پخشی میکنند و رانندگان میتوانند نسبت به حرکت آن خودرو واکنش مناسبی داشته باشند.[3] حال برنامهای را معرفی میکنیم که با نصب آن روی گوشیها میتوان بهصورت امن، توسعهی شبکهی خودرویی را تسریع نمود. این برنامه وای فو نام دارد. از کاربردهای مهم شبکهی وای فو - شبکهی ad-hoc ای که در آن روی گوشیها نرمافزار وای فو را نصبشده است - تشخیص مخاطرات جادهای و خبررسانی آن، شناسایی جای پارک خالی، یافتن محل ماشین پارک شده و... است. در معماری برنامهی وای فو از ترکیب سه ماژول اصلی استفادهشده است. الف - وای فوی نگهبان، مسئول چک کردن سطح باطری گوشی. ب - وای فوی خودکار، مسئول تشخیص و ارسال رخدادها. ج - وای فوی کاربر، مسئول اطلاعرسانی به کاربر. در طراحی تمام قسمتها امنیت از سه بعد لحاظ شده است. - 1 امنیت کاربر، استفاده از اسمهای مستعار دورهای برای گمنام ماندن کاربر. - 2 امنیت اطلاعات، تضمین صحت دادهها به کمک تائید - امضا - رویدادها توسط چند کاربر. - 3 امنیت شبکه، مبادلهی دادهها بهصورت رمز شده.[4]
-2 پیشینه پژوهش
پس از بدست آوردن دانش امکان استفاده از تلفنهای هوشمند در شبکههای خودرویی میخواهیم برخی از روشها را معرفی کنیم که توسط تلفنهای هوشمند در حفظ سلامت عابر کوشیدهاند.
.1 روشهای ابری
الف - روشی با رویکرد سازگار: دادههای بهروزرسانی شامل سرعت، جهت و موقعیت از سمت عابر و راننده برای سرور ابر ارسال میشوند. ابر دادهها را دریافت به کمک الگوریتم پیشبینی پردازش میکند.[5] وقتی شرایط خطر پیشبینی شود الگوریتم، پیام هشداری به عابر میدهد که سطح کاری خود را در ارسال داده برای ابر به نرخ بالا تغییر دهد.
ب - برنامهی راهبری هشدار ایمنی: این برنامه توسط سرور ابر، خودروهایی که عابر را تهدید نمیکنند در محاسبهی زمان خوابوبیداری گوشی عابر در نظر نمیگیرد و برای خودروهای تهدیدگر عابر نواحی خاصی - ناحیهی هشدار -ناحیهی پیش هشدار - پیرامون عابر تعریف میکند. اگر خودرویی وارد این نواحی شود این برنامه به گوشی راننده و عابر هشدار میدهد.[6]
.2 روشهای غیر ابری
الف - استفاده از تکنیک ارتباط مستقیم: گوشیهای عابرین - اعضای نظیر به نظیر - توسط ارتباط مستقیمی که باهم دارند عضوی را که بیشترین میزان باطری را دارد بهعنوان سرگروه برمیگزینند. سرگروه با خودروها طی کانال کنترلی و با اعضای نظیر به نظیر طی کانال سرویس ارتباط میگیرد و هشدارها را بین این دو گروه منتقل میکند.[7]
ب - برنامهای جاوا محور: خودرو با توجه به حرکات، سرعت، مکان، انحرافات و ابعاد خود ناحیهی جغرافیایی هدفی را تعیین میکند. دادههای حرکتی و موقعیتی خودرو توسط عابران درون این ناحیه دریافت میشود. سپس عابران بسته به فاصلهی زمانی رسیدن خودرو به تقاطع هشدار متناسبی دریافت میکنند.[8]
ج - مشارکت OBU با گوشی عابر: این برنامه اطلاعاتی را توسط حسگرهای گوشی عابر و حسگرهای OBU در خودرو بدست میآورد. سپس بسته به اینکه خودرو و عابر از چه سمتی به هم نزدیک شوند و در چه فاصلهای باشند میزان خطر را میسنجد و بسته آن، هشدارهای مناسبی به عابران و خودروها میدهد.[9]
-3 مبانی نظری پژوهش
این پژوهش در شبیهسازیها سه مفهوم عابر، خودرو و تلفن هوشمند را بکار برده که لازم است مفهوم تلفن هوشمند را شرح دهیم. میدانیم که گوشیها چندرادیویی هستند و پایهی آنها سلولار است. در نسل4 برای کاهش بارکاری ادوات سلولار، تکنولوژیهای دیگری برای صحبت کردن موبایلها بهصورت محلی بهکاربرده شدهاند - مثل . - 802.11p در این روش، ابری از خودروها داریم که تکنولوژی صحبت کردن همهی آنها باهم تکنولوژی802.11p است و اینجا بحث سر هماهنگسازی تکنولوژیها باهم نیست. حال دو حیطه در روابط امن در نظر گرفته میشوند. یکی حیطه ایمنی - مثلاً عابر نتواند توسط گوشی خود پیام ترمزی را به خودرو تحمیل کند - و دیگری حیطهی امنیت - اینکه پیامها بهصورت امن منتقل شوند - است. با توجه به اینکه بحث ما روی حوزهی ایمنی است با بخش سلولار کار نداریم و حوزهی کار ما روی بحث وای فای متمرکز میباشد. به کمک مفهوم تلفن هوشمند و نقشی که تلفن هوشمند در این پژوهش هنگام مبادلهی داده بین گرهها - عابر و خودرو - ایفا میکند ابری از خودروها به وجود میآید که در آن گوشیها طی یکسری از تبادلات از جان عابر محافظت میکنند.[10]
-4 روش پژوهش
برای سناریوهایی که پیشنهاد میدهیم از ابزارهای شبیهسازیOMNeT++،Veins،SUMO استفاده کردهایم. همانطور که گفتیم سه سناریو ارائهشده که فرضیات دخیل در آنها عبارتاند از: پیادهسازی نقشهها در SUMO به صورت دستی هنگام ارسال دادهها، مدل حرکتی عابر و خودرو ثابت فرض شده سرعت راه رفتن عابر بین 1,38-2,5 متر بر ثانیه ماژول ارتباطی تلفن هوشمند با استاندارد 802.11p کار میکند شتاب مثبت عابر 1 و شتاب منفی 1,5 متر بر مجذور ثانیه زمان ورودهای مختلف جریانهای حرکتی عابر-خودرو به تقاطع شتاب مثبت خودرو2,6 و شتاب منفی4,5 متر بر مجذور ثانیه تغییر تقاطعها از حالت با اولویت به حالت بیقید و شرط سقف حداکثر سرعت در شهر را تا 90km/h در نظر گرفتیم تمام خودروها به سیستم ACC1 مجهز هستند لازم است هر کاربر بسته به عابر یا راننده بودن حالت بخصوصی برای کارکرد گوشی انتخاب کند.
وضعیت عابر ارسال دادههای حرکتی و موقعیتی و وضعیت خودرو پردازش دادهها را بر عهده دارد. .1 سناریوی اول: اینجا ناحیهی ریسک جایی است که عابر میخواهدمستقیماً از عرض خیابان بگذرد. الگوریتم پیشبینی: وقتی حسگرهای گوشی عابر، قصد عابر برای گذر از تقاطع را تشخیص دهند دادههایی را همه پخشی میکنند. گوشی راننده توسط دادهی دریافتی، محل تلاقی را تخمین میزند. سپس با داشتن سرعت خود و عابر، زمان رسیدن به نقطهی تلاقی را تخمین میزند. اگر این زمان از حدی کمتر باشد وضعیت مستعد خطر است. حال گوشی راننده محاسبه میکند از بین عابر و خودرو کدام زودتر به محل تلاقی میرسند. اگر خودرو زودتر برسد وضعیتواقعاً خطرناک است. در این هنگام گوشی راننده
