2.1.1.1 Hoạt động của RSU
RSU thông báo tới OBU 10 lần mỗi giây những ứng dụng hỗ trợ RSU trên các kênh. DSRC RSU là một thiết bị đặt cố định trên các đường nên phạm vi của nó bao gồm vị trí kết thúc tắc nghẽn EoC. RSU sẽ lựa chọn và thiết lập kết nối giao tiếp với các OBU trong phạm vi truyền của RSU. Chức năng của RSU trong khu vực làm việc hệ thống thông tin lưu lượng là định kỳ phát sóng bản tin an toàn có chứa thời gian di chuyển TT và vị trí SoC đến tất cả các OBU trong phạm vi của nó và có được dữ liệu định vị GPS, tốc độ và thời gian dữ liệu chọn từ OBU để cập nhật thông tin di chuyển qua truyền thông DSRC. Trước khi bắt đầu giao tiếp với các đơn vị OBU, chương trình RSU cần phải được tương thích với các thông số đầu vào (Bảng 2.1) đường được giám sát. Sau đó, RSU khởi tạo giao tiếp với bất kỳ phương tiện có OBU đi vào phạm vi của nó theo định kỳ phát sóng. Khi các thông tin truyền thông được thiết lập và một OBU được chọn để thu thập dữ liệu, RSU lưu trữ các vị trí thông qua GPS, tốc độ và thời gian gửi từ OBU. Sau khi phương tiện đi qua cuối dãy giám sát RSU, RSU sẽ tính toán thời gian di chuyển TT, vị trí SoC và cập nhật thông tin trong quảng bá DSRC của nó nhận bởi tất cả OBU trong phạm vi.
Bảng 2.1 Các thông số đầu vào của RSU
Thông số RSU Các đơn vị
Mô tả và sử dụng
Giới hạn tốc độ định danh
MPH Là tốc độ cho phép tối đa trên đường, được sử dụng để thiết lập các mức trong việc ước tính vị trí bắt đầu tắc nghẽn SoC
Hướng đường Bằng Góc tương đối so với hướng Bắc tăng theo chiều thuận kim đồng hồ. Nó được sử dụng kiểm tra hướng trong OBU để loại trừ các xe đang đi trong hướng khác đến đoạn đường bị tắc nghẽn.
Vị trí kết thúc tắc nghẽn
Kinh độ, Vĩ độ
Là nơi làm việc hoặc vị trí tắc nghẽn kết thúc và các làn đường được mở ra lần nữa. Nó sử dụng cho kiểm tra vị trí kết thúc tắc nghẽn ở OBU để giải phóng giao tiếp với RSU
Vị trí phạm vi bắt đầu giám sát của RSU
Kinh độ, Vĩ độ
Điểm này nằm ngay trước khi vị trí bắt đầu tắc nghẽn SoC trong vòng phủ sóng của RSU bắt đầu. Nó được sử dụng để tham gia các phương tiện có OBU tham gia vào truyền thông với RSU để ước tính thời gian di chuyển TT và vị trí SoC.
Chiều rộng đường
Bàn chân
Là chiều rộng đường cho một hướng đi, kiểm tra vị trí cho các xe tiếp cận vào khu vực truyền thông của RSU
Tên đường và phương hướng mô tả Tối đa 100 ký tự
Tên đường là một tên thật dễ hiểu cho đường, hướng mô tả được phát với TT và vị trí SoC cho chương trình điều khiển của RSU để biết thông tin liên quan tới xe.
2.1.1.2 Hoạt động của OBU
Các DSRC OBU là một đơn vị di động được hỗ trợ bởi hệ thống pin của phương tiện. OBU sử dụng ăng ten đa hướng nhằm tối ưu hóa truyền thông không dây DSRC trong môi trường năng động. OBU lý tưởng nên được đặt ở nơi để có giao tiếp rõ ràng với RSU nhất. Chương trình của OBU không thay đổi bất kỳ vị trí như nó tương thích với thiết lập của nó với các thông số đầu vào của RSU. Khi chương trình bắt đầu kích hoạt các liên kết GPS và giám sát cho các yêu cầu RSU để liên lạc. Sau khi nhận được yêu cầu và truyền thông được thiết lập, OBU sẽ gửi tin nhắn chứa vị trí GPS hiện tại, tốc độ và thời gian đến các RSU cho đến khi nó di chuyển ra khỏi phạm vi RSU. Trong việc tiếp nhận các chương trình phát sóng RSU, OBU xử lý thông báo và chuyển các tin nhắn từ RSU qua liên kết với giao diện người dùng để cho con người chú ý được những thông tin mới.
OBU sẽ nghe trên kênh 172 để xác thực chữ ký số của RSU và thực hiện các ứng dụng an toàn trước. Sau đó OBU sẽ chuyển mạch kênh và thực hiện các ứng dụng không an toàn. Cuối cùng OBU quay về kênh 172 tiếp tục nghe.
2.1.1.3 Giao diện ngƣời dùng
Giao diện người sử dụng trong thực tế bao gồm hai thành phần là: thiết bị giao diện truyền thông CID và điện thoại di động. Các OBU chuyển đi các bản tin an toàn cho CID để nó có thể lần lượt gửi tin nhắn đến điện thoại đi động. Các CID và điện thoại đi động của giao diện người dùng được giải thích trong các phần sau đây
a. Thiết bị truyền thông CID
Mục đích của CDI là để nhận được các bản tin an toàn RSU dành cho các trình điều khiển OBU và thông qua các tin nhắn đã nhận từ điện thoại di động qua kết nối Bluetooth. Bản tin an toàn giữa OBU và CID qua kết nối cổng nối tiếp. Các màn CID cho điện thoại di động ghép nối ban đầu đã được thực hiện và tự động thiết lập kết nối khi trong phạm vi của RSU. CID được dự kiến sản xuất hàng loạt mà trong đó CID và OBU được kết hợp với nhau để chỉ là một thiết bị gán trên xe.
CID bao gồm hai phần: vi điều khiển và máy phát bluetooth. Các chương trình vi điều khiển xử lý hai cổng kết nối nối tiếp, kết nối từ OBU cho vi điều khiển và kết nối từ vi điều khiển tới máy phát bluetooth. Các mô-đun máy phát Bluetooth không cần viết bất kỳ chương trình nào, các vi điều khiển có khả năng truy cập vào cức năng của máy phát Bluetooth thông qua cổng kết nối nối tiếp, để kết nối các thiết lập và gửi bản tin an toàn thông qua điện thoại di động.
Hình 2.2 Thành phần của CID
Nhiệm vụ của CID là để chuyền các bản tin nhận được từ OBU cho điện thoại di động. Bản tin nhận được thông qua truyền thông cổng giao tiếp nối tiếp RS232 và gửi đến điện thoại di động qua liên kết máy phát Bluetooth. Vi điều khiển nhận bản tin an toàn thông qua kết nối nối tiếp với DSRC OBU. Sau khi nhận được bản tin từ bộ đệm đầu vào nối tiếp, bản tin được lưu trữ ở bộ nhớ của vi điều khiển để truyền cho mô-đun máy phát Bluetooth qua kết nối nối tiếp RS232. Các ký tự nhận được từ mô-đun máy phát Bluetooth được gửi đến điện thoại đi động. Các chương trình cho vi điều khiển được phát triển sử dụng môi trường lập trình C động. Sau khi chương trình được biên dịch vi điều khiển sẽ gửi qua kết nối nối tiếp để được cài đặt trong bộ nhớ flash củ vi điều khiển.
b. Điện thoại di động
Cần có một giao điện người sử dụng để trình bày bản tin an toàn cho lái xe. Điện thoại di động được chọn làm giao diện người dùng vì nó là thiết bị
hầu hết các lái xe sẽ có. Chương trình được viết cho điện thoại di động là có thể nhận các bản tin an toàn thông qua kết nối Bluetooth và hiển thị bản tin dưới dạng tin nhắn văn bản. Điện thoại được đặt trong một cái đế gán ở nơi các lái xe có thể xem các bản tin mà không rời mắt khỏi đường. Điện thoại di động kích hoạt Bluetooth được chọn là giao diện người dùng để trình bày bản tin an toàn cho người dùng.
2.1.1.4 Hoạt động của GPS
Công nghệ GPS được tích hợp với OBU. Cả dữ liệu và công suất GPS được truyền qua cáp kết nối USB, vì vậy GPS không cần pin hoặc một nguồn năng lượng nào khác. Các đơn vị GPS hỗ trợ tăng diện rộng. Máy thu GPS được sử dụng duy nhất bởi OBU và truyền dữ liệu sử dụng cáp USB với tốc độ baud là 4800. Khi giao tiếp với RSU nó sẽ gửi vị trí đọc GPS, tốc độ và thời gian hiện tại để RSU lưu trữ và sử dụng cho các tính toán để tìm TT và vị trí SoC. Giả định GPS được bật cùng thời điểm với xe vì vậy không có thời gian nóng nên khi ứng dụng bắt đầu thực hiện. Khi các đơn vị GPS có thể cập nhật thông tin nhanh hơn thì OBU chỉ truy cập các dữ liệu tại một khoảng thời gian mong muốn vì không có lợi ích của việc thường xuyên của việc cập nhật trong thời gian ngắn. Các hiệu ứng lỗi từ vị trí thiếu chính xác là cao hơn đáng kể cho thời gian nhỏ hơn trong việc tính toán khoảng cách và hướng đi.
2.1.2 Truyền thông giữa RSU và OBU
Truyền thông giữa RSU và OBU bao gồm 2 pha là: pha kết hợp và pha truyền thông.
2.1.2.1 Pha kết hợp
Pha kết hợp là nơi mà trạm di động đăng ký với trạm gốc. Nó được chia thành hai giai đoạn đó là giai đoạn thiết lập kênh liên kết và giai đoạn thiết lập kênh dịch vụ.
a. Giai đoạn thiết lập kênh liên kết
Trạm di động OBU nhận khe bản tin kiểm soát khung FCMS từ RSU được thêm vào để kiểm soát thông tin truyền thông về việc cấu hình khung, nếu cần thiết nó thông dịch thông tin kiểm soát truyền thông bao gồm các loại giao thức:
- OBU đoán nội dung của khe bản tin kiểm soát khung FCMS chọn ngẫu nhiên một kênh chủ động ACTC tới trạm RSU và thực hiện yêu cầu cho việc kết nối.
- Ở các khung sau đó, trạm gốc RSU cấp phát một địa chỉ liên kết và một khe dữ liệu cho OBU và truyền đi sau khi đã thêm thông tin. OBU nhận một khung FCMS chính xác được thêm với địa chỉ liên kết thích hợp và thông dịch thông tin với giai đoạn thiết lập kênh liên kết để hoàn thành. Sau đó, đến giai đoạn thiết lập dịch vụ và đơn giản hóa quá trình kết hợp bằng giai đoạn truyền thông được bắt đầu trực tiếp và do đó, bỏ qua quá trình thiết lập dịch vụ. Hoạt động của giai đoạn thiết lập dịch vụ được mô tả như hình dưới đây
b. Giai đoạn thiết lập kênh dịch vụ
Ở giai đoạn này thiết lập các dịch vụ một cách chọn lọc và quyết định OBU truyền thông với trạm RSU bằng dịch vụ nào.
- Bằng việc thêm vào bảng dịch vụ báo hiệu BST và khe dữ liệu bản tin MSD, trạm RSU truyền các thông số của ứng dụng có sẵn bằng việc sử dụng MSD.
- OBE truyền các đáp ứng tương ứng với ứng dụng trong BST đến RSU bằng việc sử dụng MDS giống như bảng dịch vụ phương tiện VST thiết lập các ứng dụng và tiếp đến giai đoạn truyền thông.
2.1.2.2 Pha truyền thông
RSU phát MDS ở đường lên hoặc đường xuống để yêu cầu một hoặc nhiều nhóm OBU và thực hiện trao đổi dữ liệu. Sau đó, gửi ACK/NACK bằng việc sử dụng một kênh ACK trong cùng một khe, yêu cầu gửi lại để kiểm soát việc thực hiện khi NACK nhận được hoặc ACK/NACK không nhận được trong khoảng thời gian cho phép.
2.1.3 Trạm di động OBU
Trạm di động OBU bao gồm thiết bị vô tuyến với ăng-ten, một máy phát và máy thu, và tùy chọn thiết bị như thẻ IC, bộ điều khiển và thiết bị hiển thị.
Trạm di động OBU thực tế là thiết bị được gắn trên các phương tiện để phát hiện nhanh chóng đối tượng sử dụng đường, cần thu phí. Hình 2.4 là thiết bị OBU đang được sử dụng trong thực tế.
2.1.3.1. Các yêu cầu kỹ thuật đối với OBU a. Độ nhạy của OBU a. Độ nhạy của OBU
Định nghĩa: Độ nhạy của OBU là mật độ công suất tối thiểu, tính bằng đơn vị dBm mà tại đó khối OBU sẽ tạo ra được đáp ứng mong muốn.
Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường độ nhạy OBU phải lớn hơn các giới hạn cho trong bảng sau:
Bảng 2.2 Giới hạn độ nhạy OBU trong truyền thông tốc độ thấp
Định hƣớng OBU Điều kiện đo kiểm bình thƣờng
Hướng chuẩn ± 35° -43dBm
Bảng 2.3 Giới hạn độ nhạy OBU trong truyền thông tốc độ cao
Định hƣớng OBU Giới hạn
Hướng chuẩn ± 35° -43dBm
b. Truy cập OBU
Định nghĩa: OBU được phải thiết kế chỉ đáp ứng với các tín hiệu được điều chế phù hợp và không đáp ứng với các mã sai hoặc với các tần số sóng mang đơn giản.
Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường. OBU phải đáp ứng các yêu cầu sau:
+ OBU không được đáp ứng với các tín hiệu đo thử .
+ OBU không được đáp ứng với trường nhiễu ở tần số xác định theo bảng dưới đây:
Bảng 2.4 Các mức và tần số của tín hiệu nhiễu
Tần số 100 Mhz 250 Mhz 900 Mhz 1,8 Ghz 2,45 Ghz 5,8 Ghz 7.5 Ghz 12 Ghz Cƣờng độ của nhiễu (V/m) 10 10 10 15 15 15 1,5 1,5
c. Sai tần số
Định nghĩa: Sai tần số của OBU là sự khác biệt giữa tần số sóng mang không điều chế và tần số danh định, được xác định trong khe thời gian khi các bit dữ liệu OBU đầu tiên được phát để đáp ứng yêu cầu của một tín hiệu RSU.
Giới hạn: Trong điều kiện đo kiểm bình thường, sai số tần số không được vượt quá 5ppm ( đối với khối thu phát OBU), 1% của tần số sóng mang phụ được công bố.
Hình 2.5 Khe thời gian đo sai tần số.
d. Phát xạ giả
Định nghĩa: Phát xạ giả của OBU là các phát xạ ở các tần số khác với tần số sóng mang phục vụ của OBU và các biên kèm theo với điều chế thông thường do OBU phát xạ. Phát xạ được xác định là công suất phát xạ của tín hiệu rời rạc.
Bảng 2.5 Giới hạn phát xạ giả của OBU Chế độ 1GHz Trong băng tần đƣợc cấp phát, ngoại trừ các tần số sóng mang phụ Ngoài băng tần đƣợc cấp phát, trong dải từ 1GHz - 40GHZ Hoạt động -36 dBm -42 dBm -30 dBm Chờ -57 dBm -47 dBm -47 dBm
2.1.3.2. Yêu cầu về chức năng
Hệ thống cần có khả năng ghi vào thẻ IC không tiếp xúc những dữ liệu như mã định danh, thông tin lịch sử ngày sử dụng.
Hệ thống có khả năng thực hiện giao tiếp giữa OBU và ăng-ten bằng sóng vô tuyến hoặc thẻ IC không tiếp xúc.
2.1.3.3. Yêu cầu về cấu tạo
Thiết bị phải có cấu tạo, hình dáng kích thước, trọng lượng và độ chắc chắn phù hợp. Hộp bảo vệ thiết bị cần có cấu tạo phù hợp để không bị mở ra dễ dàng đồng thời hộp bảo vệ cần có khả năng hấp thụ nhiệt độ sản sinh từ thiết bị bên trong và bức xạ mặt trời. Thiết bị cần có khả năng dễ dàng lắp đặt thuận tiện tại nơi thực hiện được giao tiếp giữa thiết bị và ăng-ten. Kích thước của thiết bị phải nhỏ gọn để không cản trở tầm nhìn khi thao tác, sau khi lắp đặt, khi lắp đặt phải chắc chắn để không dễ bị rơi vỡ. Thiết bị cần được bảo vệ bằng các biện pháp để tránh can nhiễu từ các thiết bị khác.
2.1.3.4. Giao diện thông tin liên lạc
Hệ thống có khả năng điều khiển các tín hiệu để truyền hình ảnh trong mạng Ethernet, sử dụng bộ giao thức TCP/IP. Hệ thống cần được trang bị những giao diện thông tin liên lạc giữa các thiết bị truyền dẫn. Bit phân bố, là bit cần để thiết kế truyền dữ liệu giữa các thiết bị truyền dẫn, quy trình truyền bit, quy trình truyền dữ liệu. Để đảm bảo tính tương kết, những thông tin cần thiết hoặc các kỹ thuật của mỗi thiết bị cần được công bố.
2.1.4 Trạm cố định RSU
Trạm cố định thực hiện truyền thông vô tuyến với trạm di động. Trạm cố định gồm thiết bị vô tuyến với ăng-ten (e), máy phát và máy thu, bộ điều khiển và bộ hiển thị. Tùy thuộc vào phạm vi thông tin vô tuyến, trạm được phân loại như sau:
- Lớp 1: phạm vi truyền thông tin vô tuyến là dưới 10m.