Študija izvedljivosti avtonomne vožnje s pomočjo komunikacijskih tehnologij 5GTERNAV, ERIK (Avtor) Volk, Mojca (Mentor) Umbert, Anna Juliana (Komentor) Avtonomno vozilo5GC-V2XV zadnjih desetletjih je tehnološki napredek povzročil razvoj številnih novih idej in področij, ki pomembno prispevajo k izboljšanju kakovosti življenja ljudi. Ena od takšnih, ki se obeta v bližnji prihodnosti, je tudi avtonomna vožnja. Čeprav so v preteklosti znanstveniki že poskušali uresničiti izdelavo samovozečega avtomobila, razpoložljive tehnologije do danes niso zmogle izpolnjevati potrebnih zahtev. Peta generacija mobilnih sistemov, poznana kot 5G, je prvo tehnološko področje, ki predstavlja obetaven element pri realizaciji popolnoma avtonomne vožnje. Cilj tega magistrskega dela je bil raziskati, ali je omrežje 5G iz 3GPP Release 15 sposobno zagotoviti potrebna sredstva za popolno podporo avtonomni vožnji in drugih družin primerov uporabe C-V2X, hkrati pa delovati v izjemno zahtevnih (omrežnih) scenarijih cestnega prometa. V teoretičnem delu magistrskega dela smo najprej predstavili nekaj najpomembnejših konceptov v paradigmi avtonomnih vozil, ki nam bodo kasneje pomagali bolje razumeti praktični del. Najprej smo s komunikacijskega stališča definirali avtonomno vozilo in njegove komunikacijske potrebe in storitve. Nato smo našteli nekaj najpomembnejših prednosti avtonomnih vozil, pa tudi nekatere najbolj zaskrbljujoče izzive, s katerimi se srečujejo strokovnjaki, ki se razlikujejo od tehnoloških in okoljskih do zakonodajnih in filozofskih. Na kratko smo predstavili tudi Vehicular ad hoc networks, Intelligent transport systems, Vehicle-to-everything in kako bi nadaljnji razvoj takšnih konceptov pozitivno vplival na človeštvo. V zadnjem delu teoretičnega dela smo podrobneje razdelali tehnologijo C-V2X, kjer smo začeli s kratkim pregledom njenega razvoja skozi zgodovino. Gre za tehnologijo, ki uporablja obstoječe celično omrežje za zagotavljanje povezave med vozili, med vozili in infrastrukturo, med vozili in omrežjem ter med vozili in pešci. Vsak nov korak k popolnoma avtonomnemu vozilu prinaša nove sklope še bolj zapletenih izzivov. Na začetku sta bili najpomembnejši tehnologiji, ki sta bili uporabljeni za V2X, DSRC in LTE-based V2X. Čeprav ima LTE-based V2X več 18 Povzetek prednosti v primerjavi z DSRC, sta bila oba presežena z vidika zmogljivosti, ko je bil 5G NR-V2X predstavljen skupaj s 5G celičnim omrežjem. Aplikacije V2X, kot so kooperativno zaznavanje in manevriranje med vozili, vodenje z visoko gostoto vozil in daljinsko vodenje vozil, podajajo težko dosegljive računalniške in komunikacijske zahteve, ki presegajo LTE in DSRC. Večina varnostnih aplikacij V2X zahteva izjemno majhno zakasnitev (pod 10 ms), izjemno visoko zanesljivost (blizu 100 %) in visoko hitrost prenosa podatkov (v območju Gbps). Celično omrežje 5G ima edino dovolj napredno tehnologijo, ki lahko doseže takšne pragove zmogljivosti. Poleg tega smo predstavili načrt 5GAA, ki prikazuje rezultate in napovedi na ključnih prednostnih področjih, kot je pospešek razvoja celičnih tehnologij iz LTEbased V2X v 5G NR-V2X. Teoretični del se konča s prikazom, kako je 5G omogočil več primerov uporabe C-V2X, ki jih prej ni bilo mogoče vzdrževati z LTE kot nosilno tehnologijo, pa tudi kako lahko podpre novejše, bolj zapletene primere uporabe z višjimi zahtevami. Spoznali smo, da so nekateri primeri uporabe C-V2X izjemno zahtevni za omrežje, in sicer do te mere, da se pojavi dvom, ali bodo sploh sposobni delovati v resničnih situacijah. Teoretične raziskave smo dopolnili z vrsto simulacij, z namenom, da bi spremljali zakasnitev paketov in zanesljivost simuliranega omrežja 5G, in jo kasneje primerjali z zahtevami QoS družin primerov uporabe C-V2X. Simulacije so bile izvedene s pomočjo ogrodja OMNeT ++ 5G-Sim-V2I/N, ki omogoča simulacijo primerov uporabe 5G V2I / V2N z aplikacijami, ki obsegajo celotno uporabniško ravnino 5G. Simulirali smo dva različna scenarija cestnega prometa. V prvem scenariju smo simulirali avtocesto, kjer avtomobili vozijo z večjo hitrostjo, kar močno vpliva na delovanje omrežja. V drugem scenariju je bila pobuda izbrati nekaj povsem drugačnega, z namenom, da bi opazovali različne rezultate med dvema skrajnostnima. Zato je bila izbira za drugi scenarij urbano okolje, kjer je veliko ovir, kot so stavbe ali visoka drevesa, ki bi lahko motila komunikacijo. V obeh scenarijih sta bila izmerjena dva parametra QoS za štiri različne aplikacije UDP, ki delujejo vzporedno na več vozilih. Vzporedno izvajane aplikacije so vključevale aplikacije V2X, VoIP klic, video predvajanje in prenos podatkov od in k uporabniku, medtem ko so merjeni KPI vključevali zakasnitev in zanesljivost paketov. Izziv je bil spremljati zmogljivost omrežja v celotnem simulacijskem času in na koncu primerjati končne rezultate s celotnimi zahtevami glede zakasnitve in zanesljivosti nekaterih najzahtevnejših družin primerov uporabe C-V2X, ki naj bi bile Povzetek 19 s pomočjo 5G omrežja izvedljive. Cilj je bil ugotoviti, za katere od teh družin primerov uporabe simulirano omrežje 5G izpolnjuje zahteve. Simulirali smo omrežje 5G po specifikacijah 3GPP Release 15 in rezultate ocenili glede na zakasnitev na celotni komunikacijski poti in zanesljivost. Rezultati so pokazali, da omrežje ne izpolnjuje zahtev, potrebnih za podporo tako skrajnih primerov uporabe v simuliranih scenarijih. Te ugotovitve so nas pripeljale do zaključka, da simulirano omrežje potrebuje nadaljnje izboljšave zmogljivosti, zlasti z vidika znižanja zakasnitev in povečanja zanesljivosti, kar je bilo tudi obljubljeno za prihodnje izdaje 3GPP.20212021-02-23 12:35:01Magistrsko delo/naloga124844VisID: 53921COBISS_ID: 54319619sl