A Comprehensive Real-Time Traffic Map for Geographic Routing in VANETs

چکیده

شبکه های اد هاک وسایل نقلیه (VANET ها) توجه زیادی را در طول دهه گذشته به خود جلب کرده اند. VANET ها نه تنها می توانند ایمنی رانندگی را ارتقا دهند، بلکه همچنین راحتی را نیز ارتقا می دهند، و از بیشتر سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) آینده پشتیبانی می کنند. به دلیل توپولوژی شبکه بسیار پویای VANET ها، پروتکل های مسیریابی جغرافیایی زیادی پیشنهاد شده اند و از اطلاعات ترافیک زمان حقیقی به عنوان معیار مهمی برای انتخاب مسیر مطمئن استفاده می کنند. با این وجود، بیشتر پژوهش های موجود، چگونگی جمع آوری ترافیک زمان حقیقی را توضیح نمی دهند. آنها یا فرض می کنند این اطلاعات از قبل در دسترس هستند، یا می توانند از مرکز ترافیک موجودی استعلام بگیرند. تحقیقات کمی متوجه این مسئله شدند اما راهکارهای پیشنهادی فقط ناحیه کوچکی را در نظر می گیرند. در این مقاله، ما نقشه ترافیک زمان حقیقی جامع (CRT Map) را برای جمع آوری اطلاعات ترافیک زمان حقیق با محدوده وسیع با اوورهد (overhead) پایین پیشنهاد می کنیم. در طراحی CRT Map ، مفهوم “حس کردن جمعیت” اتخاذ شده است. خودروها به صورت همکارانه اطلاعات ترافیکی را جمع آوری می کنند و آن را با یکدیگر برای ساخت دیدی از تمام ترافیک شبکه جاده به اشتراک می گذارند. به علاوه، ما مسیریابی مبتنی بر نقشه CRT (CBR) را طراحی می کنیم، که اتصال جاده های متوالی را در تصمیمات مسیریابی در نظر می گیرد. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که CBR می تواند به تاخیر end-to-end پایین و نسبت تحویل بسته (packet) بالاتری دست یابد.

Abstract

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs) have attracted a lot of attention during the last decade. VANETs can not only improve driving safety, but also convenience, and support most future Intelligent Transportation System (ITS). Due to the highly dynamic network topology of VANETs, many geographic routing protocols have been proposed and use real-time traffic information as an important metric to select a reliable forwarding path. However, most of the existing works do not describe how to gather real-time traffic. They either assume this information is already available, or can query an existing traffic center. Few studies have noticed this issue but the proposed solutions only consider a small region. In this paper, we propose a Comprehensive Real-Time Traffic Map (CRT Map) to collect wide-ranging real-time traffic information with low overhead. In the design of a CRT Map, the concept of Crowdsensing is adopted. Vehicles cooperatively gather traffic information and share it with each other to construct an overview of the whole road network traffic. In addition, we design a CRT Map Based Routing (CBR), which takes into account the connectivity of consecutive roads in routing decisions. Simulation results show that the CBR can achieve a lower end-to-end delay and a higher packet delivery ratio.

مقدمه

به دلیل پیشرفتهای اخیر در فناوری های ارتباط وایرلس، انتقال داده های با سیم سنتی به تدریج توسط انتقال های وایرلس جایگزین شده اند. این فناوری ها به طور گسترده ای به همه دسته های دستگاههای موبایل مانند تلفن های هوشمند و تبلت ها و وسایل پوشیدنی اعمال شده اند که زندگی روزمره مردم را آسان تر کنند. در سالهای اخیر، وسایل نقلیه در حال حرکت هم می توانند از راحتی فناوری های ارتباط وایرلس با کمک به یکدیگر در تبادل پیام و تشکیل یک شبکه جمعی با نام شبکه های اد هاک وسایل نقلیه (VANET ها) بهره مند شوند. در VANET، هر خودرو قادر به ارتباط با خودروهای مجاور است و به اطلاعات ارائه شده توسط شبکه دسترسی دارد. با سیستم های اپلیکیشن مناسب، رانندگان می توانند زمانی که به مکان تصادفی نزدیک می شوند برای اطمینان از رانندگی امن، پیامهای هشدار دریافت کنند. به علاوه، اطلاعات ترافیک زمان حقیقی همچنین می توانند برای جلوگیری از ازدحام ترافیک نیز استفاده شوند. کاربردهای زیاد دیگری از VANET ها نیز طراحی شده اند. به علاوه، VANET ها به عنوان یکی از فناوری های اصلی برای پشتیبانی از بیشتر سیستم های حمل و نقل هوشمند (ITS) آینده نیز در نظر گرفته شده اند.

ارتباطات در VANET ها را می توان به دو دسته بندی تقسیم کرد: خودرو-به-زیرساخت (V2I) و خودرو-به-خودرو (V2V) (شکل 1). در ارتباط V21، خودروها ارتباطاتی با زیرساختهای واقع در کنار جاده ها با نام واحدهای کنارجاده ای (RSU ها) برقرار می کنند که به اینترنت متصل شوند. زیرساخت های ثابت به عنوان دروازه هایی در ارتباط دیتاها عمل می کنند. برای ارائه محدوده خدمات وسیع، تاخیر انتقال پایین، و توان عملیاتی بالا، معمولا فناوری های شبکه سلولی (CN)، مانند LTE و WAVE در V2I اتخاذ می شوند. هزینه های استفاده از زیرساخت ها ، ایراد اصلی V2I است.