ارتباط خودرو با همه چیز (Vehicle to Everything) یک فناوری است که به وسایل نقلیه اجازه می‌دهد تا با استفاده از سیگنال‌های بی‌سیم با برد کوتاه با محیط اطراف خود و ترافیک محیطی ارتباط برقرار کنند که دارای چندین مولفه است.

یکی از مولفه‌های این فناوری ارتباط وسیله نقلیه با وسیله نقلیه (Vehicle to Vehicle) است که به خودروها امکان برقراری ارتباط با یکدیگر را می‌دهد. مولفه‌ی دیگر آن ارتباط خودرو با زیرساخت‌ها (Vehicle to InfraStructure) است که به وسیله نقلیه امکان برقراری ارتباط با سیستم‌های بیرونی مانند چراغ‌های خیابان، ساختمان‌ها و حتی دوچرخه‌سواران یا عابرین‌پیاده را می‌دهد. این فناوری در آینده پیچیده‌تر شده و توانایی‌های آن گسترش خواهد یافت.

درک ارتباط خودرو با همه چیز (V2X)

سیستم‌های ارتباط خودرو با همه چیز (V2X) عمدتا به منظور افزایش ایمنی و جلوگیری از تصادف استفاده می‌شوند. سیستم‌های ارتباط خودرو با همه چیز (V2X) در خودروهای معمولی می‌توانند اطلاعات مهمی را در مورد وضعیت آب و هوا، حوادث رخ داده در خیابان‌ها، شرایط جاده و فعالیت‌های خطرناک یک وسایل نقلیه در نزدیکی راننده‌ی اتومبیل ارائه کنند.

در وسایل نقلیه خود مختار، V2X اطلاعات بیشتری را به سیستم ناوبری خودرو منتقل می‌کند. V2X از یک سیگنال وایرلس با برد کوتاه برای برقراری ارتباط با سیستم‌های سازگار استفاده می‌کند و این سیگنال در برابر تداخل مقاوم است. علاوه بر مزایای ایمنی، فناوری ارتباط خودرو اهداف دیگری مانند پرداخت خودکار عوارض، پارکینگ و هزینه‌های مشابه را نیز دربر می‌گیرد. از نظر اقتصادی، پتانسیل بازار فناوری V2X بسیار زیاد است. از سال ۲۰۱۶، تولید به صورت نمایی افزایش یافته است.

طبق اعلام شرکت تحقیقات تجاری IHS Merkit، تعداد پیش‌بینی شده وسایل نقلیه مجهز به سیستم V2X در سال ۲۰۲۴ برابر با ۱۱.۲ میلیون دلار خواهد بود. انگیزه‌های اصلی V2X ایمنی جاده، راندمان ترافیک و صرفه‌جویی در مصرف انرژی است.

روش‌های تست V2X

در حال حاضر، فناوری ارتباط خودرو با همه چیز (V2X) در مرحله اکتشافی است. مشکلات ایمنی ترافیک و مشکلات امنیتی اطلاعات ناشی از کاربرد آن هنوز تایید نشده است، بنابراین آزمایش بخش مهمی از فناوری ارتباط خودرو با همه چیز یا همان V2X است. تست عملکرد، تست کارایی وتست انطباق پروتکل ارتباطات عمدتا برای برآورده کردن عکس‌العمل‌ها و قابلیت اطمینان استفاده می‌شود و می‌تواند آسیب‌پذیری‌ها و خطرات احتمالی و برنامه‌های کاربردی آن را برای اطمینان از امنیت شناسایی کند. پس از آن برنامه‌های V2X قبل از استفاده تجاری می‌بایست تحت آزمایش میدانی قرار گیرند. آزمایش میدانی عمدتا برای ارزیابی عملکرد برنامه‌های V2X و برآورده کردن عملکرد مورد نیاز در یک محیط در مقیاس بزرگ استفاده می‌شود.

• تست سازگاری

انطباق پروتکل، اساس ارتباطات V2X است. فقط با برآورده کردن پروتکل می‌توان از قابلیت همکاری بین وسایل نقلیه، عابرین پیاده، سکوی ابری و سایر شرکت‌کنندگان اطمینان حاصل کرد که این مهم، پایه و اساس توسعه انواع مختلف برنامه‌های ارتباط خودرو با همه چیز (V2X) است. پروتکل‌ها را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد. یکی پروتکل ارتباطی است که فرمت داده و جریان تعامل فرآیندهای ارتباطی در یک شبکه V2X را تصریح می‌کند و دیگری پروتکل امنیتی است که فرآیندهای امنیتی مانند گواهینامه‌ها و تایید اعتبار را تصریح می‌کند. آزمایش انطباق پروتکل ارتباطی می‌تواند اتصال و قابلیت کار دستگاه‌ها را تضمین کند و آزمایش انطباق پروتکل امنیتی امنیت را تضمین می‌کند.

ETSI یک سیستم تست انتزاعی را برای آزمایش انطباق V2X تعیین می‌کند. روش‌های زیادی برای اجرای این سیستم تست انتزاعی وجود دارد. ETSI استفاده از TTCN-3  را برای اجرای سیستم تست انتزاعی توصیه می‌کند، همانطور که در شکل نشان داده شده است. این پیاده سازی با ISO 9646 مطابقت دارد.

• تست عملکرد

آزمایش عملکرد مشخص می‌کند که آیا می‌توان از آن در فعالیت‌های مختلف استفاده کرد. این می‌تواند قابلیت اطمینان و اثربخشی برنامه‌های V2X را تضمین کند. با توجه به محیط، آزمایش عملکرد می‌تواند به دو نوع تقسیم شود: تست آزمایشگاهی و تست میدانی. شکی نیست که آزمایش میدانی نزدیک به واقعیت است. اما اگر بخواهیم تست میدانی ارتباط خودرو (V2X) را انجام دهیم، زمان و هزینه زیادی را خواهند داشت. بنابراین یک سیستم آزمایش عملکرد مجازی در آزمایشگاه یک راه‌حل عالی است.

یک سیستم آزمایش عملکرد مجازی فقط توسط شبیه‌سازهای نرم افزاری قابل ساخت است، شبیه سازی HIL در تست V2X مورد استفاده قرار می‌گیرد. طرح‌های ارتباط خودرو با سیستم‌های فرعی بطور فزاینده‌ای به صورت پیچیده و مستقل سروکار دارند.

ظهور ارتباط خودرو با همه چیز (V2X)، خواستار یک چارچوب تست جدید است که می‌تواند الزامات صدور گواهینامه و انعطاف‌پذیری سریع مربوط به پروتکل‌های اتصال و الگوریتم‌های کنترل سنسور را در زمان واقعی برطرف کند.

• شبیه سازی HIL

واقعیت این است که تامین‌کنندگان V2X مانند Danlaw و S.E.A. Datentechnik از شبیه‌سازی HIL برای آزمایش و اعتبارسنجی آنتن‌ها استفاده می‌کنند، لینک‌های اختصاصی ارتباطات با برد کوتاه (DSRC)، ماژول‌های ECU و رادارهای وسیله نقلیه، از جمله موارد آزمایش و تست میدانی گران قیمت هستند.

سیستم‌های HIL که اکنون در تست‌های طراحی خودرو بطور گسترده‌ای کار می‌شوند، برای شبیه‌سازی کلیه ورودی‌ها در یک محیط مجازی که شبیه‌ساز عملیات اتومبیل در این زمینه است، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، یک نمونه اولیه HIL می‌تواند تست‌های مرتبط با RF را بر روی اجزای سخت افزاری که در بخش ارتباطی V2X استفاده می‌شود، انجام دهد.

پلت فرم HIL کاربردی‌تر است زیرا می‌تواند سناریوهای تست بیشتری را برای تغییر مداوم الزامات مربوط به بلوک‌های ساختمان V2X مانند ارتباطات RF، کنترل سنسور، شبیه سازی سیستم ماهواره‌ای جهانی (GNSS) و سایر موارد ایجاد کند.

Danlaw از شبیه سازی HIL استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل کند که ماژول‌های ECU از استانداردهای سختگیرانه ارتباطات وسیله نقلیه با استفاده از قالب های گزارش OEM استفاده می‌کنند. این امر به مهندسان این امکان را می‌دهد تا سیستم‌های V2X را در یک محیط مجازی مطابق با دنیای واقعی بر روی یک سیستم کامل آزمایش کنند.

به همین ترتیب، S.E.A Datentechnik یک راه حل تست برای ماژول V2X خود ارائه کرده است که نمونه اولیه HIL بوده و پیام‌های استاندارد DSRC می‌توانند از درون سیستم تست منتقل و دریافت شوند.

هر دو مطالعه موردی V2X مبتنی بر یک مدل آزمایشی است که در اطراف نرم افزار قابل توسعه و سخت افزار مدولار ساخته شده است. این به نوبه خود، به مهندسان کمک می‌کند تا بدون نیاز به ایجاد سیستم‌های تست برنامه‌ای، نیازهای V2X را سفارشی کنند. به عنوان مثال Danlaw از راه حل های HIL National Instruments برای آزمایش بخش‌های ارتباطی و تعاریف پیام رسانی مربوط به پروتکل DSRC استفاده می‌کند.

S.E.A. Datentechnik سیستم تست و اندازه‌گیری V2X خود را با استفاده از پلت فرم NI’s CompactRIO و نرم افزار LabVIEW سفارشی می‌کند. ماژول ارتباطی ۹۷۱۹ این شرکت با سخت افزار NI’s FPGA در ماژول CompactRIO برای شخصی سازی راه حل‌های تست برای انتقال و دریافت پیام‌های تست V2X در محیط گرافیکی بصری LabVIEW مرتبط است.

• پنجره‌ی ۵G

استقرار اولیه V2X بر اساس فناوری DSRC بوده که بر پایه استاندارد ارتباطی ۸۰۲.۱۱p ساخته شده است. با این حال، ۵G همچنین به عنوان یک فناوری مهم برای برنامه‌های V2X در نظر گرفته می‌شود. ناظران صنعت پیش بینی می‌کنند که تا سال ۲۰۲۰ ۵G بی‌سیم برای سیستم‌های V2X در دسترس خواهد بود.

سیستم‌های سلولی V2X (C-V2X)، شامل شبکه‌های ۴G و ۵G، وارد عرصه تجاری شده و آزمایش‌های سیگنالینگ برای C-V2X انجام می‌شود. نسخه سلولی V2X در مشخصات ۳GPP Release14 تعریف شده است.

۵G می‌تواند کلاس جدیدی از برنامه‌ها را فعال کند و این برنامه‌ها به محض ورود به تست سیستم به ناچار لایه جدیدی از پیچیدگی را به همراه خواهد داشت. بنابراین، همانطور که اتصال ۵G را به سیستم‌هایADAS ، V2X و سیستم‌های مستقل اتومبیل اضافه می‌کنیم، ۵G نیز نیاز به بخشی از این سیستم‌های تست HIL خواهد داشت.

شبیه ساز تحرک Mx-Drive  محیط‌های V2X را برای آزمایش ایجاد می‌کند

Mx-Drive محیطی را برای تولید و اجرای شرایط دنیای واقعی برای آزمایش برنامه‌های کاربردی وسیله نقلیه فراهم می‌کند. آزمایش برنامه‌های کاربردی V2X در جاده‌های واقعی محدودیت‌هایی دارد. Mx-Drive همراه با اکوسیستم Mx-Suite آزمایش سیستم‌های پیشرفته کمک درایور (ADAS)، حسگر فیوژن، رادار و V2X را به طور قابل توجهی ساده می‌کند. Mx-Suite ISO 26262 می‌تواند برای آزمایش برنامه‌های ایمنی تامین کنندگان مورد استفاده قرار گیرد. Mx-Drive به چالش‌های شبیه سازی V2X می‌پردازد.

تست برنامه V2X با Mx-Drive

پسوند Mx-Drive به Mx-Suite عملکرد مورد نیاز برای آزمایش را براساس مدل HIL ارائه می‌دهد. مسیرها را می‌توان به راحتی و دستی و برنامه‌ای مشخص کرد. زیرساخت‌ها (به عنوان مثال MAPs و SPAT) می‌توانند پیکربندی شوند.

مزایای Mx-Suite:

• ارائه‌ی داده‌های تست
• تعیین عدم موفقیت
• گزارش دهی و غیره

محیط Mx-Drive چندین قابلیت اصلی برای آزمایش برنامه‌هایV2X ،V2V ، V2I ، V2P را فراهم می‌کند که شامل:

• حرکت اشیاء مانند وسایل نقلیه و افراد و همچنین پیام‌های داده‌ای واحدهای کنار جاده‌ای (RSU) را شبیه سازی می‌کند.
• یک سیگنال GPS با داده‌های زمان و موقعیت شبیه‌سازی شده برای واحد مورد آزمایش ایجاد می‌کند.
• گزینه‌های مسیر جایگزین (در صورت لزوم) برای ارائه اطلاعات ژیرو شبیه‌سازی شده به SUT را ارائه می‌دهد.
• استفاده از مودم Danlaw DSRC برای انتقال پیام‌هایی مانند BSM ، MAP و SPAT
• مجموعه جامع پردازش، بسته بندی، رمزگذاری و امنیت داده‌های پیام را مطابق با استانداردهای صنعت انجام می‌دهد.
• پشتیبانی از تایید الگوریتم‌های برنامه در محیط‌های تستMIL ، SIL و HIL
• یک روش گرافیکی و برنامه‌ای برای ایجاد آزمون ارائه می‌دهد.