Document

Extended cell broadcast al Gorithm for streets (ECB-S) in vehicular AD-HOC network

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2015
Language
English
English abstract
A Vehicular Ad-hoc Network (VANET) uses cars as mobile nodes in a MANET to create a mobile network. A VANET turns every participating car into a wireless router or node, allowing cars approximately 100 to 300 meters of each other (transmission range) to connect and, in turn, create a network with a wide range. The study of VANETs is a developing area of research. Efforts have been taken to achieve efficient broadcasting in VANETs. Network broadcasting is the process in which one node sends a packet to all other nodes in the network. Various network algorithms are based on broadcasting including: routing, information dissemination and service/resource discovery. Since many systems have stringent end-to-end delay requirements, the design of lowlatency and low overhead broadcasting schemes is essential to many practical applications. In this research work, an enhancement of one of the existing algorithms has been proposed along with a simulation model. The original algorithm is called Cell Broadcast for streets (CB-S) [1]. CB-S divides the streets into cells according to intersections and street blocks. The assumption is that all vehicles have a radio range sufficient to cover any three consecutive cells. One vehicle in these three consecutive cells will re-broadcast the message. CB-S gives the priority for the vehicles located in the far away downstream cell to re-broadcast. This will allow the re-broadcast to happen from every other cell. The original algorithm gives the priority to re-broadcast the message from every other cell. However, some vehicles within the transmission range can be located in the fourth cell and will lose the opportunity to participate in the rebroadcast process and hence losing the opportunity to select the farthest vehicle to rebroadcast the message. Our enhancement is to give the vehicles within the transmission range the opportunity to participate in re-broadcasting the message. We claim that, by introducing this enhancement the total end-to-end delay will be reduced and the reachability will be increased. A simulation model based on Network Simulator (ns2) and VANET simulator SUMO has been developed and performance evaluation has been performed to compare both algorithms. Both end-to-end delay and reachability have been evaluated for different network conditions: vehicle mobility, network density, traffic load, and dissemination area. The simulation results show a good improvement in both end-to-end delay and reachability.
Arabic abstract
تعتبر شبكات السيارات اللاسلكية العشوائية من المجالات التي تحظى باهتمام متزايد في مجال البحث في تطبيقات المركبات وخصوصا التطبيقات المتعلقة بمحاولات منع وقوع الحوادث، حيث تختلف هذه النوعية من الشبكات عن الشبكات اللاسلكية التقليدية بأنها تعمل من دون الحاجه الى بنية تحتية لإدارة عملية التواصل بين المركبات، بحيث تقوم كل مركبة بالمشاركة في عملية استلام البيانات وإعادة توجيهها الى مسارات محددة عن طريق استخدام خوارزميات خاصة بهذا الغرض.
تعتبر عملية بث البيانات من أهم العمليات في هذا النوع من الشبكات اللاسلكية ، حيث تعرف هذا العملية بأنها العملية التي تتم عندما تقوم أحد المركبات بتوزيع رسالة الى جميع المركبات الأخرى، فعلى سبيل المثال عند وقوع حادث تصادم بين مركبتين قان إحدى المركبات تقوم بعملية بث تقرير عن الحادث لجميع المركبات الأخرى بحيث تقوم المركبات الأخرى بتفادي العواقب إما بتغيير المسار أو على الأقل الاستعداد للحالة المرورية. ولكي تصل الرسالة إلى جميع المركبات تقوم كل مركبة - بعد استلامها للرسالة - بإعادة إرسالها مرة أخرى وذالك لضمان وصولها لكل المركبات بشكل تتابعي.
الجدير بالذكر أن تصميم خوارزميات خاصة ببث البيانات في شبكات السيارات اللاسلكية العشوائية تتعرض لتحديات كثيرة حيث أن طبيعة هذا النوع من الشبكات يحتم ضرورة مراعاة عدة أمور منها السرعة الكبيرة للمركبات خصوصا في الشوارع الرئيسية وكذلك الإقطاعات المتكررة والمفاجئة للخطوط بين المركبات بالإضافة إلى الكثافة العربية للمركبات و التغيير المفاجئ في مسارات الشبكة
تتطرق هذه الدراسة إلى تحسين خوارزمية موجودة مسبقا بغرض زيادة كفاءتها ، حيث تقسم الخوارزمية الأصلية الطريق إلى خلايا بحيث يغطي الإرسال في كل مركبة ثلاث خلايا متتالية. تقوم هذه الخوارزمية بإعطاء الأولوية لإعادة البث للمركبات الموجودة في الخلية الأخيرة ، بحيث يتم البث من الخلية الثالثة في كل مره يتم إعادة الارسال فيها.
يتمحور التحسين المقترح في أن بعض المركبات قد تكون في الخلية الرابعة ويصلها مدي الإرسال ولكنها في الخوارزمية الأصلية لا يتم إشراكها في عملية إعادة بث الرسالة مما ينتج عنه ضعف في كفاءة هذه الخوارزمية من ناحية سرعة انتشار الرسالة وتغطيتها لكافة المركبات.
تم تطبيق وتجربة ودراسة جدوى هذه الخوارزمية بالاستعانة بعدة أنظمة محاكاة منها نظام محاكة شبكة الطرق وحركة السيارات (SUMO) و نظام محاكاة الشبكات (2-NS) ولقد تمت دراسة معايير مختلفة لقياس كفاءة الخوارزمية الجديدة في
ظروف متعددة وهي: تأثير كثافة المركبات ، تأثير سرعة المركبات، تأثیر مقدار ضخ البيانات في الشبكة، وكذلك تأثير مساحة البث. كما تم مقارنة النتائج مع الخوارزمية الأصلية، ولقد أثبتت هذه النتائج مدى فاعلية وكفاءة هذه الخوارزمية من ناحية سرعة انتشار الرسالة وتغطيتها لكافة المركبات.
Category
Theses and Dissertations