עם כל הרעש מסביב לרכבי נהיגה אוטונומית המתבססים על בינה מלאכותית (AI), זיהוי תמונות וחיישנים מתוחכמים, קל לשכוח טכנולוגיה קשורה חשובה אחרת, שמבטיחה אף היא לחולל מהפכה בנהיגה. למעשה היא מיועדת להיות גורם קריטי בהפיכת מכוניות אוטונומיות למציאות. טכנלוגיה זו, הידועה בראשי התיבות שלה – V2X – מכסה גם תקשורת בין רכב לרכב (V2V) וגם תקשורת רכב לתשתית (V2I).
המונח V2X מתייחס באופן כללי למערכת תקנים וטכנולוגיות שיאפשרו לכלי רכב לקיים אינטראקציה עם כבישים ציבוריים ומשתמשים אחרים בכביש – ללא צורך להישען בהכרח על שימוש בחומרה אלקטרונית מתקדמת ביותר, אלא גם דרך פרוטוקולים וטכנולוגיות בדוקים ומנוסים של עבודה ברשת. למרות הפשטות היחסית שלה, V2X מאפשרת מגוון יישומים מעניינים, כולל רמות גבוהות של סיוע בנהיגה, שימוש יעיל יותר בכביש והימנעות מהתנגשויות.
במשך שנים רבות, המנהיגות של חבורת V2X היו מערכת תקשורת ייעודית לטווח קצר (DSRC) שפותחה בארה”ב ומערכת הסעה חכמה שיתופית מאירופה (C-ITS). הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים באמריקה (NHTSA) מגבשת כיום הצעה שתהפוך את טכנולוגיית V2X לתכונת חובה בכלי רכב בארה”ב, אולי כבר עד שנת 2020, ו-DSRC צפויה להיות הפתרון שעליו תתבסס. אולם בעוד של-V2X יש פוטנציאל רב, האימוץ והגיבוש של התקנים האזוריים הייעודיים של V2X מתנהלים באיטיות מפתיעה, ונמשכים כבר יותר מעשור. למעשה, הם כל כך איטיים שתעשיית התקשורת הסלולרית קפצה לאחרונה על ההזדמנות לקדם תקן V2X משלה, V2X סלולרי (C-V2X).
בינואר 2017, כאשר הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים באמריקה פרסמה הצעה להפוך את V2X לרכיב הנדרש על פי חוק בכל כלי הרכב בארה”ב שייוצרו מעתה והלאה, היא החשיבה את ה-DSRC כבחירה המועדפת. עם זאת, היא הדגישה שתתייחס באהדה גם לטכנולוגיות אחרות שיהיו שקולות ליכולות ה-DSRC או יעלו עליה, וכן שתשמור על תאימות לאחור עם תכונות הבטיחות הקריטיות של DSRC. מסיבה זו הפך המרתון הארוך של V2X למרוץ, וקו הסיום מתקרב עכשיו במהירות. האם המועמדת המובילה בעבר התעכבה זמן רב מדי, והאם תפסיד בסופו של דבר?
הטכנולוגיות המבוססות: C-ITS ו-DSRC
C-ITS ו-DSRC משתמשות שתיהן בווריאנטים של התקנים המוכרים IEEE 802.11 Wi-Fi כשכבות הגישה הפיזית והגישה לתווך (medium access) של חבילת הפרוטוקולים שלהן. עבור DSRC שכבת פרוטוקולים זו מוגדרת על ידי תקןIEEE 802.11p, בעוד ש-C-ITS משתמשת בתקן הדומה ITS-G5 המוגדר על ידי ETSI, שהנו למעשה גרסה של 802.11p שהותאמה לתקנות אירופאיות. בעוד שקיימים הבדלים משמעותיים בפונקציות הגבוהות של C-ITS ו-DSRC, שתיהן יכולות לפעול בחומרה בעלת תאימות רחבה, ולהיות באותו טווח תדירויות כמעט. שתי מערכות V2X אלה יכולות לתקשר ביעילות בין כלי רכב הנעים במהירות על פני מרחק של 300 מטרים לפחות, ובקצבי נתונים הנעים בטווח של 3-27Mbps.
בשנת 1999, הקצתה רשות התקשורת הפדרלית בארה”ב את תחום התדרים 5.850-5.925GHz עבור יישומים בעלי קדימות גבוהה של בטיחות בדרכים וניהול התעבורה, ואילו הנציבות האירופית הקצתה את תחום התדרים 5.875-5.905GHz למטרות דומות. תקני IEEE 802.11p ו-ITS-G5 מיועדים לפעול בטווחים אלה, בהתאמה. כדי להתאים אותם טוב יותר לסביבת כלי הרכב העמוסה והמהירה, התקנים כוללים שינויים לשימוש הרגיל בתדרי IEEE 802.11 Wi-Fi, שצמצמו את השפעת אפקט דופלר ואת הדעיכה בעקבות ריבוי נתיבים.
אחד מההבדלים המרכזיים בין פרוטוקולים אלה בתחום הרכב לבין חברים אחרים במשפחת 802.11 הוא שניתן לצמצם את תקופת לחיצת היד הראשונית והשיוך למינימום ההכרחי. הפרוטוקול יכול לשלוח נתונים באופן כמעט מיידי, וכן לדחות את האימות, ההצפנה והזיהוי המלא לפרוטוקולים ברמה גבוהה יותר. לכן כלי רכב ותשתית יכולים להתחיל בחילופי נתונים חיוניים לגבי מהירות ומיקום בתוך עשרות אלפיות השנייה מרגע הזיהוי ההדדי. זהו כמובן מצב אידיאלי ליישומים כמו מניעת התנגשויות, ומהווה הבדל מהותי לעומת המשא ומתן של לחיצת היד, שנמשך שניות ארוכות, הנפוץ בווריאנטים אחרים של Wi-Fi.
בעוד ש-C-ITS ו-DSRC דומות מאוד ברמת הגישה של MAC/PHY, מעבר לכך הן שונות משמעותית ברמת העבודה ברשת וההובלה. שתיהן תומכות ב-TCP/UDP על גבי IPv6, אך עבור תכונות שהזמן בהן הוא קריטי, לכל אחת מהן יש תקן מיוחד משלהן להעברת הודעות בתקורה נמוכה. DSRC משתמשת בפרוטוקול ההודעות בעל הגל הקצר (WSMP), המוגדר כחלק מ-IEEE 1609. לעומת זאת, C-ITS משתמשת במערכת ניתוב שאפתנית יותר של ריבוי נקודות (multi-hop), פרוטוקול ההעברה הבסיסי (BTP) בשירות GeoNetworking, כפי שמוגדר בסדרת התקנים של ETSI, EN 302 636. GeoNetworking היא טכניקת ניתוב המודעת לגיאוגרפיה, שיוצרת רשת אד-הוק המסודרת באופן יעיל בהתאם למיקומים הפיזיים של צמתים.
C-V2X: הטוענת לכתר בתעשיית הסלולר
C-V2X הוא השם החדש לתקן V2X שהושק בתחילה בתור LTE-V2X על-ידי גוף תקינת התקשורת הסלולרית הבינלאומי המכובד, 3GPP, במסגרת 3GPP Release 14. שינוי השם משקף את העובדה שכיום C-V2X מבטיח נתיב שדרוג מ-LTE לתקן הסלולר 5G, שמצפים לו רבות.
לתקשורת ישירה במצב של מכשיר למכשיר, C-V2X משתמש באותו ספקטרום של5.9GHz כמו DSRC ו-C-ITS. אולם מכשירי C-V2X יכולים לפעול גם בתחומי התדרים הסלולריים המסורתיים כדי לתקשר עם הרשת הסלולרית, במה שנקרא מצב ‘רכב-לרשת’ (V2N). תקשורת מכשיר-למכשיר C-V2X אינה מחייבת כרטיס SIM, מנוי לחברת סלולר או תשתית רשת סלולרית כלשהי.
C-V2X הוא טכנולוגיה חדשה בהרבה מ-DSRC או CITS, ונמצאת עדיין בתהליך פיתוח, אך בדיקות מוקדמות הראו שבקצבי הנתונים הדרושים ליישומי V2X, C-V2X מגיע לטווח שניתן להשוות ל-300 מטר ב-DSRC במהירויות נהיגה עירונית, ומגיע לטווח טוב יותר ב-20% – 30% במהירויות גבוהות יותר.
C-V2X לעומת הטכנולוגיות הנוכחיות
התומכים במערכות ה-DSRC וה-C-ITS יטענו שהו מתאימות הרבה יותר ליישומי V2X לעומת C-V2X כיוון שהן נבנו בקפידה מההתחלה למטרה אחת שהוגדרה בבירור, ולא הולבשו על תקן קיים. לדוגמה, DSRC ו-C-ITS נועדו להציע תקורות נמוכות של עבודה ברשת וזמן השהיה נמוך, לטענתן. זמן השהיה הוא נושא מרכזי עבור V2X. פונקציות כמו מניעת תאונות יחייבו השהיות בנסיעות הלוך ושוב מתחת ל-50 אלפיות השנייה. הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים באמריקה מאמינה ש”בימינו, DSRC היא אפשרות התקשורת הבשלה היחידה שעומדת בדרישות ההשהיה כדי לתמוך במניעת התנגשויות על בסיס תקשורת רכב” – למרות שהיא שמרה על דלת פתוחה גם בפני פלטפורמות טכנולוגיה אחרות. בנוסף, התומכים מצביעים על כך ש-DSRC ו-C-ITS נמצאות בפיתוח מזה קרוב לעשרים שנה, ומשמעות הדבר שהן יציבות ובטוחות. מבחנים בקנה מידה גדול מתבצעים במיקומים שונים. בינתיים, איגוד 5G Automotive Association) 5GAA), הגוף התעשייתי הראשי שמקדם את C-V2X, מבטיח שהוא “יוכל להיות מוכן להפצה מסחרית עד 2018”.
המתנגדים ל-DSRC ו-C-ITS אומרים שעצם העובדה שטכנולוגיות אלה נמצאות בפיתוח מזה קרוב לעשרים שנה מבלי להגיע לשוק הצרכנים באופן משמעותי כלשהו מצביעה על כך שייתכן שלעולם לא יהיו מוכנות לשוק. כמו כן, הם אומרים, שתי שיטות אלה מבוססות על טכנולוגיה ישנה, ללא אפשרות אמיתית לשדרוג. ניתן לציין גם שלמרות שטכנולוגיית LTE ו-5G אולי לא תוכננו במקור מתוך מחשבה על V2X, הרי ש-C-V2X יכולה למנף את היתרון לגודל ששוק התקשורת הסלולרית העולמי, העצום בגודלו, יכול להציע כדי לצמצם עלויות של חומרה, תוכנה ופיתוח.
האם תקנים ישנים וחדשים יכולים להתקיים זה לצד זה?
התאחדות ה-5G לשימושים אוטומוטיביים (5GAA) מציינת ש-C-V2X אינה חייבת להיות תחליף מלא ל-C-ITS ול-DSRC. טכנולוגיית C-V2X מיועדת לחלוק את הספקטרום הזמין עם מערכות V2X המבוססות על 802.11p באמצעות מעבר לערוצים פנויים בפס התדרים 5.9GHz. בנוסף, היא יכולה לתמוך בשכבות הפרוטוקול העליונות של C-ITS ו-DSRC – ולהחליף למעשה רק את IEEE 802.11 MAC ואת שכבת הרדיו PHY עם שווי-ערך שצוינו בהסכם 3GPP, תוך אפשור לתקני העברת ההודעות המיוחדים ברמה הגבוהה של DSRC ו-C-ITS לפעול כרגיל. הודות ליכולות אלה, נראה ש-C-V2X עומד בדרישות הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים באמריקה להתקני V2X שיש להתקין על פי חוק.
אולי השאלה איזו טכנולוגיה עדיפה אינה קריטית כפי שנראה לעין. יצרניות ציוד מקורי (OEM) בתחום הרכב יכולים לבחור את טכנולוגיית הבסיס שהם מעדיפים, או אפילו להתגונן מפני הפסד ולתמוך בשתיהן – למשל, ספקית ה-IC, Qualcomm, הכריזה לאחרונה על ערכת השבבים שלה 9150 C-V2X שעושה בדיוק את זה.
