PROTOKOL ZA GRUČENJE VOZIL NA OSNOVI MEDSEBOJNE POVEZANOSTI V INTELIGENTNIH TRANSPORTNIH SISTEMIHVODOPIVEC, SAMO (Avtor) Bešter, Janez (Mentor) Inteligentni transportni sistemiprotokolgručenjemedsebojna povezanost vozilVANETČas interneta stvari, del katerega bodo tudi pametna, povezana vozila, se nezadržno približuje. Slednje odpira vrata novim tehnologijam, ki bodo v prihodnosti imele pomembno vlogo pri zagotavljanju brezžičnih komunikacij med najrazličnejšimi napravami. V doktorski disertaciji je pozornost posvečena organizaciji in optimizaciji brezžičnih ad-hoc omrežij1 cestnih vozili v Inteligentnih transportnih sistemih. Velika dinamika vozil namreč predstavlja svojevrsten izziv za vzpostavitev zanesljivega, stabilnega, predvsem pa uporabnega komunikacijskega omrežja, ki zagotavlja ustrezno kakovost storitve. Za spoznavanje s področjem komunikacije med vozili smo opravili raziskave in pregled standardizacije tega področja. Ugotovili smo, da standardizacija še ni končana in poteka v smeri poenotenja svetovnih standardov. Zaradi nepovezanih raziskav in razvoja so v preteklosti različne regije vsaka po svoje standardizirale praktično iste storitve, kar pa se sedaj kaže kot slabost za hitro in finančno učinkovito implementacijo sistemov v praksi. ZDA, Evropa in Japonska se zato skupaj trudijo poenotiti standardizacijo, še preden pride do masovne uporabe, ter tako preprečiti nepotrebno segmentacijo. Pričakovati je, da bodo uporabi teh standardov pozneje sledile tudi druge države, čeprav trenutno ne sodelujejo pri njihovem nastajanju. Ker se standardizacija ne ukvarja z optimizacijo omrežja, temveč predpisuje zgolj robne pogoje kvalitete storitve, ki mora biti zagotovljena uporabnikom, smo raziskali še področje gručenja vozil. Gručenje je postopek, s katerim med seboj povežemo podobne si elemente, v našem primeru vozila, ter tako tvorimo gruče. Njihova uporabna vrednost je večja stabilnost omrežja, saj učinkovito odpravijo problem velike dinamike gibanja vozil. Tako smo tekom raziskav našli več kot 30 različnih algoritmov gručenja vozil v cestnem prometu. Njihove prednosti in slabosti smo upoštevali pri razvoju lastnega protokola gručenja. Velika večina protokolov za gručenje se pri identificiranju vozil s podobnimi vzorci gibanja zanaša na različne lokacijske storitve, predvsem satelitsko pozicioniranje. To predstavlja določeno tveganje za zanesljivo delovanje gručenja, saj lokacijske storitve niso dostopne povsod z enako natančnostjo in zanesljivostjo, kar lahko povzroči odpoved gručenja v npr. parkirnih hišah. V izogib tem težavam smo se pri zasnovi protokola zavestno odpovedali uporabi lokacijskih storitev in protokol zasnovali na metriki medsebojne povezanosti vozil, ki temelji izključno na komunikacijskih zmožnostih vozil. Metrika medsebojne povezanosti vozil, ki smo jo zasnovali, temelji na periodičnih svetilnih okvirjih, ki jih v omrežje oddajajo vsa vozila. Vozila skozi daljše časovno obdobje beležijo neprekinjen pravilen sprejem svetilnih okvirjev okoliških vozil in iz teh podatkov identificirajo tista, ki imajo podoben vzorec gibanja. Očitno je namreč, da lahko daljše časovno obdobje svetilne okvirje pravilno sprejemajo samo tista vozila, ki imajo med seboj podoben vzorec gibanja (pozicijo, smer in hitrost). Ob neuspešnem sprejemu svetilnih okvirjev pa algoritem ta vozila močno kaznuje in se tako odzove na spremembe, ki so posledica poslabšanja komunikacijskih zmožnosti med vozili. V doktorski disertaciji je predstavljen nov protokol gručenja, ki skuša doseči čim boljšo povezljivost vozil med seboj. Vsako vozilo zato stremi k temu, da je povezano z dvema glavama gruče, in ne samo z eno, kot je praksa pri večini drugih protokolov. Na tak način se izognemo večjim in daljšim izpadom povezav ob menjavanju glave gruče, saj je verjetnost hkratnega izpada obeh glav gruč manjša kot verjetnost izpada ene same. Njegova posebnost je tudi obraten način delovanja v primerjavi z vsemi drugimi protokoli, saj je začetna vloga vsakega vozila glava gruče namesto član gruče. Prehod iz člana gruče v glave gruče in obratno je lahko izveden hipno, saj metrika vedno odraža aktualno stanje v omrežju. Razvit protokol smo preizkusili v tandemu mrežnega simulatorja ns-3 in simulatorja gibanja vozil SUMO. Za potrebe testiranja smo razvili nov simulacijski scenarij gibanja vozil med Ljubljano in Medvodami, ki posnema dogajanje običajnega delovnega dne na tem odseku. Simulacije so bile izvedene tako v normalni kot tudi v povečani gostoti vozil, s čimer smo dobili vpogled v obnašanje metrike in protokola gručenja v različnih prometnih situacijah. Rezultati evalvacije razvitega protokola, posredno pa tudi nove metrike medsebojne povezanosti vozil, se kažejo kot zelo pozitivni. V primerjavi s protokolom gručenja MOBIC je povezljivost vozil med seboj opazno povečana, ustvarjene gruče pa bolj stabilne. Razvit protokol odlikuje tudi učinkovitost z vidika količine kontrolnega prometa, kar ga uvršča med bolj primerne za uporabo v urbanih okoljih. V okviru doktorske disertacije smo pokazali, da so pri gradnji gruč možni in učinkoviti tudi drugačni, neobičajni pristopi. Izkazalo se je, da je zelo preprosta metrika lahko zelo učinkovita in zaradi neodvisnosti od lokacijskih storitev uporabna v vseh primerih, uporabili smo več glav gruč za povečanje komunikacijskih sposobnosti brez poslabšanja stabilnosti omrežja, gruče pa gradimo po obrnjenem principu. Razvita metrika in protokol prav tako odpirata veliko novih izzivov za nadaljnje raziskave, razvoj in evalvacije.20152015-05-06 11:16:08Doktorsko delo/naloga30782VisID: 30521COBISS_ID: 10999892sl