Car-to-X Communication in Heterogeneous Environments

Fahrzeug-Umfeld-Kommunikation in heterogenen Szenarien

  • The challenge of designing and evaluating an integral wireless communication system that affords the exchange of data between cars and with infrastructure is commonly answered only in part. Car-to-X communication systems are generally treated as operating either only in freeway scenarios or only in urban scenarios, operating either in a completely infrastructure-less or an infrastructure-dependent fashion. It can be argued, however, that in the highly heterogeneous environments of real-life deployments such distinctions cannot be made. In the first part of this work, we demonstrate how to take simulative performance evaluation of Car-to-X communication systems one step beyond current approacThe challenge of designing and evaluating an integral wireless communication system that affords the exchange of data between cars and with infrastructure is commonly answered only in part. Car-to-X communication systems are generally treated as operating either only in freeway scenarios or only in urban scenarios, operating either in a completely infrastructure-less or an infrastructure-dependent fashion. It can be argued, however, that in the highly heterogeneous environments of real-life deployments such distinctions cannot be made. In the first part of this work, we demonstrate how to take simulative performance evaluation of Car-to-X communication systems one step beyond current approaches: we present our successful Open Source framework Veins for the co-simulation of communication networks and road traffic. It allows simulating complex heterogeneous scenarios with a high degree of realism and allows for road traffic to be influenced by network communication – a prerequisite for the evaluation of Traffic Information System (TIS) designs. Veins relies on a coupling of state-of-the-art simulators from both domains to incorporate validated models for road traffic microsimulation and network simulation, and extends them for the simulative performance evaluation of Car-to-X communication systems. In a second part of this work, we present our Adaptive Traffic Beacon (ATB) protocol, an evolved beaconing approach to Car-to-X communication for operation in truly heterogeneous environments. We base its design on lessons learned from evaluating common approaches to Inter-Vehicle Communication (IVC), identifying adaptivity as the key property such approaches were lacking. ATB realizes a self-organizing TIS also able to make use of optionally available Roadside Unit (RSU) deployments or a Traffic Information Center (TIC). ATB continuously adapts to sensed network conditions by adjusting the interval between two beacons to utilize all unused capacity of the wireless channel, but never more. We demonstrate that, this way, for high-priority access to the medium and co-existant other protocols and systems, the channel appears virtually unloaded at all times. We conclude this work with an evaluation of the strengths and weaknesses of ATB when compared with state-of-the-art hybrid multi-hop flooding and disruption tolerant networking.show moreshow less
  • Der Herausforderung, ein integrales System zum drahtlosen Austausch von Daten zwischen Fahrzeugen und mit Infrastruktur zu entwerfen und seine Leistung zu bewerten, stehen üblicherweise lediglich Teillösungen gegenüber. So legt man Ansätze zur Fahrzeug-Umfeld-Kommunikation entweder für den Einsatz auf Autobahnen oder aber in Städten, sowie entweder voll abhängig oder unabhängig von dedizierter Infrastruktur, aus. Allerdings erscheint eine Unterscheidung dieser Klassen vor dem Hintergrund teils stark heterogen geprägter Einsatzszenarien oft unmöglich. Im ersten Teil dieser Arbeit wird deshalb ein Ansatz zur simulativen Leistungsbewertung dieser Systeme vorgestellt, der die Co-Simulation von NDer Herausforderung, ein integrales System zum drahtlosen Austausch von Daten zwischen Fahrzeugen und mit Infrastruktur zu entwerfen und seine Leistung zu bewerten, stehen üblicherweise lediglich Teillösungen gegenüber. So legt man Ansätze zur Fahrzeug-Umfeld-Kommunikation entweder für den Einsatz auf Autobahnen oder aber in Städten, sowie entweder voll abhängig oder unabhängig von dedizierter Infrastruktur, aus. Allerdings erscheint eine Unterscheidung dieser Klassen vor dem Hintergrund teils stark heterogen geprägter Einsatzszenarien oft unmöglich. Im ersten Teil dieser Arbeit wird deshalb ein Ansatz zur simulativen Leistungsbewertung dieser Systeme vorgestellt, der die Co-Simulation von Netzwerk- und Straßenverkehr erlaubt. In Form des erfolgreichen Open-Source-Simulationswerkzeugs Veins unterstützt der vorgestellte Ansatz die realitätsnahe Simulation komplexer heterogener Szenarien, nicht zuletzt auch durch die Modellierung der Rückwirkung von Netzwerk- auf Straßenverkehr. Veins greift auf die Kopplung zweier etablierter Werkzeuge zurück, und integriert damit validierte Modelle zur Simulation von Fahrzeugbewegung wie auch von Netzwerkverkehr, die jeweils um Funktionalität zur Bewertung von Ansätzen zur Fahrzeug-Umfeld-Kommunikation erweitert wurden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wird mit ATB ein neuartiges Protokoll zur Verbreitung von Informationen per periodischem Broadcast vorgestellt, das speziell mit Augenmerk auf die Heterogenität realistischer Szenarien entworfen wurde. Aufbauend auf bei der Evaluation existierender Ansätze gewonnenen Erfahrungen, die immer wieder deren mangelhafte Adaptivität aufzeigte, gelang es, ein selbstorganisierendes Verkehrsinformationssystem, das optional auch Infrastrukturkomponenten integrieren kann, zu entwickeln. Ferner ist ATB in der Lage, durch die kontinuierliche Anpassung des Broadcast-Intervalls lediglich ungenutzte Kanalkapazität – diese allerdings vollumfänglich – auszunutzen. Dadurch steht dem Versand hochpriorer Nachrichten, wie auch zeitgleich betriebenen Protokollen, jederzeit freie Kanalkapazität zur Verfügung. Den Abschluß der Arbeit bildet eine umfassende Bewertung von ATB, insbesondere im direkten Vergleich mit komplementären Ansätzen zur Fahrzeug-Umfeld-Kommunikation.show moreshow less

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Metadaten
Author:Christoph Sommer
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-26575
Advisor:Falko Dressler
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2011/07/06
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2011/06/06
Release Date:2011/07/06
Tag:Car-to-X
Intelligent Transportation Systems; Modeling; Simulation; VANET; Vehicle-to-X
SWD-Keyword:Modellierung; Netzwerksimulation; VANET; Verkehrsleitsystem
Institutes:Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:004 Datenverarbeitung; Informatik

$Rev: 12793 $