[論文レビュー] Autonomous Vehicles in 5G and Beyond: A Survey

Saqib Hakak, Thippa Reddy Gadekallu+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2022

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)被引用数 5

ひとこと要約

本サーベイは、自律走行車（AV）と5Gおよびそれ以上の5G（B5G）技術の統合について包括的な分析を提供しており、5Gの超信頼性低遅延通信（URLLC）、拡張されたモバイルブロードバンド（eMBB）、および大規模な機械間通信（mMTC）が、リアルタイムナビゲーション、物体検出、車両間通信（V2X）など、AVの重要な機能をどのように可能にするかに焦点を当てる。主な貢献は、AV-5G統合のための技術的要因、セキュリティ上の課題、標準化活動、および今後の研究分野を統合的に特定するフレームワークの構築である。

ABSTRACT

Fifth Generation (5G) technology is an emerging and fast adopting technology which is being utilized in most of the novel applications that require highly reliable low-latency communications. It has the capability to provide greater coverage, better access, and best suited for high density networks. Having all these benefits, it clearly implies that 5G could be used to satisfy the requirements of Autonomous vehicles. Automated driving Vehicles and systems are developed with a promise to provide comfort, safe and efficient drive reducing the risk of life. But, recently there are fatalities due to these autonomous vehicles and systems. This is due to the lack of robust state-of-art which has to be improved further. With the advent of 5G technology and rise of autonomous vehicles (AVs), road safety is going to get more secure with less human errors. However, integration of 5G and AV is still at its infant stage with several research challenges that needs to be addressed. This survey first starts with a discussion on the current advancements in AVs, automation levels, enabling technologies and 5G requirements. Then, we focus on the emerging techniques required for integrating 5G technology with AVs, impact of 5G and B5G technologies on AVs along with security concerns in AVs. The paper also provides a comprehensive survey of recent developments in terms of standardisation activities on 5G autonomous vehicle technology and current projects. The article is finally concluded with lessons learnt, future research directions and challenges.

研究の動機と目的

• 自律走行車（AV）技術の現状と5GおよびB5Gネットワークとの統合状況を分析すること。
• AVアプリケーションに向けたネットワークスライシング、マルチアクセスエッジコンピューティング（MEC）、ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）といった主要な技術的要因を特定すること。
• AV-5G統合におけるセキュリティ、プライバシー、標準化の課題を検討すること。
• 次世代AVのための量子コンピューティングや認知的AIを含む今後の研究分野を概説すること。
• 国際機関（ITUや3GPPなど）による現在のプロジェクトと標準化活動の包括的概要を提供すること。

提案手法

• AVユースケースに焦点を当てたURLLC、eMBB、mMTCを対象とした5GおよびB5G技術の体系的サーベイ。
• MEC、SDN、ネットワークスライシング、V2X通信（V2V、V2I、V2P）を含む支援技術の分析。
• 車両ネットワークにおける物理層セキュリティ（PLS）および信頼管理メカニズムを含むセキュリティメカニズムの評価。
• AV-5G統合関連のITU、3GPP、およびその他のSDOによる標準化活動のレビュー。
• 実世界のプロジェクトやイニシアチブ（例：H2020助成プログラム）の合成的分析を通じて、導入の準備状況を評価。
• 今後のAV-5G連携に向けた新技術（量子コンピューティング、認知的AI）の探求。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5GおよびB5G技術は、自律走行車のシステムが求める遅延、信頼性、帯域幅の要件をどのように満たすことができるか？
• RQ2 リアルタイムAV運用を支援する主な技術的要因（MEC、SDN、ネットワークスライシングなど）は何か？
• RQ3 AV-5Gシステムにおける主なセキュリティおよびプライバシーの脅威は何か、またそれに対する対策は？
• RQ4 3GPPやITUなどのSDOによる現在の標準化活動は、AV固有の要件とどのように整合しているか？
• RQ5 量子コンピューティングや認知的AIといった今後の技術は、AV-5G統合をどのように変革できるか？

主な発見

• 5GのURLLC機能（1 msの遅延）は、緊急ブレーキやリアルタイムルート計画といった安全に重要なAVアプリケーションにとって不可欠である。
• ネットワークスライシングにより、高帯域幅の動画ストリーミング（eMBB）や多数のセンサー接続（mMTC）といった多様なAVサービスにカスタマイズされたQoSが実現可能である。
• MECとSDNは、データ処理の分散化により、V2X通信における遅延の低減とスケーラビリティの向上を顕著に実現している。
• AV-5Gシステムにおけるセキュリティ脅威には、なりすまし、ジャミング、データ整合性の損なわれた攻撃が含まれ、PLSと信頼ベースのメカニズムがその緩和策として提案されている。
• 3GPPとITUによる標準化活動は進捗を示しているが、依然として断片的であり、AVはコア5GのSDOにおいて専用の焦点を欠いている。
• 量子コンピューティングや認知的AIといった新技術は、AV意思決定、ルート最適化、悪条件下でのレジリエンス向上の分野で可能性を示している。