eghlimy
عضو جدید
بررسي زيرساختهاي ارتباطی
چكيده:
درسالهاي اخير بکارگيري فن آوريهاي نوين در حمل ونقل يعني پياده سازي سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل بعنوان يکي از مکانيزمهاي مطرح بمنظور پاسخگويي به نيازهاي حمل ونقل درعصر مدرن مطرح گرديده است. از طرفي مي‌توان گفت درراستاي تحقق شهرداري الكترونيك شناخته شده‌است،دربخش حمل ونقل،سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل (Intelligent Transportation System) به عنوان يكي ازابزارهاي مؤثردر مديريت شهري شناخته شده اند.
اين مقاله با توجه به اينكه تحقق و پياده سازي ITS مستلزم فراهم‌نمودن پيش نيازها و زيرساختهاي ارتباطي لازم در اين زمينه مي است، ضمن معرفي اجمالي اين سيستم،به اهميت ارتباطات بعنوان يکي از اركان مهم درارائه خدمات ITS و معرفي انواع ارتباطات و معيارهاي مورد نياز در انتخاب تكنولوژي ارتباطات درITS خواهدپرداخت. در ادامه با توجه به محدوديتهاي موجود در زمينه ايجاد، توسعه و بازسازي شبكه هاي فيبرنوري در دنيا و علي الخصوص كشور ما وهمچنين ماهيت ارتباطات مورد نياز در ITS ،تكنولوژي بي سيم باند پهن در نسل آينده با نام WiMax را كه بعنوان يك بستربي سيم امن وقابل اطمينان در شهرها جهت ارائه خدمات ITS شناخته شده است معرفي نموده و طراحي يك شبكه بي‌سيم شهري براساس اين تكنولوژي را در قالب يك برنامه استراتژيك پيشنهاد مي نمايد.
1- مقدمه
ساخت راهها و توليد خودروهاي شخصي در طول قرن بيستم رشدي بي سابقه داشته و جامعه متحرك امروزي را خلق‌كرده‌است اين امر موجب تقويت كيفيت زندگي شهروندان و ايجاد رفاه صنعتي و اقتصادي شده است. ليكن از سوي ديگر مشكلات بسياري از قبيل تصادفات رانندگي ،افزايش ميزان ازدحام و راه بندان و تخريب محيط زيست در شهرها بيشتر نمايان شده است .
يکي از مکانيزمهاي مطرح بمنظور پاسخگويي به نيازهاي حمل‌ونقل درعصر مدرن بکارگيري فن آوريهاي نوين در حمل‌ونقل يعني پياده سازي سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل (ITS)مي باشد. ليکن تحقق و پياده سازي ITS مستلزم فراهم‌نمودن پيش نيازها و زيرساختهاي لازم در اين زمينه مي‌باشد. بررسي ها ي مختلف بيانگراين است كه ارتباطات وفن‌آوريهاي مرتبط با آن بعنوان يکي از اركان اصلي وپيش نياز ITSدردنيا مطرح‌گرديده است.
اين مقاله پس از تعريف اجمالي ITS به تشريح زيرساختهاي ارتباطي مورد نياز جهت ارائه سرويسهاي ITS ،انواع بسترهاي مخابراتي مورد استفاده در اين زمينه، معيارهاي مورد نياز در انتخاب وطراحي شبكه ارتباطي ITS و ارائه راهكار باتوجه به عملكرد ساير كشورها وشرايط ومحدوديتهاي موجود در كشور ايران خواهد پرداخت.
2- تعريف ITS
يكي از فناوريهاي نوين كه در مديريت حمل ونقل وترافيك مطرح شده ومي توان آن را از جمله مدرن ترين تكنيكهاي موجود در دنيا بمنظور بهبود ورفع مشكلات حمل ونقل وترافيك شهري نام برد، سيستم‌هوشمند حمل ونقل مي‌باشد. ITS يك زيرساختار اجتماعي است كه قادر به پاسخگويي نيازهاي حمل ونقل عصر مدرن مي باشد.
سيستم حمل و نقل هوشمند ITS عبارتست ازكاربرد رايانه ، الكترونيك و ديگر فن آوريهاي ارتباطي و استراتژي هاي مديريت به گونه اي هماهنگ و يكپارچه كه اطلاعات لازم جهت افزايش ايمني و كارايي سيستم حمل ونقل زميني را فراهم‌مي‌آورد.
3- ساختار شبكه ارتباطي در ITS
در تشريح عملكرد يك سيستم ITS ، زيرساختهاي ارتباطي به عنوان تكنولوژي‌اي كه جريان اطلاعات را بين وسائل نقليه هوشمند و راه هوشمند برقرارمي‌سازد محسوب مي گردد. جريان اطلاعات در تكنولوژي مذكور شامل فرايندهايي از قبيل جمع‌آوري و دريافت داده‌ها ، انتقال داده ها و پردازش داده ها و همچنين توزيع و بهره‌برداري از اطلاعات پردازش شده مي‌باشد كه جهت عملكرد‌صحيح ومناسب سيستم لازم است زنجيره‌ارتباطي مناسبي بين آنهاتعريف و ايجادگردد.
بنابراين فراهم نمودن بستر مناسب اطلاع رساني و ارتباطات به عنوان يكي از چهارچوبهاي اصلي در اجراي ITS مطرح مي گردد]6[،]11 .[
بطور کلي باتوجه به معماري سيستمهاي حمل و نقل هوشمند (ITS Architecture) چند دسته ارتباط در اين سيستم تعريف مي‌گردد که عبارتند از ارتباطات:
• مرکز به مرکز
• مرکز به مرکز
• مرکز به راه
• مرکز به خودرو/مسافر
• راه به راه
• راه به خودرو
همانطوركه در شكل 1 مشاهده مي شود اين اطلاعات شامل موارد‌ذيل مي‌باشد:
• اطلاعات مربوط به کنترل ترافيک
• اطلاعات مربوط به نظارت ترافيک
• اطلاعات مربوط به انواع سيستمهاي اطلاع‌رساني سمعي‌وبصري به رانندگان و مسافرين
• اطلاعات مربوط به شناسايي و تعيين محل خودکار خودروو وسايل نقليه مورد نظر
• پيامهايي براي ايجاد هماهنگي بين مراكزو به اشتراك گذاردن اطلاعات
• اطلاعات مربوط به پردازشهاي بانکهاي اطلاعاتي
• اطلاعات مياني مبادله شده براي کاربردهاي مترو ،ترانزيت و پيش بيني ترافيک]9[
شكل(1(
در قالب خدمات ITS به عنوان يك سيستم حمل و نقل هوشمند نياز به كانالهاي ارتباطي خاص و نوع سرويس مخابراتي‌متناسب با سرويس ITS ارائه شده الزامي است. به عبارت ديگر اطلاعات بين اين اجزاء بصورت زمان واقعي (بلادرنگ) و در يك شبكه مجتمع شامل اطلاعات (ديتا ، صوت وتصوير ) مبادله مي گردد واين سيستمها در تعامل با يكديگر مي باشند و نياز به مبادله حجم گسترده اي از اطلاعات در يك شبكه اطلاع‌رساني منسجم و هماهنگ با مديريت مناسب خواهد بود. در ادامه با توجه به اهميت زيرساختهاي ارتباطي در ITS به اين موضوع پرداخته خواهد شد.
4- انواع ارتباطات ITS
همانطور که در شکل 2 ديده مي شود ارتباطات در ITS با توجه به کاربرد به دو دسته کلي تقسيم مي شوند كه عبارتند از: ارتباطات بي‌سيم و باسيم.
البته درانتخاب نوع کانال و تکنولوژي بر حسب ويژگي نوع خدمات مورد نظراز جمله ماهيت وحجم داده ها ، مسافت ،ثابت يا متحرک، يکطرفه يا دو طرفه ، برد کوتاه يا ناحيه وسيع و موارد ديگر ارزيابي‌ميگردد]10[.
با بررسي صورت گرفته برروي انواع بسترهاي ارتباطي با سيم اعم از زوج سيم، کابل کواکسيال و فيبرنوري مشخص‌گرديده که بهترين کانال ارتباطي با توجه به پارامترهاي امنيت، ظرفيت بالا ، کيفيت و قابليت اطمينان كانال ارتباطي فيبر نوري خواهد بود و هيچ جايگزيني براي آن نمي توان مطرح كرد. شبكه هاي فيبرنوري در تكنولوژي ارتباطات سالهاست كه جاي خود را بازكرده و بعنوان يكي از بسترهاي اصلي در شبكه هاي اطلاع رساني مطرح‌مي‌گردند ودرحال حاضر نيز بمنظور پاسخگويي به نيازهاي تبادل‌اطلاعات و به اشتراك گذاردن اطلاعات ITSايجاد شبكه ارتباطي فيبر نوري امري اجتناب ناپذير بوده و به عنوان بستراصلي ارتباطات ITS در كشورها معرفي‌شده‌ا‌ست]7[،]8[،]9[.
شكل(2)
ذکر اين نکته حائز اهميت است که با وجود قابليتهاي زياد شبکه هاي فيبرنوري، اين شبکه نمي تواند به تنهايي پاسخگوي کليه نيازهاي ارتباطي ITS باشد؛كه اين عدم پاسخگويي معمولا به دو دليل است:
1. باتوجه به ماهيت تحرک و وجود کاربران متحرک ارائه برخي از خدمات و سرويسهاي ITS مستلزم فراهم بودن بسترارتباطي غيرثابت با قابليت جابجايي و به کارگيري ارتباطات بي سيم است.
2. با توجه به بالا بودن هزينه ها و زمان بهره برداري از شبکه هاي فيبرنوري و درنظرگرفتن وسعت شهرها از نظر جغرافيايي و پراکندگي اجزاء مختلف در ITS ، در بعضي از نقاط پياده سازي بسترارتباطي با فيبرنوري مقرون به صرفه نبوده ويا مستلزم اجراي برنامه هاي طولاني مدت مي باشد و در چنين شرايطي بکارگيري بسترهاي ارتباطي بي‌سيم مي تواند به عنوان جايگزين مناسبي مطرح گردد.
3. درشرايط بحران و در زمان وقوع حوادث غيرمترقبه از جمله زلزله بسترهاي ارتباطي باسيم خصوصا فيبرنوري آسيب‌پذير‌بوده ونيازبه بسترهاي ارتباطي بي سيم مناسب بعنوان پشتيبان مي باشد.
البته ذکر اين نکته لازم است که تمامي کشورها با موارد مذکور به‌نوعي مواجه مي باشند ولي در کشور ما به دليل عدم‌گسترش مناسب بسترارتباطي فيبرنوري، هزينه و سهولت استفاده از سرويسهاي ارتباطي آن، مي توان گفت ضعيف بودن زيرساخت هاي ارتباطي به عنوان يکي از موانع جدي در بکارگيري و پياده سازي سيستمهاي هوشمندحمل‌ونقل محسوب مي گردد. بنابراين باتوجه به مواردمذکورلازم است به موازات ايجاد زيرساخت ارتباطي فيبرنوري در يک برنامه ريزي اصولي به دنبال بکارگيري روشهاي بهينه و کوتاه‌مدت و از جمله بسترهاي ارتباطي بي‌سيم، بمنظور بهره گيري از خدمات ITS باشيم. لذا مي بايست انواع تکنولوژيهاي ارتباطي بي سيم از نظر ويژگيها و قابليت پاسخگويي به نيازهاي ارتباطي، بعنوان زيرساخت‌ارتباطي در ITS مورد ارزيابي قرارگيرد.
5- معيارهاي مهم در طراحي شبکه ارتباطي ITS
با توجه به ماهيت داده هاي ITS در انتخاب نوع تکنولوژي و طراحي يک شبکه ارتباطي ITS توجه به معيارها و ويژگيهاي ذيل مورد‌توجه‌مي باشد:
• ظرفيت بالا (خصوصا نرخ داده بالا در داده هاي تصويري)
• كيفيت سرويس - هر كدام از پايانه ها در شبكه سرويس ITS خاصي را فراهم مي كند و QOS بايد بطور متناسب براي آن در‌نظر‌گرفته شود .
• قابليت اطمينان
• در دسترس بودن شبکه
• پايداري ارتباط
• اطلاعات زمان واقعي
• قابليت ترميم سريع و كارآ در صورت بروز خرابي در شبكه
• امنيت
• گستردگي ناحيه تحت پوشش
• قابليت توسعه
• قابليت جابجايي (در سرويسهاي مرتبط با خودرو ها ومسافران)
• هزينه
• پذيرش استانداردها
• مديريت بهينه شبکه
لازم به توضيح است با توجه به ماهيت سرويسهاي بکار رفته و از جمله وجود ترافيک ويدئو در شبکه انتخاب معماري صحيح و تعيين معيارهاي مناسب در طراحي اين شبکه در ايجاد يک شبکه مناسب وکارا و در عين حال درنظر گرفتن هزينه بکار رفته شده که معمولاً يك trade –off بين آنها وجود دارد از اهميت ويژه اي برخوردار‌است]7[،]10 .[
با بررسي هاي صورت گرفته برروي شبکه هاي بي سيم مي‌توان‌گفت شبکه هاي بي سيم متداول مانند شبکه GSM، CDMA، WLAN نمي توانند پاسخگوي بخش اعظمي از نيازهاي انتقال داده در ITS باشند]1[،]2[.تا همين سال هاي اخير معمولاَ شبکه بي‌سيم به عنوان بسترهاي ارتباطي باظرفيت کم و غيرقابل اطمينان شناخته مي شدند ولي با ظهور تکنولوژي ها و استانداردهاي ارتباطي جديد پيشرفتهاي چشمگيري در زمينه ارتباطات بي سيم باندپهن بوجود‌آمده که معايب و ضعف هاي شبکه هاي بي سيم قبلي راندارد. در بخش بعدي هدف معرفي يکي از تکنولوژي هاي بي‌سيم باندپهن نسل آينده را با نام WiMax مي باشد. شايان ذکر است باتوجه به قابليتهاي اين تکنولوژي کشورهاي زيادي از جمله کشور چين که از نظر تشکيل ، بازسازي و يا توسعه شبکه فيبرنوري و زيرساخت ارتباطي ITS با مشکل مواجه هستند، بکارگيري شبکه‌ارتباطي براساس WiMax را جزء برنامه هاي اصلي خود درسالهاي آتي جهت تحقق وپياده سازي ITS قرارداده اند]3[.
6- تکنولوژي WiMax ومزاياي آن
تکنولوژيWiMax که مخفف عبارت worldwide interoperability for microwave access مي باشد بعنوان تکنولوژي شبکه هاي شهري بي سيم که از اتصالات باند پهن براي کاربران ثابت ومتحرک پشتيباني مي نمايد تحت قالب استاندارد IEEE802.16x مطرح گرديده است.WiMax تقريبا مشابه WiFi کارمي کند اما باسرعتي بيشتر ،محدوده پوشش وسيعتر و تعدادمشترکين بيشتر.
هرسيستم WiMaxاز دوقسمت اصلي دکل WiMax(ايستگاه مركزيBST)و گيرنده (CPE) تشکيل شده است:
دکل WiMax که مانند دکل هاي آنتن تلفن هاي سلولي ( همراه) عمل مي کند . با اين تفاوت که يک دکل فرستنده WiMax قادر‌است تا به تنهايي محدوده اي تقريبا برابر 8000 کيلومترمربع را تحت‌پوشش قراردهد، درحالي که دکل هاي تلفن همراه محدوده اي بسيارکوچک را تحت پوشش قرارميدهند.ارتباط ميان گيرنده ها و دکل هاي سيستم WiMax ازدو‌طريق برقرار مي شودکه عبارتنداز:
روش ديد غيرمستقيم :نوعي خدمات مشابه WiFi است که رايانه ها به کمک آنتن هاي کوچک با دکل ارتباط برقرارمي‌کنند . در اين روش WiMax از گستره فرکانسي پايين تري در حدود 2تا11 گيگاهرتز (تقريبا مشابه WiFi) استفاده‌مي کند.از طرفي در اين روش امواج توسط موانع فيزيکي مانند درختان و ساختمان ها و غيره دچار تفرق و گسستگي شده و عبور‌مي کنند. بطوريکه کاربران قادر به انتقال اطلاعات تا فاصله 8 کيلومتري از دکل اصلي مي باشند.
روش ديد مستقيم: در اين روش آنتن گيرنده درست روبروي يک دکل WiMax در ارتفاع مناسب قرارمي گيرد. معمولا در اين روش از گستره فرکانسي بالاتر تا 66 گيگاهرتز استفاده مي شود و در اين روش اتصال قوي تر و پايدارتري با نرخ خطاي پايين تر فراهم مي شود.در اين حالت تکنولوژي WiMax قادر است يک محدوده حداکثر50کيلومتر را پوشش دهد.حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در اين تکنولوژي حداکثر 75 مگابيت برثانيه مي باشد .اين مقدار در سيستم WiFi 54 مگابيت برثانيه است. اما از جمله تفاوتهاي اصلي اين دو سيستم سرعت انتقال اطلاعات نمي‌باشد. بلکه مسافت وبرد بيشتر است. هرچند که از نظر نرخ انتقال داده در مقايسه با شبکه هاي سلولي متداول که در رنج 400کيلوبيت‌برثانيه تا 10 مگابيت برثانيه قراردارد بسيار بيشتر است.
از جمله ويژگيهاي خاص اين تکنولوژي مي‌توان به قابليت تأمين‌کيفيت‌سرويس مناسب متناسب با نوع کاربرد و براي انواع داده‌ها از جمله انتقال تصوير بصورت زمان واقعي اشاره نمود. همچنين اين تکنولوژي تحت عنوان IEEE802.16e به گونه اي طراحي شده که قادر به ارائه سرويس براي کاربران متحرک مانند خودروها تا سرعت 120 کيلومتر‌در ساعت است. بنابراين مي‌توان گفت شبکه WiMax بسترامن وقابل اطميناني است که پوشش مطلوبي را در تمامي شهر براي کاربران ثابت ومتحرک با ظرفيت و پهناي باند بالا ايجاد خواهد‌نمود و با توجه به قابليتهاي آن به عنوان يک راه حل بي سيم مناسب براي شهرهاي بزرگ در نسل آينده مورد‌توجه‌مي‌باشد]3[،]4[،]5[.
7- نتيجه گيري
در پايان به اختصار مي توان گفت بمنظور پياده سازي سيستم‌هوشمند‌حمل ونقل و بهره گيري از مزاياي ITS لازم است در کنار يك برنامه ريزي منسجم در زمينه ايجاد طرحهاي استراتژيك مرتبط با مديريت هوشمند ترافيك، فراهم نمودن بستر‌مناسب اطلاع‌رساني و ارتباطات به عنوان يكي از اركان اصلي در اجراي ITS مورد توجه ويژه قرارگيرد.
شايان ذكراست درصورتيكه مسئولين و متوليان محترم نسبت به فراهم نمودن اين زيرساختها وكاهش هزينه هاي مرتبط همت نکنند، سيستمهاي هوشمند حمل ونقل به جز يک شعار نخواهد بود و سرمايه گذاريها بازدهي مناسبي نداشته و بهره‌گيري از مزاياي يک سيستم هوشمند حمل ونقل کارآمد و يکپارچه امکان‌پذير نمي باشدو صرفاً ممکن است، بتوان در بعضي از زير پروژه هاي ITS بصورت غير منسجم سرويسهايي را ارائه نمود.
ازجمله اقداماتي که در اين راستا مي توان انجام داد به طور اجمالي به شرح ذيل است:
بمنظور توسعه پايدار در راستاي تحقق پروژه هاي ITS ،ايجاد شبكه‌ارتباطي فيبر نوري به عنوان بستراصلي ارتباطات ITS امري‌اجتناب‌ناپذير بوده و لازم است بكارگيري وتوسعه اين بسترارتباطي در اهداف بلندمدت مورد توجه قرارگيرد.
ازطرفي با توجه به محدوديتهاي موجود درکشور ازنظرزيرساخت فيبرنوري و همچنين با توجه به پيشرفتهاي اخير در زمينه تکنولوژي هاي بي سيم و از جمله تکنولوژي WiMaxبه عنوان يک شبکه‌بي‌سيم شهري، مي توان گفت اين تکنولوژي باتوجه به ارائه‌سرويسهاي مختلف مي تواند پاسخگوي نيازهاي ارتباطي در اکثر بخشها باشد و لازم است با توجه به خدمات مورد نظر در ITS و معيارهاي مورد نياز، نسبت به طراحي مناسب يک شبکه ارتباطي بي‌سيم برمبناي تکنولوژي مذکوردر قالب يک برنامه استراتژيک تحتعنوان Application for ITS Wireless Master Plan اقدام‌نمود وبه اين ترتيب در راستاي خدمت‌رساني بهتر به شهروندان در شهرالكترونيك، تحقق پروژه هاي ITS را سرعت بخشيد.
مراجع
[1]. Elliott, Scott D. and Dailey, Daniel J., Wireless Communications for Intelligent Transportation Systems, Artech House, Inc., Boston-London, 1995.
[2]. Katherine ann Archer B.B.A,"Strategic analysis of wireless innovation in intelligent transportation systems", Simon Fraser University,Degree of Master, Spring 2007.
[3]. Fuqiang Liu, Fengzhong Li,"Intelligent Transportation System Based on the Next Generation Broadband Wireless Communication",2005
[4]. About the WiMAX Forum. Available at http://www.wimaxforum.org/abou
[5]. IEEE Standard 802.16–2004TM, “IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface For Fixed Broadband Wireless Access Systems (Standards style)”, 2004.
[6]. PB Farradyne,"Communication Plan to Support the Ten-Year ITS Cost Feasible Plan", Florida Department of Transportation ITS Office,2003
[7]. Chawner, Michael H,Parsons, Dan",Design Choices in Fiber Optic ITS Telecommunications Networks",2000
[8]. Michael C. Pietrzyk, P.E. ," Raising Local Government I.Q. on Fiber-Optic Communication Systems",2000
[9]. National ITS Architecture Documentation ver.6. Available at http://www.iteris.com/itsarch/
[10]. Gary W. Euler,"National ITS ProgramPlan,Chapter IV(TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS)",U.S. DOT
[11]. "Conceptual Communication Plan for the FDOT District 7 Regional ITS Architecture", Florida DOT District
چكيده:
درسالهاي اخير بکارگيري فن آوريهاي نوين در حمل ونقل يعني پياده سازي سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل بعنوان يکي از مکانيزمهاي مطرح بمنظور پاسخگويي به نيازهاي حمل ونقل درعصر مدرن مطرح گرديده است. از طرفي مي‌توان گفت درراستاي تحقق شهرداري الكترونيك شناخته شده‌است،دربخش حمل ونقل،سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل (Intelligent Transportation System) به عنوان يكي ازابزارهاي مؤثردر مديريت شهري شناخته شده اند.
اين مقاله با توجه به اينكه تحقق و پياده سازي ITS مستلزم فراهم‌نمودن پيش نيازها و زيرساختهاي ارتباطي لازم در اين زمينه مي است، ضمن معرفي اجمالي اين سيستم،به اهميت ارتباطات بعنوان يکي از اركان مهم درارائه خدمات ITS و معرفي انواع ارتباطات و معيارهاي مورد نياز در انتخاب تكنولوژي ارتباطات درITS خواهدپرداخت. در ادامه با توجه به محدوديتهاي موجود در زمينه ايجاد، توسعه و بازسازي شبكه هاي فيبرنوري در دنيا و علي الخصوص كشور ما وهمچنين ماهيت ارتباطات مورد نياز در ITS ،تكنولوژي بي سيم باند پهن در نسل آينده با نام WiMax را كه بعنوان يك بستربي سيم امن وقابل اطمينان در شهرها جهت ارائه خدمات ITS شناخته شده است معرفي نموده و طراحي يك شبكه بي‌سيم شهري براساس اين تكنولوژي را در قالب يك برنامه استراتژيك پيشنهاد مي نمايد.
1- مقدمه
ساخت راهها و توليد خودروهاي شخصي در طول قرن بيستم رشدي بي سابقه داشته و جامعه متحرك امروزي را خلق‌كرده‌است اين امر موجب تقويت كيفيت زندگي شهروندان و ايجاد رفاه صنعتي و اقتصادي شده است. ليكن از سوي ديگر مشكلات بسياري از قبيل تصادفات رانندگي ،افزايش ميزان ازدحام و راه بندان و تخريب محيط زيست در شهرها بيشتر نمايان شده است .
يکي از مکانيزمهاي مطرح بمنظور پاسخگويي به نيازهاي حمل‌ونقل درعصر مدرن بکارگيري فن آوريهاي نوين در حمل‌ونقل يعني پياده سازي سيستم هاي هوشمند حمل‌ونقل (ITS)مي باشد. ليکن تحقق و پياده سازي ITS مستلزم فراهم‌نمودن پيش نيازها و زيرساختهاي لازم در اين زمينه مي‌باشد. بررسي ها ي مختلف بيانگراين است كه ارتباطات وفن‌آوريهاي مرتبط با آن بعنوان يکي از اركان اصلي وپيش نياز ITSدردنيا مطرح‌گرديده است.
اين مقاله پس از تعريف اجمالي ITS به تشريح زيرساختهاي ارتباطي مورد نياز جهت ارائه سرويسهاي ITS ،انواع بسترهاي مخابراتي مورد استفاده در اين زمينه، معيارهاي مورد نياز در انتخاب وطراحي شبكه ارتباطي ITS و ارائه راهكار باتوجه به عملكرد ساير كشورها وشرايط ومحدوديتهاي موجود در كشور ايران خواهد پرداخت.
2- تعريف ITS
يكي از فناوريهاي نوين كه در مديريت حمل ونقل وترافيك مطرح شده ومي توان آن را از جمله مدرن ترين تكنيكهاي موجود در دنيا بمنظور بهبود ورفع مشكلات حمل ونقل وترافيك شهري نام برد، سيستم‌هوشمند حمل ونقل مي‌باشد. ITS يك زيرساختار اجتماعي است كه قادر به پاسخگويي نيازهاي حمل ونقل عصر مدرن مي باشد.
سيستم حمل و نقل هوشمند ITS عبارتست ازكاربرد رايانه ، الكترونيك و ديگر فن آوريهاي ارتباطي و استراتژي هاي مديريت به گونه اي هماهنگ و يكپارچه كه اطلاعات لازم جهت افزايش ايمني و كارايي سيستم حمل ونقل زميني را فراهم‌مي‌آورد.
3- ساختار شبكه ارتباطي در ITS
در تشريح عملكرد يك سيستم ITS ، زيرساختهاي ارتباطي به عنوان تكنولوژي‌اي كه جريان اطلاعات را بين وسائل نقليه هوشمند و راه هوشمند برقرارمي‌سازد محسوب مي گردد. جريان اطلاعات در تكنولوژي مذكور شامل فرايندهايي از قبيل جمع‌آوري و دريافت داده‌ها ، انتقال داده ها و پردازش داده ها و همچنين توزيع و بهره‌برداري از اطلاعات پردازش شده مي‌باشد كه جهت عملكرد‌صحيح ومناسب سيستم لازم است زنجيره‌ارتباطي مناسبي بين آنهاتعريف و ايجادگردد.
بنابراين فراهم نمودن بستر مناسب اطلاع رساني و ارتباطات به عنوان يكي از چهارچوبهاي اصلي در اجراي ITS مطرح مي گردد]6[،]11 .[
بطور کلي باتوجه به معماري سيستمهاي حمل و نقل هوشمند (ITS Architecture) چند دسته ارتباط در اين سيستم تعريف مي‌گردد که عبارتند از ارتباطات:
• مرکز به مرکز
• مرکز به مرکز
• مرکز به راه
• مرکز به خودرو/مسافر
• راه به راه
• راه به خودرو
همانطوركه در شكل 1 مشاهده مي شود اين اطلاعات شامل موارد‌ذيل مي‌باشد:
• اطلاعات مربوط به کنترل ترافيک
• اطلاعات مربوط به نظارت ترافيک
• اطلاعات مربوط به انواع سيستمهاي اطلاع‌رساني سمعي‌وبصري به رانندگان و مسافرين
• اطلاعات مربوط به شناسايي و تعيين محل خودکار خودروو وسايل نقليه مورد نظر
• پيامهايي براي ايجاد هماهنگي بين مراكزو به اشتراك گذاردن اطلاعات
• اطلاعات مربوط به پردازشهاي بانکهاي اطلاعاتي
• اطلاعات مياني مبادله شده براي کاربردهاي مترو ،ترانزيت و پيش بيني ترافيک]9[
شكل(1(
در قالب خدمات ITS به عنوان يك سيستم حمل و نقل هوشمند نياز به كانالهاي ارتباطي خاص و نوع سرويس مخابراتي‌متناسب با سرويس ITS ارائه شده الزامي است. به عبارت ديگر اطلاعات بين اين اجزاء بصورت زمان واقعي (بلادرنگ) و در يك شبكه مجتمع شامل اطلاعات (ديتا ، صوت وتصوير ) مبادله مي گردد واين سيستمها در تعامل با يكديگر مي باشند و نياز به مبادله حجم گسترده اي از اطلاعات در يك شبكه اطلاع‌رساني منسجم و هماهنگ با مديريت مناسب خواهد بود. در ادامه با توجه به اهميت زيرساختهاي ارتباطي در ITS به اين موضوع پرداخته خواهد شد.
4- انواع ارتباطات ITS
همانطور که در شکل 2 ديده مي شود ارتباطات در ITS با توجه به کاربرد به دو دسته کلي تقسيم مي شوند كه عبارتند از: ارتباطات بي‌سيم و باسيم.
البته درانتخاب نوع کانال و تکنولوژي بر حسب ويژگي نوع خدمات مورد نظراز جمله ماهيت وحجم داده ها ، مسافت ،ثابت يا متحرک، يکطرفه يا دو طرفه ، برد کوتاه يا ناحيه وسيع و موارد ديگر ارزيابي‌ميگردد]10[.
با بررسي صورت گرفته برروي انواع بسترهاي ارتباطي با سيم اعم از زوج سيم، کابل کواکسيال و فيبرنوري مشخص‌گرديده که بهترين کانال ارتباطي با توجه به پارامترهاي امنيت، ظرفيت بالا ، کيفيت و قابليت اطمينان كانال ارتباطي فيبر نوري خواهد بود و هيچ جايگزيني براي آن نمي توان مطرح كرد. شبكه هاي فيبرنوري در تكنولوژي ارتباطات سالهاست كه جاي خود را بازكرده و بعنوان يكي از بسترهاي اصلي در شبكه هاي اطلاع رساني مطرح‌مي‌گردند ودرحال حاضر نيز بمنظور پاسخگويي به نيازهاي تبادل‌اطلاعات و به اشتراك گذاردن اطلاعات ITSايجاد شبكه ارتباطي فيبر نوري امري اجتناب ناپذير بوده و به عنوان بستراصلي ارتباطات ITS در كشورها معرفي‌شده‌ا‌ست]7[،]8[،]9[.
شكل(2)
ذکر اين نکته حائز اهميت است که با وجود قابليتهاي زياد شبکه هاي فيبرنوري، اين شبکه نمي تواند به تنهايي پاسخگوي کليه نيازهاي ارتباطي ITS باشد؛كه اين عدم پاسخگويي معمولا به دو دليل است:
1. باتوجه به ماهيت تحرک و وجود کاربران متحرک ارائه برخي از خدمات و سرويسهاي ITS مستلزم فراهم بودن بسترارتباطي غيرثابت با قابليت جابجايي و به کارگيري ارتباطات بي سيم است.
2. با توجه به بالا بودن هزينه ها و زمان بهره برداري از شبکه هاي فيبرنوري و درنظرگرفتن وسعت شهرها از نظر جغرافيايي و پراکندگي اجزاء مختلف در ITS ، در بعضي از نقاط پياده سازي بسترارتباطي با فيبرنوري مقرون به صرفه نبوده ويا مستلزم اجراي برنامه هاي طولاني مدت مي باشد و در چنين شرايطي بکارگيري بسترهاي ارتباطي بي‌سيم مي تواند به عنوان جايگزين مناسبي مطرح گردد.
3. درشرايط بحران و در زمان وقوع حوادث غيرمترقبه از جمله زلزله بسترهاي ارتباطي باسيم خصوصا فيبرنوري آسيب‌پذير‌بوده ونيازبه بسترهاي ارتباطي بي سيم مناسب بعنوان پشتيبان مي باشد.
البته ذکر اين نکته لازم است که تمامي کشورها با موارد مذکور به‌نوعي مواجه مي باشند ولي در کشور ما به دليل عدم‌گسترش مناسب بسترارتباطي فيبرنوري، هزينه و سهولت استفاده از سرويسهاي ارتباطي آن، مي توان گفت ضعيف بودن زيرساخت هاي ارتباطي به عنوان يکي از موانع جدي در بکارگيري و پياده سازي سيستمهاي هوشمندحمل‌ونقل محسوب مي گردد. بنابراين باتوجه به مواردمذکورلازم است به موازات ايجاد زيرساخت ارتباطي فيبرنوري در يک برنامه ريزي اصولي به دنبال بکارگيري روشهاي بهينه و کوتاه‌مدت و از جمله بسترهاي ارتباطي بي‌سيم، بمنظور بهره گيري از خدمات ITS باشيم. لذا مي بايست انواع تکنولوژيهاي ارتباطي بي سيم از نظر ويژگيها و قابليت پاسخگويي به نيازهاي ارتباطي، بعنوان زيرساخت‌ارتباطي در ITS مورد ارزيابي قرارگيرد.
5- معيارهاي مهم در طراحي شبکه ارتباطي ITS
با توجه به ماهيت داده هاي ITS در انتخاب نوع تکنولوژي و طراحي يک شبکه ارتباطي ITS توجه به معيارها و ويژگيهاي ذيل مورد‌توجه‌مي باشد:
• ظرفيت بالا (خصوصا نرخ داده بالا در داده هاي تصويري)
• كيفيت سرويس - هر كدام از پايانه ها در شبكه سرويس ITS خاصي را فراهم مي كند و QOS بايد بطور متناسب براي آن در‌نظر‌گرفته شود .
• قابليت اطمينان
• در دسترس بودن شبکه
• پايداري ارتباط
• اطلاعات زمان واقعي
• قابليت ترميم سريع و كارآ در صورت بروز خرابي در شبكه
• امنيت
• گستردگي ناحيه تحت پوشش
• قابليت توسعه
• قابليت جابجايي (در سرويسهاي مرتبط با خودرو ها ومسافران)
• هزينه
• پذيرش استانداردها
• مديريت بهينه شبکه
لازم به توضيح است با توجه به ماهيت سرويسهاي بکار رفته و از جمله وجود ترافيک ويدئو در شبکه انتخاب معماري صحيح و تعيين معيارهاي مناسب در طراحي اين شبکه در ايجاد يک شبکه مناسب وکارا و در عين حال درنظر گرفتن هزينه بکار رفته شده که معمولاً يك trade –off بين آنها وجود دارد از اهميت ويژه اي برخوردار‌است]7[،]10 .[
با بررسي هاي صورت گرفته برروي شبکه هاي بي سيم مي‌توان‌گفت شبکه هاي بي سيم متداول مانند شبکه GSM، CDMA، WLAN نمي توانند پاسخگوي بخش اعظمي از نيازهاي انتقال داده در ITS باشند]1[،]2[.تا همين سال هاي اخير معمولاَ شبکه بي‌سيم به عنوان بسترهاي ارتباطي باظرفيت کم و غيرقابل اطمينان شناخته مي شدند ولي با ظهور تکنولوژي ها و استانداردهاي ارتباطي جديد پيشرفتهاي چشمگيري در زمينه ارتباطات بي سيم باندپهن بوجود‌آمده که معايب و ضعف هاي شبکه هاي بي سيم قبلي راندارد. در بخش بعدي هدف معرفي يکي از تکنولوژي هاي بي‌سيم باندپهن نسل آينده را با نام WiMax مي باشد. شايان ذکر است باتوجه به قابليتهاي اين تکنولوژي کشورهاي زيادي از جمله کشور چين که از نظر تشکيل ، بازسازي و يا توسعه شبکه فيبرنوري و زيرساخت ارتباطي ITS با مشکل مواجه هستند، بکارگيري شبکه‌ارتباطي براساس WiMax را جزء برنامه هاي اصلي خود درسالهاي آتي جهت تحقق وپياده سازي ITS قرارداده اند]3[.
6- تکنولوژي WiMax ومزاياي آن
تکنولوژيWiMax که مخفف عبارت worldwide interoperability for microwave access مي باشد بعنوان تکنولوژي شبکه هاي شهري بي سيم که از اتصالات باند پهن براي کاربران ثابت ومتحرک پشتيباني مي نمايد تحت قالب استاندارد IEEE802.16x مطرح گرديده است.WiMax تقريبا مشابه WiFi کارمي کند اما باسرعتي بيشتر ،محدوده پوشش وسيعتر و تعدادمشترکين بيشتر.
هرسيستم WiMaxاز دوقسمت اصلي دکل WiMax(ايستگاه مركزيBST)و گيرنده (CPE) تشکيل شده است:
دکل WiMax که مانند دکل هاي آنتن تلفن هاي سلولي ( همراه) عمل مي کند . با اين تفاوت که يک دکل فرستنده WiMax قادر‌است تا به تنهايي محدوده اي تقريبا برابر 8000 کيلومترمربع را تحت‌پوشش قراردهد، درحالي که دکل هاي تلفن همراه محدوده اي بسيارکوچک را تحت پوشش قرارميدهند.ارتباط ميان گيرنده ها و دکل هاي سيستم WiMax ازدو‌طريق برقرار مي شودکه عبارتنداز:
روش ديد غيرمستقيم :نوعي خدمات مشابه WiFi است که رايانه ها به کمک آنتن هاي کوچک با دکل ارتباط برقرارمي‌کنند . در اين روش WiMax از گستره فرکانسي پايين تري در حدود 2تا11 گيگاهرتز (تقريبا مشابه WiFi) استفاده‌مي کند.از طرفي در اين روش امواج توسط موانع فيزيکي مانند درختان و ساختمان ها و غيره دچار تفرق و گسستگي شده و عبور‌مي کنند. بطوريکه کاربران قادر به انتقال اطلاعات تا فاصله 8 کيلومتري از دکل اصلي مي باشند.
روش ديد مستقيم: در اين روش آنتن گيرنده درست روبروي يک دکل WiMax در ارتفاع مناسب قرارمي گيرد. معمولا در اين روش از گستره فرکانسي بالاتر تا 66 گيگاهرتز استفاده مي شود و در اين روش اتصال قوي تر و پايدارتري با نرخ خطاي پايين تر فراهم مي شود.در اين حالت تکنولوژي WiMax قادر است يک محدوده حداکثر50کيلومتر را پوشش دهد.حداکثر سرعت انتقال اطلاعات در اين تکنولوژي حداکثر 75 مگابيت برثانيه مي باشد .اين مقدار در سيستم WiFi 54 مگابيت برثانيه است. اما از جمله تفاوتهاي اصلي اين دو سيستم سرعت انتقال اطلاعات نمي‌باشد. بلکه مسافت وبرد بيشتر است. هرچند که از نظر نرخ انتقال داده در مقايسه با شبکه هاي سلولي متداول که در رنج 400کيلوبيت‌برثانيه تا 10 مگابيت برثانيه قراردارد بسيار بيشتر است.
از جمله ويژگيهاي خاص اين تکنولوژي مي‌توان به قابليت تأمين‌کيفيت‌سرويس مناسب متناسب با نوع کاربرد و براي انواع داده‌ها از جمله انتقال تصوير بصورت زمان واقعي اشاره نمود. همچنين اين تکنولوژي تحت عنوان IEEE802.16e به گونه اي طراحي شده که قادر به ارائه سرويس براي کاربران متحرک مانند خودروها تا سرعت 120 کيلومتر‌در ساعت است. بنابراين مي‌توان گفت شبکه WiMax بسترامن وقابل اطميناني است که پوشش مطلوبي را در تمامي شهر براي کاربران ثابت ومتحرک با ظرفيت و پهناي باند بالا ايجاد خواهد‌نمود و با توجه به قابليتهاي آن به عنوان يک راه حل بي سيم مناسب براي شهرهاي بزرگ در نسل آينده مورد‌توجه‌مي‌باشد]3[،]4[،]5[.
7- نتيجه گيري
در پايان به اختصار مي توان گفت بمنظور پياده سازي سيستم‌هوشمند‌حمل ونقل و بهره گيري از مزاياي ITS لازم است در کنار يك برنامه ريزي منسجم در زمينه ايجاد طرحهاي استراتژيك مرتبط با مديريت هوشمند ترافيك، فراهم نمودن بستر‌مناسب اطلاع‌رساني و ارتباطات به عنوان يكي از اركان اصلي در اجراي ITS مورد توجه ويژه قرارگيرد.
شايان ذكراست درصورتيكه مسئولين و متوليان محترم نسبت به فراهم نمودن اين زيرساختها وكاهش هزينه هاي مرتبط همت نکنند، سيستمهاي هوشمند حمل ونقل به جز يک شعار نخواهد بود و سرمايه گذاريها بازدهي مناسبي نداشته و بهره‌گيري از مزاياي يک سيستم هوشمند حمل ونقل کارآمد و يکپارچه امکان‌پذير نمي باشدو صرفاً ممکن است، بتوان در بعضي از زير پروژه هاي ITS بصورت غير منسجم سرويسهايي را ارائه نمود.
ازجمله اقداماتي که در اين راستا مي توان انجام داد به طور اجمالي به شرح ذيل است:
بمنظور توسعه پايدار در راستاي تحقق پروژه هاي ITS ،ايجاد شبكه‌ارتباطي فيبر نوري به عنوان بستراصلي ارتباطات ITS امري‌اجتناب‌ناپذير بوده و لازم است بكارگيري وتوسعه اين بسترارتباطي در اهداف بلندمدت مورد توجه قرارگيرد.
ازطرفي با توجه به محدوديتهاي موجود درکشور ازنظرزيرساخت فيبرنوري و همچنين با توجه به پيشرفتهاي اخير در زمينه تکنولوژي هاي بي سيم و از جمله تکنولوژي WiMaxبه عنوان يک شبکه‌بي‌سيم شهري، مي توان گفت اين تکنولوژي باتوجه به ارائه‌سرويسهاي مختلف مي تواند پاسخگوي نيازهاي ارتباطي در اکثر بخشها باشد و لازم است با توجه به خدمات مورد نظر در ITS و معيارهاي مورد نياز، نسبت به طراحي مناسب يک شبکه ارتباطي بي‌سيم برمبناي تکنولوژي مذکوردر قالب يک برنامه استراتژيک تحتعنوان Application for ITS Wireless Master Plan اقدام‌نمود وبه اين ترتيب در راستاي خدمت‌رساني بهتر به شهروندان در شهرالكترونيك، تحقق پروژه هاي ITS را سرعت بخشيد.
مراجع
[1]. Elliott, Scott D. and Dailey, Daniel J., Wireless Communications for Intelligent Transportation Systems, Artech House, Inc., Boston-London, 1995.
[2]. Katherine ann Archer B.B.A,"Strategic analysis of wireless innovation in intelligent transportation systems", Simon Fraser University,Degree of Master, Spring 2007.
[3]. Fuqiang Liu, Fengzhong Li,"Intelligent Transportation System Based on the Next Generation Broadband Wireless Communication",2005
[4]. About the WiMAX Forum. Available at http://www.wimaxforum.org/abou
[5]. IEEE Standard 802.16–2004TM, “IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Part 16: Air Interface For Fixed Broadband Wireless Access Systems (Standards style)”, 2004.
[6]. PB Farradyne,"Communication Plan to Support the Ten-Year ITS Cost Feasible Plan", Florida Department of Transportation ITS Office,2003
[7]. Chawner, Michael H,Parsons, Dan",Design Choices in Fiber Optic ITS Telecommunications Networks",2000
[8]. Michael C. Pietrzyk, P.E. ," Raising Local Government I.Q. on Fiber-Optic Communication Systems",2000
[9]. National ITS Architecture Documentation ver.6. Available at http://www.iteris.com/itsarch/
[10]. Gary W. Euler,"National ITS ProgramPlan,Chapter IV(TELECOMMUNICATIONS SYSTEMS)",U.S. DOT
[11]. "Conceptual Communication Plan for the FDOT District 7 Regional ITS Architecture", Florida DOT District
