Přenos informací do vozidla (In-Vehicle Information – IVI)

Případ užití Přenos informací do vozidla (In-Vehicle Information – IVI) představuje realizaci C-ITS služby, jejímž základním cílem je zdůraznit řidiči informaci, která je pro něj určena, přímo ve vozidle (zobrazení dopravních informací na HMI zařízení ve vozidle). Takovou informacemí je myšleno především dopravní značení a provozní informace z dopravních portálů. Obsahem zpráv tedy jsou zejména výstražné, zákazové a příkazové dopravní značky nebo stručná textová zpráva.

Výhodou tohoto systému je fakt, že IVI informace mohou být řidiči zobrazeny kdekoliv v dosahu C-ITS systému (ještě před fyzickým zpozorováním dopravní značky, popř. po celou dobu/oblast její platnosti) a navíc mohou být zobrazeny cíleně pouze těm řidičům, kterým jsou určeny (např. zákaz předjíždění pro nákladní vozidla, časově omezené snížení rychlosti).

Tento případ užití je v současné době (rok 2019) běžně zaváděný v různých pilotních projektech C-ITS v mnoha státech po celém světě. V České republice je use-case IVI aplikován v rámci mezinárodního projektu C-ROADS a to na tzv. C-ITS koridoru Mirošovice-Rudná a nově (2019) na dálnicích D5, D11 a na části D1 v Brněnské aglomeraci. V budoucnu by tato služba měla být jedním z důležitých podpůrných systému autonomních vozidel, případně by mohla částečně nahradit dnes běžně známé a rozšířené proměnné dopravní značení.

Nadskupina: C-ITS aplikace

Podskupiny: C-ITS zprávy, stanice C-ITS

ITS-S – ITS Stanice je entita v komunikační síti, která se skládá z aplikací, zařízení, komponent síťové a přístupové vrstvy stanovených v ISO 21217, které jsou provozovány v zabezpečené doméně

CAM – standardizovaný formát zpráv pro šíření základních informací o vozidlech (poloha, rychlost, směr, atd.)

C-ITS – ITS systém, který pro zajištění funkcí využívá komunikace mezi inteligentním vozidlem a infrastrukturou nebo vozidly.

zpráva IVI, IVIM – standardizovaná C-ITS zpráva obsahující informace určené k zobrazení ve vozidle

DENM – standardizovaný formát zpráv pro přenos varovných informací

OBU – Palubní jednotka – Součást C-ITS umístěném ve vozidle; základní součást palubního zařízení (OBE), podporující přinejmenším bezdrátové rozhraní

Případ užití, Use-case – Popis kroků a aktérů realizujících určitý konkrétní úkol. Ve smyslu C-ITS se jedná o popis jednoho konkrétního účelu z množiny C-ITS základních služeb

RSU – jednotka na straně infrastruktury; zařízení umístěné na infrastruktuře, která řídí signály a poskytuje informace; C-ITS stanice umístěná na infrastruktuře jako stacionární jednotka

Centrální stanice ITS – Centrální prvek C-ITS plnící funkci sběru informací, jejich předávání a zajišťování dílčích částí po navazující řídící a informační systémy v obousměrné komunikaci.

ITS-G5 – Evropský standard pro komunikaci mezi vozidly nebo mezi vozidlem a infrastrukturou. Jedná se o přístupovou technologii využívající frekvenční pásma přidělená evropským inteligentním dopravním systémům.

C-ITS Back office, C-ITS BO –  centrální server C-ITS systému, zpravidla provozovaný  poskytovatelem služby – správcem komunikace.

Případ užití IVI je realizován pomocí tzv. C-ITS jednotek – stanic. Jednotka umístěná ve vozidle přijímá C-ITS zprávy obsahující informace, které se mají zobrazit ve vozidle. Pro potřeby tohoto UC se jedná o zprávy typu IVIM (In-Vehicle Information Message). Dále je potřeba alespoň jedna další C-ITS stanice, která zprávu vytváří a rozesílá. Touto vysílající stanicí může být jednotka umístěná na infrastruktuře (RSU), případně se může jednat o imaginární C-ITS stanici představovanou tzv. C-ITS Back Office neboli centrálním serverem systému. V obou případech je na této C-ITS stanici vygenerována zpráva IVIM a ta je vysílána v režimu „broadcast“ – tedy všem jednotkám, které ji mohou přijmout. Jako technologie přenosu je použita buď DSRC komunikace ITS-G5 (v případě, kdy vysílá jednotka umístěná na infrastruktuře), nebo mobilní síť LTE v případě, že je zpráva IVIM generována a vysílána z Back Office. Používá se také kombinace obou způsobů v případě, že je IVIM zpráva generována v BO, odkud je prostřednictvím LTE sítě rozesílána na infrastrukturní jednotky RSU, které ji dále šíří prostřednictvím ITS-G5 komunikace.

Na výše uvedeném schématu jsou znázorněny C-ITS stanice potřebné pro realizaci případu užití Přenos informací do vozidla. Z funkčního pohledu obecného C-ITS systému jsou všechny stanice prakticky shodné – jejich klíčovou vlastností je možnost vytváření a zpracovávání C-ITS zpráv jednotným standardizovaným způsobem. Za tím účelem mají jednotky implementovánu sadu protokolů a aplikací zpravidla nazývaných SW stack. Jednotky pak mohou být realizovány jako embedded PC nebo jako virtuální SW jednotky. Z uživatelského pohledu se pak jednotky rozlišují dle konkrétního použití:

• Vozidlové jednotky – OBU;
• Jednotky na infrastruktuře – RSU;
• Jednotky centrálního serveru – C-ITS BO (Back Office).

Toto rozlišení jednotek však závisí na konkrétních projektech a implementacích a není ustáleno na základě mezinárodních standardů a norem (na rozdíl od obecných C-ITS stanic).

Znázorněná architektura komunikace v rámci případu užití IVI se pak může lišit v závislosti na konkrétní implementaci a použitých technologiích. V zásadě lze rozlišit dva různé případy z pohledu existence (nebo připojení RSU k) centrálního systému:

• Bez spojení s C-ITS BO;
• Se spojením s C-ITS BO.

V prvním případě, komunikace probíhá pouze lokálně s využitím bezdrátové komunikace typu ITS-G5. C-ITS jednotka umístěná na infrastruktuře (např. na portálu s proměnným dopravní značením) začne vysílat IVI zprávu na základě vyčtení stavu proměnné dopravní značky, ke které je jednotka připojena. IVI zpráva je následně šířena do okolí prostřednictvím technologie ITS-G5 a všechna přibližující se vozidla vybavená potřebnou technologií zprávu obdrží ve chvíli, kdy se dostanou do dosahu vysílající C-ITS jednotky a je jim na displeji vozidla nebo nezávislé OBU jednotky zobrazena informace o dopravním značení, případně vzdálenosti, od kdy bude dopravní značka platit.

Ve druhém případě (který zároveň nevylučuje případ první) mohou všechny jednotky kromě bezdrátové komunikace krátkého dosahu pomocí technologie ITS-G5 komunikovat prostřednictvím mobilní sítě LTE také s centrálním prvkem sytému – C-ITS Back Officem. Informace určená k přenosu do vozidla tak může být vytvořena na úrovni centrálního serveru (např. dispečerem dopravního řídicího centra). Odtud je pak mobilní sítí šířena na všechny připojené jednotky RSU v okolí předmětné situace, které dále rozesílají IVI zprávy po ITS-G5, nebo může C-ITS BO odeslat zprávy přímo do vozidlových jednotek OBU.

Funkci popisovaného případu užití lze popsat pomocí zobecněného scénáře neboli posloupnosti kroků potřebných pro jeho realizaci:

1. Generování C-ITS zprávy typu IVI (automaticky v RSU nebo manuálním vytvořením informace pro přenos do vozidla v centrálním systému).
2. Distribuce IVI zprávy (a jejích aktualizací) lokálně z RSU pomocí technologie ITS-G5 nebo prostřednictvím sítě LTE z C-ITS BO.
3. Příjem a zpracování zprávy ve vozidlové jednotce OBU.
4. Zobrazení informace řidiči prostřednictvím HMI ve vozidle.

Jednotlivé kroky jsou blíže popsány v následujících podkapitolách.

1. Generování zprávy IVI

Obsah zprávy DENM vychází z C-ITS služby Infrastructure to Vehicle Information Service popsané normou ETSI TS 103 301 a z datové slovníku IVI popsaného normou ISO/TS 19321. Zpráva IVI obsahuje řadu atributů, které slouží k její identifikaci, identifikaci odesílatele, typu informace k zobrazení, lokality, časové platnosti a mnoha dalších. Pro potřeby případu užití je pak definována sada atributů povinných a volitelných. Příkladem těchto atributů jsou:

Výčet atributů není konečný, nicméně slouží pro názornost vyplnění informací do zprávy. Kompletní struktura zprávy je popsána ASN.1 modulem v ISO/TS 19321 a její vytvoření je úlohou SW stacku C-ITS stanice.

2. Distribuce zprávy IVI

Po vytvoření zprávy by mělo dojít k podepsání zprávy pomocí digitálně podepsaného veřejného klíče vydaného certifikační autoritou příslušné PKI infrastruktury. Poté dojde k serializaci zprávy do binárního formátu a její rozeslání požadovanou technologií (ITS-G5/LTE případně oběma). Pro účely podepisování zpráv by daná C-ITS stanice měla být vybavena hardwarovým bezpečnostním modulem HSM.

3. Zpracování zprávy DENM

Přijímající C-ITS stanice, je-li v dosahu stanice vysílající (nebo je-li jí zpráva doručena prostřednictvím LTE), zprávu IVI obdrží a musí ji zpracovat. Základním krokem je určení, zda je zpráva pro přijímající stanici relevantní a zda je důvěryhodná. Důvěryhodnost zprávy je řešena ověřením klíče vysílajícího subjektu, relevance pak záleží na mnoha faktorech jako je čas vytvoření zprávy, její platnost, dále směr na pozemní komunikaci, pro který je zpráva určena, geografická relevance zprávy (zda se jednotka nachází v zóně relevance předmětné události) atd. Pokud podmínka důvěryhodnosti a relevance není splněna, je zpráva zamítnuta jako neplatná. Pokud podmínky splněny jsou, SW stack přijímající jednotky „přečte“ a vyhodnotí informace obsažené v atributech zprávy a předá je k zobrazení řidiči.

4. Zobrazení informace řidiči

Zobrazení informací řidiči probíhá pomocí HMI rozhraní člověk-stroj, zpravidla se pak jedná o displej infotainmentu vozidla (je-li C-ITS jednotka integrována ve vozidle jako jeho součást), nebo o displej připojený k C-ITS jednotce, je-li tato samostatným příslušenstvím. Příkladem podoby zobrazení předmětné informace je následující obrázek.

ETSI EN 302 637-1 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 1: Functional Requirements

ETSI TS 103 301 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Facilities layer protocols and communication requirements for infrastructure services

C-ROADS CZ – Use Case katalog

ISO/TS 19321 Intelligent transport systems – Cooperative ITS – Dictionary of in-vehicle information (IVI) data structures