[論文レビュー] Enhancing Vulnerable Road User Safety: A Survey of Existing Practices and Consideration for Using Mobile Devices for V2X Connections

Nishanthi Dasanayaka, Khondokar Fida Hasan+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 29, 2020

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 52被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、4G/5Gモバイルブロードバンド（MBB）を活用したスマートフォンベースの車両-脆弱な道路利用者（V2VRU）通信システムを提案し、車両と歩行者・自転車利用者などのVRUとの間で双方向でリアルタイムの安全アラートを可能にする。C-ITS規格とモバイルエッジコンピューティング（MEC）を活用することで、状況認識能力を向上させ、衝突リスクを低減し、現在の単方向V2Xソリューションの限界を克服する。

ABSTRACT

Vulnerable road users (VRUs) such as pedestrians, cyclists and motorcyclists are at the highest risk in the road traffic environment. Globally, over half of road traffic deaths are vulnerable road users. Although substantial efforts are being made to improve VRU safety from engineering solutions to law enforcement, the death toll of VRUs' continues to rise. The emerging technology, Cooperative Intelligent Transportation System (C-ITS), has the proven potential to enhance road safety by enabling wireless communication to exchange information among road users. Such exchanged information is utilized for creating situational awareness and detecting any potential collisions in advance to take necessary measures to avoid any possible road casualties. The current state-of-the-art solutions of C-ITS for VRU safety, however, are limited to unidirectional communication where VRUs are only responsible for alerting their presence to drivers with the intention of avoiding collisions. This one-way interaction is substantially limiting the enormous potential of C-ITS which otherwise can be employed to devise a more effective solution for the VRU safety where VRU can be equipped with bidirectional communication with full C-ITS functionalities. To address such problems and to explore better C-ITS solution suggestions for VRU, this paper reviewed and evaluated the current technologies and safety methods proposed for VRU safety over the period 2007-2020. Later, it presents the design considerations for a cellular-based Vehicle-to-VRU (V2VRU) communication system along with potential challenges of a cellular-based approach to provide necessary recommendations.

研究の動機と目的

• 脆弱な道路利用者（VRU）の死亡事故が世界で増加している現状に対処する。VRUの死亡事故は全交通事故死亡者の50％以上を占めている。
• 現在の単方向V2Xシステムの限界を特定する。これらのシステムでは、VRUがアラートを送信することは可能だが、安全情報の受信はできない。
• 4G/5G MBBとC-ITS規格を活用した、スマートフォンベースの双方向V2VRU通信フレームワークを提案する。
• モバイルブロードバンドネットワーク上にV2VRUシステムを展開する際の技術的課題を分析する。
• リアルタイムの安全アプリケーションを支援するため、モバイルエッジコンピューティング（MEC）や相互運用性を確保するためのミドルウェアなどのソリューションを提案する。

提案手法

• 4G/5Gモバイルブロードバンド（MBB）を活用した双方向通信を実現するスマートフォンベースのV2VRUシステムアーキテクチャを設計する。
• VRUの安全を確保するための通信要件を定義するために、C-ITS規格とユースケースを適用する。
• 計算処理をエッジサーバーにオフロードすることで、遅延とデバイスの電力消費を低減するため、モバイルエッジコンピューティング（MEC）を導入する。
• エッジで発行-処理-サブスクリプション通信モデルを採用し、リアルタイムの安全警告の配信を可能にする。
• DSRCとセルラーV2Xシステムの間の相互運用性を実現するため、二重技術のルートステーション（RSU）ミドルウェアを提案する。
• 標準化されたV2Xメッセージフォーマットを用いて、遅延、信頼性、スケーラビリティの制約下でのシステム性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のモバイルブロードバンドインfrastrucureを活用して、双方向V2VRU通信を効果的に実装する方法は何か？
• RQ2 4G/5G MBBネットワーク上にリアルタイムの安全アプリケーション向けにV2VRUシステムを展開する際の主な技術的課題は何か？
• RQ3 モバイルエッジコンピューティング（MEC）は、スマートフォンベースのV2VRUシステムにおける遅延とエネルギー効率をどのように改善できるか？
• RQ4 ミドルウェアは、DSRCとセルラーV2Xといった異種V2X技術間の相互運用性をどのように実現できるか？
• RQ5 C-ITS規格は、スケーラブルで安全なV2VRU通信システムの設計をどのように支援するか？

主な発見

• 現在のVRU安全対策におけるC-ITSソリューションは主に単方向であり、VRUが安全情報を受信できないため、効果が限定的である。
• 4G/5G MBBを活用したスマートフォンベースのV2VRU通信は実現可能であり、最適化されたシステムアーキテクチャにより、リアルタイムの安全警告を提供できる。
• モバイルエッジコンピューティング（MEC）は、データ処理をエッジサーバーにオフロードすることで、通信遅延とデバイスの電力消費を顕著に低減する。
• エッジでの発行-処理-サブスクリプションモデルにより、サブスクライブ済みユーザーへのスケーラブルで低遅延な安全警告配信が可能になる。
• DSRCとセルラーV2Xシステム間の相互運用性は、標準間変換を実行できるミドルウェア搭載RSUによって実現可能である。
• ベンダーよりも独立した相互運用性とシステム全体の信頼性を確保するため、標準化されたインターフェースとメッセージフォーマットが不可欠である。