Automatické parkovací služby? Poděkujte sítím 5G

Toto může být perex (ale nemusí): Autonomní vozidla mají k dispozici vestavěné systémy usnadňující lokální orientaci a také rozhodování s využitím dat, která získávají o sousedních objektech. Budou však omezena dosahem snímače, překážkami, špatným počasím nebo i neznámými úmysly ostatních řidičů.

Díky integraci mobilních systémů, jako je „Vehicle-to-Everything“ či 5G, to ale bude jednodušší, protože měření, zpracování a také rozhodování ponecháme na vnějších systémech, které dokážou nabídnout lepší předpoklady i vyšší kapacitu. Autonomním vozům se tak v provozu otevírají nové možnosti, protože se vyhnou omezením z titulu lokálního snímání a výpočtů.

V2X a možné využití

Způsoby využití 5G a V2X jsou různorodé [1], ovšem pro jejich úspěšné nasazení bude zapotřebí překonat spoustu technických, ekonomických, psychologických a také regulatorních překážek. V některých případech, pokud jde např. o lokální informace o nebezpečí a jejich sdílení, řízení na dálku či AVP, to může jít v tomto světle i snáz.

Automatické parkování druhého typu

V případě tzv. AVP (Automated Valet Parking) je vozidlo automaticky zaparkováno, takže se řidič již nemusí s touto fádní činností dále zatěžovat. AVP bude nasazováno v kontrolovaném prostředí parkovišť, kde řada rizik spojovaných s řízením autonomních vozů zkrátka nehrozí.

Podle toho, kde se nachází senzory a také „inteligence“, rozlišujeme dva typy AVP [2]. Pro AVP prvního typu je obojí přítomno ve vozidle. Automobil si sám zaparkuje s využitím vlastních snímačů a schopností činit rozhodnutí. Nevýhoda zmíněného přístupu spočívá v proměnlivých schopnostech autonomních vozů a případné složitosti, které z toho pramení. Nicméně zde nebudou vyžadovány speciální parkovací provozy či komunikační infrastruktura.

AVP typu dva se odlišuje tím, že vůz nemusí být autonomní, protože parkoviště je chytrým řešením. Od automobilu se pouze očekává možnost dálkového řízení a také komunikace přes 5G, což bude i nedílnou součástí zmíněného řešení č. 2 s důrazem právě na spolehlivou činnost. V dalším textu budeme pod označením AVP vždy rozumět AVP druhého typu. Mezi výhody zmíněného přístupu zařadíme následující:

• Náročnost technického řešení leží na bedrech poskytovatele služby AVP, takže bude jednodušší a také levnější vše nasadit a udržovat v činnosti. Výkonné senzory lze instalovat snadno a ekonomicky, přičemž zpracování jejich vstupů a výpočty trajektorií má na starosti lokální server či vícepřístupový výpočetní systém řešený přímo na místě.
• Prostředí může být v rámci AVP kontrolováno, takže připadá v úvahu i méně proměnných.
• Zjednodušují se nám požadavky na vozidla s certifikací pro AVP, nutné zde nebudou senzory ani ADAS.
• Obchodní záležitosti jsou zřejmé, protože kapitálová investice a provozní náklady jdou především k tíži provozovatele. Zdrojem příjmů se stávají poplatky za služby hrazené řidiči při parkování svých vozidel.

Architektura a rozhraní systému AVP

Architektura systému AVP zahrnuje složky, které mají na starosti parkovací zařízení, vzdálené řízení vozidla, komunikaci s uživatelem a tak dále. Zjednodušenou architekturu systému AVP na úrovni aplikace zachycuje obr. 1.

Obr. 1 Zjednodušená architektura systému AVP na aplikační úrovni

Mezi zmíněné součásti patří následující:

Systém AVP

Systém AVP se stará o infrastrukturu, pokud jde o brány a senzory na parkovišti. Řídí zde věci spojené s dostupností, ověřuje kompatibilitu mezi vozidlem a parkovacím zařízením, odbavuje vůz do režimu bez řidiče a řeší též otázky spojené s přenecháním kompetencí. Přijímá a zpracovává vstupy ze snímače s cílem spočítat trajektorii při manévrování s vozem. Následně poskytuje instrukce pro OEM App ve vozidle s přispěním logického rozhraní VMC.

OEM AS (aplikační server)

Nabízí služby, pokud jde o vozidla a jejich řidiče nebo posádku na základě komunikace s OEM App.
USER AS

Nabízí služby pro koncové uživatele s využitím komunikace prostřednictvím USER App instalované třeba v chytrém telefonu.

OEM App

Integruje služby nabízené OEM AS do vozidel. Pro službu AVP budou realizovány palubní operace následující po obdržení instrukcí pro manévrování přes logické rozhraní VMC.

USER App

Poskytuje služby nabízené USER SP AS koncovému uživateli.

Výměna

Nezbytná k automatickému zjištění AVP SP a rozšíření komunikace mezi AVP SP AS a OEM AS, abychom se vyvarovali plné konektivity Mesh.

K logickým rozhraním, která jsou důležitá pro AVP, patří:

AVPC (Automated Valet Parking Control)

Slouží ke správě a řízení komunikace mezi službami AVP, např. ověřování pravosti, zjištění služby či rezervace.

VMC (Vehicle Motion Control)

Bude použito při předávání řídicí informace k pohybu vozidla (např. řídicí příkazy a instrukce).

Fungování AVP a jeho procedura

Pojďme se nyní zaměřit na činnost AVP ze dvou různých úhlů, abychom jí lépe porozuměli. Z pohledu uživatele představuje AVP jednoduše použitelnou službu, která zvyšuje komfort, a to s následujícími fázemi [3], [4]:

• zjištění služby AVP, kdy uživatel zkontroluje dostupnost parkovacího místa a rezervuje si jej,
• cesta k parkovišti s AVP a zastavení ve výstupní zóně,
• uživatel vystupuje z vozu a přenechává pravomoce systému AVP,
• užívá si film, stihne odlet apod.,
• při návratu k parkovišti s AVP požádá o přistavení vozidla v zóně určené k vyzvednutí,
• uživatel převezme zpět oprávnění, nasedá a odjíždí pryč.

Z pohledu systému AVP se pak bude jednat o tyto fáze:

• zpracování poptávky – požadavku na parkování a rezervace,
• převzetí pravomoci a doprava vozidla z výstupní zóny na konkrétní parkovací místo,
• případné přeparkování, ať již kvůli optimálnějšímu využití míst, nebo z důvodu přípravy k jeho vyzvednutí,
• přesun vozu do zóny určené k vyzvednutí a předání oprávnění zpět uživateli.

Všechny zmíněné fáze společně sledujeme na obr. 2 zachycujícím kompletní proceduru pro všechny zúčastněné strany.

Obr. 2 AVP a související posloupnost činností

Testování AVP

Sestava pro testování AVP odráží architekturu systému se speciálním zaměřením na komunikační trasu mezi systémem AVP a OEM aplikací, kdy také umožňuje ucelené ověřování. Uspořádání lze využít pro:

• testy interoperability v případě rané implementace obou koncových bodů,
• vývoj a testování spojení systému pro uživatele a vozidlo, resp. systému AVP,
• pochopení různých způsobů nastavení parkovacího zařízení. Tím, že např. sledujeme QoS linky vyplývající z odlišných strategií při nasazování sítě 5G nebo na základě vyhodnocení vlivu hustoty senzorů a jejich kvality na možnosti vzdáleného ovládání.

Sestava pro testování

Uspořádání zde nabízí rozšiřitelné testovací prostředí, které může dále růst, aby pokrývalo objem testů potřebných ke zhodnocení AVP. Jednotlivé součásti vidíme na obr. 3. Půjde o:

Simulované prostředí založené na PC

Zde dochází k simulaci jak parkovacího zařízení, tak i vozidla coby digitálních protějšků. Generujeme tu signály ze snímače, které mohou být zavedeny do systému AVP ke zpracování, přičemž máme pokaždé zpětnou vazbu pro změnu stavu, a to ze systému AVP či vozidla. Dochází k řízení simulátoru sítě 5G a také simulátoru vady sítě, zatímco je pro účely automatizace možného vývoje k dispozici sjednocené rozhraní.

Simulátor sítě 5G

Umožňuje testování, pokud jde o různé konfigurace vrstvy (PHY/MAC/RLC) a možnosti mobility, včetně okrajových případů a neobvyklých situací.

Simulátor vady sítě

Zastupuje transportní síť mezi parkovacím zařízením a systémem AVP, pokud nejsou společně. Dokáže simulovat negativní vlivy, jako jsou ztráty paketu, jitter a zpoždění.

Obr. 3 K testování systému AVP

Systém AVP, USER a také OEM App

Máme zde koncové body, které buď testujeme, nebo při komunikaci vystupují jako partner pro systém, který je testován:

• Systém AVP řídí komunikaci s uživatelskou aplikací. Přijímá též data senzorů ze simulovaného prostředí a vyhodnocuje je, aby spočítal trajektorii vozidla a generoval příkazy VMC, které budou odeslány do OEM aplikace prostřednictvím linky 5G.
• Uživatelská aplikace má na starosti zjišťování a rezervaci parkovacího místa na základě rozhraní 5G Uu.
• OEM aplikace obdrží příkazy VMC a převádí je na instrukce pro řízení. Do simulovaného prostředí pak může odeslat zpětnou vazbu přes Restbus.

Testovací řešení: MT8000A

MT8000A od společnosti Anritsu je systémový simulátor 5G NR, který podporuje různé testy (vysokofrekvenční, protokol, funkční). Počítá přitom s kmitočty od méně než 6 GHz až do 43 GHz (pásmo milimetrových vln), společně se zpracováním širokopásmového signálu a technologií pro beamforming.

Propustnost, zpoždění nebo i další přenosy lze vyhodnocovat pro různé konfigurace vrstev (PHY/MAC/RLC). Softwarově definovaná architektura zde přitom znamená předpoklady pro další rozšiřování, abychom se tak v budoucnu přizpůsobili novým technologiím. Automatizace však není vůbec složitá a umožňuje hladkou integraci s dalšími součástmi.

Závěr

V případě Automated Valet Parking (AVP) druhého typu bude vozidlo na speciálně vybavených parkovištích automaticky zaparkováno s využitím dálkového řízení. Způsob nasazení v takto regulovaném prostředí výrazně snižuje počet rizikových faktorů a odstraňuje překážky stojící v cestě úspěšnému hromadnému zavádění. Než se tak ale stane, stále se neobejdeme bez rozsáhlého komplexního testování. Předložené testovací řešení obsahuje všechny potřebné součásti, včetně simulátoru sítě 5G, takže lze střízlivě posoudit veškeré subsystémy.

Odkazy:

[1] 5G Automotive Association, „A visionary roadmap for advanced driving use cases, connectivity technologies, and radio spectrum needs”, 5G Automotive Association, Munich, 2022.

[2] NTT DATA, „Automated Valet Parking (AVP)”, NTT DATA, 2022.

[3] 5G Automotive Association, „Automated Valet Parking Technology Assessment and Use Case Implementation Description”, 5G Automotive Association, Munich, 2022.

[4] ISO Technical Commitee 204 Intelligent transport systems, „ISO/FDIS 23374-1 Intelligent transport systems − Automated valet parking systems (AVPS) − Part 1: System framework, requirements for automated driving and for communications interface,” ISO, 2023.