مستقبل الاتصالات الرقمية في المركبات المستقلة ذاتيا والسيارات المرابطة

فهم المركبات المستقلة والسيارات المرابطة

(أ) صناعة السيارات تمر بتحول أساسي، مدفوعاً بتقارب تكنولوجيا الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، والاتصالات اللاسلكية ذات السرعة العالية، وتعتمد المركبات ذات المستوى الذاتي على مجموعة من الرادار، والليدار، والكاميرات، وأجهزة الترميز المتطورة التي تستخدمها شركة AI على تصور بيئتها واتخاذ القرارات المتعلقة بالقيادة دون تدخل بشري.

دور الاتصالات الرقمية

فالخط الرقمي هو خط الحياة الذي يمكّن المركبات المستقلة والمتصلة من التفاعل مع بيئتها في الوقت الحقيقي، وبدون تبادل قوي للبيانات، ستكون السيارة ذاتية الدفع عمياء بالنسبة للأحداث التي تتجاوز نطاق جهاز الاستشعار لديها، مثل التشويش المفاجئ على حركة المرور حول منحنى أو مركبة طوارئ تقترب من الخلف، ويمكن للمركبات أن ترسم خريطة مشتركة في الوقت الحقيقي لظروف الطرق، والمخاطر، وتدفق المركبات.

مركبة إلى مركبة (V2V)

V[2V communication enables cars to broadcast their speed, heading, brake status, and other basic safety data to nearby vehicles hundreds of times per second. The U.S. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) has long called for V2V as a means to prevent 80% of crashes involving unimpaired drivers. For example, if a car ahead applies sudden brakes, its V2V message can immediately adapt vehicles

المركبات إلى الهياكل الأساسية (V2I) الاتصالات

ويربط نظام " V2I " المركبات بإشارة المرور، وعلامات الطرق، وكشكا التلف، وضوءات الشوارع الذكية، وعندما تقترب سيارة متصلة من تقاطع، يمكن أن تتلقى بيانات عن مرحلة الإشارة والتوقيت، وتتوقع بالضبط متى سيتغير الضوء، مما يسمح للسيارة بتعديل سرعتها لتمررها من خلال الأضواء الخضراء دون توقف، والحد من الاكتظاظ والانبعاثات، وبالمثل، يمكن إعادة استخدام الحدود القصوى لمركبات القائمة على أساس التسلسل " Vi-I " .

مركبة إلى مركبة (V2P) ومركبات إلى الشبكة (V2N)

وسائل الاتصال الخاصة بـ "الـ "في2 بي" تضغط على أجهزة الـ "ب" الذكية أو الأجهزة القابلة للارتداء لبث موقعها إلى المركبات القريبة، وهذا أمر ذو قيمة خاصة لحماية المشغلين والمهرجين و الأطفال الذين يعبرون الشوارع في ظروف منخفضة الوضوح، ومن ناحية أخرى، يربطون المركبات بأجهزة السحب الخاصة بخرائط التليفزيونية العالية، وتصوير الترددات التشخيصية، وبرمجيات المحدثة

التكنولوجيات الأساسية التي تتيح الاتصال الرقمي

ويعمل العديد من التكنولوجيات الأساسية معاً لجعل الاتصالات V2X موثوقة وسريعة وآمنة، وأكثرها أهمية هي الاتصالات القصيرة المدى المكرسة، والخلايا V2X (C-V2X) التي تستند إلى 5G، وحساب الحواف، والاستخبارات الاصطناعية.

الاتصالات القصيرة الأجل المخصصة ضد الخلية V2X

(ج) كان البروتوكول غير اللاسلكي الأصلي المصمم خصيصاً للبيئات الآلية، وهو يعمل في إطار النطاق الترددي 5-9 من الشبكة العالمية للشبكة ذات الترددات المنخفضة (دون 10 مليمترات) ويدعم الاتصال المباشر بين الأقران والزئبق دون الحاجة إلى البنية التحتية الخلوية، غير أن الصناعة تحولت تدريجياً إلى نظام الخلايا V2X (C-V2X) في وقت لاحق

5 زاي - التواصل والشبكة

5 زاي - يجلب ثلاثة فوائد رئيسية للمركبات المرتبطة بها: الاتصالات المنخفضة الموثوقة للرسائل المتعلقة بالسلامة، والاتصالات الضخمة من نوع الآلات لربط ملايين أجهزة الاستشعار، وتعزيز النطاق العريض (eMBB) لأغراض الاحتواء ورسم الخرائط، ويتيح تقسيم الشبكة لمشغل شبكة متنقلة تخصيص شريحة من أجهزة التحكم الافتراضية المعزولة من الشبكة، تكفل تحديدا توافر بيانات السلامة الذاتية.

حواسيب وأجهزة فوج

فتجهيز جميع بيانات الاستشعار في السحابة يؤدي إلى تأخيرات غير مقبولة في القرارات الحاسمة من حيث الوقت، ويدفع الحوسبة الحوسبة إلى أقرب إلى المركبة، وغالبا ما تكون في وحدات جانب الطريق أو مراكز البيانات الإقليمية، ويمكن أن تجمع شعارات جانب الطريق رسائل V2X من عشرات المركبات، ويدير مقياسا للأشعة دون الاصطدام، ويوزع تنبيهات على شكل أشعة متحركة.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويمكن أن تؤدي نماذج التعليم العالي إلى تحليل التدفق المستمر لبيانات V2X للتنبؤ بأنماط حركة المرور، وتحديد الشذوذ، ورسم المسارات على الوجه الأمثل، ويمكن أن يؤدي تعزيز عوامل التعلم إلى تنسيق إشارات المرور في فترات متقطعة للتقليل إلى أدنى حد من التأخير العام استناداً إلى عمليات عد المركبات في الوقت الحقيقي، ويستخدم التعلم العميق في رؤية حاسوبية على تغذية الكاميرا، ولكن V2X يوفر مصدراً تكميلياً للبيانات يمكن أن يتغلب على القيود المفروضة على المباني، على نوع آخر،

حالات الاستخدام والاستحقاقات

ويفتح الجمع بين القيادة المستقلة والاتصالات الرقمية مجموعة واسعة من الفوائد العملية التي تتجاوز السلامة لتشمل الكفاءة والأثر البيئي وسرعة استخدامه.

تجنب الاصطدام والسلامة

V2X enables forward collision warnings, intersection movement assist, left-turn assist, and emergency vehicle preemption. The U.S. DOT Connected Vehicle Pilot programs in New York City, Tampa, and Wyoming have reported reductions in near-crash events by up to 40% through V2X alerts. In the future,

كفاءة حركة المرور والوسلاء

ويشتمل التعبئة على مركبة رائدة تتحكم في سلسلة من الشاحنات أو السيارات الفضائية عن كثب باستخدام الاتصالات V2V، بينما يؤدي انخفاض السحب الهوائي إلى توفير الوقود، ويقلل المكابح المتزامنة من آثار الموجات الصدمة التي تسبب ازدحام حركة المرور، وفي أوروبا، أظهر مشروع ENSEMBLE فصيلة متعددة الأجنحة على الطرق العامة، ويحقق وفورات في الوقود بنسبة 10 في المائة بالنسبة لشاحنات القيادة ويخفف من سرعة السفر إلى 16 في المائة.

المعلومات والخبرة في مجال المعلومات

ويمكن ارتفاع مستوى الترددات 5G V2N من بث الفيديو في جهاز HD، وقمار السحب، والاجتماعات الافتراضية داخل المركبة، وفي حين أن السلامة لها الأسبقية، فإن تجربة الركاب تصبح مفرقا رئيسيا لصانعي السيارات، كما يمكن للسيارات المرابطة أن تتزامن مع الترفيه عبر عدة أشخاص، وأن تعدل الإضاءة المحيطة على أساس المزاج، وأن تقدم خدمات متحركة ذاتية واسعة النطاق.

Smart City Integration

فالمركبات المرابطة عنصر أساسي من عناصر النظم الإيكولوجية في المدن الذكية، ويمكنها الاتصال بمترات وقوف السيارات الذكية لحجز الأماكن ودفعها، مع محطات شحن المركبات الكهربائية لتسخين البطارية، ومع نظم النقل العام لتوفير تخطيط ثلاثي غير مرئي، كما أن التوأم الرقمي لطرق المدن، الذي استكمل في الوقت الحقيقي ببيانات V2X، يسمح لمهندسي حركة المرور بتخريف أثر مشاريع البناء أو أحداث خاصة قبل أن يتدفق باستمرار.

التحديات والاعتبارات

ورغم الوعد، يجب التغلب على عدة حواجز هامة قبل أن يصبح الاتصال المستقل متفشيا.

أمن الفضاء الحاسوبي وخصوصية البيانات

كل تبادل بيانات بين المركبات والنظم الخارجية هو مهاجم محتمل، يمكن للمخابرات أن تحقن رسائل خاطئة على سبيل المثال،

درجة الاحتياج والقابلية للاعتماد

وتحتاج رسائل السلامة إلى درجة حرارة تقل عن 10 مليارات، حيث يبلغ معدل تسليم عبوات 99.999 في المائة أو أكثر، وفي الكثافة الحضرية، أو الأنفاق، أو تحت الرغاوي الثقيلة، يمكن أن تتحلل الإشارات اللاسلكية، ويجب على مشغلي الشبكات أن يكثفوا هياكلهم الأساسية مع خلايا صغيرة ووحدات على الطرق للمحافظة على التغطية، وعلاوة على ذلك، فإن المركبات تحتاج إلى وسائل للتراجع في حالة فقدان المركبات ذات الصلة بالشبكة يجب أن تعمل بأمان حتى لوحات الاتصال ذاتية V2.

المخصصات التنظيمية والمخصصات

وتشتت الصورة التنظيمية العالمية، إذ انتقلت الولايات المتحدة إلى مستوى C-V2X، بينما تتجه أوروبا والصين أيضاً إلى C-V2X ولكن مع مختلف نطاقات الطيف ومتطلبات التصديق، كما أن هيئات توحيد المعايير مثل 3GPP، وEEEE، وSAE، سوف تواصل العمل على قابلية التشغيل المتبادل، ولكن التنسيق بطيء، وبدون معيار عالمي موحد، فإن السفر عبر الحدود للمركبات المستقلة يصبح أمراً إشكالية.

البنية التحتية

إن نشر وحدات الدعم، و 5G خلايا صغيرة، ومراكز البيانات الحافة، وتحسين إدارة المرور يتطلب بلايين الدولارات، وتنشأ شراكات بين القطاعين العام والخاص، مثل دفع شركات الاتصالات السلكية واللاسلكية إلى استئجار حيز لوحدات المرافق العامة، كما أن صناع السيارات الفردية يواجهون أيضاً تكلفة تجهيز مركبات جديدة بقطعيات من معدات V2X المتكاملة، مع أن هذه المركبات أصبحت أرخص، وتظل التكلفة الهامشية للسيارة أقل من مائة دولار.

التوقعات المستقبلية

ويشير مسار الاتصالات الرقمية في المركبات إلى التكامل الكامل للسيارات المستقلة ذاتيا مع الهياكل الأساسية الذكية والخدمات السحابية، ويتوقع أن تصبح شبكات الجاهزة العاملة من الفئة 5 جي قاعدة تتيح للتنقل المتصل حقا كخدمة (ماس) وأن تتيح الاستخبارات الفنية عند الحافة إمكانية التفاوض بشأن حق الوصول إلى القطع دون أن يكون هناك أضواء مرورية.

كما تقوم الصناعة باستكشاف إمكانية الاتصال المباشر بالسواتل للمناطق النائية باستخدام وحدات ذات المدار المنخفض مثل ستارلينك أو كويبر لتوفير تغطية مستمرة للشبكة الترددية V2N، مما سيتيح للشاحنات المستقلة أن تعمل بشكل موثوق في الطرق الريفية حيث تكون الخلية الأرضية واضحة، وفي المراكز الحضرية، سيسمح الاتصال بالمركبات من المركبات إلى الشبكة العالمية باستعادة القدرة على استخدام البطاريات الفائضة.

خاتمة

فالتواصل الرقمي هو الخيط الخفي الذي يحشد معاً أجهزة الاستشعار والتصوير والبنى التحتية للنظام الإيكولوجي للمركبات المتمتع بالاستقلال الذاتي والمتصل به، وبما أن تكنولوجيات V2V وV2I وV2P وV2N قد بلغت مرحلة النضج، فإنها ستعيد تشكيل سلامة الطرق وكفاءة المرور والخبرة في مجال السيارات، ويزيد من حدة التحديات التي تواجه أمن الفضاء الإلكتروني، وينشأ أساس التوحيد، ويستلزم التعاون بين مشغلي السيارات والمشغلين.