بدون شك ويژگي‌ها و قابليت‌هاي شبكه‌اي، يكي از پارامترهاي مهم خودروهاي آينده هستند. همان‌طور كه در يك اداره يا خانه تجهيزات مختلف به هم شبكه مي‌شوند؛ خودروها نيز در هنگام حركت، يك نود از شبكه خواهند بود و مي‌توانند طيف وسيعي از اطلاعات مانند وضعيت آب‌وهوا، ترافيك، داده‌هاي مالتي‌مديا، سيگنال‌هاي هشدار و هر نوع اطلاعات قابل تصور ديگر (حتي به‌روزرساني ضد‌ويروس اسمارت‌فون از طريق اتصال به اينترنت خودرو كناري) را مبادله كنند. چندين روش براي شبكه‌كردن خودروها وجود دارد كه هريك مزايا و معايب خاص خود را دارند. در اين مقاله ابتدا نگاهي كلي به انواع شبكه‌هاي خودرويي داشته و به‌طور مفصل شبكه‌هاي بين خودرويي موردي VANET ( سرنام Vehicular Ad Hoc Network)را بررسي خواهيم كرد.

كاربردهاي VANET

چرا شبكه‌هاي بين خودرويي VANET تا اين اندازه اهميت دارند؟ چه مزايا و معايبي نسبت به شبكه‌هاي سلولي و اختصاصي دارند كه باعث شده تا به‌صورت جداگانه توسعه يابند و شركت‌هاي خودروساز سرمايه‌گذاري‌هاي زيادي روي آن انجام ‌دهند و كشورهايي مانند امريكا از يك دهه پيش، استانداردها، پروتكل‌ها و مجوزهاي لازم را تصويب و تعريف‌كند‌ و از آن‌ها در سيستم‌هاي هوشمند حمل‌و نقل كشورهاي پيشرفته استفاده شود؟
"مهم‌ترين بخش شبكه VANET حسگرهايي هستند كه بايد در قسمت‌هاي مختلف خودرو به كار گرفته‌شوند و وضعيت خودرو و محيط خارجي را به راننده و كنترل‌كننده گزارش‌كنند يا به عكس، فرامين راننده يا اطلاعات دريافتي از خودروهاي ديگر را اعمال‌كنند."

به طور خلاصه، VANET سه‌كاربرد اصلي و مشخص دارد: ايمني (safety)، راحتي‌ (Convenience) و کاربرد تجاري (Commercial). قابليت‌هاي ذاتي شبكه‌هاي موردي مانند برد كوتاه، سرعت زياد در تشكيل شبكه و تغيير توپولوژي و انتقال يك سيگنال از مبداء به مقصد، بهترين كاربرد را براي ايمني خودروها و مباحث ترافيكي ايجاد مي‌كند. خودروها به سرعت و در كسري از ثانيه مي‌توانند از يك حادثه در چند صد متري خود مطلع شده و تغيير مسير دهند، ترافيك را تشخيص داده و از خودرو جلويي يا عقبي سؤال و جواب كنند يا از وضعيت ترافيك خيابان يا كوچه‌هاي كناري و چهارراه پيش‌رو، اطلاع يابند. شكل 4 مي‌تواند به خوبي اين وضعيت را نشان دهد. وقتي يك اتفاق ناگهاني در خيابان يا جاده رخ مي‌دهد، خودروهاي جلويي يا عقبي به سرعت مي‌توانند به يكديگر خبر داده و همچنين با ارتباط‌گيري با ايستگاه‌هاي مركزي به پليس يا مديريت ترافيك شهري خبر بدهند. راننده‌ها با اطلاعاتي كه از خودروهاي اطراف به دست‌مي‌آورند، مي‌توانند تصميم‌گيري‌هاي به مراتب مطمئن‌تر و بهتري داشته باشند و يك رانندگي ايمن و راحت‌تر و همراه با لذت را تجربه کنند. كاربردهاي شبكه‌هاي VANET در شرايط بد آب‌وهوايي نمود بيشتري مي‌يابد. در هواي ابري يا مه‌آلود خودروها با ارتباطات خود مي‌توانند يكديگر را راهنمايي كرده و مانع بروز حادثه شوند. در اين شبكه‌ها از برنامه‌ امنيتي SVA (سرنام Slow/Stop Vehicle Advisor) براي هشدار دادن، ‌کم‌کردن سرعت يا توقف خودرو، EEBL (سرنام Emergency Electronic Brake-Light) براي ترمز ناگهاني، RHCN (سرنامRoad Hazard Control Notification) براي هشدارهاي مركز كنترل ترافيك، PCN (سرنامPost Crash Notification) براي ارسال هشدارهاي تصادف و CCW (سرنام Cooperative Collision Warning) براي اعلام هشدار برخوردها استفاده مي‌شود.


شکل 4- امنيت يكي از‌كاربردهاي و اهداف شبكه‌هاي‌VANET است.
در بخش ترافيكي نيز برنامه‌هاي CRN (سرنام (Congested Road Notification براي هشدارهاي ترافيكي، PAN (سرنامParking Availability Notification) براي هشدارهاي پاركينگ و TOLL براي پرداخت عوارض بدون توقف خودرو مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از نظر تجاري نيز شبكه‌هاي VANET كاركردهاي جالبي مي‌توانند داشته باشند. برنامه RVP/D (Remote Vehicle Personalisation / Diagnostics) مي‌تواند خودرو را براساس سلايق و نيازهاي راننده سفارشي‌سازي كند. موزيك دلخواه، اطلاعات عمومي شهري يا كانال‌هاي راديويي، بازي و انواع سرگرمي‌هاي ديگر مي‌توانند از طريق ايستگاه‌هاي مركزي كنار جاده به راننده يا خودرو منتقل شوند. برنامه ديگري به نام SA (سرنامService Announcements) مي‌تواند انواع اطلاعيه‌ها را مطابق نياز راننده انتخاب کرده و در خودرو پخش كند. CMDD (سرنامContent Map Database Download) امكان دانلود انواع نقشه‌ها و اطلاعات جانبي ديگر براي مسيرها، مراكز فروشگاهي، فرودگاه، ايستگاه مترو، قطار ديگر مراکز موجود در طول مسير را فراهم مي‌کند. RTVR (سرنامUsing Real Time Video Relay) نيز سرويس تجاري ديگري براي تماشاي فيلم‌هاي ويديويي است كه مي‌‌تواند روي بستر شبكه‌هاي بين خودرويي موردي به كار گرفته شود و مسائل تجاري آن مد‌نظر قرار گيرد. برنامه‌هاي ديگري نيز براي اين شبكه‌ها ارائه يا تعريف شده است كه در چند سال آينده شاهد استفاده از آن‌ها در خودروها خواهيم بود.

اجزاي شبكه‌هاي VANET

يك خودرو براي اضافه‌شدن به يك شبكه VANET به يك گيرنده/فرستنده سيگنال‌ها و اطلاعات (همانند كارت شبكه بي‌سيم) و يك دستگاه كنترل‌كننده شامل يك تراشه مركزي نياز دارد. همان‌طور كه گفتيم، پروتكل اصلي شبكه بين خودرويي موردي، DSRC و پروتكل ارتباطي 802.11p است. همچنين محدوده پوشش‌دهي اين تجهيزات بايد از سي‌صد متر تا چند كيلومتر (در جديدترين طرح‌ها صحبت از دو الي سه كيلومتر است) باشد.
ايستگاه‌ها و آنتن‌هاي كنار جاده با اتصال به اينترنت و شبكه ترافيك شهري، اطلاعات را با دستگاه بي‌سيم خودرو رد‌و‌بدل مي‌كنند. در حقيقت، مهم‌ترين بخش شبكه VANET حسگرهايي هستند كه بايد در قسمت‌هاي مختلف خودرو به كار گرفته‌شوند و وضعيت خودرو و محيط خارجي را به راننده و كنترل‌كننده گزارش‌كنند يا به عكس، فرامين راننده يا اطلاعات دريافتي از خودروهاي ديگر را اعمال‌كنند. حسگرها در VANET به دو نوع تقسيم مي‌شوند: حسگرهاي خودمختار و سنسورهاي مشاركت‌كننده. حسگرهاي خودمختار شامل حسگرهاي ART (سرنامAcceptance Range Threshold) براي سنجش محدوده راديويي و ارتباط خودرو با ديگر نودهاي شبكه، MGT (سرنامMobility Grade Threshold) براي سنجش حداكثر سرعتي كه راننده مي‌تواند داشته باشد و هنوز در شبكه باقي بماند، MDT (سرنام Maximum Density Threshold) براي تشخيص خودروهايي كه به طور فيزيكي در شبكه وجود دارند (اين حسگر براي مقابله با حملات Sybil(1) كاربرد دارد) و حسگرهاي ديگري براي شناسايي وضعيت خودرو در نقشه و تعيين فاصله با خودروهاي جلويي و عقبي هستند. حسگرهاي مشاركت‌كننده براي اعلام تغيير وضعيت خودروهاي همسايه، رسيدن به يك مكان خاص، دريافت اطلاعات مورد نياز راننده وغيره کاربرد دارند (شكل‌هاي 5 و 6).


شکل 5- نمايي شماتيك از حسگرهاي شبكه‌هاي VANET

شکل 6- محدوده‌هاي تحت پوشش سنسورهاي شبكه‌هاي VANET

چالش‌هاي شبكه‌هاي VANET

نخستين و بزرگ‌ترين چالش شبكه‌هاي بين خودرويي موردي، امنيت آن‌ها است. به راحتي مي‌توان تصور كرد كه اگر كوچك‌ترين تهديدي متوجه اين‌گونه شبكه‌ها شود چه عواقب ناگوار جاني و مالي به دنبال خواهد داشت و برخلاف اينترنت يا وب، سلامت و جان انسان‌ها به طور مستقيم در معرض خطر قرار مي‌گيرد. كافي است شبكه VANET اطلاعات دقيقي به راننده ندهد تا شاهد تصادف و واژگوني و ده‌ها رخداد ديگر باشيم. همچنين كوچك‌ترين اشتباه يا اخلال در برنامه‌ها يا حسگرهاي درون خودرو مي‌تواند نتايج خطرناکي به دنبال داشته باشد.
"شبكه‌هاي«بين خودرويي موردي» مي‌توانند بزرگ‌ترين فناوري متحول‌كننده خودروها در دهه دوم هزاره دوم باشند و امنيت را به رانندگان هديه كنند."

مسئله امنيت در شبكه‌هاي VANET آن‌قدر حساس و بحراني است كه يكي از عوامل اجرايي نشدن اين شبكه‌ها در سال‌هاي گذشته محسوب مي‌شود. انواع راه‌كارهاي مبتني بر رمزنگاري اطلاعات بين خودروها، ايزوله‌كردن شبكه و استفاده از مكانيزم‌هاي احراز هويت براي خودروهاي جديدي كه مي‌خواهند وارد شبكه شوند، طراحي برنامه‌هاي اختصاصي اعتبارسنجي مانند ELP و VPKI و به‌كارگيري سخت‌افزارهايي با قابليت اطمينان 99,99 درصد و ده‌ها طرح ديگر، برخي از كارهاي صورت گرفته براي امن كردن شبكه‌هاي VANET است. به غير از امنيت، مسيريابي اطلاعات و ارتباط ميان خودروها با سرعت بالا چالش بعدي است. به علت نبود يك نود مركزي، يك خودرو براي ارتباط با خودروي ديگري كه به طور مستقيم امكان ارسال و دريافت اطلاعات را ندارد، بايد از خودروهاي مياني استفاده كند و چون سرعت در اين شبكه‌ها يك فاكتور بسيار حياتي است، الگوريتم مسيريابي اهميت دو چنداني پيدا مي‌كند. استفاده از سيگنال‌هاي چندگانه، مكانيزم‌هاي تشخيص حضور و محو شدن خودروها در يك شبكه، پشتيباني شركت‌هاي خودروساز از استانداردها و پروتكل‌ها و ارتباط ميان حسگرها از ديگر چالش‌هاي شبكه‌هاي VANET هستند.

حرف آخر

«خودروهاي شبكه‌اي يا شبكه‌اي از خودروها» موضوعي است كه در آينده بر خودروها و خودروسازها و خودروران‌ها تأثيرات شگرف و باورنكردني خواهد گذاشت و ممكن است ماهيت خودرو، رانندگي و حتي اهداف خودروها را تغيير دهد. شبكه‌هاي«بين خودرويي موردي» با چشم‌اندازي كه مي‌توان برايشان ترسيم كرد، مي‌توانند بزرگ‌ترين فناوري متحول‌كننده خودروها در دهه دوم هزاره دوم باشند و امنيت را به رانندگان هديه كنند. اين نوع شبكه‌ها تا‌کنون پيشرفت‌هاي زيرساختي و نرم‌افزاري زيادي داشته‌اند، اما هنوز چالش‌هاي جدي پيش‌رو دارند و بايد منتظر آينده ماند و ديد که نخستين خودروهاي هوشمند مجهز به سيستم‌هاي VANET چه زماني وارد بازار مي‌شوند.

پي‌نوشت:

1- در حمله Sybil يك نود مهاجم مي‌تواند چندين كپي از خود در يك شبكه ايجاد كرده و با به دست‌گرفتن كنترل شبكه و تغيير بسته‌هاي مسيريابي يا اطلاعاتي به هدف خود برسد.








منبع :ماهنامه شبکه - فروردین و اردیبهشت 1391 شماره 132