[Перевод] Федеральная комиссия по связи США про V2V, V2I и V2X

Уже много лет назревает битва за полосу радиочастотного спектра, которая была выделена 20 лет назад для коммуникаций в транспортных средствах, в частности для передачи информации между самими транспортными средствами (vehicle-to-vehicle) и связи между транспортными средствами и инфраструктурой (vehicle-to-infrastructure), также известной как V2X (Vehicle-to-everything).

Для этих коммуникаций был создан протокол, и за последние десятилетия было проведено множество экспериментов и демонстраций, но широкое производство все еще кажется очень отдаленным и так будет до тех пор, пока каждый автомобиль не будет отгружаться с таким оборудованием в течение хотя бы 10 лет.

В ноябре 2019 года председатель федеральной комиссии по связи (FCC) Аджит Пай заявил, что ожидание затянулось, и рекомендовал комиссии перераспределить желанные 75 мГц пропускной полосы в области диапазона 5.9 гГц. Его предложение состоит в том, чтобы перевести 45 мГц в нелицензированный спектр вроде того, который использует протокол Wi-Fi, и оставить 20 мГц для обновленного протокола V2X, основанного на LTE, который называется C-V2X. Он оставляет открытым вопрос о том, будут ли оставшиеся 10 МГц также использоваться для C-V2X или могут могут быть оставлены для использования более старым протоколом DSRC.
Полагаю, те, кто читал наши статьи раньше знают, что связь V2X постигла судьба голого короля. Она едва ли полезна и представляет угрозу компьютерной безопасности. Также очень сложно, практически невозможно, запустить сетевую технологию, которая будет требовать своего наличия у всех устройств вокруг еще до того, как начнет приносить пользу.

Нелицензированный спектр был одним из самых крупных дел FCC за последние десятилетия. Как правило, FCC предоставляет монополии на спектр конкретному владельцу или под конкретное применение. Если вы владеете каким-либо спектром и получаете помехи от кого-то, кто незаконно в нем вещает, то вы обращаетесь в FCC и требуете отключить нарушителя.

В случае с нелицензированным спектром все было наоборот. Им никто не владеет, он не отведен под какое-либо предназначение и если от кого-то идут помехи (ниже определенных пределов мощности), то это не их проблема, а ваша. Вам нужно выяснить как бороться с помехами. Этот переворот подтолкнул инженеров к высокой креативности, и за эти годы мы увидели в области нелицензированной передачи величайшую революцию в истории радио. От WiFi до Bluetooth, ZigBee, LoRa и многих других протоколов интернета вещей с низким энергопотреблением, мы наблюдаем взрыв возможностей, несмотря на соответствующий взрыв использования и помех. Все радостно приветствуют нелицензированные коммуникации и их расширение. Диапазон DSRC находится рядом с существующим нелицензированным диапазоном, что позволяет производителям оборудования для диапазона 5.8 гГц использовать увеличенную ширину канала.

Департамент транспорта и поклонники DSRC будут недовольны и постараются вернуть все как было. Меньшее количество полос усложняет их планы (они скажут, что делает их невозможными, и будут неправы), потому что они планировали все исходя из убеждения, что весь спектр будет отведен под их пользование в области автомобильной связи. Они смогут подстроиться под использование меньшего диапазона.

Я предложил комитету план получше, который заключался в том, что весь диапазон будет сделан нелицензированным с одной оговоркой: любой, кто будет вещать на этой частоте с мобильных устройств (автомобилей или смартфонов) будет обязан реализовать некоторый протокол дорожной безопасности для этого устройства. В результате примерно через 2 года этот протокол будут поддерживать все новые сотовые телефоны, а через 2 года 90% автомобилей будут содержать в себе устройство, поддерживающее этот протокол.

Сравните это с планом департамента транспорта, требующим наличия протокола во всех недавно проданных автомобилях, начиная с 2-3 лет после выпуска федерального мандата. Чтобы это выполнялось в половине автомобилей на дороге потребуется время до 2030 года. Таким образом можно было бы предотвратить четверть несчастных случаев – но только через 10 лет.

Разумеется, протокол работающий между телефонами не будет иметь такое же проникновение радиопередачи, как у антенны, стоящей сверху автомобиля. Телефоны лежат на сиденьях автомобилей и устанавливаются на приборные панели. Некоторые из них не подключены к зарядным устройствам, а значит не имеет необходимой мощности. Но система, которая работает на 20% хуже, но присутствует почти во всех автомобилях к 2023 году лучше той, которая к этому же времени будет присутствовать только в 10% автомобилей. Сотовые телефоны обновляются каждые 1-2 года, и их заменяют на более новые и обладающие более совершенными технологиями.

Производителям телефонов это понравится. «Вам нужно купить iPhone 13! Это может спасти вам жизнь!», — производители телефонов отчаянно нуждаются в способах сделать каждый новый телефон по-настоящему уникальным. В то же время, во все машины устанавливают Wi-Fi-приемники, поэтому через подключение к антенне на крыше в них работает вещание между автомобилями, которое так хотят люди. Они также могут иметь усилитель сигнала, чтобы сделать сигнал с любого мобильного телефона более надежным.

Если технология может быть реализована в телефоне, то она побеждает. Ничто не может соревноваться из-за масштабов выпуска и частоты обновления сотовых телефонов.

Конечно, автомобильный протокол должен разбираться с помехами. Звучит страшно, но на самом деле это просто новая задача для инженеров, с которой они очень хорошо справляются.

---

О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

Let's block ads! (Why?)

[Из песочницы] Создание примитивного компьютера с нуля

Компьютер — это просто. Или нет?

Любой человек, интересующийся сферой информационных технологий, хоть раз задумывался о том, как на самом деле работает компьютер. А и действительно, с помощью компьютера можно сделать столько всего удивительного, что невозможно поверить, что всё, что происходит внутри него, — сложение чисел. Почему бы тогда не сделать свой самому?

Эта мысль явно прослеживается в книге Чарльза Петцольда «Код» — хорошее чтиво для тех, кто хочет разобраться в устройстве компьютера на пальцах не тратя особо времени. Эта книга произвела сильное впечатление на меня, да так, что я решил, что компьютер и вовсе банально простой агрегат и ничего сложного в нём нет.
Но это не так. После прочтения у меня всё-таки поселилось ощущение того, что от меня что-то сокрыто, что какие-то аспекты архитектуры вовсе не затрагивались. За бо́льшими объёмами информации я обратился к следующей книге — «Архитектура Компьютера» Эндрю Таненбаума. Информация в этой книге оказалась гораздо обширнее, однако я получил не совсем то, чего хотел.

На этом мой путь в мире архитектуры ЭВМ приостановился, началась учёба, я отвлёкся на другие, более интересные для меня на тот момент проекты. Но, к сожалению, я из тех людей, которые не могут без угрызений совести пользоваться чем-либо, не зная хотя бы примерно механизма работы этого инструмента. Это заставляло меня искать материал буквально обо всём.

Череда разочарований наступила после прочтения нескольких глав книг об игровых движках, компиляторах, операционных системах и пр. Я просто растерялся: мир, который казался мне логичным и в меру простым в миг стал огромным и запутанным, требующим внушительных объёмов знаний.

Начало великого пути

То, что спасло меня, был ответ одного пользователя на каком-то форуме на пост человека, страдавшего похожим «расстройством», мир IT казался ему таким огромным, что его точно нельзя постичь. Я помню те слова, и они меня выручают каждый раз, когда я сталкиваюсь с чем-то новым. «Do not let yourself get overwhelmed» — то, что стоит говорить каждому новичку в IT.

И тогда я начал с новыми силами бороздить просторы интернета в поисках литературы. Мне очень повезло, что я наткнулся на замечательную книгу «The Elements of Computing Systems. Building a Modern Computer from First Principles» by Noam Nisan and Shimon Schocken(нет русского издания). В ней именно для таких, как я показывают создание реально работающего компьютера с нуля, то есть из логических вентилей.

Я загорелся идеей и приступил к работе. Начал с того, что когда-то уже делал после прочтения Петцольда, — сумматоры, регистры, мультиплексоры. Это одни из самых простых устройств, работу которых вовсе не сложно понять (если не думать об эффективности), а сделать такие можно за 10 минут в удобном приложении на вашем смартфоне.

Каждую следующую главу я начинал с жаждой знаний. Сконструировал АЛУ, руководясь заданиями в книге. Не могу сказать, что что-то в нём придумал я, скорее мне дали готовые детальки, а я их собрал в красивую машину. Зато какое удовольствие я получил, когда понял, что я своими руками собрал полностью работающее АЛУ.

Схема платы АЛУ, выполненная в программе BOOLR

Первые плоды

За ним последовал полностью работающий 16-битный процессор, который я доделал сегодня. Моему счастью нет предела, но я не собираюсь останавливаться. К моему сожалению, хоть в книге весь процессор и был собран полностью с нуля, но ассемблер для него был абстракцией в следующей главе(что логично, книга расчитана на более-мение краткое, хоть и детальное изложение). Немного погрустив, я понял, что Ассембли — тоже язык программирования, и создание полноценного Ассемблера с нуля займёт много времени.

Схема готового процессора. Большое чёрное пятно - то самое АЛУ

Об ассемблере в книге

На самом деле эта тема в книге не была полностью опущена. Там говорится о том, что ассемблер можно написать, используя любой высокоуровневый язык программирования. Меня как слабоумного и отважного такой вариант не сильно устраивает, я хочу всё сделать своими ручками используя тот процессор, который у меня есть. И да, я понимаю, что потеряю много времени, но я получу от этого удовольствие, я уверен.

Написать свой Ассемблер — амбициозная цель, но это не единственная сложность. Путь, который я выбрал, обещает быть непростым. Регистры и в целом память в программе BOOLR можно реализовать только используя логические вентили. Почему это проблема? Всё просто: ничтожные 1024 байт RAM десятки раз рекурсивно пытаются поселить в оперативной памяти моего компьютера свои составные 16-битные регистры. Вот, что из этого получается:

В общем говоря, иногда проект просто не открывается из-за нехватки оперативной памяти. Выглядит как тупик, но я не намерен останавливаться на этом.

Let's block ads! (Why?)

Солнце, ветер и вода ver 0.2

Геометрия парусов — измеряю «в живую»
высота топового угла грота $$;
высота галсового угла грота $$;
высота шкотового угла грота $$;
расстояние шкотового угла грота от мачты $$;
высота топового угла стакселя $$;
высота галсового угла стакселя $$;
высота шкотового угла стакселя $$;
площадь грота $$;
площадь стакселя $$;
площадь боковой парусности корпуса $$;
площадь фронтальной парусности корпуса $$;
боковая проекция площади подводной части корпуса $$;
площадь килей и скегов $$;
минимально возможный угол установки стакселя $$.

Может это мне так не повезло, но ни один из производителей, во время моего поиска яхты, не согласился (не смог) предоставить эти данные для своей яхты. Я уверен, что у конструктора яхты вся эта информация есть, но получить ее почему то не получается. Буду добывать ее сам.
Буксировочную характеристику я уже получил с помощью оцифровки яхты в программе freeship, в награду за упорство программа сразу выдает и диаграмму остойчивости и точки центра тяжести и центра бокового сопротивления и много другой полезной геометрической информации. Диаграмма остойчивости показывает какой крутящий момент надо приложить к яхте, чтобы накренить ее на определенный угол.

Все необходимые аргументы собраны, приступим к расчетам

Очевидно, что при движении вперед яхта преодолевает силу сопротивления встречного ветра. Скорость встречного ветра равна скорости движения яхты, но направлена противоположно. Я уже использовал эту аналогию, когда выбирал мотор.

$$

где v — скорость судна.

В то же время на яхту действует сила реального ветра Frw, дующего под некоторым углом rw. Оба этих ветра создают силу равную векторной сумме частичных сил. Так называемую силу вымпельного ветра — ветра, дующего на борту судна.

Основная проблема заключается в теории относительности. Наблюдатель (и все измерительные приборы) находится на борту яхты и для него нет возможности измерить силу и направление реального ветра, зато он может измерить направление — $$ и скорость вымпельного ветра — $$, а также направление — $$, измеренное бортовым компасом и скорость судна — $$, измеренную бортовым лагом (спидометром).

Нахожу параметры реального ветра на основе измерений бортовых приборов.
$$ — скорость реального ветра;
$$ — угол реального ветра отложенный от направления «вперед».

Для маленьких покатушек все это не имеет смысла. Связь реального и вымпельного ветра необходима для планирования достаточно длительных путешествий (когда цель не находится в прямой видимости). Ведь планирование выполняется на на карте планеты с указанием реальных ветров (по прогнозу погоды), а движение яхты происходит от вымпельного ветра.

Теперь, когда связь с реальностью установлена, пора разобраться как возникает движущая сила. Понятно, что ветер наполняет паруса, и кораблик бежит по волнам.

На самом деле парус на яхте работает в двух основных режимах:

1. режим аэродинамического крыла — используется при встречных ветрах,
   
2. режим аэродинамического тормоза — используется при попутных ветрах.
   

Профиль паруса шьется таким образом, чтобы, будучи наполненным встречным ветром, принимать форму крыла. Т.е., есть крыло, движущееся с некоторой скоростью относительно воздуха — следовательно в нем возникает подъемная сила $$. По аналогии с крылом самолета попробую упрощенно оценить ее величину и направление, относительно яхты.

Чтобы парус принял рабочую форму его необходимо немного повернуть относительно направления ветра. Угол поворота называется «угол атаки» $$. Для простоты расчетов крыло сравнивают с плоской пластинкой, а различия представлены в виде таблицы аэродинамических коэффициентов, где Су — коэффициент отличия подъемной силы, а Сх — коэффициент отличия силы сопротивления. Подъемная сила направлена перпендикулярно пластинке, а сила сопротивления — параллельно. Геометрия пластинки задается коэффициентом аэродинамического удлинения $$, где h — высота паруса; S  — площадь паруса.

Крыло, в отличии от пластинки, трехмерная конструкция, поэтому отдельная таблица показывает как влияет размер выпуклости «пуза» на коэффициенты отличия от пластинки.
Проекция силы паруса $$ на продольное направление яхты — полезная сила:
$$.
Проекция силы паруса $$ на поперечное направление яхты — сила дрейфа:
$$.

Сила ветрового сопротивления корпуса будет замедлять движение:
$$
Получив проекции сил, могу найти вектора продольной и поперечной скорости яхты. Продольную составляющую скорости $$ нахожу по графику буксировочной характеристики.
С поперечной составляющей все сложнее.
Для начала надо найти высоту центра парусности паруса. Парус представляет собой треугольник у которого одна сторона — выпуклая дуга. Представлю его как два паруса: треугольный и серпообразный кусок. Площадь треугольника вычисляется как половина произведения ширины на высоту, а площадь «серпа» это разность между площадью паруса и площадью треугольника.

$$

где $$
Высота центра парусности паруса:

$$

где $$ высота центра парусности треугольника паруса без серпа.
Обычно яхта имеет два паруса: основной — грот и передний — стаксель. Стаксель обычно выполняется без серпа и тогда его высота центра парусности:

$$

Суммарный центр парусности:

$$

Теперь могу определить кренящий момент, действующий на яхту:

$$

По диаграмме остойчивости нахожу угол крена яхты $$.
Выражаю силу сопротивления дрейфу яхты:

$$

где — угол наклона килей двух-килевой яхты относительно вертикали.
Сила ветрового давления на корпус придает дополнительный дрейф.

$$

Скорость $$ находится подстановкой по методу половинного деления до тех пор, пока не наступит баланс сил $$.
Теперь очевидно, что яхта движется " косо", т.е. имеет поперечную и продольную скорость перемещения. Это приносит еще один сюрприз. Направление — $$, измеренное бортовым компасом и скорость судна — $$, измеренное бортовым лагом (спидометром) показывают только продольную составляющую.
Надо привязать измерения к реальности. Реальный угол перемещения судна $$ называется «путевой угол»:

$$

и может отличаться от измеренного на 10-20 градусов.
Реальная скорость яхты может быть определена по теореме Пифагора:

$$

В завершении приведу пример расчета для моей яхты самой интересной ситуации — движение против ветра. Понятно, что строго против ветра под парусами не пойдешь, но под некоторым острым углом можно. 

Начать надо с переднего паруса — стаксель закреплен сверху на мачте, передним углом к носу яхты, а задним с помощью шкота (мягкий трос) через ролик к лебедке. Его натяжение регулирует угол установки паруса относительно яхты. Минимальный угол установки $$ получается при максимальном натяжении шкота. Аэродинамическое удлинение стакселя $$. Методом линейной интерполяции нахожу оптимальный угол атаки $$ из таблицы аэродинамических коэффициентов. Критерий оптимальности — максимизация $$  при этом Су=1,17; Сх=0,15. Установленный таким образом стаксель будет эффективно работать при направлении вымпельного ветра $$. Хорошая прогулочная яхтенная погода, когда скорость ветра в районе 5-7 м/с. Для красоты цифр возьму $$. 

Проекция силы стакселя на продольное направление яхты — полезная сила:

$$

Проекция силы стакселя на поперечное направление яхты — сила дрейфа:

$$

Ветровое сопротивление корпуса препятствует движению вперед.

$$

По буксировочной характеристике определяем скорость $$ узла=1,4 м/с

$$

$$, по диаграмме остойчивости находим угол крена $$. Ну это мелочи, потому добавим еще один парус — грот!
Грот работает как закрылок у крыла самолета и вращается вокруг мачты на угол $$. Коэффициент аэродинамического удлинения грота $$;
оптимальный угол атаки $$; Су=1,09; Сх=0,15.
Проекция силы грота на продольное направление яхты — полезная сила:

$$

Проекция силы грота на поперечное направление яхты — сила дрейфа:

$$

$$, $$, а угол крена $$.
Суммарная сила движения вперед:
$$, скорость движения вперед $$ узла или 1,86 м/с.
Если предположить, что реальный ветер дует строго северный, то компас на борту будет показывать угол продольной составляющей скорости яхты $$.
Скорость дрейфа составит $$.
Теперь надо привести эти результаты к реальности. 

Путевой угол реального движения составит: 
$$, это и есть угол реального ветра $$ к вектору движения яхты. 

А реальная скорость перемещения в пространстве: $$=1,92+0,4182=1,9 м/с. 
Скорость реального ветра:
$$.
При таких условиях скорость продвижения строго против ветра составит 1,2 м/с или 2,35 узла, а двигаться придется по зигзагообразной траектории — галсами.

Проведя расчет для других возможных углов вымпельного ветра можно получить круговую лавировочную диаграмму зависимости реальной скорости яхты от реального ветра. С помощью ее уже можно планировать маршруты на карте по прогнозу ветров. Дополнительно стало понятно, что минимально возможный угол $$, а максимальная скорость движения против ветра достигается с курсовым углом $$ для ветра 5 м/с.

Let's block ads! (Why?)