Jste zde

V2X komunikace - jen inovace nebo revoluce?

Antonín Vojáček, 18. Červenec 2021 - 18:24

V2X komunikace vozidel s okolním nepředstavuje budoucnost jen v oblasti autonomních vozů. Většinu jejich výhod lze využít již u řidičem řízených vozidel pro zvýšení bezpečnosti a plynulosti provozu, zejména ve spojení s řízením dopravy moderních Smart City.

Všechny subjekty dopravy komunikují navzájem mezi sebou a sami se navzájem řídí. Běžný občan v dopravě, ať již se veze, řídí, jede na kole nebo je účastníkem dopravy jen jako samostatný chodec, má být napojen, řízen, nebo alespoň trvale kontrolován rozsáhlým dopravním systémem, který sám určuje, kdo kam a kdy může jet nebo jít, zda má zastavit či se pohybovat a případně jakou rychlostí. Pro někoho dokonalé využití vznikajících moderních technologií bezdrátové komunikace a umělé inteligence pro vyšší bezpečnost a plynulost dopravy, pro někoho možná "noční můra" sledování a omezení svobody pohybu.

Jaké výzvy, potenciální výhody, ale i nevýhody či dokonce hrozby v sobě tento přístup skrývá? Zkusíme se zde z různých pohledů podívat na vznikající technologii V2X, která má tyto možnosti v budoucnosti přinést.

V2X komunikace vozidel

Tzv. V2X komunikace, tedy komunikace vozidla se vším, má budoucím vozidlům poskytnout to, čemu se u lidských řidičů říká řidičská intuice. Tedy poskytovat informace nejen o provozu viditelných okolních vozidel (V2V vehicle-to-vehicle komunikace), ale i o okolním prostředí, jako například o semaforech, dopravních omezeních, parkování (V2I vehicle-to-infrastructure), nebo s chodcích či cyklistech (V2P vehicle-to-pedestrian komunikace) apod.

V2X komunikace však není jen hudbou budoucnosti autonomních vozidel, ale má začít sloužit již v dohledné době několika let pro potřeby zvýšení bezpečnosti a plynulosti dopravy. Budoucí moderní vozidla (nutně ne ty autonomní, ale ještě i klasická řidičem řízená) tak díky V2X komunikaci s okolím budou moci již například zcela sami reagovat na stav semaforů křižovatek a prostě řídící jednotka již nedovolí/nepustí vozidlo do křižovatky na červenou, automaticky zastaví před lidmi čekající u přechodu, nebo dopředu automaticky zastaví nebo zpomalí vozidlo například před zatáčkou či křižovatkou, za kterou se skrývá nepojízdné vozidlo. Proto automobilky, přepravci i různí dopravní plánovači měst už roky hovoří o V2X potenciálu konektivity mezi vozidly, která by přinesla revoluci v mobilitě, zejména v městských oblastech. Z pohledu řidiče vozidel by prakticky šlo o další tzv. bezpečnostní aplikaci v automobilu, která by doplnila další již postupně implementované, jako dnes již běžné funkce udržování jízdy v pruzích, automatického udržování vzdálenosti od vpředu jedoucího vozidla, nouzové brzdění, čtení značek apod. Otázkou však by bylo, jestli by tato funkce měla mít možnost vypnutí ze strany řidiče, či by měla být mimo jeho sféru vlivu, aby byla užitečná.

Zde se totiž pracuje s vizí milionů vozidel, lidí a položek infrastruktury městské dopravy, které neustále navzájem komunikují, zajišťující bezproblémové přestupy, přesměrovávají cesty mimo dopravní zácpy, dynamicky aktualizují řízení dopravy, efektivněji přidělují parkování atd. A pak hlavně snížení počtu a následků dopravních nehod. Díky tomu, že umožňuje nepřetržitý proud pozičních, rychlostních a směrových dat z každého vozidla, může být V2X pro bezpečnost silničního provozu skutečně transformační.

Dokonce se v tomto směru hovoří o V2X systému jako o konceptu integrované mobility: schopnost spojovat různé druhy dopravy, takže zážitek cestujících je skutečně bezproblémový, dokonce i na přestupních uzlech. Odvážná idea je například taková, že si zarezervujete jízdu z domova na stanici, půjdete rovnou do vlaku do města a na druhém konci si vezmete elektrické kolo, abyste se dostali do kanceláře. V této vizi by pak tedy přechod mezi jednotlivými kroky měli zpracovávat různí zúčastnění poskytovatelé služeb zcela integrovaným a bezproblémovým způsobem. Vždy tomu však bránily praktické neočekávané potíže s propojením všech různých zúčastněných komponent - lidí, vozidel, infrastruktury - v reálném čase.

Nicméně k reálné implementaci je třeba ještě udělat hodně kroků. Především je naléhavě nutné, aby celý systém mobility začal pracovat mnohem koordinovaněji, protože jednotný systém V2X komunikace v zásadě musí přijmout všechny ve městě v dopravě zainteresované subjekty ať to jsou výrobci automobilů, poskytovatelé různé veřejné dopravy, systémy řízení dopravy i nakonec urbanističtí plánovači měst. A nakonec vlastně i samotných chodců, kteří by pravděpodobně prostřednictvím aplikací v mobilních telefonech byli ochotní vysílat informace o svém pohybu či o budoucích úmyslech pohybu a přepravy. To by dále V2X systém využíval pro bezpečnostní informování vozidel či veřejné dopravy, tak třeba i pro automatickou optimalizaci řízení semaforů podle počtu chodců vs. aut apod.

Americká národní správa pro bezpečnost silničního provozu například odhaduje, že jen využití technologie V2V komunikace mezi vozidly by mohla snížit nehodovost až o 13%. Existují také potenciálně významné přínosy pro životní prostředí plynoucí zejména ze zvýšení plynulosti dopravy.

Druhou stranou mince použití V2X technologie je jednak ona možnost dalšího omezení soukromý lidí a pak také zvýšení křehkosti celé dopravní infrastruktury při nečekaných událostech. Pokud by V2V či V2X fungoval spolehlivě, rychle a přesně, tak jistě by to mohlo zvýšit onu plynulost dopravy a ve výsledku i tak zrychlit a zefektivnit přepravu lidí i zboží. Nicméně v případě poruchy či výpadku takového systému by mohlo být v okamžiku celá doprava města zcela ochromena. Technologie by tedy musela umožňovat i základní "manuální" nouzový provoz vozidel automaticky aktivovaný v případu poruchy komunikace, aby se města nestala najednou jen plná bezmocně stojících vozidel a zcela chaoticky se pohybujících lidí.

Ve výsledku možná není největší výzva samotné technické standardizace V2X mechanismů bezdrátové komunikace mezi účastníky provozu, ale její zabezpečení proti zneužití soukromý, kyberútokům a taktéž realizace prakticky efektivních záložních "plánů", když z důvodu poruchy, poškození infrastruktury nečekanými přírodními podmínkami, black-outu napájení apod. systém prostě nebude fungovat. Jinak může hrozit vypuknutí chaosu s ve výsledku většími negativními následky lidskými i finančními než v situaci bez aplikace V2X technologie.

Aktuální situace vývoje V2X technologie

Pokud je V2X tak důležitým a prospěšným krokem vpřed, co ho brzdí? Pravdou je, že s postupnou blížící se praktickou realizací se vynořuje stále více výzev, které je třeba vyřešit nebo sladit, včetně regulační a standardizační přehlednosti, pokud se má technologie V2X dostat tzv. za bod zlomu praktické použitelnosti a do širokého přijetí.

Výzva sladění

První věcí, která se musí nastat, je situace, aby všichni hlavní hráči - výrobci automobilů, poskytovatelé veřejné dopravy, obce a dopravní orgány - spolupracovali mnohem koordinovaněji. Samotná složitost fungování V2X a integrované mobility v jejich širokém měřítku znamená, že je to zásadní. Musí spolupracovat i telekomunikační / datový operátoři a úřady. Výzkum společnosti Accenture zjistil, že až 92% odborníků a rozhodujících pracovníků veřejné dopravy si myslí, že je nutné lépe spolupracovat s novými poskytovateli služeb mobility. Toto úsilí bude stát za to, protože trh služeb v oblasti mobility, jako součást širšího světa V2X, za poslední desetiletí vzrostl na více než 140 miliard USD a do roku 2030 se tento počet více než ztrojnásobí.

Technologická výzva

Jednou z největších otevřených otázek jsou komunikační standardy, které budou základem V2X. To stále není vyřešeno a jako by o nadvládu soupeřily dvě konkurenční technologie. První, Dedicated Short-Range Communication (DSRC), využívá decentralizovanou ad-hoc komunikaci krátkého dosahu 5,9 GHz, derivátu Wi-Fi specificky definovaném pro rychle se pohybující objekty a umožňujícím vytvoření spolehlivého rádiového spojení, a to i v podmínkách, které nejsou v přímém dohledu (komunikační standard IEEE 802.11 p). Druhá je založena na buňkách a ke komunikaci s centralizovanou infrastrukturou používá univerzální 4G resp. novu 5G datovou komunikaci a tedy nejde o přímou komunikaci mezi objety provozu, ale všechna data se přenášejí přes datové operátory. Tato druhá možnost je obzvláště silně poháněna čínským trhem, kde je známá jako C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything). Decentralizovaný DSRC je obecně robustnější a levnější a zcela nezávislý na telekomunikačních operátorech a celé jejich síti, zatímco možnost 5G nabízí větší potenciál přenosu dat.

V tomto "souboji" pak v listopadu 2020 (USA) Federální komunikační komise upřednostnila technologii C-V2X. Výbor FCC se naopak rozhodl otevřít pro Wi-Fi vyhrazené komunikační pásmo 5,9 GHz pro potřeby DSRC. Jedním z důvodů může být to, že Ford, si již vybral C-V2X. Společnost uvedla, že plánuje zahájit nasazení C-V2X v Číně v roce 2021 a ve Spojených státech v roce 2022. Volkswagen udal tón pro Evropu v roce 2019, když zvolil DSRC. Toyota naopak v roce 2019 od DSRC upustila.

Z mého pohledu by byla ideální koexistence obou technologií a i jejich přímo paralelní funkce, která by mohla fungovat i jako prvek zvýšení robustnosti celého systému. Každá z nich totiž poskytuje jiné výhody. A pokud nebudeme uvažovat jen samotnou V2V komunikaci mezi vozidly, ale i V2P komunikaci vozidel s chodci či cyklisty, tak v tomto případě výhody použití 5G mobilní sítě jsou jednoznačné. Nicméně pro zajištění spolehlivosti a robustnosti systému i v případě výpadků telekomunikační sítě, by měla zůstat i ona přímá DSRC komunikace V2V, případně mezi vozidlem se semaforem či inteligentními dopravními značkami (V2I).

Big Data výzva

Další aktuální překážkou širšího přijetí V2X je výzva v podobě zpracování a pochopení obrovského objemu generovaných dat. Některé automobilky odhadly, že jediné vozidlo může za jeden den vytvořit až 40 terabajtů dat. To je opravdu obrovské množství. Znásobte to miliony automobilů na dnešních silnicích a potenciálně mnohem více senzorů, které budou nakonec zabudovány do infrastruktury inteligentních měst, a získáte představu o rozsahu toho, o co jde.

Takové množství dat rychle zpracovávat dokáží jen algoritmy a mechanismy umělé inteligence (AI). Již teď má AI v rámci hodnotového řetězce v automobilovém průmyslu stále větší roli. Od plánování výroby přes design a vývoj a od logistiky až po prodej začínají technologie AI má vylepšovat téměř všechny aspekty výroby a distribuce automobilů. Dalším krokem je tedy jejich rozšíření i na zpracování velkých dat komunikace V2X.

Bezpečnostní výzva

Když vozidla nepřetržitě komunikují mezi sebou a v cloudu, stává se zabezpečení dat mnohem větším problémem. Stačí jen chvíli přemýšlet, než si uvědomíte, že pokud protivník kybernetické bezpečnosti dokáže zachytit komunikaci a převzít kontrolu nad aspekty vozidla (nebo, řekněme, sadou semaforů), potenciál vzdálené manipulace, sabotáže, krádeže, narušení dat atd. je mnohem větší. Jedním z řešení je zvážit decentralizovaný vícestranný systém, jako je blockchain. Tato řešení jsou ze své podstaty bezpečnější a mohou pomoci definovat společný standard pro sdílení a zabezpečení dat mezi výrobci, dodavateli a dalšími příslušnými stranami. Ve skutečnosti iniciativa Mobility Open Blockchain Initiative (MOBI) již pracuje na souboru standardů nejen pro připojená vozidla, ale také pro okolní s tím souvisující systém.

Testovací proces V2X

Výše uvedených výzev je poměrně hodně a vyžadují koordinovanou akci napříč hodnotovým řetězcem mobility. Není to jen v automobilovém průmyslu. Musí být zapojeny také orgány veřejné dopravy a městské a národní vlády. Jedním konkrétním příkladem realizované konvergence je Invest Ottawa, vedoucí agentura pro ekonomický rozvoj společnosti Canada’s Capital, která spolupracuje s městem Ottawa, vládou kanadské provincie Ontario, společností Accenture a skupinou strategických partnerů ze soukromého sektoru na zahájení provozu oblasti nazvané X.O. Je to první plně integrované V2X testovací centrum v Severní Americe, které je vybaveno jednou z nejmodernějších komunikačních infrastruktur na světě, která spojuje GPS (RTK), DSRC, 4G / LTE, WiFi, LoRa a autentické prekomerční 5G (včetně mmWave) od společností Nokia a Ericsson.

Závěr

Sice ještě není úplně jisté, jak bude v praxi V2X technologie přesně implementována a jak rychle, nicméně to vypadá, že její budoucnost je téměř již jistá. A to již dříve než s plným rozvojem autonomních automobilů. Prostě magické označení "bezpečnost" funguje spolehlivě a zjišťují se stále nové možnosti, jak tuto oblast podpořit dalšími automatizačními elektronickými prvky. Větší bezpečnost je jistě pozitivní stránka.

Jenže vše má svůj rub i líc. V tomto případě tu jde o další výrazné zesložitění již tak stále více složité techniky vozidel i řízení dopravy, což zvyšuje zranitelnost celého systému dopravy nejen z pohledu kybernetické bezpečnosti, ale i z pohledu přírodních vlivů. A nakonec je tu i stále se průběžně diskutující objevující otázka soukromý člověka a míry vlivu trvalého napojení informační technologií na jeho duševní stránku. S rozběhem technologie V2X prostě již postupně všichni budou napojeni do velkého systému řízení, ať již půjde o stroj či o člověka.

Je to tedy jen další technologická inovace nebo již revoluce v životě většiny lidí?