車両アドホックネットワーク

車両アドホックネットワーク( VANET ) は、道路車両を対象とするモバイルアドホックネットワーク(MANET) の提案されたタイプです。^[1] VANET は、2001 年に「車対車のアドホックモバイル通信およびネットワーク」アプリケーションとして初めて提案されました^[2]。このアプリケーションでは、ネットワークを形成し、車両間で情報を中継できます。車両対車両および車両対道路脇の通信アーキテクチャが VANET で共存し、道路の安全、ナビゲーション、その他の道路脇のサービスを提供できることが示されています。VANET は、インテリジェント交通システム(ITS) フレームワークの重要な部分になる可能性があります。VANET は、インテリジェント交通ネットワークと呼ばれることもあります。^[3]これらは、より広範な「車両のインターネット」に進化する可能性があります。^[4]これは、それ自体が「自律走行車のインターネット」に進化する可能性があります。^[5]

2000年代初頭には、VANETはMANETの原理を1対1で応用したものに過ぎないと考えられていましたが、その後、VANETは独自の研究分野へと発展しました。2015年までに、^[6]^{: 3} VANETという用語は、より一般的な用語である車車間通信（IVC）とほぼ同義になりましたが、焦点は依然として自発的なネットワークの側面にあり、路側ユニット（RSU）やセルラーネットワークなどのインフラストラクチャの使用についてはあまり重点が置かれていません。

VANETに関する研究はUpadhyay et al. (2023) ^[7]とLee and Atkison (2021) ^{[8]によってレビューされています。}

VANETは開発中であり、市販の車両では使用されていない。^[9]

アプリケーション

VANET は、例えば協調認識メッセージ (CAM) などの単純なワンホップ情報配信から、長距離にわたるメッセージのマルチホップ配信まで、幅広いアプリケーションをサポートできます。モバイルアドホックネットワーク(MANET) の原則のほとんどは VANET にも当てはまりますが、詳細は異なります。^[10]車両はランダムに移動するのではなく、組織的に移動する傾向があります。路側装置との相互作用も同様にかなり正確に特徴付けることができます。そして最後に、ほとんどの車両は、舗装された高速道路に従うように制約されるなど、移動範囲が制限されています。

VANETの潜在的な用途としては以下が挙げられる: ^[6]^{: 56}

電子ブレーキライト。これにより、ドライバー（または自動運転車やトラック）は、たとえ他の車両によって見えにくくなっていても、車両のブレーキに反応できるようになります。
プラトーニングは、加速とステアリングの情報を無線で受信することで、先行車両に接近して（数インチ以内）追従し、電子的に連結された「ロードトレイン」を形成することを可能にする。
交通情報システムでは、VANET通信を利用して車両の衛星ナビゲーションシステムに最新の障害物レポートを提供する^[11]
道路交通緊急サービス^[12] – VANET通信、VANETネットワーク、道路安全警報および状況情報の配信を利用して遅延を減らし、緊急救助活動を迅速化し、負傷者の命を救います。
路上サービス^[13] – 将来の交通高速道路は「情報駆動型」または「ワイヤレス対応型」になることも想定されています。VANETは、ドライバーにサービス（ショップ、ガソリンスタンド、レストランなど）を宣伝したり、その時点で行われているセールの通知を送信したりするのに役立ちます。
電子料金収受システム^[14] – C-ITS機器で実行される料金徴収アプリケーション。これらはITS-G5技術、路側ユニット（RSU）、および標準化機関ETSIによって指定された機能を備えた車載ユニット（OBU）を使用します。このサービスを実行するには、料金所を通過する際に車両の位置を正確に把握する方法と、取引プロセス中に通信を保護する方法という2つの主要な要件を強調します。

テクノロジー

VANET は、あらゆる無線ネットワーク技術を基盤として使用できます。最も有名なのは、短距離無線技術であるWLANとDSRCです。さらに、セルラー技術やLTE、5G もVANET に使用できます。

シミュレーション

VANETのコンピュータシミュレーションでは、都市モビリティシミュレーション ^[15]とネットワークシミュレーションを組み合わせて使用します。通常、SUMO ^[16]（道路交通シミュレーションを扱う）などのオープンソースシミュレーターは、TETCOS NetSim ^[17]やNS-2などのネットワークシミュレーターと組み合わせてVANETのパフォーマンスを調査します。VANETの無線ネットワークの複雑さを捉える通信チャネルモデリングのためのさらなるシミュレーションも行うことができます。^[18]

標準

VANETプロトコルスタックの主要な標準化は、自動車産業におけるこれらの地域の優位性に対応して、米国、欧州、日本で行われています。^[6]^{: 5}

米国では、IEEE 1609 WAVE 車両環境における無線アクセスプロトコルスタックは、5.9 GHz 周波数帯域の 7 つの予約チャネルで動作するIEEE 802.11p WLAN を基盤としています。WAVE プロトコルスタックは、マルチチャネル動作 (無線が 1 つしか搭載されていない車両でも)、セキュリティ、軽量アプリケーション層プロトコルを提供するように設計されています。IEEE通信学会には、車両ネットワークおよびテレマティクスアプリケーションに関する技術小委員会 (VNTA) があります。この委員会の憲章は、車両ネットワーク、V2V、V2R、V2I 通信、標準、通信対応の道路および車両の安全性、リアルタイム交通監視、交差点管理技術、将来のテレマティクスアプリケーション、ITSベースのサービスの分野で技術活動を積極的に推進することです。

無線周波数

米国では、システムは米国議会によって確保された 5.9 GHz 帯域の領域を使用できます。これは、Wi-Fiでも使用されている無認可周波数です。米国の V2V 標準は、一般に WAVE (「Wireless Access for Vehicular Environments」) として知られており、2004 年にはすでに下位レベルのIEEE 802.11p標準に基づいていました。

欧州委員会決定2008/671/ECは、輸送安全ITSアプリケーションのための5875-5905MHz周波数帯域の使用を調和させています。^[19]欧州では、V2VはETSI ITSとして標準化されており、^[20]IEEE 802.11pに基づいた標準でもあります。C-ITS（協調型ITS）もEUの政策立案で使用される用語であり、ITS-G5およびV2Vと密接に関連しています。

V2VはVANET（車両アドホックネットワーク）とも呼ばれます。これはMANET（モバイルアドホックネットワーク）のバリエーションであり、ノードが車両であることに重点が置かれています。2001年に、アドホックネットワークは車で形成でき、そのようなネットワークは死角を克服し、事故を回避するなどに役立つことが出版物^[21]で言及されました。インフラストラクチャもそのようなシステムに参加しており、当時はV2X（車両対あらゆるもの）と呼ばれていました。長年にわたり、この分野では安全性からナビゲーションや法執行に至るまで、さまざまなアプリケーションにVANETを適用する研究とプロジェクトが盛んに行われてきました。

1999 年に米国連邦通信委員会 (FCC) は、5.850 ～ 5.925 GHz のスペクトル内の 75 MHz をインテリジェント交通システム用に割り当てました。

スペクトルをめぐる争い

2016年現在、V2Vはケーブルテレビやその他のハイテク企業から脅威にさらされている。彼らは現在V2V用に確保されている無線スペクトルの大部分を奪い、その周波数を高速インターネットサービスに利用しようとしている。V2Vの現在のスペクトルの割り当ては、1999年に政府によって確保されたものである。自動車業界は、V2V用のスペクトルが切実に必要だとして、できる限りの確保に努めている。連邦通信委員会はハイテク企業の側に立っており、国家交通安全委員会は自動車業界の立場を支持している。スペクトルを欲しがるインターネットサービスプロバイダーは、自動運転車によってV2Vの広範な使用は不要になると主張している。自動車業界は、V2Vサービスが遅くなったり中断したりしないのであれば、スペクトルを共有する用意があると述べており、FCCはいくつかの共有スキームをテストする予定である。^[22]

研究

VANETの研究は、無線アドホックネットワークの研究から発展し、2000年という早い時期に大学や研究室で始まりました。多くの人がメディアアクセスプロトコル、ルーティング、警告メッセージの配信、VANETのアプリケーションシナリオに取り組んできました。V2Vは現在、ゼネラルモーターズによって積極的に開発されており、同社は2006年にキャデラック車を使用してシステムを実証しました。V2Vに取り組んでいる他の自動車メーカーには、トヨタ、^[23] BMW、ダイムラー、ホンダ、アウディ、ボルボ、およびCar-to-Car通信コンソーシアムがあります。^[24]

規制

それ以来、米国運輸省（USDOT）は、さまざまな関係者と協力してV2Xに取り組んできました。2012年には、ミシガン州アナーバーで事前導入プロジェクトが実施されました。さまざまなメーカーの機器を使用して、さまざまなブランドの自動車、オートバイ、バス、大型貨物車を含む2,800台の車両が参加しました。^[25]米国道路交通安全局（NHTSA）は、このモデル導入を、道路の安全性が向上できること、およびWAVE標準技術が相互運用可能であることの証拠と見なしました。2014年8月、NHTSAは、車車間技術が技術的に導入の準備ができていることが証明されたと主張するレポートを発表しました。^[26] 2014年4月、米国の規制当局が米国市場向けのV2V標準の承認に近づいていると報告されました。^[27] 2014年8月20日、NHTSAは連邦官報に規則制定の事前通知（ANPRM）を発表し、^[28]V2X通信の安全上の利点は、車両群の大部分に装備されている場合にのみ達成できると主張した。早期導入者にとって即時のメリットがないため、NHTSAは強制的な導入を提案した。2015年6月25日、米国下院はこの問題に関する公聴会を開催し、ここでもNHTSAと他の利害関係者がV2Xの必要性を主張した。^[29]

EUでは、ITS指令2010/40/EU ^[30]が2010年に採択されました。これは、ITSアプリケーションが相互運用可能で国境を越えて動作できることを保証することを目的としており、V2Xをカバーし、技術が成熟していることを要求する二次立法の優先分野を定義しています。2014年に、欧州委員会の業界関係者である「C-ITS展開プラットフォーム」は、EUでのV2Xの規制枠組みに取り組み始めました。[ ^31]これは、EU全体のV2Xセキュリティ公開鍵インフラストラクチャ（PKI）とデータ保護への主要なアプローチを特定し、ITS-G5ベースのV2XとCEN DSRCベースの道路課金システム間の無線干渉を防ぐための緩和標準^{[32]を促進しました。欧州委員会は、EU加盟国が構想するITS-G5とセルラー通信で構成される通信環境を形成するために、5Gアクションプラン}^[33]と付随する説明文書^[34]でITS-G5を最初の通信技術として認識しました。^[35] EUまたはEU加盟国レベルでは、SCOOP@F、Testfeld Telematik、デジタルテストベッドAutobahn、ロッテルダム-ウィーンITS回廊、Nordic Way、COMPASS4D、C-ROADSなど、さまざまな導入前プロジェクトが存在します。^[36]さらなるプロジェクトが準備中です。

都市シナリオにおけるVANET

VANETを都市部で使用する場合、考慮すべき重要な側面がいくつかあります。1つ目は、アイドル時間の分析^[37]と、ネットワークの仕様を満たすルーティングプロトコルの選択です。^[38]もう1つは、実装する都市部のシナリオを分析した後、適切なネットワークアーキテクチャを選択して、データのダウンロード時間を最小限に抑えることです。^[39]

参照

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外部リンク

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[20] EN 302 663 インテリジェント交通システム (ITS); 5 GHz 周波数帯域で動作するインテリジェント交通システムのアクセス層仕様 (http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302600_302699/302663/01.02.00_20/en_302663v010200a.pdf)

[21] Chai K Toh (2001)。アドホックモバイルワイヤレスネットワーク：プロトコルとシステム。ピアソンエデュケーション。ISBN 9780132442046。

[Times1-22] 「車は互いに通信する準備ができている ― 無線LANに車の電波を使わない限りは」ロサンゼルス・タイムズ、2016年8月25日。

[23] 株式会社、トヨタ自動車。「トヨタ、インフラ協調システムを2015年の新型車に搭載へ | トヨタグローバルニュースルーム」。newsroom.toyota.co.jp 。 2016年6月1日閲覧。

[24] 「Car 2 Car - Communication Consortium: Technical Approach」www.car-to-car.org。2013年9月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年6月1日閲覧。

[25] 安全パイロットモデル展開技術ファクトシート (http://www.safercar.gov/staticfiles/safercar/connected/Technical_Fact_Sheet-Model_Deployment.pdf)

[26] NHTSA: 車車間通信: V2V 技術の適用準備状況 (http://www.nhtsa.gov/staticfiles/rulemaking/pdf/V2V/Readiness-of-V2V-Technology-for-Application-812014.pdf 2018 年 11 月 15 日にWayback Machineにアーカイブ)

[27] 「車両がまもなく相互通信可能になる可能性」VOA 2014年4月4日2016年6月1日閲覧。

[28] 連邦自動車安全基準: 車車間 (V2V) 通信、ドケット番号 NHTSA–2014–0022 (http://www.nhtsa.gov/staticfiles/rulemaking/pdf/V2V/V2V-ANPRM_081514.pdf 2017-04-28 にWayback Machineでアーカイブ)

[29] 下院公聴会（議定書）（https://energycommerce.house.gov/hearings-and-votes/hearings/vehicle-vehicle-communications-and-connected-roadways-future 2017-05-19にWayback Machineでアーカイブ）

[30] [1] 道路交通分野における高度道路交通システムの導入と他の交通手段とのインターフェースの枠組みに関する指令2010/40/EU

[31] [2] C-ITS展開プラットフォーム – 最終報告書、2016年1月 (http://ec.europa.eu/transport/themes/its/doc/c-its-platform-final-report-january-2016.pdf)

[32] [3] 高度道路交通システム（ITS）；欧州CEN専用短距離通信（CEN DSRC）機器と5GHz周波数帯で動作する高度道路交通システム（ITS）間の干渉を回避するための緩和技術（http://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/102700_102799/102792/01.02.01_60/ts_102792v010201p.pdf）

[33] [4] 欧州向け5G：行動計画 – COM (2016) 588、脚注29 (http://ec.europa.eu/newsroom/dae/document.cfm?doc_id=17131)

[34] 5G のグローバル展開 – SWD (2016) 306、9 ページ (http://ec.europa.eu/newsroom/dae/document.cfm?doc_id=17132)

[35] アムステルダム宣言 – コネクテッドおよび自動運転の分野における協力 (https://english.eu2016.nl/binaries/eu2016-en/documents/publications/2016/04/14/declaration-of-amsterdam/2016-04-08-declaration-of-amsterdam-final-format-3.pdf 2017-03-01 にWayback Machineでアーカイブ)

[36] C-ROADS については、以下を参照してください: Connecting Europe Facility – Transport 2015 Call for Proposals – Proposal for the Selection of Projects、119-127 ページ (https://ec.europa.eu/inea/sites/inea/files/20160712_cef_tran_brochure_web.pdf)

[37] Martin, Isabel (2018). 「マルコフ報酬モデルを使用した VANET のアイドル時間の過渡分析」. IEEE Transactions on Vehicular Technology . 67 (4): 2833–2847. doi :10.1109/TVT.2017.2766449. hdl : 2117/116842 . S2CID 4932821.

[38] Lemus, Leticia (2019). 「都市シナリオにおける車両アドホックネットワーク向けの確率ベースのマルチメトリックルーティングプロトコル」. IEEE Access . 7 : 178020–178032. doi :10.1109/ACCESS.2019.2958743. hdl : 2117/174180 . S2CID 209460107.

[39] Peralta, Goiuri (2020). 「フォグからクラウド、ネットワークコード化されたアーキテクチャ: スマートモビリティのためのデータダウンロード時間の最小化」.シミュレーションモデリングの実践と理論. 101 : 102034. arXiv : 1912.00812 . doi :10.1016/j.simpat.2019.102034. hdl :10902/20840. S2CID 208527775.