الاتصالات في المركبات

اتصالات في مركبات

Intra-vehicle communication - Communication pour véhicule

الاتصالات في المركبات

باسل ريحاوي، محمد سفيان اسليم

تطبيقات الاتصالات في المركبات

?بروتوكولات? الاتصالات في المركبات

الخاتمة والآفاق المستقبلية

يُعدّ استثمار التقانات من أهم الطرائق المستخدمة في تخفيض عدد وفيات حوادث المرور في دول العالم المتقدم. وتعدّ نظم النقل الذكية إحدى التقانات الواعدة التي تهدف إلى بناء نظام يوفر نقلاً آمناً، مريحاً، وذا كفاءة زمنية عالية. وتُعدّ أنظمة الاتصالات أحد أهم العناصر الأساسية في بناء نظم النقل الذكية، إذ يُفترض بمركبات المستقبل أن تكون على اطلاع ليس فقط على حالتها، بل على حالة الوسط المحيط بها من مركبات وتجهيزات أخرى. يسمح كل ذلك للمركبة بتجنب بعض الحوادث، واختيار المسارات الأقصر لوجهاتها اعتماداً على حالة الازدحام اللحظية، وتقليل انبعاث الكربون.

تتعدد المصطلحات الممكن استخدامها لوصف تقانات الاتصالات في المركبات، منها: الشبكات المتلائمة المركبية Vehicular ad-hoc networks (VANET) ، والاتصالات بين المركبات Inter-Vehicle Communication (IVC) والاتصال Car-to-X (C2X) ، والاتصال Vehicle-to-X (V2X). وهي تُعبِّر إجمالاً عن نظام اتصالات يربط المركبات بعضها ببعض، أو بتجهيزات بنية تحتية infrastructure تكون متوفرة على طول الطريق.

تطبيقات الاتصالات في المركبات:

إن اختلاف قواعد الاتصالات والمرور في مختلف الدول يُصعِّب من إمكانية إبداع نظام متكامل لجميع السيناريوهات. لذلك لابد من تحديد متطلبات الاتصالات بين المركبات، بتوصيف التطبيقات الواجب تخديمها. يمكن تصنيف معظم تطبيقات نظم النقل الذكية الموضحة في الشكل (1) إلى ثلاث مجموعات أساسية: تطبيقات السلامة المرورية، وتطبيقات الكفاءة المرورية، وتطبيقات الرفاهية.

الشكل (1) تطبيقات الاتصالات في نظم النقل الذكية

1- تطبيقات السلامة المرورية: وهي أكثر التطبيقات أهميةً لما لها من أثر في زيادة أمان الطرق وتخفيض عدد الوفيات الناجمة عن حوادث السير، يمكن تصنيفها إلى ثلاثة أنواع:

أ- تطبيقات تجنب الاصطدام :collision avoidance وهي ذات أهمية كبرى في التقاطعات غير المكشوفة من كلتا المركبتين.

ب- تطبيقات التحذيرات الطرقية :road signs notification كحدود السرعة عند المنعطفات مثلاً.

ج- تطبيقات إدارة الحوادث :incident management تجريها إدارة الحوادث المرورية لتخفيف آثار الحوادث على باقي المركبات؛ كإرسال إشارة إعلام عن حادث في إحدى المناطق لتخفيف سرعة المركبات القادمة.

2- تطبيقات الكفاءة المرورية: وهي تسهم في تخفيض الازدحام، وهذا من شأنه تقليص زمن الانتقال من مكان إلى آخر في المدينة، والحد من انبعاث غازات العادم. وتتضمن إدارة الحركة المرورية traffic management، ومراقبة المركبات وحالات الطرق road conditions monitoring.

تتطلب إدارة الحركة المرورية التحكم الذكي في مسار المرور في المدن، إذ يَعمد هذا التطبيق إلى ضبط أزمنة إشارات المرور آلياً وفقاً لحالة الازدحام اللحظية في كل منطقة. يمكن الاستفادة من هذا النظام في تتبع حركة المركبات وملاحقتها vehicle tracking & tracing، ومراقبة حالة الطرق. ترسل كلُّ مركبةٍ إشارةً دورية تتعلق بموقع المركبة، يفيد هذا الموقع في الخوارزميات المعقدة لحساب الطريق الأقصر. كما يفيد الشركات التي تود مراقبة مركباتها كشركات النقل والشحن مثلاً.

3 - تطبيقات الرفاهية: تُقسم تطبيقات الرفاهية إلى تطبيقات التسلية المُمَثلة بالألعاب الموزَّعة في وسائل النقل كالباصات والقطارات، وتحميل الموسيقى، وتطبيقات المعلومات الطُرقية التي تساعد السائق في الحصول على معلومات مفيدة تتعلق بحجز أماكن إيقاف المركبات، أو معلومات تتعلق بمعرفة أماكن الفنادق والمطاعم القريبة، ومعلومات إضافية عنها كقوائم الأسعار مثلاً. تتطلب هذه التطبيقات عرض حزمة كبيرة، إلا أنها لا تتمتع بأفضلية الإرسال مقارنةً بتطبيقات السلامة المرورية.

بروتوكولات الاتصالات في المركبات:

إن الهدف الأساسي من استخدام أنظمة الاتصالات بين المركبات هو نقل المعلومات الضرورية الخاصة بالطرق بغرض تحقيق سلامة عالية، وقيادة مريحة، وتخفيض الازدحام. يجري تحقيق ذلك بنمطين: التواصل بين المركبات (V2V)، وتواصل المركبات مع البنية التحتية (V2I).

برزت تقانات الاتصالات المركبية بوصفها حلولاً لمعظم مساوئ الاتصالات التقليدية، ولتحقيق العديد من متطلبات نظم النقل الذكية. وتجدر الإشارة إلى أن معظم التقانات المركبية ما تزال قيد التطوير والبحث، إذ صدرت معظم معاييرها ولم تُستثمر صناعياً. وفيما يلي الأنواع الأساسية لتقانات الاتصالات المركبية:

أ- المعايير DSRC/ WAVE: وهي من أهم معايير تقانات الاتصالات المركبية، إذ يجري العمل على تصميمها ضمن مجموعة IEEE 802.11p لتُستخدم في تطبيقات السلامة المرورية على أساس تطوير المعيار الشهير WLAN IEEE 802.11، عن طريق زيادة الموثوقية وتخفيض التأخير الزمني. يرمز DSRC إلى الاتصالات القصيرة المدى المخصصة Dedicated Short Range Communications (DSRC) التي تُستخدم أساساً كنمط اتصال V2I في المجال الترددي 5.9 GHz. ويُعدّ المعيار Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) (النفاذ اللاسلكي في بيئة نظم النقل المركبية)، الجيل الجديد من DSRC الذي يوفر نمطي الاتصالات V2V وV2I اللذين يعملان بمعدل نقل بيانات قدره 6- 27 Mb/s، ويسمح بتغطية مسافة كيلومتر واحد فقط. يجري تطوير المعيار WAVE عن طريق مجموعتي عمل المعيار IEEE 802.11p والمعيار IEEE1609.x. توفر المعايير السابقة أنظمة اتصالات قادرة على العمل في بيئة سريعة التنقل مع ضمان تأخير منخفض جداً وموثوقية عالية في الإرسال والاستقبال وحماية خصوصية كل مركبة.

تتألف تجهيزات تقانات الاتصالات المركبية من وحدتين أساسيتين، كما هو موضح في الشكل (2)، وهما: الوحدة الطرقية Road-Side Unit (RSU) ، والوحدة المحمولة On-Board Unit (OBU). تقوم الـوحدة الطرقية RSU بالتواصل مع المركبات التي تقع ضمن نطاقها، كما تكون متصلة أيضاً بالشبكة الفقارية للنظام أو بالإنترنت. تمثل الـوحدة المحمولة OBU جهازاً مثبتاً في المركبة المتحركة، وتضطلع بمهام الاتصال V2V أو V2I.

يُمثل الشكل (3) تصميماً لأحد الطرق، حيث تُميز أماكن تغطية الـوحدات الطرقية RSU بدوائر تُعبر عن مجال الاتصالات الخاص بكل وحدة طرقية، فيُفترض بكل مركبة تمر عبر هذا الطريق أن تتصل بالـوحدة الطرقية في المنطقة. يُستخدم مصطلح مجموعة الخدمات الأساسية WAVE Basic Service Set (WBSS) لتعريف كل منطقة. ويفترض أن تتصل كل مركبة بمجموعة خدمات WBSS واحدة فقط. يمكن للمركبات التي تتصل وفق النمط V2V أن تقترن ضمن مجموعة خدمات WBSS مستقلة كما هو موضح بالشكل نفسه في WBSS-3.

الشكل (3) توزع الخدمات WBSS على طريق معين	الشكل (2) اتصال الـوحدة OBU مع وحدتي RSU

تُوفر معايير WAVE نوعين من القنوات: قنوات تحكم Control CHannel (CCH) ، وقنوات خدمات Service CHannels (SCH) . تتخصص قنوات التحكم بالاتصالات المتعلقة بالسلامة المرورية، على حين يمكن استخدام قنوات الخدمات لأهداف تجارية.

يُفترض أن تَستثمر التجهيزاتُ المركبيةُ على المركبةِ التجهيزاتِ المتوفرةَ سابقاً، أي يمكن عدّ دعم المركبات للاتصالات فيما بينها تحسيناً وإضافة إلى المركبة. تدعم المركبات العديد من المهام التي لا تحتاج إلى اتصال عبر جهاز يسمى المُضيف المتنقل mobile host. يقوم بأداء كل عمليات الحوسبة داخل المركبة، في حين يضطلع المسيّر المتنقل mobile router? بالمهام الاتصالاتية لربط المركبة بباقي المركبات، حيث يقوم بمهام المزامنة، والنفاذ إلى الوسط، وتحديد الموقع، ونحوها. وتعتمد المركبة المزودة به على شبكة من المحسات لمعرفة حالتها، مثل محسّات السرعة، والحرارة والاتجاه والموضع، مع شبكة الاتصال وتجهيزاتها وشاشة السائق والهوائيات اللازمة في الأنظمة المدعومة في المشروع الأوربي CUIS.

ب- المعيار CALM: يمثل هذا المعيار الصادر عن منظمة المعايير العالمية International Standards Organization (ISO) ثورةً في عالم التكامل كما هو موضح في الشكل(4) ، إذ يهدف إلى إنشاء معيار ينظم عمل مجموعة من البروتوكولات المختلفة للاتصالات المتوسطة والبعيدة المدى ذات معدل نقل بيانات مرتفع.

الشكل (4) تصور للأنظمة الممكن استخدامها في المعيار CALM

إن بناء نظام واحد يخدم كل تطبيقات نظم النقل الذكية يعدّ المحفز الرئيسي لإنشاء هذا المعيار، وهو اختصار لواجهة الاتصالات المركبية المتوسطة والبعيدة المدىCommunication Air-interface for Long and Medium-range. وقد اعتمدت التصورات الأولية لمعيار CALM على تكامل العديد من الأنظمة، منها:

(1)- الشبكات الخلوية 3G/2G لدعم الاتصالات البعيدة المدى ذات معدل نقل بيانات متوسط القيمة.

(2)- المعيار CALM IR والأمواج الميليمترية التي تعمل على تردد 60 GHz لدعم الاتصالات المتوسطة والقصيرة المدى الموجهة.

(3)- المعيار CALM M5 الذي يهدف إلى دعم الاتصالات ذات النمط V2V عبر المعايير DSRC / WAVE.

يبين الجدول (1) أداء تقانات الاتصالات المختلفة في بيئة نظم النقل الذكية.

ويبين الجدول (2) تطبيقات نظم النقل الذكية وتقنية الاتصال الأمثلية لكل تطبيق.

الخاتمة والآفاق المستقبلية:

تعدّ نظم النقل الذكية المُخلصَ الأول من مشكلات الازدحام والحوادث المرورية. وثمة? مشاريع أوربية عديدة في هذا المجال، أهمها: CVIS COOPERS, SAFESPOT, PreVENT, COMeSafety, PATH,، VSC Smartway,، يعتمد معظمها على تكامل عدد من تقانات الاتصالات لبناء نظام واحد يَخدُم تطبيقاً معيناً في مكان جغرافيٍّ معين. وتتمثل الخطوة القادمة في الانتقال إلى القطاع الصناعي، إلا أن عدم توفر معيار أساسي وموحَّد يُعد عقبةً كبيرة، ولكي تستطيع كل مركبة التواصل مع مركبة أخرى - أيّاً كانت شركة تصنيعها- هنالك حاجة إلى معيار معتمد من قبل كل شركات المركبات الصناعية، وما يزال الباب مفتوحاً للإجابة عن العديد من التساؤلات البحثية مثل: تحقيق متطلبات الأمن، والخصوصية، والنفاذ الأمثل إلى الوسط.

التصنيف : هندسة الاتصالات

النوع : هندسة الاتصالات

المجلد: المجلد الأول

رقم الصفحة ضمن المجلد : 121

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية