1 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- NGUYỄN HỮU GIANG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG CHO HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số:60.52.70 TÓM TẮTLUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. ĐẶNG HOÀI BẮC Hà Nội, 2013 1 2 MỞ ĐẦU Hiện nay việc phát triển các hệ thống đường giao thông cao tốc đang phát tiển tại Việt Nam ( Các đoạn đang triển khai là Hà Nội - Lào cai, Long Thành - Dầu Giây, Đà Nẵng - Quảng Ngãi ). Đối với hệ thống đường cao tốc này, hệ thống giao thông thông minh ITS ( Interlligent Transportation Systems ) là điều bắt buộc để giám sát điều khiển lưu lượng giao thông. Trên thế giới, các hệ thống ITS đều dựa trên nền tảng của mới nhất của công nghệ Viễn thông trong việc truyền dự liệu hình ảnh, định vị, thoại, các dịch vụ cảnh báo về thời tiết, tốc độ, lưu lượng, thu phí đều phải được tích hợp và truyền thông trong suốt giữa trung tâm điều khiển và các trạm giám sát cũng như các xe lưu thông trên đường. Với yêu cầu truyền dẫn tốc độ cao, việc nghiên cứu làm chủ các phương thức truyền thông cho hệ hệ thống ITS là rất cần thiết. Vì vậy việc nghiên cứu và đề xuất các phương thức truyền thông đem lại các tiện ích, dịch vụ đa dạng như công nghệ 3G cho hệ thống ITS ứng dụng ở Việt Nam rất có ý nghĩa thực tiễn, bên cạnh đó khi triển khai sẽ góp phần đa dạng hóa các dịch vụ, đem lại giá trị gia tăng cho các doanh nghiệp Viễn thông. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH ITS 1.1. Giới thiệu chương Ngày nay, với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin, tốc độ đô thị hoá ngày càng phát triển, nhu cầu đi lại của con người ngày càng cao. Tuy nhiên cở sở hạ tầng, hệ thống giao thông hiện nay chưa đáp ứng đủ nhu cầu đó. Hiện tượng ùn tắc xảy ra thường xuyên, liên tục trên hầu khắp các tuyến phố, môi trường ngày càng ô nhiễm. Hàng ngày cũng xảy ra không biết bao nhiêu vụ tai nạn thương tâm. Trước sự bức bách đó đòi hỏi phải có một giải pháp để giải quyết vấn đề nói trên. Hệ thống giao thông thông minh (ITS- Intelligent Transport System) đã được ra đời để đáp ứng hiện thực đó. Tại các nước phát triển như Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Nhật Bản…, khái niệm “Hệ thống giao thông thông minh” không còn xa lạ. Cụ thể, đó là việc đưa công nghệ cao của thông tin - truyền thông ứng dụng vào cơ sở hạ tầng và trong phương tiện giao thông (chủ yếu là ô tô), tối ưu hoá quản lý, điều hành nhằm giảm thiểu ùn tắc, tai nạn, 2 3 tăng cường năng lực vận tải hành khách… Tất cả những thứ đó đã giúp cải thiện rõ rệt tình hình giao thông. Con người ngày được thoải mái hơn khi đi ra đường không còn chứng kiến những cảnh tắc đường cả cây số. 1.2. Các chức năng, thành phần của hệ thống ITS 1.2.1. Các thành phần trong hệ thống ITS Hệ thống giao thông thông minh là một hệ thống lớn trong đó bao gồm hạ tầng giao thông và phương tiện được kết hợp chặt chẽ với nhau. ITS có thể có các hệ thống thành phần sau:  Hệ thống phát hiện phương tiện  Hệ thông camera CCTV  Hệ thống theo dõi thời tiết  Hệ thống thông tin lưu động  Hệ thống máy chủ trung tâm  Hệ thống truyền phát số  Hệ thống điện thoại khẩn cấp  Hệ thống điện thoại nội bộ  Hệ thống liên lạc không dây  Hệ thống theo dõi chất lượng  Hệ thống thu phí  Trạm cân kiểm Đây chỉ là 1 số lượng nhỏ trong tất cả các hệ thống có trong ITS. Dựa trên yêu cầu và tình trạng thực tế của giao thông tại vị trí lắp đặt hệ thống có thể có thêm hoặc giảm bớt các hệ thống thành phần. 1.2.2. Các chức năng của hệ thống ITS 1.2.2.1. Hệ thống camera CCTV Hệ thống giám sát giao thông CCTV cung cấp hình ảnh của đường xá và tình trạng giao thông xung quanh vị trí lắp camera. Nó rất thuận tiện cho người điều hành có thể hiểu một cách trực quan tình trạng trên đoạn đường mình quản lý. Kết hợp với hệ thống phát hiện phương tiện, CCTV tạo thành một cặp hoàn chỉnh giúp hiểu rõ tình trang giao thông trên đường. CCTV có các chức năng chính sau:  Theo dõi giao thông qua màn hình TV 3 4  Điều hành camera  Cung cấp video cho các tổ chức khác và công chúng  Lưu trữ hình ảnh video vào cơ sở dữ liệu 1.2.2.2. Hệ thống theo dõi thời tiết Hệ thống theo dõi thời tiết là bộ các thiết bị dùng để theo dõi tình trạng thời tiết gần đường hoặc khu vực xung quanh.Môi trường giao thông trên đường cao tốc được đánh giá dựa trên các dữ liệu từ các trạm quan sát thời tiết. Nếu điều kiện thời tiết nguy hiểm được phát hiện bởi hệ thống, cảnh báo sẽ được phát đến cho các nhà điều hành ở Trung tâm điều khiển giao thông. Sau đó, một thông điệp cảnh báo sẽ được hiển thị trên hệ thống thông tin lưu động và trang web của Trung tâm kiểm soát giao thông. Nếu điều kiện thời tiết quá nguy hiểm cho các lái xe trên đường,conđường có thể bị đóng cửa.Do đó chức năng chính của hệ thống theo dõi thời tiết như sau:  Đo nhiệt độ  Đo hướng gió và tốc độ gió  Đo lượng mưa 1.2.2.3. Hệ thống thông tin lưu động Ngoài việc liên lạc và gửi thông tin trực tiếp đến các phương tiện tham gia giao thông, để gửi thông báo hoặc thông tin đến người lái xe một cách trực quan và thuận tiện thì có thể sử dụng hệ thống thông tin lưu động (Variable message sign – VMS). Trong trường hợp có sự cố gây ùn tắc VMS có thể cung cấp thông tin cho lái xe trước khi đến điểm có sự cố để lái xe quyết định xem có chuyển lộ trình hay không. Chức năng chính của hệ thống là:  Hiển thị thông báo hoặc thông tin tới người tham gia giao thông thông qua các biển báo dọc đường  Cung cấp thông tin về các tuyến đường thay thế 1.2.2.4. Hệ thống máy chủ trung tâm Để hệ thống ITS có thể hoạt động đảm bảo đầy đủ các chức năng mong muốn thì cần rất nhiều các hệ thống con thành phần. Một vài hệ thống con cần thiết phải phối hợp và trao đổi dữ liệu với nhau, một vài hệ thống con có thể tự vân hành mà không cân bất cứ trao đổi dữ liệu nào với các hệ thống khác. Hệ thống máy chủ trung tâm sẻ quản lý toàn bộ hệ thống và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi dữ liệu giữa các 4 5 hệ thống một cách khoa học nhất để mỗi hệ thống có thể đạt được hiệu năng lớn nhất để thực hiện chức năng của nó và từ đó đạt được mục tiêu của toàn bộ hệ thống. Các chức năng chính của hệ thống máy chủ trung tâm  Quản lý cấu hình của toàn bộ hệ thống  Cập nhật dữ liệu bằng tay  Quản lý cơ sở dữ liệu  Giao tiếp với con người thông qua màn hình .2.2.5. Quản lý sự cố Trong quá trình hoạt động của một con đường, nhiều sự cố sẽ xảy ra. Một trong số chúng phải được thông báo cho các phương tiện vì lý do an toàn. Nhưng có những sự cố không cần thiết cho các phương tiện như công việc bảo dưỡng nhỏ. Hệ thống quản lý sự cố sẽ quản lý các thông tin về tất cả các sự cố liên quan đến hoạt động trên đường. Mục đích là để chia sẻ thông tin sự cố với các nhân viên khác tham gia trong hoạt động đường và lập biên bản các sự cố. Thông tin về sự cố sẽ được đầu vào, cập nhật, sửa đổi hoặc xóa bởi các nhà điều hành thông qua hệ thống máy chủ trung tâm. 1.2.2.6. Quản lý cơ sở dữ liệu Giống như các hệ thống thông tin khác, ITS xử lý thông tinsố lượng lớn liên quan đến con đường và điều kiện giao thông, hoạt động trên đường và tình trạng hệ thống trục trặc. Những dữ liệu phải được hiệu quả và thống nhất quản lý. Một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu thương mại có sẵn và một thiết bị lưu trữ bên ngoài có độ tin cậy cao phải được giới thiệu như là hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Các phần mềm phải phù hợp cho hệ thống hoạt động trên mạng và không bị gián đoạn dịch vụ phải được yêu cầu cho mục đích duy trì hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu. Năng lực của các thiết bị lưu trữ phải có đủ lớn để chứa các dữ liệu cần thiết. 1.2.2.7. Đồng hồ đồng bộ hóa Mỗi hệ thống thành phần sẽ được trang bị với một hệ thống đồng hồ cho hoạt động của mình. Trong mỗi hệ thống thành phần, bộ điều khiển trung tâm sẽ có một đồng hồ và mỗi thiết bị đầu cuối sẽ có đồng hồ riêng của mình. Những đồng hồ này phải được đồng bộ hóa để thu thập và xử lý dữ liệumột cách chính xác nhất. Một hệ thống máy chủ thời gian sẽ được lắp đặt cho hệ thống máy chủ trung tâm như một đồng hồ tham chiếu. Tất cả các đồng hồ trong hệ thống thành phần phải được đồng bộ 5 6 với đồng hồ hệ thống bằng cách sử dụng giao thức thời gian mạng (NTP) hoặc giao thứcthời gian mạng đơn giản (SNTP).Trong trường hợp, bất kỳ đồng hồ trong hệ thống thành phần, đặc biệt là những thiết bị trong các thiết bị đầu cuối trở nên không chính xác do bất kỳ lý do như bị gián đoạn cung cấp điện thì phải được đồng bộ với đồng hồ hệ thống khi thiết bị đầu cuối trở lại hoạt động bình thường. 1.2.2.8. Hệ thống truyền phát số ITS hay hệ thông giám sát giao thông dựa trên rất nhiều thiết bị như CCTV camera, điện thoại khẩn cấp, VMS lắp đặt dọc tuyến đường triển khai. Những thiết bị này được kết nối với thiết bị trung tâm ở trung tâm điều khiển giao thông. Hệ thống truyền phát số được lắp đặt để thực hiện nhiệm vụ cung cấp liên lạc giữa các hệ thống. Hệ thông truyền phát số có dây dựa trên công nghệ IP (Internet Protocol) dựa trên những đặc tính phù hợp với yêu cầu như tính linh hoạt, khả năng mở rộng, và chi phí xây dựng hệ thống. Do đó các chức năng chính hệ thông truyền phát số đảm nhiệm là:  Truyền dữ liệu dưới dạng số giữa các khối chức năng và giữa các node truyền phát  Theo dõi hoạt động của hệ thống và chuyển hướng tới hệ thống dự trù trong trường hợp lỗi 1.2.2.9. Hệ thống điện thoại khẩn cấp Điện thoại khẩn cấp cung cấp kết nối trực tiếp giữa người tham giagiao thông với trung tâm điều khiển hoặc giữa các bộ phận trong hệ thống với nhau trong trường hợp có sự cố xảy ra.Các hoạt động ứng cứu sẽ được thực hiện ngay lập tức sau khi có thông tin, các xe cứu hộ và cứu thương có thể khởi hành ngay lúc đó. Tuy điện thoại di động đã khá là phổ biến tại Việt Nam nhưng hệ thống điên thoại khẩn cấp vẫn cần thiết trong trường hợp người lái xe không có thông tin về số điện thoại hỗ trợ do đi vào lần đầu. Thứ hai, điện thoại khẩn cấp giúp cho cơ quan có chức năng liên quan xác định ngay được vị trí của cuộc gọi từ đó có các hành động kịp thời và chính xác vì vị trí của người tham gia giao thông trên đường rất khó xác định trong một số trường hợp như đường cao tốc, vùng hẻo lánh …. Hệ thống điện thoại khẩn cấp bao gồm các chức năng chính sau:  Nhận và phản hồi các cuộc gọi khẩn cấp  Phát hiện tai nạn  Chuyển cuộc gọi tới tổ chức phù hợp 6 7  Thu lại cuộc gọi để sử dụng cho các vấn đề an toàn 1.2.2.10. Hệ thống điện thoại nội bộ Hệ thống điện thoại nội bộ sử dụng công nghệ VoIP sử dụng chuyển mạch gói để kết nối giữa các nhân viên làm việc tại các bộ phận của hệ thống.Hệ thống cũng được kết nối tới mạng chuyển mạch dân dụng để có khả năng kết nối ra ngoài và với các tổ chức khác. 1.2.2.11. Hệ thông liên lạc không dây Hệ thống thông tin liên lạc không dây cung cấp các công cụ truyền thông tức thời và hiệu quả giữa hai điểm.Hệ thống này dùng cho các giao tiếp bằng lời nói giữa trung tâm điều khiển giao thông và những nhân viên trên đường hoặc các địa điểm khác nơi mà hệ thống điện thoại nội bộkhông được lắp đặt hoặc không lắp đặt được. Hệ thống phải bao gồm toàn bộ con đường. 1.2.2.12. Hệ thống theo dõi chất lượng Các chức năng của hệ thống giám sát cơ sở có thể không được tích hợp trong một hệ thống duy nhất. Chúng có thể đạt được chức năng thông qua hoạt động của các hệ thống thành phần.Vai trò của hệ thống giám sát cơ sở để củng cố các chức năng giám sát được thực hiện bởi hệ thống thành phần, trình bày tình trạng hệ thống một cách súc tích để điều hành và ghi chép lại thông tin trong quá trình hoạt động của hệ thống. Trong trường hợp bất thường hay trục trặc được phát hiện, hệ thống sẽ phát hành một báo động cùng với các thông tin liên quan đến loại và vị trí của sự việc để hành động khắc phục hậu quả có thể được thực hiện nhanh chóng. 1.3. Hệ thống liên lạc của ITS 1.3.1 .Hệ thống truyền dẫn số Hệ thống ITS hay hệ thống giám sát giao thông đường cao tốc sử dụng hệ thống liên lạc tương thích với các cấu phần thiết bị khác nhau như bộ dò tìm phương tiện, camera CCTV, điện thoại khẩn và các biển báo điện tử dọc hai bên đường cao tốc. Những thiết bị này được kết nối với các thiết bị trung tâm tại văn phòng điều khiển và quản lý vận hành giao thông và các dữ liệu dạng văn bản text, âm thanh và hình ảnh được truyền thông liên tục qua lại giữa các thiết bị với các phương thức truyền dẫn mã hóa khác nhau. Yêu cầu bắt buộc với hệ thống ITS là phải có hệ thống truyền dẫn số để thực hiện truyền thông dữ liệu và âm thanh, hình ảnh. Đối với hệ thống ITS, hệ thống truyền dẫn số kết hợp giữa hạ tầng cáp quang và các phương thức truyền dẫn vô tuyến dựa trên giao thức mạng IP được đề xuất áp dụng. Tuy nhiên, đối với hệ thống điện thoại khẩn cấp, hệ thống truyền dẫn tương tự bằng cáp đồng cũng sẽ được 7 8 chấp nhận khi truyền dẫn từ điện thoại khẩn cấp đến tổng đài hoặc trung kế mạng gần nhất. 1.3.2. Hệ thống truyền dẫn liên lạc vô tuyến Tổng quát Nhà thực hiện công nghệ ITS phải cung cấp một hệ thống thông tin vô tuyến để các nhân viên sử dụng trong việc vận hành và bảo dưỡng đường cao tốc. Hệ thống phải phủ sóng trên toàn tuyến đường cao tốc với chất lượng truyền thông thoại tốt và phải phù hợp với với các tần số và các quy tắc truyền dẫn sóng vô tuyến hiện hữu Điện thoại khẩn cấp Điện thoại khẩn lắp đặt dọc đường phải được xây dựng kiên cố và có mái che. Điện thoại khẩn phải được trang bị một ống nghe đặt trên giá đỡ. Có thể gắn thêm cửa buồng điện thoại để bảo vệ các thiết bị bên trong khỏi các tác động của thời tiết và bụi bặm. Nếu thiết bị cơ khí được dùng làm giá đỡ ống nghe thì thiết bị này phải có đủ độ tin cậy để vận hành thuận lợi trong môi trường mà nó được sử dụng. Khi ống nghe được nhấc lên, cuộc gọi sẽ được tự động thực hiện và vị trí gọi điện sẽ được hệ thống nhận diện. Đầu nghe và đầu nói của ống nghe điện thoại phải là loại thích hợp cho sử dụng ngoài trời với chức năng chống ồn. Điện thoại khẩn phải có các ký tự và số hiệu nhận dạng. Các ký tự và số hiệu này phải được thể hiện trên điện thoại.. Biển báo điện thoại Điện thoại khẩn phải được trang bị một biển báo gắn đèn bên trong hay một thiết bị tương tự đặt thẳng đứng so với chiều lưu thông để người điều khiển phương tiện dễ dàng nhận thấy khi trời tối. Biển báo có thể được tách rời hoặc ngắn liền với buồng điện thoại. Và phải được chiếu sáng tự động bằng bộ chuyển nhạy sáng. Nguồn điện chiếu sáng phải được lấy từ mạng điện nguồn lắp đặt dọc tuyến đường cao tốc hay bằng hệ thống pin và năng lượng mặt trời. 1.3.6. Lắp đặt Điện thoại khẩn phải được lắp đặt bên ngoài tường cánh trên cầu cạn. Tấm panen phía trước của buồng điện thoại được lắp song song với chiều lưu thông để người gọi điện có thể quay mặt ra ngoài trong khi thực hiện cuộc gọi. Nhà thực hiện công nghệ phải đặt một ống dẫn cáp dọc theo tường và bắt vít tại vị trí lắp đặt điện thoại khẩn. Nhà thực hiện công nghệ phải cung cấp và lắp đặt ống dẫn, hộp kéo cáp, cáp truyền thông, cáp nguồn và các thiết bị phụ trợ giữa điện thoại khẩn và hố thăm tại dải phân cách giữa. 1.3.7 .Hệ thống điện thoại nội bộ IP Tổng quát 8 9 Nhà thực hiện công nghệ phải trang bị hệ thống điện thoại nội bộ sử dụng công nghệ VoIP và chuyển gói truyền thông thoại giữa các nhân viên làm việc tại các văn phòng đặt dọc tuyến Đường cao tốc như Văn phòng điều khiển và quản lý vận hành giao thông, trạm thu phí và khu vực dịch vụ. Hệ thống phải được kết nối với mạng điện thọai chuyển mạch công cộng để truyền thông đến cộng đồng và các tổ chức khác. 1.4. Kết luận chương Toàn bộ chương 1, đã tập chung nghiên cứu về tổng quan của hệ thống giao thông thông minh ITS, giới thiệu được các thành phần, chức năng của hệ thống. Ngoài ra, còn tìm hiểu được hệ thống liên lạc trong hệ thống. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG CHO ITS 2.1. Giới thiệu chương Trong hệ thống giao thông thông minh thì đối tường quan trong mà ta xét đến là các phương tiện tham gia giao thông. Để các phương tiện hòa nhập vào với hệ thống, thì chúng ta phải có những phương thức truyền tin giữa các đối tượng với nhau, cụ thể là giữa xe với xe, giữa xe với đường, giữa xe với hệ thống điều khiển trung tâm, đường đến trung tâm hạ tầng. Và đây, cũng là nội dung chính mà chương 2 sẽ tập trung nghiên cứu. 2.2. Các phương thức truyền thông cho ITS 2.2.1. Phương thức truyền thông phương tiện tới phương tiên C2C Hệ thống liên lạc không dây đã trở thành một phần tất yếu của cuộc sống thường ngày.Trong vòng 10 đến 15 năm trở lại đây, trong lĩnh vực điện thoại, dịch vụ dữ liệu và mạng không dây khu vực (WLANs) mạng liên lạc kỹ thuật số trở nên nổi tiếng và phổ thông giúp việc liên kết các thiết bị đầu cuối linh hoạt hơn. Sự phát triển hướng tới kết nối không dây sẽ còn trở nên mạnh mẽ hơn trong tương lai. Một trong những mảng mà mạng không dây có thể nhắm tới để phát triển trong tương lai gần đó là giao tiếp không dây giữa các phương tiện trong mạng lưới giao thông nhằm mục đích tang sự an toàn và tiện dụng cho con người. Mạng kết nối Vehicles-To-X (V2X). Ký hiệu “X” ở đây là muốn nhấn mạnh là phương tiện có thể liên lạc với các phương tiện khác hoặc có thể liên lạc với các điểm thuộc cơ sở hạ tầng 9 10 của đường bộ. Kết nối cho cả 2 loại có thể dung cùng một công nghệ và có thể sử dụng chung một loại mạng. Để có thể trao đổi thông tin trực tiếp giữa các phương tiện với nhau, từng phương tiện phải có khả năng phát hiện các phương tiện khác trong khu vực xung quanh phương tiện và có thể tính toán được tình trạng giao thông hiện tại thông qua các thông tin thu thập được. Những chiếc xe như thế có thể cảnh báo tới lái xe nếu cần thiết như là trong trường hợp có các nguy hiểm bất ngờ như là khả năng xảy ra va chạm với xe khác hay là có vật cản trên đường. Kết nối phải đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cao nhất như là thông tin phải được truyền với độ tin cậy cao và thời gian trễ ngắn trong điều kiện biến động và bất lợi của môi trường. 2.2.2. Phương thức truyền thông phương tiện tới đường V2R Đây là phương thức trao đổi thông tin giữa các phương tiện đi trên đường với con đường mà phương tiện đó đi qua. Một trong những việc quan trọng đó là đó là đo lưu lượng giao thông trên con đường. Để đo được ta sử dụng hệ thống phát hiện phương tiện VDS. Hệ thống phát hiện phương tiện đươc cài đặt để đo đạc các thông lưu lượng giao thông ở từng đoạn đường cũng như sẵn sàng cung cấp các điểm kết nối cho các phương tiện chạy trên đoạn đường đó. Dữ liệu thu thập được được dùng để xác định tình trạng giao thông và phát hiện tai nạn xảy ra. Các tham số của giao thông sẽ được ghi lại vào trong cơ sở dữ liệu để tiện cho việc sử dụng lại sau này. VDS bao gồm các trạm thiết bị được lắp đặt dọc đường và bộ xử lý thông tin thu thập được ở trung tâm điều khiển.Thiết bị phải đủ lơn để có thể chứa được bộ cảm biến phát hiện xe, bộ tiền xử lý dữ liệu và các thiết bị số liên quan.Hệ thống truyền phát số sẽ kết nối các trạm này với trung tâm điều khiển như trong hình 2.2.3. Phương thức truyền thông từ đường đến trung tâm hạ tầng ( V2I ) Trung tâm hạ tầng của hệ thống giao thông thông minh, là hệ thống máy chủ. Để hệ thống ITS có thể hoạt động đảm bảo đầy đủ các chức năng mong muốn thì cần rất nhiều các hệ thống con thành phần. Một vài hệ thống con cần thiết phải phối hợp và trao đổi dữ liệu với nhau, một vài hệ thống con có thể tự vân hành mà không cân bất cứ trao đổi dữ liệu nào với các hệ thống khác. Hệ thống máy chủ trung tâm sẻ quản lý toàn bộ hệ thống và tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống một cách khoa học nhất để mỗi hệ thống có thể đạt được hiệu năng lớn nhất để thực 10 11 hiện chức năng của nó và từ đó đạt được mục tiêu của toàn bộ hệ thống. Các chức năng chính của hệ thống máy chủ trung tâm:  Quản lý cấu hình của toàn bộ hệ thống  Cập nhật dữ liệu bằng tay  Quản lý cơ sở dữ liệu  Giao tiếp với con người thông qua màn hình  Ghi lại các hoạt động của hệ thống và các lỗi 2.3. Các chuẩn truyền thông tiêu biểu trên thế giới Các nghiên cứu về chuẩn 3G đã trở nên truyền thống và đã có rất nhiều công trình đề cập đến chuẩn này, trong báo cáo này, nhóm đề tài xin phép được đề cập đến các chuẩn 3G sơ bộ như sau: A. W-CDMA: Tiêu chuẩn W-CDMA (wideband code division mutiple access) là nền tảng của chuẩn UMTS, dựa trên kỹ thuật CDMA trải phổ dãy trực tiếp, được xem như là giải pháp thích hợp với các nhà khai thác dịch vụ mạng di động sử dụng GSM B. CDMA-2000: Một chuẩn 3G quan trọng khác là CDMA - 2000, là thế hệ kế tiếp của các chuẩn 2G CDMA và IS – 95. CDMA 2000 cung cấp tốc độ dữ liêu từ 144 kbit/s tới trên 3 Mbit/s. Chuẩn này đã được chấp nhận bởi ITU. Người ta cho rằng sự ra đời thành công nhất của mạng CDMA-2000 là tại KDDI của Nhận Bản, dưới thương hiệu AU với hơn 20 triệu thuê bao 3G. Kể từ năm 2003, KDDI đã nâng cấp từ mạng CDMA2000 – 1x lên mạng CDMA2000- 1xEV-DO (EV – DO) với tốc độ dữ liệu tới 2.4 Mbps. C. TD – CDMA: Chuẩn TD-CDMA, viết tắt từ Time-division-CDMA, đây là một chuẩn thương mại áp dụng hỗn hợp của TDMA và CDMA nhằm cung cấp chất lượng dịch vụ tốt hơn cho truyền thông đa phương tiện trong cả truyền dữ liệu lẫn âm thanh, hình ảnh. Chuẩn TD-CDMA và W-CMDA đều là những nền tảng của UMTS, vì vậy chúng có thể cung cấp cùng loại của các kênh khi có thể. Các giao thức của UMTS 11 12 (universal mobile telecommunications system) là HSDPA/HSUPA cải tiến cũng được thực hiện theo chuẩn TD-CDMA. D. TD – SCDMA: Chuẩn được ít biết đến hơn là TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access), nhằm mục đích như là một giải pháp thay thế cho W- CDMA. Nó thường xuyên bị nhầm lẫn với chuẩn TD-CDMA. Cũng giống như TD- CDMA, chuẩn này dựa trên nền tảng UMTS-TDD hoặc IMT 2000 Time-Division (IMT-TD). Tuy nhiên, nếu như TD-CDMA hình thành từ giao thức mạng cũng mang tên TD-CDMA, thì TD-SCDMA phát triển dựa trên giao thức của S-CDMA. 2.4. Kết luận chương Chương 2, đã nghiên cứu tìm hiểu được các phương thức truyền thông cho hệ thống ITS, đưa ra được cách các xe giao tiếp, trao đổi thông tin cho nhau. Giao tiếp giữa xe với đường. Giao tiếp giữa đường và xe, xe với trung tâm điều hành giao thông. Đồng thời, tìm hiểu được các chuẩn truyền thông 3G. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG 3G CHO HỆ THỐNG ITS ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM 3.1. Giới thiệu chương Như ở chương 2, ta đã nghiên cứu các phương thức truyền thông trong hệ thống. Ta thấy, bộc lộ một số khó khăn sau: Như có thể thấy từ các ví dụ ứng dụng an toàn những thách thức lớn của V2X được xác định là tính tin cậy và thời gian trao đổi thông tin dưới điều kiện hạn chế, khó khan gây ra bởi môi trường liên lạc. Sau đây là một số hạn chế chủ yếu gây khó khăn chính: Việc phát radio: khi tín hiệu radio phát đi, đặc tính của chúng thay đổi theo không gian và thời gian. Sự thay đổi này thường được biểu diễn bằng các phương trình toán học. Các đặc tính của tín hiệu radio thường liên quan tới hiện tượng mất,bóng và mờ.Hiệu ứng này gây ra bởi điều kiện vật lý của môi trường truyền dẫn.Ở đầu thu đó là sự giao thao giữa các tín hiệu của cùng một tín hiệu radio được truyền theo các hướng khác nhau. 12 13 Vấn đề phân cấp hệ thống: Mạng liên lạc V2X bao gồm một số lượng khổng lồ các phương tiện được trang bị và các thiết bị lắp đặt dọc đường cũng tham gia vào mạng lưới.Một hệ thống thông tin liên lạc như thế việc phân phối và phân cấp là cần thiết để quản lý.Trong vùng hệ thống hạn chế (ví dụ như WLAN điểm truy cập (AP) cung cấp truy cập không dây cho một phần của một tòa nhà văn phòng) việc kiểm soát tập trung là có thể và AP có thể cung cấpchức năng cho quản lý và phối hợp.Đối với mạng truyền thông V2X, ngược lại, tập trung kiểm soát như vậy là không hữu dụng.Thay vào đó, một thông tin liên lạc ngay lập tức và trực tiếp giữa tất cả các nút trong một môi trường cụ thể đã được thiết lập, cung cấp một cách phân cấp nhưng chưa thực sụ phối hợp với nhau.Các khía cạnh của kiểm soát phân cấp là một lý do để phối hợp không hoàn hảo và dẫn đến nhiễu của máy phát không được điều phối Đặc điểm phát sóng giao tiếp:Dữ liệu giao thông từ ứng dụng an toàn trong mạng liên lạc V2X được truyền chủ yếu một cách rộng rãi.Truyền rộng rãi ở đây là nhấn mạnh rằng thông tin được truyền đi không có địa chỉ cố định của thiết bị nhận, nhưng nội dung bên trong là mối quan tâm của tất cả các node hiện hữu ở khu vực xung quanh vị trí phát.Thách thức của việc phân phối tin nhắn như vậy là sự nhận bởi tất cả các nút trong một vùng xung quanh không thể được đảm bảo là không có cách nào thích hợp để xác nhận việc tiếp nhận tin nhắn quảng bá đó.Thậm chí nếu có sẽ có phương án ghi nhận, nó có thể vẫn không được đảm bảo rằng tất cả các máy thu có thể thực sự nhận được thông báo do thực tế rằng không có thông tin về số lượng đầu thu là bao nhiêu nút.Kết quả là, độ tin cậy của truyền theo cách cổ điển không thể được đảm bảo cho thông tin liên lạc quảng bá.Khía cạnh này làm cho những hậu quả (tiêu cực) của các hiệu ứng giao thoa thậm chí còn nghiêm trọng hơn khi truyền dẫn phát sóng bị ảnh hưởng. Tính lưu động: Các node trong V2X có đặc tính lưu động. Hiển nhiên mỗi node có cách di chuyển riêng của nó theo từng vị trí địa lý mà ngưới điều khiển muốn đi đến.Tuy nhiên, mức độ tự do bị hạn chế bởi mạng lưới đường bộ, các quy tắc giao thông và hạn chế bởi các hành vi của các xe khác chia sẻ cùng một con đường.Tuy nhiên, rất khó để dự đoán sự chuyển động của một chiếc xe cá nhân và nó cũng không phải tầm thường để mô tả chính xác tình hình giao thông và tiến triển của nó nói chung. Sự di chuyển của các nút ảnh hưởng đến thông tin liên lạc, do đặc điểm phát thanh liên tục thay đổi và cấu trúc liên kết mạng khác nhau. Để khác phục những khó 13 14 khăn đó, luận văn đề xuất áp dụng phương thức truyễn thông 3G, và đây cũng chính là nội dung mà chương 3 tập trung nghiên cứu. 3.2. Đánh giá mô hình ITS tại Việt Nam  Cơ sở hạ tầng giao thông dù đã phát triển nhanh trong những năm gần đây nhưng vẫn còn yếu kém, không đồng bộ, không chuẩn hóa. Ngoài những đoạn đường cao tốc mới xây dựng đại đa số các đường không được phân làn rõ ràng. Phương tiện giao thông tăng nhanh về số lượng, trong đó xe máy chiếm phần lớn. Dòng giao thông hỗn hợp đa phương tiện với các tốc độ khác nhau. Điều này không cho phép áp dụng rộng rãi trực tiếp các công nghệ kỹ thuật, thiết bị ITS nước ngoài.  Nguồn lực tài chính cho phát triển cơ sở hạ tầng, trong đó có hạng mục ITS, hạn hẹp, rất nhỏ so với yêu cầu. Trong khi đó vốn đầu tư cho nghiên cứu ITS không hề nhỏ. ở Việt Nam mặc dù gần đây nguồn nhân lực tư nhân bắt đầu được huy động nhưng vốn xây dựng vẫn chủ yếu dựa vào ODA. Việc phụ thuộc nhiều vào nguồn nhân lực bên ngoài này trong nhiều trường hợp có thể dẫn đến tình trạng manh mún, cục bộ lệ thuộc vào quyền lợi nhà đầu tư.  Ý thức chấp hành pháp luật của người dân chưa cao gây khó khăn cho xây dựng, lắp đặt các hệ thống, thiết bị kỹ thuật cho ITS.  Hiện tại ITS chưa nhận được sự quan tâm của chính phủ. Trong khi đó do tính toàn diên, liên quan đến nhiều ngành của ITS, để phát triển ITS các nước cần thành lập các Ban chỉ đạo quốc gia gồm nhiều thành phần bộ ngành. 3.3.Các phương thưc truyền thông được áp dụng cho hệ thống ITS ở Việt Nam 3.3.1. Hệ thống máy chủ, trung tâm điều khiển Đây là hệ thống quan trọng nhất trong việc tích hợp các phương thức truyền thông cũng như dữ liệu trong các cấu phần kỹ thuật của hệ thống ITS. Tổng quát Hệ thống giao thông thông minh (ITS) đường cao tốc bao gồm nhiều hệ thống bộ phận. Những hệ thống này thực hiện các chức năng của chính nó nhằm đạt tất cả các mục tiêu về giao thông hiệu quả, an toàn và tiện lợi trên đường cao tốc. Hệ thống ITS phải được trang bị và thiết lập một hệ thống máy chủ quản lý các hệ thống khác nhau, bao gồm hệ thống giám sát và hệ thống điều hành giao thông 14 15 đường cao tốc một cách hiệu quả, cung cấp giao diện sử dụng thân thiện giữa máy và người trong vận hành, và ghi lại tất cả các sự kiện và sự cố liên quan đến đường cao tốc. 3.3.2. Hệ thống thu phí điện tử Chức năng hệ thống thu phí Hệ thống thu phí phải thỏa mãn, không giới hạn, các điều kiện dưới đây:  Có khả năng hoạt động như một hệ thống chung cho tất cả các tuyến đường thu phí thuộc lãnh thổ Việt Nam.  Thiết lập đầy đủ các quy định thu phí, chẳng hạn như phân loại phương tiện hay phát biên lai. Tạo thuận tiện cho tất cả các loại phương tiện.  Áp dụng cho cả hệ thống mở và đóng.  Áp dụng cho các phương pháp trả phí mới chẳng hạn như Thu phí điện tử  Có độ tin cậy và chính xác cao  Có khả năng quản lý dữ liệu an toàn  Dễ dàng áp dụng cho chính sách thu phí và các hệ thống thu phí hiện tại.  Giúp cho việc thu phí diễn ra nhanh chóng và hiệu quả  Giúp cho việc hoạt động hiệu quả bao gồm cả ghi nhận hoạt động hiệu quả 3.3.3. Hệ thống dò xe Hệ thống phát hiện xe được lắp đặt nhằm đo thông số dòng lưu thông tại mỗi đoạn đoạn đường cao tốc. Sử dụng dữ liệu nhằm xác định mức dịch vụ tại đoạn đường cũng như phát hiện các sự cố trên tuyến đường. Thông số dòng lưu thông sẽ được lưu lại trong cơ sở dữ liệu để thống kê:  Thu thập thông số dòng lưu thông  Xác định mức dịch vụ  Phát hiện tắc nghẽn hay các sự cố giao thông  Ghi lại và tìm kiếm thông số dòng lưu thông để thống kê 3.4.Đề xuất ứng dụng công nghệ 3G cho truyền thông ITS Việt Nam 3.4.1. Tổng quan về công nghệ 3G 15 16 Mặc dù dành cho người sử dụng di động GSM, 3G được coi như là hệ thống tương thích ngược, như trong việc 3G làm việc trên 2G có các tiêu chuẩn rất phức tạp. Do đó, 3G đã đề xuất chỉ tiêu kỹ thuật và xây dựng một thế hệ điện thoại thứ 3 dựa trên mạng lõi GSM và phát triển các công nghệ truy cập vô tuyến mà nó hỗ trợ. Điện thoại 2G và 3G là thành phần quan trọng để cung cấp dịch vụ trong ITS. Công nghệ thông tin thế hệ thứ 3. Công nghệ này liên quan đến những cải tiến đang được thực hiện trong lĩnh vực truyền thông không dây cho điện thoại và dữ liệu thông qua bất kỳ chuẩn nào trong những chuẩn hiện nay. Đầu tiên là tăng tốc độ Bit truyền từ 9,5Kpbs lên 2Mbps. Khi số lượng thiết bị cầm tay được thiết kế để truy nhập internet gia tăng, yêu cầu đặt ra là phải có công nghệ truyền thông không dây nhanh hơn và chất lượng hơn. Công nghệ này sẽ năng cao chất lượng thoại, dịch vụ dữ liệu sẽ hỗ trợ việc ghi nội dung video và multimedia đến các thiết bị cầm tay và điện thoại di động. Các hệ thống thông tin di động chuyển từ thế hệ 2 sang thế hệ 3 qua một giai đoạn trung gian là thế hệ 2,5G sử dụng công nghệ TDMA trong đó kết hợp nhiều khe hoặc nhiều tần số hoặc sử dụng công nghệ CDMA trong đó có chồng lên phổ tần của thế hệ thứ 2. Nếu không sử dụng phổ tần mới, bao gồm các mạng đã được đưa vào sử dụng như: GPRS, EDGE và CDMA2000-1x Ở thế hệ thứ 3 này các hệ thống thông tin di động có xu thế hòa nhập thành một tiêu chuẩn duy nhất có khả năng phục vụ ở tốc độ bít lên đến 2Mbit/s. Để phân biệt với các hệ thống thông tin di động băng hẹp hiện nay, các hệ thống thông tin thế hệ thứ 3 gọi là hệ thống thông tin di động băng rộng. Nhiều tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó 2 hệ thống W-CDMA và CDMA2000 đã được ITU chấp nhận và đưa vào hoạt động trong những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ CDMA, điều này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn thế giới cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3. W-CDMA ( Wideband Code Division Multiple Access ) là sự nâng cấp của các hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 2 cử dụng công nghệ TDMA như: GSM, IS-95 Yêu cầu đối với thông tin di động thế hệ thứ 3: Thông tin di động thế hệ thứ 3 xây dựng dựa trên cơ sở IMT-2000 được đưa vào phục vụ từ năm 2001. Mục đích của 16 17 IMT -2000 là đưa ra nhiều khả năng mới nhưng cũng đồng thời đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động thế hệ thứ 2. +Tốc độ thế hệ thứ 3 được xác định như sau:  384Kb/s đối với vùng phủ song rộng  2Mb/s đối với vùng phủ sóng địa phương +Các tiêu chí chung để xây dựng hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3:  Sử dụng dải tần qui định quốc tế 2Ghz như sau: o Đường lên : 1885-2025MHz o Đường xuống : 2110-2200MHZ +Là hệ thống thông tin di động toàn cầu cho các loại hình thông tin vô tuyến:  Tích hợp các mạng thông tin hữu tuyến và vô tuyến  Tương tác với các loại dịch vụ viễn thông +Sử dụng các môi trường khai thác khác nhau: trong công sơ, ngoài đường, trên xe, vệ tinh +Có thể hỗ trợ các dịch vụ:  Môi trường thông tin nhà ảo trên cơ sở mạng thông minh, di động cá nhân và chuyển mạng toàn cầu  Đảm bảo chuyển mạng quốc tế  Đảm bảo các dịch vụ đa phương tiện đồng thời cho thoại, số liệu chuyển mạch kênh và số liệu theo chuyển mạch gói. 3.4.1. Các dịch vụ sử dụng thông tin được đề xuất cho ITS dựa trên mạng 3G 3.4.1.1. Các dịch vụ 3G cung cấp truy cập thông tin Mục tiêu của các nhà cung cấp dịch vụ thông tin là cung cấp được thông tin mọi lúc, mọi nơi. Trên các phương tiện giao thông có thể lắp đặt các OBU tích hợp các tính năng truy cập thông tin như truy cập internet, chơi các file đa phương tiện (video, audio), truy cập đến các dịch vụ tin tức, giải trí hoặc các dịch vụ thông tin khác. Việc tích hợp các tính năng này vào các bộ OBU có nghĩa là các phương tiện này sẽ không cần trang bị thêm các thiết bị bên ngoài, đồng thời có thể làm giảm chi phí trang bị cho xe hơi. 3.4.1.2. Các dịch vụ 3G được đề xuất liên quan đến Quản lý giao thông 17 18 Thông báo tới các phương tiện Khi các OBU trên các phương tiện có thể kết nối tới các trung tâm qua hệ thống mạng viễn thông, các trung tâm giao thông khi cần thông báo tới toàn bộ phương tiện hoặc một vài phương tiện lưu thông có thể sử dụng 3G để truyền tải tin nhắn, bản tin thoại hoặc các yêu cầu tới một vài hoặc toàn bộ phương tiện. Các trung tâm có thể thông tin về tình trạng giao thông, các cảnh báo hoặc có thể các thay đổi trên đường hoặc các thông tin khác. Theo dõi phương tiện Hệ thống thông tin 3G có thể giúp các trung tâm giao thông theo dõi các phương tiện, cập nhật lộ trình của các phương tiện lưu thông. Việc này có thể được ứng dụng cung cấp dịch vụ cho các hãng vận tải hoặc có thể ứng dụng theo dõi an ninh. Tại Hàn Quốc, khi một chiếc xe bị mất, hệ thống có thể được khởi động, toàn bộ lộ trình của xe sẽ được cập nhật ngay lập tức. Trong vòng vài phút, các lực lượng an ninh có thể nắm rõ tình hình về chiếc xe này. Giám sát an ninh Ứng dụng 3G trong hệ thống ITS có thể giúp tăng cường an ninh cho các phương tiện. Các trung tâm ITS có thể cung cấp dịch vụ giám sát an ninh trong xe. Tại Australia, các taxi đã được đề nghị gắn camera và truyền hình ảnh về thông qua 3G. Khi khách hàng lên xe, hệ thống có thể tự chụp và gửi ảnh về trung tâm. Trung tâm có thể kết nối với các hệ thống lưu trữ nhân dạng để có thể phát hiện các đối tượng nguy hiểm. Đồng thời trong các trường hợp mất an ninh xảy ra, các thông tin này có thể giúp các lực lượng điều tra giải quyết vấn đề. Giám sát số lượng, tình trạng phương tiện Một vấn đề liên quan đến giao thông là việc giám sát số lượng, tình trạng phương tiện lưu thông trên đường. Thông tin về số lượng xe, tình trạng xe có thể được gửi về các trung tâm thông qua hệ thống 3G. Nhờ đó, trung tâm giao thông có thể nắm bắt số lượng xe, tình trạng phương tiện, tình hình lưu thông. Trung tâm giao thông căn cứ trên các thông tin có thể điều chỉnh giao thông khi có tắc đường hoặc khi có các biến cố xảy ra trên đường. Thay đổi các biển báo Các biển báo thông tin VMS và tốc độ CSS hiện nay được kết nối qua các hệ thống cáp về các trung tâm giao thông. Đối với các hệ thống này, chi phí kéo cáp đối với các trạm ở xa tương đối cao so với trang bị các thiết bị kết nối không dây. Do đó, 18 19 tùy theo vị trí của thiết bị, một số thiết bị có thể được kết nối thông qua 3G. Trạng thái và nội dung của thiết bị có thể được cập nhật từ các trung tâm giao thông. Giám sát, thay đổi trạng thái đèn báo Các hệ thống đèn báo tương tự như các hệ thống biển báo có thể được điều khiển, thay đổi trạng thái từ xa thông qua hệ thống 3G. Tùy theo tình trạng giao thông, giờ trong ngày hoặc các trường hợp đặc biệt như trường hợp có các phương tiện giao thông ưu tiên, trung tâm giao thông có thể thay đổi hệ thống đèn đường từ xa theo yêu cầu. Thay đổi luồng, tuyến Khi có một sự kiện xảy ra trên đường, trong một số trường hợp cần thay đổi luồng, các tuyến xe thông qua các thông báo hoặc các biển báo. Công nghệ 3G cung cấp kết nối tới các biển chỉ đường, các bảng thông tin trên đường để thông báo tới các phương tiện lưu thông về sự thay đổi luồng tuyến trên đường. Các dịch vụ thanh toán (phí cầu đường, mobile banking) Việc tích hợp 3G với các hệ thống thanh toán sẽ giúp cho các việc thanh toán trở nên dễ dàng, thuận tiện như các hệ thống thanh toán qua mạng internet thông thường. Hệ thống 3G có thể kết nối các thiết bị OBU trên xe với các hệ thống thu phí. Các hệ thống thu phí có thể tiếp nhận các thông tin chi tiết về phương tiện như vị trí, quãng đường, các điểm vào/ra các trạm thu phí. Từ đó phí cầu đường có thể được thanh toán một cách tự động. Tương tự như vậy, các thiết bị OBU có thể giúp các công ty ngân hàng triển khai các dịch vụ mobile banking. Khi đó, các chi phí có thể được thanh toán qua các khối OBU, lái xe có thể không cần thanh toán theo các phương thức khác như tiền mặt, thẻ. Nhờ có các thông tin chi tiết về xe và lộ trình, các trung tâm quản lý giao thông có thể thiết lập các chế độ thanh toán uyển chuyển như : thanh toán theo trạm, thanh toán theo quãng đường, thanh toán theo giờ, thanh toán trả trước, trả sau. Việc thanh toán trực tiếp sẽ giúp giảm nhân công lao động, các phương tiện không phải dừng lại, tiết kiệm được các chi phí quản lý vận hành, nhiên liệu và thời gian di chuyển của người và các phương tiện. Các sensors trên đường, trên xe có kết nối mạng cung cấp các thông tin liên quan. 19