Conhecendo o V2X - Conectando veículos para tudo

Olá leitor, como vai ? No artigo de hoje irei abordar algumas características do sistema V2X (Vehicle-to-Everything, ou Veículo para Tudo). Retratarei alguns conceitos básicos sobre o V2X, aplicações do sistema, benefícios apresentados, a rede dedicada utilizada neste protocolo, introdução sobre o espectro da rede dedicada e a forma de comunicação entre os veículos.

 

 

O que é  V2X ?

 

O V2X é um conjunto de protocolos (baseado em Wireless Local Area Network, mais popularmente conhecido pela sigla WLAN), que permite a transmissão de dados de um veículo, para qualquer sistema que tenha o poder de afetar tal veículo ou vice-versa.  Em outras palavras, o sistema de comunicação V2X faz com que o carro transporte as pessoas de forma segura e mais rápida, pois o veículo é capaz de comunicar-se com outros automóveis ou até mesmo com infraestruturas (edifícios, semáforos inteligentes, câmeras de trânsitos, etc), garantindo assim um ganho expressivo em performance, no que diz respeito à direção. Contudo, toda essa capacidade torna-se possível devido à formação de uma rede ad-hoc veicular, conhecida pelo termo VANETs (Vehicular ad-hoc Networks), já que dois remetentes de dados estão dentro do alcance de cada um deles.

 

De modo geral, o protocolo V2X engloba algumas formas específicas de comunicação, como por exemplo, V2V (Vehicle-to-Vehicle), V2I (Vehicle-to-Infrastructure), V2P (Vehicle-to-Pedestrian) e V2N (Vehicle-to-Network). Tais formas de comunicações estão brevemente ilustradas na figura 1.

 

Tipos de comunicações dentro do V2X
Figura 1 - Tipos de comunicações dentro do V2X

 

É importante ressaltar que essas comunicações têm por objetivos centrais, aumentar a segurança nas estradas e diminuir o tráfego, como citado anteriormente, introduzindo, desta maneira, o conceito de sistema de transporte inteligente (ITS, ou Intelligent Transport System).

 

 

Algumas aplicações e benefícios do protocolo V2X

 

A seguir, serão elencadas algumas aplicações do protocolo V2X:

  • Proteção para pedestres e ciclistas em cruzamentos;
  • Rota Dinâmica;
  • Visão noturna melhorada;
  • Sistema de assistência em caso de acidentes;
  • Sistema de alerta de cansaço;
  • Sistema de aviso de colisão.

 

Em meio aos objetivos citados no tópico anterior, é relevante salientar que a implementação do sistema V2X agrega enormes benefícios econômicos e ecológicos, entre eles:

  • Prevenção dos riscos de acidentes, por meio de condução antecipada e adaptável. Consequentemente  a redução do número de óbitos nas rodovias;
  • Reconhecimento de veículos de emergência, dando privilégios especiais de passagens a estes veículos;
  • Redução do índice de emissões de poluentes;
  • Maior eficiência para o transporte de mercadorias.

 

 

Introdução às DSRC (Dedicated Short Range Communication)

 

Os benefícios citados acima são possíveis devido o protocolo V2X ser baseado em DSRC (Dedicated Short Range Communication, ou Comunicações de curto alcance dedicadas), um derivado do Wi-Fi, porém definido para objetos de movimentos rápidos, permitindo assim que os veículos consigam transferir os dados estabelecidos (como velocidade ou posição, por exemplo) mesmo que não estejam em linha reta, referenciando-os aos receptores. Em outras palavras, os dados são transferidos mesmo que hajam grandes obstáculos, como um edifício ou até mesmo no momento em que o veículo estiver fazendo uma curva, agregando assim, robustez ao sistema. Alguns tipos de mensagens fornecida pelas DSRC, podem ser observadas na figura 2.

 

Tipos de mensagens entregues pelas DSRC
Figura 2 - Tipos de mensagens entregues pelas DSRC

 

As DSRC que foram projetadas pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, ou Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos), são canais de comunicação sem fio de uma ou duas vias, sendo de curto ou médio alcance. Essas comunicações são projetadas de forma específica para uso automotivo, sendo referidos nos padrões: WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments) para os Estados Unidos e ETSI ITS G5 para a Europa. Dentro da estrutura do V2X, esses tipos de comunicações são mais usuais nas formas V2V e V2I, visando atender os requisitos de segurança, confiabilidade em condições climáticas extremas e diminuição de atrasos de tempos entre os módulos de comunicações.

 

 

Um pouco do espectro de frequência das DSRC

 

A pilha de protocolos DSRC está definida no IEEE 802.11p e baseia-se na família de padrões Wi-Fi.

 

Para utilização do conceito ITS, a FCC (Federal Communications Commission) alocou 75MHz de espectro na faixa de 5,9 GHz, focando nos requisitos pré estabelecidos, como é o caso da segurança e mobilidade. A figura 3 ilustra tal afirmativa, sendo mais precisamente demonstrada no caso do norte da América. Vale a pena ressaltar que a banda em que atua a DSRC é um espectro livre, porém licenciado. É gratuito este espectro, pois a FCC não cobra uma taxa pela sua utilização. No entanto, não deve ser confundida com algumas bandas licenciadas, como: 900 MHz, 2,4GHz e 5GHz; que também são livres para utilização, mas não impõem tanta restrição às tecnologias, excluindo o caso de algumas regras de emissão e coexistência.

 

Frequências em algumas regiões do mundo.
Figura 3 - Frequências em algumas regiões do mundo.

 

Dentre os aspectos positivos do espectro em que trabalham as DSRC, destacam-se: largura de banda licenciada, comunicação rápida com a rede, baixa latência, alta confiabilidade, prioridade para aplicações de segurança e interoperabilidade.

 

A largura de banda é licenciada tendo como foco a questão da segurança. Ainda seguindo tal foco, é primordial a exigência de comunicações velozes e atualizações frequentes.

 

 

Quem pode desenvolver as DSRC?

 

Para fechar a questão das DSRC, essas comunicações podem ser desenvolvidas por fabricantes de dispositivos, desenvolvedores de aplicativos, representantes das indústrias automotivas, de telecomunicações e eletrônicos de consumo.

 

Um exemplo de módulo DSRC é o THEO- P173 da Ublox, ilustrado na figura 4:

 

Módulo THEO-P173 da Ublox, para V2X.
Figura 4 - Módulo THEO-P173 da Ublox, para V2X.

 

As principais características e o diagrama de blocos do THEO-P173 apresentam-se, respectivamente, de acordo com as figuras 5 e 6.

 

Principais características do THEO-P173
Figura 5 - Principais características do THEO-P173
Diagrama de blocos do THEO-P173
Figura 6 - Diagrama de blocos do THEO-P173

 

 

Como os automóveis comunicam-se?

 

O maior desafio das comunicações móveis para o setor automotivo inclui basicamente todos os obstáculos que uma rede sem fio móvel deve superar, como por exemplo o tempo de comunicação entre os dispositivos. Como citado na introdução, há um protocolo de rede especifico para veículos, denominado de VANETs.

 

VANETs

 

Para melhor entendimento do que são VANETs, é mais fácil definir sua origem que parte do conceito de MANETs.

 

De forma resumida, uma MANETs (Mobile Ad Hoc Network, ou Rede Ad Hoc para dispositivos móveis) é como o próprio nome implica, uma rede de dispositivos móveis conectados sem fio, de forma auto-configurável e sem infraestrutura. Uma grande característica dessa rede é a capacidade que um dispositivo tem para mover-se em qualquer direção. O que resulta na frequente mudança de link, ou seja, conexão, com outro dispositivo.

 

Devido a tanta autonomia de conexão que um dispositivo possui, essas redes podem operar por conta própria ou estar conectadas à internet.

 

As VANETs (Vehicular Ad Hoc Network) são utilizadas para fins veiculares e rodoviários. Em paralelo, pode haver um sistema de inteligência artificial que ajuda o veículo atuar de forma inteligente em caso de acidentes. Tal sistema é denominado de InVANETs.

 

Dentre as tecnologias que compõem o protocolo V2X, as que destacam-se pela empregabilidade das VANETs, são V2V e V2I, também definidas como IVC (Inter-Vehicle Communication) e RVC (Road Vehicle Communication), conforme ilustra a figura 7. Para que as infra estruturas possam se comunicar faz-se necessário a implementação de dispositivos denominados RSU (Road Side Units).

 

Estrutura VANETs
Figura 7 - Estrutura VANETs

 

As VANETs podem usar diversas tecnologias de rede sem fio como base, citando por exemplo os protocolos Zigbee e Wi-Fi padrão. Grande parte das aplicações hoje estão voltadas também para utilização do LTE e 5G.

 

 

Conclusão

 

Com a crescente evolução dos carros autônomos disponíveis para o mercado, a tendencia é que a tecnologia V2X ganhe cada vez mais espaço e o custo de implementação, que hoje é alto, diminua de preço.

 

A principal motivação pela empregabilidade da tecnologia é a questão da segurança. Os principais obstáculos que a tecnologia encontra hoje estão relacionados a questões jurídicas e a garantia de eficácia para casos onde deseja-se adaptar o V2X (veículos com restrições tecnológicas) levando em consideração a grande totalidade de automóveis disponíveis.

 

 

Referências

 

  [1] - ST- “Vehicle-to-Everything(V2X)”

  [2] - 5G Americas, “V2X Cellular Solutions”, 2016.

  [3] - DSRC: The Future of Safer Driving

  [4] - Node Selection Algorithm for Routing in VANET

  [5] - Frequency bands for V2X

  [6] - Vehicle to Vehicle interactions (V2V)

  [7] - VANETs - Redes Ad-Hoc Veiculares

  [8] - V2X Communication for Autonomous Vehicles

  [9] - V2X.Connected Cars

  [10] - What is DSRC for the connected car?

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Pablo Melo
Tecnólogo em Eletrônica Automotiva pela Fatec Sorocaba. Mestrando em Engenharia Elétrica pela UNESP Sorocaba, com ênfase em Sistemas Mecatrônicos. Desenvolve estudos direcionados para aplicações do protocolo OPC UA voltadas para a Internet das Coisas Industrial, Indústria 4.0 e RAMI 4.0. Ama pesquisar tecnologias sobre sistemas embarcados, sempre acompanhado por uma boa dose de café.

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