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Michel B. F. da Silva, 2Luiz A.de Lima
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Grupo de Análise de Segurança - GAS – Engenharia da Computação - Escola Politécnica/USP
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Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia de Produção - Universidade Paulista, São Paulo, Brasil
michelbf@uol.com.br, luiz@wcisp.com.br
Resumo
Devido à elevada quantidade de acidentes de trânsito, pesquisas e testes com veículos autônomos (VAs) estão sendo desenvolvidas em diversos países. O sistema de percepção desses veículos é composto de inúmeros câmeras, radares e LIDAR (Light Detection and Ranging) e desenvolvem uma percepção visão. Entretanto, não são suficientes para uma direção autônoma confiável, principalmente em condições ambientais desfavoráveis. Assim, a comunicação V2X (Vehicle-to-Everything) é essencial para melhoria da segurança de veículos autônomos. Uma questão crítica é a latência dessa comunicação, pois caso a latência seja elevada e a informação relevante não for passada ao sistema atuador, pode ocorrer um acidente, que seria evitado redução da latência. A comunicação 5G irá reduzir sensivelmente o tempo de latência em relação à tecnologia 4G. São parâmetros que alteram a latência: carga da rede, posicionamento do usuário em relação à estação Rádio Base, tamanho do pacote, taxa de pacote, programação diferenciada na rede de radiofrequência e rede principal habilitada por Edge Computing (EC). Como a informação do sistema de percepção não é completa e está susceptível a ruídos, efeitos das condições do clima, é necessário a utilização de técnicas de Lógica Paraconsistente. Em etapas posteriores, será definido um protocolo de latência reduzida para comunicação V2V (Vehicle-to-Vehicle), que será avaliado com base em simulações utilizando o software OMNet++.
Palavras-chave: Veículos Autônomos; V2V; Segurança; 5G; Lógica Paraconsistente.
Abstract
Due to the high number of traffic accidents, research and tests with autonomous vehicles (AVs) is have been developed in several countries. The perception system of
these vehicles is composed by numerous cameras, radars and LIDAR (Light Detection and Ranging) and develop a vision perception. However, they are not sufficient for reliable autonomous driving, especially in unfavorable environmental conditions. Thus, Vehicle-to-Everything (V2X) communication is essential for improving the safety of autonomous vehicles. A critical issue is the latency of this communication, because if the latency is high and the relevant information is not transmitted to the actuator system, an accident can occur which would reduce latency. 5G communication will significantly reduce latency time compared to 4G technology. These are parameters that change latency: Network load, user positioning relative to the base station, packet size, packet rate, differentiated programming on the radio frequency network and Edge Computing (EC) enabled core networking. As the information of perception systems is susceptible to random noise and heavy weather conditions, it is necessary to use technique of Paraconsistent Logic. In later stages, it will be proposed a reduced latency protocol for vehicle-to-vehicle (V2V) communication which will be evaluated based on simulations using the software OMNeT++.
Keywords: Autonomous Vehicles; V2V communication; Safety; 5G; Paraconsistent Logic.
Introdução
Uma das dez causas mais frequentes de mortes pelo mundo são os acidentes de trânsito. Segundo dados da Organização Mundial de Saúde (OMS) [1], esses acidentes de trânsito mataram, em 2016, 1,4 milhão de pessoas por todo o planeta, além de deixar milhões de indivíduos incapacitados. Estatísticas dos acidentes de trânsito mostram que falhas do motorista são a principal causa dos acidentes. Nos Estados Unidos da América (EUA), segundo o Departamento de Trânsito (NHSTA), 94% dos acidentes de trânsito foram causados por erros dos motoristas [2]. No Brasil, um relatório da Confederação Nacional dos Transportes (CNT) apontou os motivos de acidentes nas rodovias federais, como mostrado na Tabela 1, a seguir, e mostrou que 82,2% dos acidentes estavam ligados a fatores humanos.
Tabela 10 - Causas de acidentes com vítima em rodovias federais [3] (Adaptado) Causas dos Acidentes em Rodovias Federais no
Brasil – 2017
Nº de acidentes
(mil) %
Falta de atenção (condutores e pedestres) 26,2 44,6% Fator humano associado à fiscalização e/ou
infraestrutura viária 11,9 20,2%
Fator humano associado não à fiscalização e/ou
infraestrutura viária 6,1 10,3%
Ingestão de álcool 4,2 7,1%
Causas associadas a problemas/defeitos na via 3,5 6,7% Problemas/defeitos com veículos 3,5 5,9%
Fator externo 3,1 5,2%
Com base nesse cenário, um objeto de extensivas pesquisas e recentes testes, principalmente nos EUA, são os Veículos Autônomos (VA), Autonomous Vehicles (AV) ou Self-Driving Cars. Existem diversos benefícios com a utilização desse tipo de veículo como: a redução dos acidentes de trânsito provocados por fatores humanos, com a consequente diminuição de mortes no trânsito, redução de gastos no sistema de saúde. Também ocorrerá redução da emissão de poluentes, de consumo de combustível e de congestionamento, pois haverá um aumento da capacidade de tráfego das vias com a redução das distâncias entre os veículos, dado que o tempo de reação dos VAs será bem menor que o tempo de reação do ser humano. Além disso, o motorista pode realizar outras tarefas durante o transporte, como utilizar o smartphone, ler ou ouvir suas músicas.
Uma consideração importante é que se deve garantir a segurança crítica (safety) de VAs. Visando esse objetivo, a ideia do presente trabalho é a utilização da comunicação externa para aumentar a segurança. Para isso, serão abordados aspectos de comunicação relevantes para segurança de veículos autônomos, as tecnologias, protocolos e dispositivos que visam à melhoria da comunicação [4] nos seus quesitos (disponibilidade, taxa de erros, nível de sinal, latência) resultando em aumento de segurança.
Este trabalho está organizado da seguinte forma: após a introdução, na seção Veículos Autônomos são abordadas a classificação, composição do sistema de percepção e níveis de segurança dos VAs. A seção V2X apresenta a inserção da comunicação nos VAs, suas tecnologias de rede e o impacto potencial da comunicação 5G. A seção Lógica Paraconsistente apresenta os conceitos de Lógica Paraconsistente que podem ser utilizados para avaliação da comunicação V2X. Por fim, são apresentadas conclusões iniciais e propostas de trabalhos futuros.