انتظارات صنعت خودرو از فناوری نسل پنجم فناوری ارتباطات سلولی

تین‌نیوز| هنگامی که گردهمایی جهانی تلفن همراه در اواخر ماه جاری (22 الی 25 فوریه) تشکیل شود، صنعت ارتباطات سلولی به معرفی یک استاندارد در حال توسعه ارتباطات سلولی نسل پنجم (5G) اشتغال خواهد داشت که به معنای برقراری ارتباط میان تمامی اشیا با تمامی انسانها (و تمامی صنایع) از جمله خودروها است.


فناوری 5G صنعت ارتباطات سلولی، ادعا می­‌کند که می‌تواند برای کاربردهای بحرانی تاخیری کمتر از 2 میلی‌­ثانیه فراهم کند. این سطح فناوری نشان دهنده انتظارات بزرگ صنعت از گسترش دسترسی به شبکه‌ای بسیار فراتر از گوشی­‌های هوشمند و بسوی اینترنتی است که شامل همه اشیا از جمله خودروها می­‌شود.

لیکن آمادگی واقعی خودروسازان برای بکارگیری فناوری 5G داستانی کاملاً متفاوت دارد.
ناظران صنعت متوجه این نکته مهم شده‌اند که در توسعه "فناوری 5G برای صنعت خودرو"، نیاز صنعت ارتباطات سلولی به کسب پهنای باند وسیعتر، بیشتر از ایمنی جاده‎ها مورد توجه قرار گرفته است.

بهره برداران ارتباطات سلولی در اصل می‌خواهند از Wi-Fi و ارتباطات بردکوتاه اختصاصی (DSRC) مبتنی بر استاندارد IEEE 80211.p و هر طیف دیگری که بر سر راه آنها قرارگیرد استفاده برند. نگرانی عمده آنها، پاسخ به تقاضای ارتباطات بی­سیم در آینده است و توجهی به آنچه ممکن است بر سر کاربردهای موجود Wi-Fi یا کاربردهای نوظهور DSRC بیاید، ندارند.

فناوری DSRC مبتنی بر کانال‌های ارتباط بی­سیم است که بطور خاص برای کاربرد صنعت خودرو طراحی شده‌اند. این فناوری ناحیه‌ای از باند 5.9 GHz را بکار می‌برد که توسط کنگره ایالات متحده در سال 1999 برای کاربردهای خودرویی تخصیص داده شده است. این باند فرکانسی که بدون اخذ مجوز قابل بهره‌­برداری است، توسط Wi-Fi نیز استفاده می‌شود.

همه افراد با این نظر که بهره‌برداران ارتباطات سلولی در حال ربایش قدرت هستند، توافق ندارند. راجر لنکتات جانشین مدیر تجارب جهانی خودرو در شرکت تحلیل راهبرد احتمال می­‌دهد که این موضوع از بحث مداوم میان خودروسازان و شرکت­‌های خدمات ارتباطات بی­‌سیم نشات می‌گیرد. به گفته او، "جامعه حمل و نقل هوشمند به سوی شرکت­‌های خدمات ارتباطات بی­‌سیم تمایلی ندارند. شرکت‌های خودروسازی به نزاع جدی خود بر سر ایجاد ارتباط بین خودروها بویژه دلیل وجودی آن ادامه می‌دهند. در عین حال، شرکت­‌های ارتباطات بی­سیم با ارتباطات مورد نظر خودروسازان مشکل دارند چرا که مستقیما با قابلیت پولسازی برایشان همراه نیست."

اگیل جولیوسن مدیر پژوهش و تحلیل‌گر ارشد در شرکت فناوری خودروی IHS بر این نکته تاکید ورزیده است که صنعت خودرو برای فناوری 5G آمادگی ندارد. خودروسازان تنها اخیرا درباره بکارگیری 4G جدیت نشان داده‌اند.
اسکات مک کورمیک رییس انجمن تجاری خودروهای مرتبط (CVTA) می‌گوید: "در مورد V2X، در حال حاضر فناوری‌های ارتباطات خودرویی که در دسترس صنعت خودرو قرار دارند عبارتند از DSRC با تاخیر (سرعت تحویل پیام) حدود 1 میلی­‌ثانیه و 4G با تاخیر حدود 20 میلی­‌ثانیه."

آیا 5G عوض کننده قواعد بازی است؟
بنا به گفته مک کورمیک، «فناوری 5G می‌تواند قواعد بازی را تغییر دهد». تحلیل‌های اولیه نشان داده­‌اند که تاخیر 5G می‌تواند زیر 2 میلی­‌ثانیه باشد. مک کورمیک ادامه می­‌دهد: «اما احتمال اندکی دارد که بتواند جایگزین DSRC شود. و این جایگزینی بشرطی است که شما مایل به پرداخت هزینه یک شرکت خدماتی برای نوعی طرح داده 5G باشید.»

این اخطاری است که قابل نادیده گرفتن نیست. همچنانکه جولیوسن اشاره کرده است، گردانندگان شبکه تلفن همراه خواستار استفاده از پهنای باند DSRC برای کاربردهای خود و نیز پول درآوردن از آن هستند. اما DSRC یک فناوری ایمنی نجات بخش است که امکان استفاده از آن نباید به پرداخت صورتحساب شبکه بی­‌سیم توسط کاربر بستگی پیدا کند.

اندرو تورلی رییس برنامه نوآوری و V2X در شرکت نیمه‌هادی‌ NXP با این نکته موافق است و می‌گوید: "ما ترجیح می‌دهیم بهره‌برداران ارتباطات سلولی، پروتکل 802.11p و Wi-Fi را بخشی از استاندارد 5G سازند، نه اینکه همه چیز از ابتدا برای 5G دوباره ساخته شود."

تبلیغ برای تاخیر پایین 5G در کاربردهای ارسال پیام‌های بحرانی به عنوان یک ایده‌­ال برای خودروهای بدون راننده، نه تنها ویژگی آینده‌نگرانه به استاندارد در دست توسعه می‌دهد بلکه آن را بسیار جذاب می‌سازد.

همانند هر استاندارد جدید، مسیر رسیدن به 5G پر از چالش‌ است، بویژه وقتی در مدل‌های کسب و کار صنایع مختلف بکار برده می‌شود.
در ادامه، گزینه‌های مختلف موجود و پیشنهادی برای صنعت خودرو به منظور برقراری ارتباط و موانعی که مدافعان فناوری 5G باید توضیح دهند آورده شده است.

پیوندهای ارتباطی بی­سیم ممکن در خودرو
وقتی از اگیل جولیوسن، مدیر پژوهش و تحلیل‌گر ارشد شرکت فناوری خودروی IHS درباره انتظارات خودروسازان از 5G پرسش شد، او روشن ساخت که خودروسازان آمادگی لازم را در این زمینه ندارند.

حتی اگر 5G در هر حجم دلخواهی پیش از سال 2020 مستقر شود (که در این مورد شک داریم)، استفاده از 5G هنوز 3 تا 5 سال از زمان عقب است زیرا خودروسازان نیاز به یک فناوری امتحان پس داده دارند که دارای پوشش جغرافیایی وسیع و قیمت مناسب بوده و تنها چندسال با تولید انبوه فاصله داشته باشد.

بنابراین برای آینده قابل پیش‌بینی (احتمالاً 7 تا 10 سال آینده)، شرکت IHS پیش‌بینی می‌کند که دو پیوند بی­سیم در هر خودرو وجود داشته باشد.

به گفته جولیوسن، یکی از آنها یک مودم نهفته در سامانه کنترل خودرو و دیگری یک پیوند گوشی هوشمند به شبکه خدمات اطلاعاتی (Infotainment) و محتوای رایانش ابری خواهد بود. بیشتر هزینه مودم توسط سازندگان تجهیزات اصلی خودرو پرداخت شده و برای کاربردهای فعلی و آینده نزدیک نیاز به سرعت 4G ندارد. هزینه دومین پیوند نیز توسط راننده پرداخت شده و نیاز به سرعت بیشتر دارد، بویژه زمانی که خودروهای بدون راننده امکان مشاهده محتوای ویدیویی توسط راننده را فراهم می‌کنند.

بنابراین گوشی‌های هوشمند 5G را می‌توان زمان درازی قبل از استقرار نهفته 5G در خودروها مورد استفاده قرار داد.

آیا DSRC و 4G LTE قابلیت همزیستی در فناوری V2V را دارند؟
رییس CVTA اسکات مک کورمیک به این نکته اشاره کرده است که DSRC دارای تاخیر حدود 1 میلی‌­ثانیه بوده و 4G تاخیری حدود 20 میلی­‌ثانیه دارد.

بنابراین برای V2V در مجاورت نزدیک (زمانی که تعدادی خودرو از روبرو یا عقب بسوی شما می‌آیند) DSRC باید استفاده شود. این فناوری در اصل برای تحویل اطلاعات به درون خودرو و نه شخص راننده است، زیرا زمان واکنش لازم برای پاسخ دادن به لغزش روی یخ، خطرات جاده‌ای و مانند اینها سریعتر از آن است که بتوان منتظر واکنش انسانی باقی ماند.

البته نکته فوق به آن معنی نیست که 4G LTE نقشی در سناریوهای V2X ندارد. برطبق گفته مک کورمیک، اگر پیام بطور همزمان بر روی DSRC و شبکه 4G یا LTE پخش شده و سپس به گوشی‌های هوشمند (برای مثال از طریق یک نرم افزار کاربردی) باز ارسال گردد، آنگاه رانندگان خودروهای دورتر خواهند توانست در زمان مناسبی از خطرات پیش رو مطلع شوند. اگر شما 150متر دورتر از ناحیه خطر باشید، تاخیر 20 میلی­‌ثانیه برای تدارک اطلاعات ایمنی پیشگیرانه بقدر کافی خوب خواهد بود.

به بیان کوتاه یکپارچگی DSRC/LTE برای مک کورمیک قابل قبول است. وی می‌­گوید: "با استفاده همزمان از DSRC و ارتباطات سلولی اطلاعات آب و هوا و ترافیک می‌تواند به خودروهای مجهز به DSRC منتقل شده و سپس از طریق ارتباطات LTE به ناوگان بزرگتر خودروهای فاقد تجهیزات DSRC ارسال گردد."

علاوه براین، به گفته مک کورمیک، ارتباطات 4G با زیرساخت (Cellular2I) کاملا مفید است. درحالی که خودروها به اطلاعات آنی درباره حضور خطرات پیش رو نیاز دارند تا واکنش بلادرنگ از خود نشان دهند، نهاد دولتی مسئول نگهداری جاده‌ها می‌تواند آن اطلاعات را در عرض چند دقیقه یا حتی ساعت دریافت کند زیرا زمان واکنش آن برای اعزام گروه بازسازی چندان بحرانی نیست.

مقایسه 5G با DSRC یا LTE در خودروها
اما 5G دقیقاً چه امکاناتی علاوه بر فناوری‌های بی­‌سیم موجود یا پیشنهادی (مانند DSRC و LTE) می‌تواند ارائه کند؟
پاسخ این سوال، به کارکردهای موجود DSRC و LTE برمی‌گردد که تامین کنندگان فناوری ارتباطات سلولی سعی در بازتولید آن در 5G دارند.

جولیوسن گفته است: "DSRC برای تقریبا یک دهه مورد آزمایش کامل قرار گرفته است و آماده استقرار می‌­باشد. این فناوری در ابتدا بر کاربردهای ایمنی تمرکز دارد که هزینه بالای تصادفات را کاهش خواهند داد." به تخمین او، هزینه تمامی تصادفات حدود 2% تولید ناخالص داخلی در کشورهای توسعه یافته و 1% در بسیاری کشورهای دیگر را به خود اختصاص می‌دهد.

به گفته او بکارگیری V2V به یک اجبار در ایالات متحده تبدیل خواهد شد ولی ممکن است در سایر کشورها چنین امری اتفاق نیفتد.

هوآوی و کوآلکام، دو غول فناوری ارتباطات همراه با پیشنهادیه‌ای به نام "LTE V2X" که به نام ارتباطات نسل چهارم دستگاه به دستگاه (D2D) نیز موسوم است، خود را برای ورود به یک بازار نوظهور V2X آماده می‌کنند که LTE D2D را به یک جایگزین برای DSRC تبدیل خواهد کرد. با LTE D2D بازیگران ارتباطات سلولی جای پایی برای خود در صنعت خودرو باز خواهند کرد. آنها LTE D2D را به عنوان یک پیش‌ درآمد 5G می‌دانند که خواهد توانست برای ارتباطات خودرویی پشتیبانی بومی فراهم نماید.

جولیوسن این‌گونه پاسخ می‌دهد که توانایی LTE V2X برای این نوع کاربردهای ایمنی اثبات نشده است. و 5G نیز چنین وضعی خواهد داشت. او می‌افزاید "صنعت خودرو بواسطه مسئولیت‌های قانونی خود نمی‌تواند از یک فناوری اثبات نشده استفاده کند."

راجر لنکتات، جانشین مدیر تجارب جهانی خودرو در شرکت «تحلیل راهبرد» دیدگاه متفاوتی ارائه می‌کند: "استقرار فناوری ارتباطات خودرو بر اساس ارتباطات سلولی روی LTE یا 5G، احتمال موفقیت بهتری به عنوان یک راهکار مبتنی بر بازار با زیرساخت موجود ارائه خواهد کرد. نیازی به ایجاد یک شبکه کاملا جدید مانند آنچه برای DSRC لازم است، نخواهد بود."

لنکتات DSRC را یک شروع­‌کننده نمی­‌نامد و می‌گوید: "DSRC برای هیچ مورد دیگری در بخش مصرفی بکار نمی‌رود در نتیجه آگاهی مصرف­‌کننده از وجود آن وجود ندارد."

مزیت V2X مبتنی بر LTE این است که یک زیرساخت برای شبکه سلولی LTE هم اکنون موجود است. اما زیرساخت 5G که هنوز فاقد یک استاندارد تدوین شده است، وجود ندارد.

پس از سالها آزمون DSRC، هم اکنون در چه جایگاهی قرار دارد؟
سیاست پشت DSRC پیچیده است.
برخی از حقایق از این قرارند. وزارت حمل و نقل اعلامیه‌ای زودهنگام در مورد پیشنهادیه قانون گذاری (ANPRM) برای DSRC در تابستان 2014 صادر نمود. تاریخ آغاز قانون‌گذاری، که برای انتهای سال 2015 زمان‌بندی شده بود، رعایت نگردید همانند بسیاری از ضرب‌العجل‌ها که پیش از آن وضع شده بود. این قانون نیاز به تصویب در کنگره نداشت. اداره مدیریت و بودجه در حال ارزیابی الزامات هزینه‌ای یک قانون در این رابطه است.

مک کورمیک، رییس CVTA بر این امید است که تصمیم برای وضع قانون اجباری شدن DSRC قبل از پایان دوره ریاست جمهوری اوباما به نتیجه برسد. او افزوده است: "تجربه ما نشان می‌­دهد که زمان‌بندی اعلامیه‌هایی مانند این، بیش از آنکه تابع ملاحظاتی چون کاهش تصادفات باشد، به انگیزه‌های سیاسی صورت می‌پذیرد."

شرکت NXP در خبرنامه خود که پس از نمایشگاه لوازم الکترونیکی مصرفی منتشر گردید، گزارشی از ملاقات آنتونی فاکس، وزیر حمل و نقل و ریک کلمر، مدیر عامل NXP در لاس وگاس را ارائه کرد. آنها در مورد "عزم مشترک‌شان برای هوشمندتر ساختن خودروها و شهرها و ایمن‌تر ساختن آنها برای حفاظت از جان راننده‌ها و نیز سایر حاضرین در جاده‌ها" بحث کرده بودند.

خلاصه بحث این است که گرچه وزارت حمل و نقل نتوانست ضرب‌العجل سال 2015 برای قانون اجباری شدن DSRC را برآورده سازد، اما دولت در حال پیش بردن آن است.

جولیوسن از شرکت IHS چنین اظهار داشته است که صنعت خود را برای بهره­‌برداری از فواید V2X نسبتاً آماده کرده است و کم و بیش آماده استقرار DSRC است. او خاطرنشان ساخت: "آنها دریافته‌اند که هزینه‌های تصادفات و ازدحام ترافیک نقشی منفی برای آینده و رشد صنعت خودرو بازی می‌کند. بویژه سازندگان تجهیزات اصلی خودرو آماده استقرار DSRC هستند زیرا فواید عمده‌ای را نصیب جامعه خواهد کرد."

بنا به گفته او پیاده‌سازی عملی قانون اجباری شدن نصب V2V در ایالات متحده حول و حوش سال 2020 پیش بینی شده است. همانند V2I ، پیشروی آهسته است اما سریعتر از قبل بنظر می‌رسد.

تراشه‌هایی برای امکان‌پذیر ساختن ارتباطات V2X در حال ساخت است. شرکت‌های سازنده نیمه هادی دره سیلیکون از جمله NXP، کوالکام و شرکت اسرائیلی اتوتاک درگیر این فعالیت هستند. در ایالات متحده جنرال موتورز اولین شرکتی خواهد بود که فناوری V2V را در مدل‌های کادیلاک فلگ‌شیپ نصب خواهد کرد. شرکت NXP تامین کننده تراشه سامانه V2V این خودرو است.

لنکتات که طرفدار پروپاقرص DSRC نیست چنین استدلال نموده است که دولت ایالات متحده و وزارت حمل­‌ونقل ملاحظات مربوط به فناوری یا مدل کسب و کار را درک نمی­‌کنند و تنها خواهش کاسته شدن از تلفات ناشی از تصادفات هستند. به عقیده او DSRC برای آنها یک نیروی پیش برنده کامل جهت حل مشکل است که می­‌تواند توجیه کننده 800 میلیون دلار هزینه­‌ کرد آنها در 15 سال اخیر بدون دستاورد عملی قابل توجه باشد.

لنکتات خاطرنشان ساخته است که برپایه آخرین شهادت در حضور کنگره، روشن شده است که نمایندگان مجلس نه تنها شیفته DSRC نشده بلکه بطور فزاینده‌ای نسبت به آن مشکوک شده‌اند. آنها برای حفاظت از پهنای باند در برابر استفاده بدون مجوز Wi-Fi گیگابایتی نیز صف آرایی کرده‌اند. به عقیده لنکتات، بهترین شانس DSRC برای رسیدن به بازار بطریقی مفید، از طریق یک ماژول ارتباطات سلولی است.

اما لنکتات قبلا گفته بود که قانون اجباری DSRC نیاز به تصویب در کنگره ندارد. اداره NHTSA و DOT می‌توانند موضوع را بسادگی اجباری سازند و بدون توجه به رضایت یا مخالفت خودروسازان و مشتریان آن را به پیش برند.

قانون Metcalfe و V2V
به گفته جولیوسن فناوری V2V از قانون Metcalfe تبعیت می‌کند و برای فایده بخش بودن نیاز به تعداد زیادی کاربر دارد. به این دلیل یک قانون اجباری بهترین راهبرد است زیرا تعداد خودروهای موجود مجهز به DSRC به شیوه بهینه‌ای رشد می‌کند. تجهیزات بازار جانبی (Aftermarket) با قابلیت V2V مانند یک گوشی هوشمند با این توانایی، می‌توانند بسیار سودمند باشند. کاربردهای V2I برای هر خودروی مجهز به V2X بلادرنگ دارای فایده خواهند بود.

همچنانکه مک کورمیک، رییس CVTA خاطرنشان ساخته است، صنعت خودرو سالانه تنها 6.7 درصد خودروها را جایگزین می‌سازد و 15 سال طول می‌کشد تا کل ناوگان خودروها را شامل شود.

لیکن مردم مایلند نرخ پذیرش فناوری را بسیار دست بالا برآورد کنند تا ارزشی از آن متبادر شود. مک کورمیک افزوده است: "باید حدود ده درصد از خودروها مجهز به DSRC شوند تا اثر مشهودی بر جاده‌ها گذاشته شود. دلیل این واقعیت تا اندازه‌ای رفتار توده‌ای رانندگان است.

اگر 5 درصد رانندگان (در اثر آگاهی از یک خطر بالقوه) شروع به کند کردن حرکت خود کنند، بقیه ترافیک نیز آهسته خواهد شد زیرا آن 5 درصد به عنوان یک مانع عمل می‌کنند. دلیل دیگر این است که رانندگان شروع به آگاه شدن از شرایط پیرامونی می­‌نمایند و این منجر به آهسته شدن حرکت خودروها می‌شود."

مک کورمیک می‌گوید: "در بهترین سناریو، بسیار عالی خواهد بود اگر بطریقی خودروها یا رانندگان دارای این قابلیت، نشان دار شوند (برای مثال با نصب علامتی بر روی پنجره یا سپر خودرو). بدین ترتیب مشاهده چنین رانندگانی با علایم مزبور آنها را به عنوان مشاور بالفعل سرعت معرفی خواهد کرد."

لنکتات تصدیق می‌کند که نوید "مشاهده آنسوی پیچ­‌ها" و "آنسوی تپه‌ها" و اجتناب از تصادف، بسیار وسوسه انگیز است. قابلیت فناوری DSRC در کمک به وسایل نقلیه خودمختار نیز بسیار تبلیغ شده است. لیکن کمک فناوری DSRC به رانندگی خودکار متضمن پذیرش گسترده یا تقریبا همگانی این فناوری است که تحت سناریوهای فعلی محتمل بنظر نمی­‌رسد.

به دلیل گفته شده، لنکتات بر این نکته تاکید ورزیده است که فناوری بی‌­سیم موجود یک سرمایه گذاری بهتر و بازاری‌تر است مضاف بر اینکه مشتریان درک بهتری از آن دارند.

آیا فناوری DSRC تداوم خواهد یافت؟
فناوری 5G در برنامه‌های کوتاه و میان مدت صنعت خودرو حضور نخواهد داشت. اما اگر فناوری ارتباطات سلولی از طریق LTE و 5G به دلایل تجاری دیگری پیشرفت کند، آیا فرصت‌ها برای DSRC کوتاه‌تر نخواهند شد؟

جولیوسن چنین می­‌اندیشد که این امر به آن کشور بستگی خواهد داشت: "در آمریکا این فناوری محتملا برای زمان درازی مورد استفاده واقع خواهد شد. فناوری V2V برای تدارک اطلاعات هم‌پوشان جهت خودروهای بدون راننده بسیار مناسب است بویژه وقتی وجود منابع متعددی از داده برای تضمین قابلیت اعتماد و پشتیبانی ارزشمند باشد. ممکن است این نتیجه حاصل شود که V2X برای خودروهای بدون راننده مفیدتر از کاربردهای عادی آن به عنوان یک سامانه مستقل است."

لیکن او می‌افزاید: "در کشورهایی که V2X در یک برنامه زمان‌بندی استقرار متأخرتر قرار دارد، قابلیت‌های 5G می‌تواند فرصت حذف DSRC را فراهم کند." وقتی از او درباره استقرار جهانی DSRC سوال شد، او ژاپن را به عنوان یک "رهبر در استقرار V2I" توصیف کرد که در زمینه V2V کند عمل کرده است. با این وجود، اروپا در حال پیاده‌سازی آرام ترکیبی از V2I و V2V است. کره جنوبی هنوز در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارد، لیکن احتمالا به محض تصمیم گیری V2I و V2V را بسرعت پیاده‌سازی خواهد کرد. در چین، اتفاق خاصی نیفتاده و احتمالاً این کشور برای V2X مبتنی بر 5G صبر خواهد کرد.

به گفته لنکتات نباید فراموش کرد بحث بر سر DSRC آنقدر طول کشیده است که موضوعات نوظهور باعث کندشدن پذیرش DSRC شده‌اند.

استقرار DSRC در تمامی خودروها، در نهایت آنها را به هدف جذابی برای نفوذگرهای بداندیش تبدیل خواهد کرد. اما در حقیقت ایمنی فقط برای DSRC مشکل بشمار نمی‌آید. ظهور نسخه‌های پیشرفته LTE و در سالهای آینده فناوری 5G، این فناوری‌ها را نیز با چالش مشابهی روبرو خواهد کرد.