Multi-hop cluster and LTE based heterogeneous architecture for VANET

Abstract

Geçici araç ağları (GAA) güvenlik mesajları dağıtımı, dinamik rota keşfi, oyun ve eğlence imkanları sunan ümit verici bir Akıllı Taşıma Sistemleri teknolojisidir. Bu tez çalışmasının ilk bölümünde en az haberleşme ek yükü ile benzer hareket modellerine göre hareketli taşıtlar arasında kararlı gruplar kurup dayanıklı iletişim ağı oluşturmaya odaklanılmıştır. Bu bağlamda VMaSC isimli, taşıtsal çok kararlı gruplar bazlı en az hereketli taşıtın çok sekmeli olarak seçildiği yeni bir gruplama algoritması tasarladık. Ağ Simülatörü (ns-3) ortamında hareketlilik modelinin SUMO ile yapıldığı geniş çaplı simülasyonlar VMaSC adlı algoritmamızın grup liderlik süresini %25 arttırdığını, grup liderlik değişimini de %10 azalttığını ortaya çıkarmıştır.Tez çalışmasının ikinci bölümü IEEE Taşıtsal Kablosuz Erişim Ortamları (TKEO) ile 3GPP (LTE) ağları entegrasyonunu üzerinedir. TKEO, IEEE 802.11p protokolü bazlı geçici modda çalışmakta olup taşıtlar arası ve taşıt - yol kenarı baz istasyonları arasında haberleşmeyi sağlamaktadır. LTE ise mobil haberleşme son teknoloji ürünü olup hücresel yapıda baz istasyonsal çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada, yüksek veri hızlı IEE 802.11p bazlı GAA lar ile geniş yayın alanlı 3GPP (LTE) ağlarının birlikte çalıştığı bir yapı sunuyoruz. Bu yapıda taşıtlar gruplama algoritmamız olan VMaSC ile gruplanıyor ve seçilen lider IEEE 802.11p ve LTE arabirim özelliği ile çalışmaktadır. Ns-3 ortamında, hareketlilik modelinin SUMO ile yapıldığı geniş çaplı simülasyonlarda çok sekmeli gruplanmış GAA-LTE entagrasyonunun %90 veri paketi dağıtımını maximum gecikmenin 1 saniyenin altında gerçekleştirdiğini göstermiştir .

Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) is a promising Intelligent Transportation System (ITS) technology that enables numerous applications such as safety message dissemination, dynamic route discovery, gaming and entertainment. First part of the thesis focuses on constructing stable clusters by determining the vehicles sharing similar mobilitypattern to provide robust communication with minimum overhead in the presence of highly mobile vehicles. In this context, we propose VMaSC: Vehicular Multi-hop algorithm for Stable Clustering, a novel clustering technique based on choosing the node with the least mobility through multiple hops. Extensive simulation experiments performed using Network Simulator (ns-3) with the vehicle mobility input from the Simulation of Urban Mobility (SUMO) reveal that VMaSC increases cluster head duration by 25/% while decreasing the number of cluster head changes by 10%.Second part of the thesis considers the integration of IEEE Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) and 3GPP networks (LTE). WAVE operates based on ad-hoc mode with IEEE 802.11p protocol and enables vehicle-to-x (V2X) communication with vehicles and roadside infrastructures. LTE is a state-of-the art technology for mobile communication and provides a cellular infrastructure based solution. We propose an architecture combining these two technologies to achieve the high data rates of IEEE 802.11p-based VANETs and wide coverage of 3GPP (LTE) technology simultaneously. In this architecture, vehicles are clustered based on our approach VMaSC, and elected heads operate as dual-interface node with the functionality of IEEE 802.11p and LTE interface. By performing extensive simulationexperiments in ns-3 with the vehicle mobility input from the Simulation of Urban Mobility (SUMO), multi-hop clustered VANET-LTE integrated architecture has been demonstrated to achieve over 90/% data packet delivery ratio with maximum delay below 1 second.