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新ITS架構結合5G及SDN技術

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科技產業資訊室 - May 發表於 2018年10月17日
使用基於5G的軟體定義網路技術,使智慧交通建置成本降低並提高安全。

智慧交通系統(ITS)是一種利用物聯網(IoT)進行數據收集、提供交通速度、車輛距離和對駕駛員潛在危險的數據的技術,使交通更加順暢,讓更安全的道路可能即將到來。雖然這項ITS技術已存在一段時間,但目前的部署成本高昂且耗時。最近,研究人員提出了一種基於5G的軟體定義網絡(SDN)架構,可以減少與ITS部署相關的成本費用和耗時的問題。

由Georgia Southern University助理教授Syed Hassan Ahmed團隊,研究一種ITS新架構,提供車輛與SDN控制器之間得以持續連接。該新架構能快速處理大量的數據、提供低成本實現,具有高頻寬和更少的端到端(end-to-end)的延遲。
 
在ITS概念中,道路上的所有車輛將與其他車輛和基礎設施保持持續通信。這需要車載設備和路邊單元(RSU)為駕駛員提供指示和警訊。
 
新架構ITS系統將結合了5G移動通信架構來最小化ITS部署成本,該架構使用更少的能量並提供擴展的系統容量 - 以及軟體定義網絡(SDN)。SDN是一種雲計算架構,利用控制平面(control plan)的物理性分離,從一個轉發平面發送控制平面所提供的任何命令。
 
使用新的ITS架構,利用5G網路進行數據收集和傳輸,而SDN依據系統而處理收集來的數據。5G提供更多頻寬和更高數據速率,以處理ITS所生成的大量數據,SDN架構提供靈活性和更輕鬆的數據管理。
 
圖1、新ITS架構結合5G及SDN技術

圖片來源:IEEE Xplore, 2018/9
 
5G網絡分成三個功能層:匯聚層(Convergence Layer)、中繼層(Relay Layer)和感測層(Sensing Layer)。該系統的核心網絡(Core Network)構成了匯聚層,其工作是發送和處理由支持5G的多輸入多輸出(MIMO)網絡傳輸的數據,該網絡可以同時處理多個數據包的傳輸。
 
中繼層的作用是協助與ITS中的各個車輛進行通信。多個互連的RSUs進行D2D(裝置-to-裝置)之間的通信,於感測層和匯聚層之間的數據傳播。感測層基於嵌入車輛的物聯網(IoT)以及分散在智慧城市中的物聯網感測器來收集數據。傳感層可以在核心網絡處理該數據後,再向駕駛者提供交通信息。
 
在5G架構中,SDN核心網絡用於處理由IoT感測器聚合的數據。SDN核心網絡使用SDN控制器來優化數據收集和傳輸。控制器採用交通流量工程方法,根據流量擁塞確定網絡中路由器的優先等級,因而允許網路能即時提供車輛方向和位置。
 
為了處理數據,SDN核心網絡使用Hadoop數據系統演算法,可在不需要某些節點的情況下調整網絡節點使用來更有效地處理大量數據。SDN還能過濾掉不必要的數據之後,對交通事件進行分類並生成決策。

 
Ahmed教授團隊,進行新 ITS架構與RMERS--處理時間模擬之比較。為了測試他們的系統,研究人員使用C編程語言運行模擬,將他們的架構性能與現有的ITS架構RMERS進行比較。結果顯示,他們的系統比其他系統產生更多的流量數據,並且始終比RMERS需要更少的查詢處理時間。
 
圖2、新 ITS架構與RMERS--處理時間模擬之比較

圖片來源:IEEE Xplore, 2018/9
 
該團隊希望將他們提出的架構轉移到5G架構,再加入深度學習算法將大數據分析整合到他們的系統中。目前,仍需要更多的測試與開發。(1066字;圖2)


參考資料:
Reducing Costs and Commutes with a 5G-Based Software-Defined ITS. IEEE Xplore, 2018/9/20.

 
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