SCF-GAM: VANET atölye iletişim boşluğu zaman gecikme analizi modeli
Liu Zhengbo1, Zhu Liang2
(1. Mobil İletişim Öğretimi ve Araştırma Bölümü, Telekomünikasyon Mühendisliği Bölümü, Shijiazhuang Posta ve Telekomünikasyon Meslek ve Teknik Koleji, Shijiazhuang, Hebei 050000;
2. Matematik ve Bilgisayar Okulu, Hebei Üniversitesi, Baoding, Hebei 071002)
Düşük yoğunluklu araca monteli bir ağda (VANET), genellikle sadece birkaç araç yönlendirmeye katılır ve bir iletişim boşluğu sorunu vardır. Buna göre, depolama-ileri taşıma (SCF) teknolojisi, genellikle mobil araçlar kullanan iki bağlantısız araç arasındaki iletişim boşluğunu kapatmak için kullanılır. Bu nedenle, SCF tabanlı yönlendirme için, çoklu iletişim açıklarının ağ performansı analiz edilir. İlk olarak, araç iletim yarıçapının uçtan uca iletim gecikmesi üzerindeki etkisini analiz etmek için, mağaza-ileri yönlendirmeye dayalı bir atölye iletişim boşluğu gecikme analizi modeli (SCF-GAM) önerilir ve ardından uçtan uca iletim gecikmesi için Lagrangian ölçülür. Dönüşüm performansı. Son olarak, SCF-GAM modeli simülasyon verileri ile doğrulanır.
Araç içi ağ; depolama-ileri taşıma; iletişim boşluğu; gecikme; model
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TP393
Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2016.10.029
Çince alıntı biçimi: Liu Zhengbo, Zhu Liang SCF-GAM: VANET atölye iletişim boşluğu zaman gecikme analizi modeli.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2016, 42 (10): 112-115.
İngilizce alıntı biçimi: Liu Zhengbo, Zhu Liang. SCF-GAM: Araç Ad Hoc Ağ analitik modelinde iletişim boşluğu Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2016, 42 (10): 112-115.
0 Önsöz
Gelecekteki bir akıllı ulaşım sistemi olarak, araca monteli ağ VANET (Araç Ad Hoc Ağı) geniş bir ilgi gördü. Bununla birlikte, V2V (Araçtan Araca) iletişiminin bağlanabilirlik oranı büyük ölçüde yoldaki araçların yoğunluğuna bağlıdır. Düşük yoğunluklu senaryolarda, V2V iletişiminin bağlanabilirlik oranı düşüktür Araç, özel kısa mesafeli iletişim DSRC protokolünü kullandığından, yönlendirme yolu kırılma oranı yüksektir. Ek olarak, V2V iletişimi, büyük binalar, büyük kamyonlar ve sinyal zayıflamasına neden olabilecek diğer nesneler dahil olmak üzere yüksek hızlı sahnelerdeki ve şehir sahnelerindeki engellerden de etkilenir. Bu nedenle, V2V iletişim ortamı karşısında, atölye bağlantısının mesaj aktarım performansı üzerindeki etkisini analiz etmek çok önemlidir.
Şu anda, düşük VANET bağlantısı sorunu göz önüne alındığında, V2V iletişimindeki boşluklar, köprüye (köprüleme) Mağaza-Taşıma-İleri (Store-Carry-İleri) yönlendirmeye dayalı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Araca monteli gecikmeye toleranslı ağ VDTN (Araç Gecikmesine Toleranslı Ağ), veri paketlerini hedef düğüme iletmek için genellikle SCF stratejisini kullanır. Mevcut analiz modeli yalnızca bir iletişim boşluğu boşluğunu kapatmaya odaklanır ve çoklu boşlukları dikkate almaz. Çoklu boşlukları köprülemenin kümülatif gecikmesi ve SCF'nin çalıştırılma sayısı hakkında teorik bir analiz yoktur.
Bu amaçla, bu makale, birden çok V2V iletişim boşluğu Boşluğu durumları için sakla ve taşı iletme yönlendirmesine dayanan bir atölye iletişim boşluğu gecikme analizi modeli (SCF-GAM) kurar ve SCF'nin uçtan uca iletim gecikmesini değerlendirir. Aynı zamanda, trafik yoğunluğunun ve araç iletim yarıçapının iletim gecikmesi üzerindeki etkisi ve ortalama SCF işlem sayısı analiz edilir ve önerilen modelin performansı simülasyon verileri ile doğrulanır.
1 Kısıtlamalar ve problem tanımı
Tüm araçların V2V iletişimi için DSRC'ye dayandığını varsayarsak, araçların atölyeler arasındaki konumlarını, hızlarını ve mesafelerini bilmeleri için küresel konumlandırma sistemi GPS (Küresel Konumlandırma Sistemi) ile de kurulurlar, iletim yarıçapı R'dir.
Şekil 1'de gösterildiği gibi tek boyutlu bir VANET yol modeli düşünün. Sırasıyla doğu ve batı yönünde giden iki yönlü tek araçlar. V0 ve Vn + 1'in sırasıyla veri kaynağı düğümünü ve hedef düğümü temsil ettiğini varsayarsak, V0'dan Vn + 1'e yönlendirme mesafesi L'dir. Aynı zamanda, V0'dan Vn + 1'e yönlendirme aşamasında rotaya katılan k araç olduğu varsayılmıştır ki bu Vk (1kn) olarak ifade edilmektedir. Yol boyunca V0, V1, ..., Vn + 1 araçlarının konumlarını temsil etmek için tek boyutlu koordinat konumlarını kullanın.
İ-inci araç Vi ile araç V0 arasındaki mesafenin xi'yi temsil ettiğini varsayın. Açıklamayı basitleştirmek için, V0'ın x0 = 0'da bulunduğu varsayılır. Araç, ağ topolojisi bilgilerini almak için periyodik olarak işaret mesajları yayınlar Her bir işaret mesajı, aracın kimliğini, xi konumunu ve i hızını içerir.
V0'dan Vn + 1'e veri iletimi, birden fazla araç yönlendirmeye katılır. Şekil 2'de gösterildiği gibi iletişim boşluğu Boşluğu tespit edildiğinde, Vk ve Vk + 1 arasında bağlantı yoktur Bu zamanda, geri şeritteki hareketli araç X, iletişim boşluğunu kapatmak için SCF stratejisini uygulamak için kullanılır. Bu nedenle, araç Vk, ara yönlendirme düğümü olarak X'i seçer, yani veriler Vk X Vk + 1'den gelir, burada Vk ve Vk + 1 araçlarının hızları sırasıyla k ve k + 1 olarak gösterilir.
2 Analiz modeli
2.1 Ngap'ın olasılık kütle işlevi
Matematiksel işlemenin rahatlığı için, iki araç arasındaki boşluğun üstel baştan başa mesafe dağılımına uyduğu ve ortalama değerin 1 / olduğu varsayılır. Daha sonra, yönlendirme yolu boyunca toplam araç sayısı Poisson dağılımına uyar ve olasılık kütle işlevi:
Literatüre göre, her aracın pozisyonunun (0, s) alanında eşit olarak dağıldığı varsayılmaktadır. Klasik sıra istatistik probleminin rastgele bir aralık bölümü olarak kabul edildiği teorisine dayanarak, yönlendirme yolundaki m iletişim boşluklarının koşullu olasılığı s:
Formül (5) 'e göre, yönlendirme yolları üzerindeki toplam SCF işlemi Ngap sayısı hesaplanabilir. Daha sonra, mesafe Laplace dönüşümü olarak adlandırılan köprü iletişim boşluğunda taşınan mesafenin Laplace dönüşümünü analiz edin.
2.2 Mesafe Laplace Dönüşümü
İletişim boşluğunu kapatmak için hareketli araç X tarafından kat edilen mesafenin g olduğunu varsayalım. Şekil 2'de görüldüğü gibi Vk ile Vk + 1 arasındaki mesafe dk'dır. Dk ise > R, iki atölye arasındaki iletişim bağlı değil. SCF yönlendirme düğümü X ve Vk + 1 arasındaki mesafe, iki rastgele değişkenin, yani r1 + r2'nin toplamı olarak ifade edilir. X iletişim aralığı içinde olduğundan, hareket mesafesi g, r1 + r2-R ve 0 arasındaki maksimum değere eşittir, yani:
2.3 Birden fazla iletişim boşluğuna dayalı SCF yönlendirme
M iletişim boşluklarının köprülenmesiyle üretilen toplam zaman gecikmesi td denklem (15) 'de gösterilmiştir. Denklemler (5) - (15), birden çok iletişim boşluğu olan yönlendirme yollarının performansını analiz eder. Bu analizlere dayanarak, araç içi uygulamalar yönlendirme gecikmelerini tahmin edebilir ve parametreleri farklı hizmet gereksinimlerine göre uyarlamalı olarak ayarlayabilir.
3 performans analizi
Modelin geçerliliğini doğrulamak için aşağıdaki sistem simülasyonu gerçekleştirilir. İki yönlü tek şeritli otoyolun yol bölümü simülasyon modeli olarak seçilmiştir. Her simülasyon turu sırasında, Dikotomize Yol Dağılımı, toplanmış araçlar ve serbest araçlar için atölye alanı dağılımını oluşturmak için kullanılır. Literatüre göre paketlenmiş araçları ve bireysel araçları tanımlayın. Paketlenmiş bir araç için, onunla önceki aracın önü arasındaki mesafe th'den azdır, tek bir araç ise onunla önceki aracın önü arasındaki mesafenin th'den daha büyük olduğu anlamına gelir. Simülasyon sırasında, th = 10 m.
Bir simülasyon platformu oluşturmak için NS2 simülasyon yazılımını kullanın ve araç hareket yörünge dosyalarını oluşturmak için SUMO'yu kullanın. Nakagami kablosuz yayılma modeli kullanılarak, araç hızı m / s alanına eşit olarak dağıtılır, simülasyon süresi 300 s'dir, her deney bağımsız olarak 50 kez tekrarlanır ve ortalama değer nihai simülasyon verisi olarak alınır.Bu yazıda önerilen analiz modelinden elde edilen veriler ile karşılaştırılır. Simülasyon verileri karşılaştırılır ve ilki Analitik olarak ifade edilir ve ikincisi Simulat olarak ifade edilir.
3.1 Trafik yoğunluğunun etkisi
İlk olarak, trafik yoğunluğunun ortalama SCF işlemi sayısı ve uçtan uca iletim gecikmesi üzerindeki etkisini analiz edin. Trafik yoğunluğu , düşük yoğunluklu bir durum olan 1 ila 10 Veh / km arasında değişir. Araç iletim yarıçapı R = 100 m'dir ve simülasyon sonuçları Şekil 3 ve Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 3'ten görülebileceği gibi, ortalama SCF işlemi sayısı, trafik yoğunluğunun artması ile artmakta, ancak artış hızı yavaşlamaktadır. Nedeni, 'nin 1 ile 10 Veh / km arasında düşük yoğunluklu bir alan olmasıdır. Diğer bir deyişle , 10 Veh / km'ye çıksa bile yine de düşük yoğunluklu bir alandır. Düşük yoğunluklu bir alan, o alandaki aracın iletişim bağlantısında bir sorun olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, 1'den 10 Veh / km'ye değişen varyasyon aralığında, yoğunluktaki artış iletişim bağlantı problemini iyileştirebilse de, genel olarak çoğu araç arasında iletişim kurulamaz ve bu sorunu çözmek için daha fazla SCF işlemine ihtiyaç vardır. Analitik ve Simulat karşılaştırıldığında, ikisi arasındaki farkın çok küçük olduğu ve trafik yoğunluğu 1'den 10 Veh / km'ye değiştiğinde farkın% 2'yi geçmediği bulunmuştur.
Şekil 4, trafik yoğunluğu ile uçtan uca iletim gecikme eğrisini göstermektedir. Şekil 4'ten görülebileceği gibi, trafik yoğunluğu arttıkça uçtan uca iletim gecikmesi azalır. Bunun nedeni, trafik yoğunluğunun artmasıyla birlikte, SCF yönlendirme düğümü X tarafından mesajı Vk + 1'e iletmek için deneyimlenen yolun daha kısa olması ve dolayısıyla zaman gecikmesinin kısalmasıdır. Ek olarak, Simulat ve Analitik arasında çok az fark vardır. = 5 olduğunda, fark yalnızca% 2,91'dir.
3.2 İletim yarıçapının etkisi
Bu bölüm, araç iletim yarıçapının uçtan-uca iletim gecikmesinin etkisini analiz eder. Araç iletim yarıçapı R 50'den 500 m'ye değişir ve trafik yoğunluğu sırasıyla 2,5, 7,5 ve 25 Veh / km'dir. Simülasyon sonucu Şekil 5'te gösterilmektedir.
Şekil 5, iletim yarıçapı R'nin uçtan uca iletim gecikmesi üzerindeki etkisini analiz etmektedir. Şekil 5'den, iletim yarıçapı R arttıkça uçtan uca iletim gecikmesinin azaldığı görülebilir Bunun nedeni şudur: iletim yarıçapı R ne kadar büyükse, atölyedeki iletişim sıçramalarının sayısı o kadar az ve gecikme o kadar kısa olur. Trafik yoğunluğu ne kadar yüksekse, gecikme süresi o kadar kısadır. Bunun temel nedeni şudur: Trafik yoğunluğundaki artış, atölye iletişim boşlukları arasındaki boşluğu azaltır ve zaman gecikmesini azaltır. Ek olarak, = 2,5 Veh / km olduğunda, Simulat ve Analitik arasındaki veri farkı yaklaşık% 10'dur.
4 özet
VANET'teki atölye iletişim açığı sorununu hedefleyen bu makale, mağaza-taşıma yönlendirme yönlendirmesine dayalı bir atölye iletişim boşluğu gecikme analizi modeli SCF-GAM önermektedir. SCF-GAM modeli, hareketli araçlar ve ortalama SCF işlemlerinin sayısı aracılığıyla iletişim boşluklarını köprülemenin zaman gecikmesini analiz eder ve nicelendirir. Aynı zamanda, SCF-GAM modelinin doğruluğu simülasyon verileri ile doğrulanmıştır.
Referanslar
GORRIERI A, FERRARI G. Sorumsuz AODV yönlendirme Araç İletişimi, 2015, 3 (2): 47-57.
LIU J, JIANG X, MEMBER S.Güç kontrolü ve paket yedekliliği ile MANET'lerin üretim kapasitesi IEEE Trans. Wirel. Commun., 2012, 12 (6): 3036-3047.
RAK J. VANET iletişimlerinde farklılaştırılmış hizmet kullanılabilirliği düzeyleri sağlar. IEEE Commun.Lett., 2013,17 (7): 1380-1383.
LEE Y, TSAI M H, SOU S I. Nakagami-m solma kanalları üzerinden çoklu çift sekmeli röle ile kod çözme ve iletme işbirliğine dayalı iletişim performansı. IEEE Trans.Wireless Commun., 2009, 8 (6): 2853-2859.
DARAGHMI Y A, YI C W, STOJMENOVIC I. Araç ad hoc ağları için veri yayma ve yönlendirme protokollerinde yönlendirme yöntemleri.IEEE Netw., 2013, 27 (6): 74-79.
ISENTO J N G, RODRIGUES J J P C, DIAS J A F F, ve diğerleri Araç gecikmesine toleranslı ağ Araç iletişimi için yeni bir çözüm. IEEE Intell.Transp.Syst.Mag., 2013, 5 (4): 10-19.
SOU S I, TONGUZ O K. Otoyollarda yol kenarı birimleri aracılığıyla VANET bağlanabilirliğinin arttırılması IEEE Trans Araç Technol., 2011, 60 (8): 3586-3602.
KESTING A, TREIBER M, HELBING D. Depola ve ilet arası araç iletişiminin bağlantı istatistikleri IEEE Trans.Intell.Transp.Syst., 2010, 11 (1): 172-181.
VINEL A, CAMPOLO C, PETIT J ve diğerleri.IEEE 802.11p / WAVE araç ağlarında güvenilir yayın: Gecikme analizi. IEEE Commun.Lett., 2011, 5 (9): 1010-1012.
MCLEAN J R. İki şeritli karayolu trafik işlemleri: teori ve pratik New York, ABD: Gordon ve Breach, 1989.
GALLAGER R G. Ayrık stokastik süreçler MA, ABD: Kluwer, 1999.
DAVID HA, NAGARAJA H N. Sipariş istatistikleri. NJ, ABD: Wiley, 2003.
SOU S I. Araç ağlarında yol kenarı birimlerinin konuşlandırılması için bir güç tasarrufu modeli. IEEE Commun. Lett., 2010, 14 (7): 623-625.
SULLIVAN D P, TROUTBECK R J. Ana yollardaki ücretsiz araçların oranı için üstel bir ilişki.Transp.Res.A, Policy Pract., 1997, 31 (1): 21-33.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
