Прогнозы показывают, что к 2020 году силовые и электрические компоненты автомобилей, датчики, камеры, радар, GPS и другие системы будут генерировать четыре терабайта данных за полтора часа — среднее время, которое большинство людей проводят за рулем каждый день. Связь автомобиль-автомобиль (V2V) и автомобиль-окружающая среда (V2X) с инфраструктурой и другими автомобилями на дороге существенно увеличит количество датчиков и прогнозируемый поток данных.
Подключенные и автономные автомобили имеют много общих черт, похожих на человеческое тело. Это очень сложные структуры, предназначенные для передачи сообщений по множеству путей. Человеческий мозг содержит около 100 миллиардов нейронов, постоянно передающих электрохимические сигналы мышцам и органам. Одновременно импульсы, воспринимаемые через сенсорные рецепторы, быстро передаются обратно в мозг, позволяя телу общаться, действовать и реагировать.
Аналогичным образом, автономное вождение требует мощных технологий для прогнозирования и реагирования в реальном времени на внутренние и внешние раздражители. Мощные компьютеры составляют мозг автомобиля, в то время как автомобильные датчики служат сенсорной системой, бдительно выявляющей динамические условия на дороге. В недалеком будущем автомобильный Ethernet и высокопроизводительные системы связи 5G, передаваемые через несколько мощных антенн, сформируют «нервную систему» подключенных и автономных транспортных средств.
Автомобильный Ethernet увеличит скорость передачи данных в автомобиле
На пути к коммерчески доступным сетевым коммуникациям 5G и полностью автономным дорогам автопроизводители и поставщики оборудования должны решать множество проблем безопасности и технических проблем. Преодоление задержки передачи данных является одним из наиболее важных шагов для обеспечения быстрого отклика автомобиля на внутренние и внешние раздражители.
Человеческий мозг и тело эволюционировали, чтобы обеспечить выживание в необычайном диапазоне условий. Подключенный автомобиль также должен продолжать развиваться, чтобы обеспечить максимальную безопасность водителя и других людей на дороге. Интеллектуальные и автономные транспортные средства должны быть в состоянии самостоятельно решать вопросы безопасности и ориентироваться на дорогах, не полагаясь на данные, полученные от других транспортных средств или инфраструктуры. Это основывается на данных от сотен датчиков и «гибкой нервной системы», обменивающейся данными с вычислительными устройствами по всему автомобилю.
Ethernet успешно работает во многих отраслях промышленности, что делает его надежным выбором в качестве «нервной системы» для автомобилей следующего поколения. Автомобильный Ethernet имеет все возможности для удовлетворения отраслевого спроса на скорости передачи, отказоустойчивость и, прежде всего, безопасность. Кроме того, Ethernet, как считается, ориентирован на будущее, и эта функция жизненно важна для автономного вождения.
Автомобильный Ethernet позволит достичь высоких скоростей передачи данных в автомобиле. В настоящее время автомобильные сети передачи данных имеют скорость до 10 Гбит / с. Масштабируемый автомобильный Ethernet может обеспечить более высокую пропускную способность и более быструю обработку сигналов, необходимых для автономного вождения. Кроме того, Ethernet должен быть отказоустойчивым и надежным. Многоуровневый подход к обеспечению безопасности должен включать в себя возможности гипервизора, чтобы платформа могла одновременно запускать несколько виртуальных машин и приложений с такими улучшениями безопасности, как многозонность, отказоустойчивость и избыточность.
Оснащение транспортных средств избыточными жгутами проводов может помочь защитить от частичного отказа, облегчая непрерывную работу всей системы. Кольцевая схема расположения кабелей — это еще один метод повышения надежности Ethernet, позволяющий отдельным компонентам продолжать связь друг с другом, даже если в одной точке кольца происходит сбой.
Другая критически важная задача автомобильного Ethernet — это быстрая и надежная передача данных, связанных с безопасностью, собранных датчиками транспортного средства, в вычислительные устройства. Это поможет автомобилю работать автономно, особенно в местах с интенсивным движением. Данные передаются на автомобиль через антенны, которые отвечают определенным требованиям для быстрой подачи внешних данных на компьютер автомобиля.
Сбор данных и связь с окружающей средой являются важными функциями для полного раскрытия потенциала автомобилей без водителя. Помимо облегчения связи в транспортном средстве, антенны уже используются для подачи сигналов, полученных от других транспортных средств или инфраструктуры. Они служат голосом и ушами автомобиля для внешнего мира, отправляя и получая сигналы для связи с окружающей средой.
Например, один из таких сценариев может произойти, когда транспортное средство применяет тормоза раньше и более осторожно, потому что автомобиль впереди по беспроводной сети сообщил о маневре торможения. Другим примером может быть скорая помощь, сообщающая о своем присутствии по беспроводной связи транспортным средствам впереди, чтобы предупредить водителей об освобождении пути.
Инфраструктура и связь 5G — ключ к принятию автономного вождения
Для удовлетворения растущего спроса на пропускную способность автомобильных данных потребуется более мощная подключенная инфраструктура и сети, чтобы не отставать, поскольку автономные транспортные средства переходят к полномасштабному внедрению. Существующим сетям 4G не хватает пропускной способности и скорости, необходимых для удовлетворения требований к объему передаваемых данных, необходимых для автономного вождения. Радиоволны от связи 4G должны быть переданы на вышку сотовой связи перед передачей обратно на транспортное средство, что приводит к недопустимой задержке данных.
Из-за недостатка полосы пропускания данные датчиков в современных автомобилях передаются в сильно обработанном состоянии. Доступная в настоящее время пропускная способность на один автомобиль обычно составляет несколько сотен килобит. Этого достаточно для сегодняшнего подключенного автомобиля. Однако для полностью автономного управления автомобилем потребуется, чтобы автомобили могли получать больше данных с датчиков, как обработанных, так и необработанных, что делает необходимым повышение пропускной способности.
McKinsey прогнозирует, что мобильные операторы во всем мире будут продолжать инвестировать в модернизацию инфраструктуры, чтобы обеспечить прогнозируемый ежегодный рост трафика на 20-50%. Предназначенная для улучшения сетей 4G, технология 5G, по прогнозам аналитиков, ускорит скорость передачи данных со 100 Мбит / с до 10 Гбит / с или более и значительно улучшит производительность, пропускную способность и надежность.
Помимо улучшения пропускной способности (объема передаваемых данных), 5G может уменьшить задержку (задержку при передаче данных). Долгая задержка мешает бесперебойной совместной работе двух устройств. Если вы проектируете транспортную систему, большая задержка означает, что сеть не может помочь транспортному средству справиться с быстро меняющейся средой, что имеет последствия для безопасности. В некоторых ситуациях ожидается, что 5G улучшит задержку в 50 раз.
В течение следующих нескольких лет расширение сетевой инфраструктуры 5G в конечном итоге позволит повсеместно внедрять автомобили без водителя и позволит собирать данные и обмениваться ими между транспортными средствами для улучшения видимости, а также позволит сети способствовать безопасности транспортных средств. В идеале автономное транспортное средство будет способно принимать необработанные данные датчиков изнутри авто, а также из других транспортных средств и инфраструктуры в количестве, равном пропускной способности внутри транспортного средства.
Предполагается, что каждый OEM-производитель будет реализовывать свои собственные алгоритмы формирования бренда для обработки информации, что может функционировать, только если он сможет получить доступ к необработанным данным датчика из окружающей среды. Это потребует значительно более высоких потоков данных, расширяющихся до гигабитного уровня. Другие сценарии, включающие передачу огромных объемов данных, также важны для автономного вождения. Это включает в себя загрузку современных карт с высоким разрешением, показывающих строительные площадки, аварии и другие препятствия, потенциально требующие реакции транспортного средства.
Промышленные усилия по разработке стандарта 5G V2X
Чтобы использовать требуемые уровни пропускной способности, автомобильные антенны должны будут охватывать больший частотный диапазон. Ряд отраслевых групп в настоящее время разрабатывают новый стандарт для автомобильных антенн. Ожидается, что стандарт 5G V2X обеспечит пропускную способность в несколько сотен мегабит / с при пропускной способности в несколько гигабит / с. На этом уровне транспортные средства смогут получать и отправлять соответствующие объемы данных для повышения безопасности и комфорта. Поскольку группы по стандартизации в настоящее время встречаются и определяют случаи применения этих стандартов в автомобильной промышленности, эксперты прогнозируют, что первые продукты с поддержкой 5G V2X появятся на рынке в ближайшее время и полностью поддержат «вождение повышенной автономности» к 2025 году.
Частотный диапазон для 5G V2X представляет собой еще одну важную техническую проблему. Радиоспектр является ценным товаром с начала 20-го века, и во всем мире нет доступного и бесплатного диапазона частот ниже 60 ГГц, который мог бы передавать необходимый объем информации.
Более высокие частоты, то есть 60 ГГц и выше, более доступны, потому что технические проблемы с их использованием ограничивают их коммерческую привлекательность. Чем выше частота, тем больше потери при передаче и обработке сигнала. Схемы становятся сложнее и требуют дорогих компонентов. Испытательное оборудование становится дороже. Даже воздух (особенно кислород) становится проблемой, потому что кислород «вибрирует» на частоте 60 ГГц и поглощает энергию.
Тем не менее, технология на основе антенн предлагает способ преодоления этих проблем. Вместо того, чтобы «тратить» энергию, отправляя всенаправленный (кольцевой) сигнал, антенная решетка может направлять энергию в определенном направлении на другое устройство. Это направление может меняться, когда два устройства движутся относительно друг друга. Направленные антенны должны были бы принимать и отправлять сигналы, чтобы они могли обмениваться информацией между друг другом и компьютерами транспортного средства, используя автомобильный Ethernet для передачи данных в автомобиле.
Подготовка инфраструктуры к автономному вождению идет полным ходом
Многие производители автомобилей уже выпустили прототипы автономных автомобилей, другие планируют сделать это в ближайшее время. Вольво уже тестирует автомобили на шведских дорогах. Daimler получил разрешение на тестирование автономных автомобилей на городских улицах в Пекине. Daimler и Bosch планируют пилотировать в Сан-Франциско высокоавтоматизированные машины. В 2018 году General Motors объявила об инвестициях в разработку автономного автомобиля пятого уровня автоматизации(без рулевого колеса, педали газа и тормоза). В 2021 году Ford намерен запустить целый парк автономных автомобилей. Это всего лишь несколько инициатив, которые опубликованы в общедоступных СМИ.
Подключенная машина будущего «прибыла» и будет продолжать развиваться. В 2018 году автомобили с подключенными возможностями составляли почти 39% рынка США. По оценкам, к 2020 году 250 миллионов подключенных автомобилей будут на дорогах, а к 2022 году проникновение на рынок подключенных автомобилей достигнет более 80%. По прогнозам ABI, к 2025 году будет произведено до 8 миллионов автомобилей без водителя.
Тем не менее, технологическим лидерам и автопроизводителям придется решать проблемы, чтобы выводить на рынок безопасные и надежные автомобили без водителей. Согласно недавнему опросу, проведенному Американской автомобильной ассоциацией (AAA), более 70% водителей в США выразили страх перед поездкой на автономном автомобиле. Абсолютно необходимо, чтобы автомобили без водителя преобразовывали потребность в надежном, безопасном, прочном и подключенном фундаменте автомобиля в высокопроизводительную вычислительную сеть на колесах.
Эволюция автомобилей без водителя требует интегрированной высокоскоростной и широкополосной передачи сигналов, определения приоритетов сетевого трафика, масштабируемости системы и безопасности — все это требует внутри автомобильных и облачных вычислений, постоянно растущего числа мощных антенн, автомобильного Ethernet и высокой скорости, производительной сети 5G.
Оставьте комментарий