Исследование и разработка моделей и методов распределения широковещательного трафика в сетях VANET тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат наук Ярцев Сергей Викторович

• Ярцев Сергей Викторович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Ярцев Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНЦЕПЦИЙ РАЗВИТИЯ ИТС

1.1. Цели и задачи ИТС

1.2. Зарубежный опыт развитие ИТС

1.3. Стандарты и рекомендации в области ИТС

1.4. Архитектура ИТС

1.4.1. Сетевая архитектура

1.4.2. Структура типовой ИТС станции

1.4.3. Стек протоколов типовой ИТС станции

1.4.4. Технологии взаимодействия

1.4.5. Роль VANET в структуре ИТС

1.5. Архитектура сетей VANET

1.5.1. Состав VANET

1.5.2. Методы обмена информацией

1.5.3. Топологии VANET

1.6. Анализ структуры протокола IEEE 802.11p

1.6.1. Физический уровень

1.6.2. Канальный уровень

1.7. Приложения автомобильных сетей

1.7.1. Приложения общего назначения

1.7.2. Приложения управления транспортными потоками

1.7.3. Приложения безопасности

1.8. Цель и задачи исследования

1.9. Выводы по главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ РЕТРАНСЛЯЦИЕЙ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНОГО ТРАФИКА

2.1. Анализ подходов к построению систем безопасности

2.2. Отказоустойчивость сети VANET для передачи приоритетного трафика

2.2.1. Анализ причин возникновения отказов

2.2.2. Методы повышения отказоустойчивости сети VANET

2.2.3. Классификация методов борьбы с перегрузками при широковещательной передаче трафика

2.3. Стратегия ограничения широковещательного трафика

2.3.1. Дистанция информирования

2.3.2. Ограничение дистанции информирования

2.3.3. Оценка количества ретрансляций

2.4. Алгоритм управления уровнем задержки

2.4.1. Ограничение времени жизни и контроль дублирования

2.4.2. Выбор подхода к ретрансляции

2.4.3. Формирование задержки

2.4.4. Инициализация ретрансляции и очистка буфера

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ МОДЕЛИ АГРЕГИРОВАННОГО ТРАФИКА СИСТЕМ БДД НА ОСНОВЕ VANET

3.1. Методы формирования агрегированного трафика

3.2. Анализ модели трафика сети VANET

3.2.1. Узел сети VANET как система массового обслуживания

3.2.2. Анализ процесса формирования агрегированного трафика в сети без ретрансляций

3.2.3. Анализ процесса формирования агрегированного трафика в сети с ограниченной ретрансляцией

3.2.4. Модель сети с применением алгоритма на основе SINR

3.3. Анализ процесса распределения сообщений безопасности по сети

3.3.1. Теория эпидемий

3.3.2. Базовая аналитическая модель

3.3.3. Модель с применением алгоритма ограничения на основе SINR

3.4. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛГОРИТМА УПРАВЛЯЕМОЙ РАССЫЛКИ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНОГО ТРАФИКА

4.1. Выбор среды моделирования

4.1.1. Расширение функциональности №

4.1.2. Анализ доступных моделей радиоканала

4.1.2.1. Свободное распространение

4.1.2.2. Двулучевая модель

4.1.2.3. Многолучевая модель Nakagami-m

4.2. Подготовка сценария моделирования

4.2.1. Подготовка топологической карты зоны моделирования

4.2.2. Выбор модели мобильности

4.2.3. Алгоритм имитационной модели

4.3. Исследование потока широковещательных сообщений

4.3.1. Исследование агрегированного потока без ретрансляций

4.3.2. Исследование потока после процедуры фильтрации

4.3.3. Исследование потока с применением разработанного метода распределения широковещательных сообщений

4.3.4. Исследование агрегированного потока в условиях высокой загрузки системы

4.4. Исследование эффективности работы алгоритма управляемого распределения широковещательного трафика

4.4.1. Исследование количества транслируемых сообщений

4.4.2. Исследование объема коллизий

4.5. Исследование переходных процессов распределения широковещательного трафика

4.6. Метод повышения эффективности использования канального ресурса

4.7. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. ЛИСТИНГ МОДИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ IEEE 802.11p

Приложение Б. ЛИСТИНГ МОДИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ IEEE 802.11p

Приложение В. ЛИСТИНГ СКРИПТА МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРОДСКОГО УЧАСТКА СЕТИ VANET

Приложение Г. ЛИСТИНГ СКРИПТА АНАЛИЗА СТАТИСТИКИ ИЗ NS-2

Приложение Д. ДОКУМЕНТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВНЕДРЕНИЕ ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка моделей и методов распределения широковещательного трафика в сетях VANET»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. Рост городов, вызванный урбанизацией населения, ведет не только к увеличению площадей и высотности застроек, но и сопутствующему расширению дорожной сети. В совокупности с повышением ценовой доступности автомобилей данная тенденция непременно приводит к обострению проблем, связанных с увеличением плотности и интенсивности транспортных потоков. Так, в последнее десятилетие не только за рубежом, но и в России наблюдается бурный рост автомобильного парка. В свою очередь это приводит к снижению уровня безопасности дорожного движения и, как следствие, к росту числа дорожно-транспортных происшествий. С учетом качества дорожного покрытия и зачастую плохих условий видимости, подобные происшествия все чаще становятся массовыми. Анализируя причины подобных тенденций, не трудно понять, что аварийные ситуации происходят по причине невозможности заблаговременного информирования водителей о возникшей опасности. Этот факт привел научное сообщество к закономерному выводу о необходимости привлечения сферы информационных технологий на помощь автолю бителям.

Так, в начале XXI века, в рамках концепции Интернета Вещей (ИВ) зародилось новое направление развития, целью которого стало создание инфокоммуникационной структуры, которая позволила бы обеспечить участников дорожного движения не только информацией, связанной с безопасностью, но и дополнительными видами информационных услуг. Данное направление получило название Интеллектуальные Транспортные Системы (ИТС). Одним из важнейших компонентов ИТС, отвечающим за формирование сетевой структуры, являются автомобильные самоорганизующиеся сети VANET (Vehicular Ad Hoc Networks), для построения которых был разработан специальный стандарт IEEE 802.11p. Специфика данного класса сетей, обусловленная высокой динамикой изменения их состава и структуры, привела к формированию широкого спектра научно-исследовательских задач.

В условиях высоких требований к задержкам, которые не должны превышать 10 мс, для основных групп сообщений от приложений, связанных с безопасностью дорожного движения, ключевой задачей большинства исследований стала оптимизация использования сетевого ресурса. Возникающие при этом сложности, вызваны комплексом влияющих факторов, связанных со структурой окружения, в пределах которого развертывается система. Особенно ярко данные факторы проявляются в условиях городской среды с высотной застройкой и интенсивными транспортными потоками. Несмотря на наличие целого ряда научных исследований в данной области, задача разработки оптимизированных методов информационного обмена остается актуальной.

Наряду с более привычной архитектурой коммуникаций, когда мобильные узлы взаимодействуют со стационарной инфраструктурой, отличительной особенностью самоорганизующихся сетей является возможность формирования одноранговой сети. Подобный подход к реализации систем обладает как рядом достоинств, к которым относятся экономические показатели, скорость и простота внедрения услуг, так и недостатков, связанных со сложностью выполнения требований к надежности доставки и задержкам.

В основу данной диссертации заложены исследования, посвященные методам организации процесса широковещательного обмена информационными сообщениями в сетях VANET в целях систем безопасности дорожного движения. Данный способ взаимодействия является базовым для автомобильных сетей и требует наиболее детального анализа и проработки в разрезе выполнения ключевых задать ИТС.

Степень разработанности темы. На текущий момент существует немалое количество работ, посвященных исследованию проблем организации систем безопасности дорожного движения на основе сетей VANET. Среди авторов можно встретить как отечественных, так и зарубежных ученых: А.Е. Кучерявый, Е.А. Кучерявый, Р.В. Киричек, В.А. Григольев, M.Torrent-Moreno, M.Chitra, O. K. Tonguz, N. Wisitpongphan, F.J.Ros, P.M.Ruiz, I.Stojmenovic, R.Chen, W.Jin,

A.Regan, R.S.Schwartz, A.Hamann, L.Zhou, G.Cui, H.Liu, Z.Wu, D.Luo и многих других.

Среди опубликованных работ можно найти как посвященные общим принципам организации сетей VANET, так и непосредственно методам распространения информационных сообщениям через сетевую структуру. Несмотря на большое количество подходов к оптимизации процесса распределения широковещательного трафика, не трудно заметить, что все они сконцентрированы вокруг данных от систем позиционирования, либо служебной информации, создающей дополнительную нагрузку на сеть. Небольшое количество исследований, не относящиеся к этой группе, опираются на двулучевую модель распространения сигнала, что упрощает процесс разработки алгоритмов, но не отвечает условиям реалистичности в условиях городской среды.

С учетом вышеописанного, очевидно, что область организации информационного обмена в сетях VANET, требует проведения дополнительных исследований, а тема диссертации является актуальной.

Цель работы и задачи исследования. Цель диссертационной работы состоит в разработке и исследовании моделей и методов управления распределением широковещательного трафика в беспроводных самоорганизующихся сетях VANET в интересах систем безопасности дорожного движения. Поставленная цель достигается за счет решения следующих основных задач:

1. анализ концепции Интеллектуальных транспортных систем (ИТС);

2. определение роли VANET в структуре ИТС и основных архитектурных решений для построения систем безопасности дорожного движения;

3. классификация и исследование методов повышения отказоустойчивости систем безопасности дорожного движения;

4. разработка модели представления узла автомобильной сети как системы массового обслуживания;

5. разработка метода анализа вероятностно-временных характеристик трафика приложений безопасности дорожного движения;

6. разработка реалистичной для условий городской среды имитационной модели процесса распределения трафика приложений, связанных с безопасностью дорожного движения на основе сетей VANET;

7. анализ методов повышения эффективности использования сетевых ресурсов систем безопасности дорожного движения на основе сетей VANET. Предмет исследования. Методы и алгоритмы распределения

широковещательного трафика.

Объект исследования. Процесс информационного обмена в самоорганизующихся сетях стандарта IEEE 802.11p в интересах систем обеспечения безопасности дорожного движения.

Методология и методы исследования. Решение поставленных в работе задач достигается применением методов теории телетрафика, теории массового обслуживания, теории эпидемий. Численная оценка полученных результатов осуществляется методами имитационного моделирования.

Научная новизна. Основными результатами диссертации, обладающими научной новизной, являются:

- предложен метод распространения широковещательного трафика от приложений, связанных с БДД, на основе параметрического алгоритма, ограничивающего количество ретранслирующих узлов опираясь на значение SINR. В отличие от существовавших ранее, характеризуется отсутствием требований к наличию навигационных данных от внешних систем, принимает решение о ретрансляции на основе значения SINR, подавляет возможность повторной инициации процесса пересылки сообщений;

- предложена модель оценки вероятностно-временных характеристик информационных потоков от приложений, связанных с безопасностью дорожного движения в сетях VANET, для описания которой впервые применена теория эпидемий;

- предложен метод повышения эффективности использования сетевых ресурсов систем безопасности дорожного движения на основе VANET. В рамках данного метода, предложена новая расширенная, по сравнению с существующей классификацией в стандарте SAE J2735 (DSRC), классификация широковещательных сообщений от приложений связанных с БДД;

Теоретическая и практическая значимость исследования. Теоретическая значимость диссертации состоит прежде всего в расширении класса методов распределения широковещательного трафика для сетей VANET. Так же, теоретическую ценность представляет установленная зависимость численности задействованных в процессе распределения сообщений по сети узлов от времени в условиях ограничения трафика дублированных сообщений на основе предложенного алгоритма. Важными достижениями, расширяющими область применения теории телетрафика (ТТ) и теории массового обслуживания (ТМО), являются представление узла сети VANET как системы массового обслуживания ^МО), а так же кластера сети в виде сети массового обслуживания.

Практическая значимость работы состоит в возможности реализации предложенного алгоритма в виде программного кода, модифицирующего функционал узлов сети в части подхода к ретрансляции широковещательного трафика. Кроме этого, полученные результаты могут применяться для планирования и расчета предельных характеристик беспроводных саоморганизующихся сетей VANET.

Результаты диссертационной работы внедрены в работах в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (Соглашение № 14.604.21.0165, уникальный идентификатор проекта RFMEFI 60417 X 0165), при разработке проекта рекомендации на ИК20 МСЭ-Т Y.IoT-ITS-framework «Framework of cooperative Intelligent Transport Systems based on the Internet of Things» (предложена модель коммуникаций V2V), а так же используются в учебном процессе кафедры «Сетей связи и передачи данных»

Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (СПбГУТ) при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам «Всепроникающие сенсорные сети» для магистров по направлению подготовки 11.04.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи, профиль «Интернет Вещей и самоорганизующиеся сети» и «Самоорганизующиеся сети» для бакалавров по направлению подготовки 11.03.02 - Инфокоммуникационные технологии и системы связи, профиль "Инфокоммуникационные системы и технологии".

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается корректным применением математических методов исследования, а также совпадением аналитических результатов с результатами имитационного моделирования.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 64-й, 65-й, 66-й, 67-й, 70-й, 71-й научно-технических конференциях посвященных Дню радио (2009, 2010, 2011, 2012, 2015 и 2016 годы соответственно), на Научной сессия ГУАП в 2009 году, а также на заседаниях кафедры «Сети связи» СПб ГУТ.

Публикации. Материалы, отражающие основные результаты диссертационной работы, опубликованы в сборниках научно-технических конференций и в журналах отрасли. Всего опубликовано 11 работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает содержание, введение, 4 главы, заключение, список сокращений, список литературы и три приложения. Работа содержит 1 61 страницу текста (без учета приложений), включая 60 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 123 наименований.

Личный вклад автора. Все результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. Направления исследований диссертационной работы, формулировки проблем и постановки задач обсуждались с научным консультантом, профессором Е. А. Кучерявым, что отражено в совместных

публикациях, в которых основные результаты и их доказательства принадлежат автору.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Предложен метод и алгоритм распределения широковещательного трафика приложений, связанных с БДД в сетях VANET, которые позволяют существенно сократить объем дублированного трафика.

2. Предложена модель оценки вероятностно-временных характеристик информационных потоков от приложений, связанных с БДД в сетях VANET, которая адекватно представляет процесс распределения информации по сети.

3. Предложен метод повышения эффективности использования сетевых ресурсов на основе управления частотой и дистанцией распределения сообщений безопасности в VANET, который позволяет повысить производительность системы БДД.

Краткое содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы исследования, рассматривается состояние исследуемой проблемы, сформулированы цели и задачи работы, перечислены основные научные результаты, полученные в диссертации, определены практическая ценность и область применения результатов, приведены сведения об апробации работы и представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ современной концепции развития ИТС» проводится детальный обзор современной концепции развития интеллектуальных транспортных систем. С учетом конвергенции внутри ИТС множества технологий и протоколов, указывается место и значимость беспроводных самоорганизующихся автомобильных сетей стандарта IEEE 802.11p. Проводится анализ состава и назначения существующих технологий для построения систем безопасности дорожного движения. Освещаются основные проблемы, связанные с построением и функционирование сетей VANET. На основе проведенного

анализа, формируется предложение по подходам к исследования данного класса сетей.

Во второй главе «Разработка алгоритма управления ретрансляцией широковещательного трафика» проводится обзор современных подходов к построению систем безопасности дорожного движения на основе VANET. Выявляются факторы, влияющие на отказоустойчивость сетевой структуры. Проводится сравнительный анализ существующих методов распределения информации от приложений, связанных с безопасностью дорожного движения. С учетом результатов выполненного анализа, предлагается метод распределения информации на основе нового алгоритма управления широковещательной ретрансляцией пакетов.

Третья глава «Анализ модели трафика сети VANET» посвящена анализу процесса формирования потоков данных в сети стандарта IEEE 802.11p. Дополнительно разрабатывается аналитическая модель оценки вероятностно-временных характеристик переходного процесса распределения широковещательной информации по сети. С учетом полученных результатов предлагается новый подход к классификации событий, генерирующих широковещательные сообщения.

Четвертая глава «Исследование характеристик функционирования сети с применением алгоритма управления рассылкой широковещательного трафика» посвящена исследованию характеристик городского сегмента сети VANET, посредством имитационного моделирования. В качестве инструмента моделирования используется пакет Network Simulator 2 (NS-2), доработанный в классе исследования сетей стандарта IEEE 802.11p. На основе полученных результатов делается заключение о соответствии практических результатов, аналитическим выражениям, полученным в главе 3.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОНЦЕПЦИЙ РАЗВИТИЯ ИТС

1.1. Цели и задачи ИТС

Развитие современного автотранспорта уже немыслимо без применения Интеллектуальных Транспортных систем (ИТС), изначальной задачей которых являлась организация информационного обмена между транспортными средствами (ТС), с целью обеспечения участников дорожного движения требуемой информацией для предотвращения дорожных инцидентов. Решению именно этой задачи начали уделять все большее внимание в научном сообществе начиная с конца XX века.

Как известно, прогресс не стоит на месте, так с течением времени изменения затронули и само понимание ИТС. Если изначально ИТС рассматривали исключительно как инструмент повышения уровня безопасности на наземном транспорте, то последующий анализ основных проблемных областей поставил научное сообщество перед фактом необходимости расширения функционала [2]. Причем данный процесс должен был учитывать как цели и задачи многочисленных представителей автомобильной промышленности, так современные тенденции развития рынка телекоммуникаций. Очевидно, что гармонизация процесса формирования стандартов и рекомендаций в сфере ИТС немыслима без тесного взаимодействия специалистов из обеих областей. В рамках данного процесса взаимодействия производилось выделение и градация решаемых прикладных задач с последующим формированием отдельных направлений исследования. В дальнейшем под каждое из этих направлений в рамках организаций по стандартизации были созданы специальные рабочие группы, и по сей день занимающиеся разработкой стандартов и согласованием их на международном уровне.

На сегодняшний день в рамках концепции ИТС сформировались вполне четкие целевые направления развития, принятые к исследованию и разработке [8, 9, 21, 28, 29, 108]. Среди них следует отметить, такие как:

- системы управления стационарными средствами информирования участников дорожного движения;

- системы управления средствами регулирования транспортных потоков;

- системы организации приоритетного проезда;

- системы автоматизированной диагностики ТС;

- системы автономного управления перевозками;

- интеллектуальные системы навигации;

- системы автоматизированных платежей;

- справочные системы для путешественников;

- системы мониторинга дорожных происшествий;

- системы мониторинга состояния дорожного покрытия;

- ряд систем для поддержки экологичных видов транспорта (электромобилей).

Глобальную цель такого тренда развития можно сформулировать как создание комплексной системы предоставления сервисов, организации взаимодействия, а также контроля и управления транспортными потоками с целью повышения эффективности процесса перевозок.

Подобный комплексный характер ИТС может быть достигнут только за счет применения инновационных подходов, связанных с задействованием высоких технологий и передовых разработок в области информационных систем, сенсорных сетей, контроллеров, методов взаимодействия и математических методов оптимизации [108, 95, 105, 116]. Сочетание указанных подходов позволяет достигнуть ключевого показателя, такого как стабильность предоставления основных сервисов в условиях высокой мобильности целевых объектов системы. Причем данный показатель является основополагающим как для сервисов, связанных с безопасностью, так и для коммерческих сервисов.

Современные задачи, решаемые в рамках концепции ИТС можно сформулировать как [92, 77]:

- перевод безопасности дорожного движения на качественно новый уровень;

- обеспечение оперативности реакции на ДТП, а также инциденты природного или техногенного характера, представляющие опасность для участников дорожного движения;

- оптимизация пропускной способности существующей транспортной инфраструктуры;

- повышение качества предоставления услуг перевозки на общественном транспорте;

- формирование информационной инфраструктуры в целях поддержки систем планирования и развития транспортной инфраструктуры;

- контроль технического состояния существующей транспортной сети;

- контроль соблюдения ПДД;

- автоматизация процессов электронных платежей на транспорте;

- повышение уровня информационного обеспечения участников дорожного движения;

- снижение вредного воздействия транспорта на экосистему.

1.2. Зарубежный опыт развитие ИТС

В США, которые являются родоначальниками данного направления, было принято решение адаптировать для данных задач технологию взаимодействия на коротких расстояниях (Dedicated Short-Range Communications, DSRC) [4, 102]. Данная технология первоначально разрабатывалась управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA) для военных целей. Адаптацией DSRC под нужды межмашинного взаимодействия с 2002 года занялись два консорциума Vehicle Safety Communication Consortium (VSCC) и Vehicle Infrastructure Integration Consortium (VIIC) при финансовой поддержке департамента транспорта США (US Department of Transportation, US DOT) [2].

Наряду с США, исследования и разработки в сфере межмашинного взаимодействия получили популярность и в Европе. Данной тематике были посвящены такие проекты как: (Preventive and active safety applications, PREVENT), (Network on Wheels, NoW) [100, 96], (Advanced driver support system based on V2V communication technologies, CarTALK2000) [87]), (Cooperative vehicles and road infrastructure for road safety, SafeSpot), (Cooperative vehicle-infrastructure systems, CVIS), (European Road Transport Telematics Implementation Coordination, ERTICO), (Dedicated Road Infrastructure for Vehicle safety in Europe, DRIVE). В целях консолидации исследований в области VANET была создана специальная организация Car-to-Car Communication Consortium (C2C-CC) [46], объединившая крупнейших игроков автоиндустрии, таких как Daimler, BMW, Audi, Fiat, Renault, а так же ряд исследовательских групп при Европейских университетах [77, 52].

В настоящее время вопросами выработки единообразных подходов применения стандартов ISO и IEC (International Electrotechnical Commission) [123] на территории стран Европы занимается Европейский комитет по стандартизации CEN (Comité Européen de Normalisation) [122].

В Японии, занявшей впоследствии одну из передовых позиций в области развития ИТС [52], можно выделить следующие проекты, посвященные вопросам повышения безопасности дорожного движения и эффективности транспортных потоков: Advanced Cruise-Assistance Highway Systems (AHS), Advanced Safety Vehicle (ASV). Данные проекты реализуются при поддержке министерства земли, инфраструктуры и транспорта и туризма (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, MLIT). Проект ASV преследует цель организации взаимодействия класса С2С, с учетом уже установленных на ТС многочисленных бортовых систем навигации и управления. В отличие от ASV, проект AHS, продвигаемый ассоциацией ASHRA (Advanced Cruise Assistance Highway system Research Association), нацелен на формирование взаимодействия класса С2^ актуальных в первую очередь в рамках скоростных магистралей.

Начиная в 2004 года, с целью формирования единой инфраструктуры для информационного обмена, свойственной основной идее ИТС, в Японии был запушен проект под названием SMARTWAY. Задачей данного проекта стала интеграция проектов C2CC и C2IC для обеспечения возможности предоставления сервисов глобального контроля и управления транспортными потоками, повышение безопасности вождения и предоставления дополнительных коммерческих услуг для участников дорожного движения [2, 52].

1.3. Стандарты и рекомендации в области ИТС

Важнейшим аспектом совместимости любой технологии на национальном, межгосударственном и международном уровнях, является стандартизация состава, интерфейсов взаимодействия, структур данных и систем управления. Касательно ИТС, указанные области стандартизации приобретают дополнительную градацию на городские и магистральные в зависимости от зоны применения. Каждая из этих зон требует собственные подходы к построению и параметры функционирования.

Не меньший интерес представляет регламентирование внедрения технологий ИТС в различных странах. Он неразрывно связан с необходимостью учета таких факторов как:

- специфика распределения радиочастотного спектра;

- особенности существующей инфраструктуры;

- нормативные требования.

Однако высокие темпы развития автомобильной промышленности, продиктовали параллельное возникновение активного интереса к организации ИТС во всем мире. С учетом этого, разработкой стандартов по данному направлению развития информационных технологий с некоторым временным сдвигом занялись сразу несколько организаций. Перечень данных организаций приведен в виде блок-схемы на Рисунке 1.1.

Л Г

л с

ITS Collaboration

£75/ Stondaids

on the move

IEEE 802.11p IEEE P1609

J2735 J2945

Рисунок 1.1 - Организации-разработчики стандартов ИТС

Зарождение стандартизации области ИТС можно считать 1992 год, когда в рамках Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO), был создан Технический комитет 204 «Интеллектуальные транспортные системы» (ISO / TC 204 Intelligent transport systems). Задачей данного комитета является стандартизация информационных систем, систем взаимодействия и управления городским и сельским наземным транспортом [56]. В процессе развития внутри комитета было создано 16 рабочих групп, взявшими на себя обязанности по выполнению исследований и стандартизации по направлениям, приведенным в Таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Состав комитета ISO/TC 204

Рабочая группа Направление стандартизации

ISO/TC 204/WG 1 Архитектура ИТС

ISO/TC 204/WG 3 Технологии баз данных ИТС

ISO/TC 204/WG 4 Автоматизация идентификации ТС и оборудования

ISO/TC 204/WG 5 Сбор платежей

ISO/TC 204/WG 7 Общее управление парком коммерческих/грузовых

перевозок

ISO/TC 204/WG 8 Общественный транспорт и транспорт экстренных служб

ISO/TC 204/WG 9 Интегрированная информация об управлении и контроле за

транспортом

ISO/TC 204/WG 10 Информационные системы для путешествий

ISO/TC 204/WG 14 Системы управления и предупреждения на дорогах и в ТС

ISO/TC 204/WG 16 Методы взаимодействия

ISO/TC 204/WG 17 Взаимодействие систем ИТС с персональными мобильными устройствами

ISO/TC 204/WG 18 Объединения различных ИТС

Европейский комитет по стандартизации (Comité Europeen de Normalisation, CEN). В том же 1992 году к разработке стандартов под ИТС на территории Европы приступил CEN. Для этого в рамках комитета создано 17 рабочих групп, выполняющих исследования и стандартизацию по направлениям, приведенным в Таблице 1.2 [122].

Таблица 1.2 - Состав комитета CEN/TC 278

Рабочая группа Направление стандартизации

CEN/TC 278/WG 1 Сбор платежей

CEN/TC 278/WG 2 Грузовые перевозки

CEN/TC 278/WG 3 Общественный транспорт

CEN/TC 278/WG 4 Информация о трафике и для путешественников

CEN/TC 278/WG 5 Управление трафиком

CEN/TC 278/WG 6 Обслуживание парковок

CEN/TC 278/WG 7 Обмен данными между дорожными службами и различными картографическими службами

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ярцев Сергей Викторович, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 802.11p-2010 - IEEE Standard for Information technology-- Local and metropolitan area networks-- Specific requirements-- Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Amendment 6: Wireless Access in Vehicular Environments

2. Anand, P. Intelligent Vehicular Networks and Communications Fundamentals, Architectures and Solutions / P. Anand, N. Chilamkurti, A. Daniel, S. Rho // Todd Green, 2017. - 227 p.

3. Directive 2010/40/EU of the European Parliament and of the Council of 7 July 2010 on the framework for the deployment of Intelligent Transport Systems in the field of road transport and for interfaces with other modes of transport Text with EEA relevance

4. DSRC Implementation Guide. A guide to users of SAE J2735 message sets over DSRC.SAE International, 2010.

5. ETSI EN 302 636-5-1 V2.1.1 (2017-08) Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; GeoNetworking; Part 5: Transport Protocols; Subpart 1: Basic Transport Protocol

6. ETSI EN 302 637-2 V1.3.1 (2014-09) Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 2: Specification of Cooperative Awareness Basic Service

7. ETSI EN 302 637-3 V1.2.1 (2014-09) Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 3: Specifications of Decentralized Environmental Notification Basic Service

8. ETSI EN 302 663 V1.2.1 (2013-05). Intelligent Transport Systems (ITS);. Access layer specification for. Intelligent Transport Systems operating in the 5 GHz frequency band

9. ETSI EN 302 665 V1.1.2 (2014-03) European Standard (Telecommunications series) Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; GeoNetworking; Part 3: Network Architecture

10. ETSI TS 101 539-1 V1.1.1 (2013-08) Intelligent Transport Systems (ITS); V2X Applications; Part 1: Road Hazard Signalling (RHS) application requirements specification

11. ETSI TS 101 539-3 V1.1.1 (2013-11) Intelligent Transport Systems (ITS); V2X Applications; Part 3: Longitudinal Collision Risk Warning (LCRW) application requirements specification

12. ETSI TS 101 556-1 V1.1.1 (2012-07) Intelligent Transport Systems (ITS); Infrastructure to Vehicle Communication; Electric Vehicle Charging Spot Notification Specification

13. ETSI TS 101 556-2 V1.1.1 (2016-02) Intelligent Transport Systems (ITS); Infrastructure to Vehicle Communication; Part 2: Communication system specification to support application requirements for Tyre Information System (TIS) and Tyre Pressure Gauge (TPG) interoperability

14. ETSI TS 101 556-3 V1.1.1 (2014-10) Intelligent Transport Systems (ITS); Infrastructure to Vehicle Communications; Part 3: Communications system for the planning and reservation of EV energy supply using wireless networks

15. ETSI TS 102 636-3 V1.1.1 (2010-03) Technical Specification. Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; GeoNetworking; Part 3: Network architecture

16. ETSI TS 102 637-1 V1.1.1 (2010-09) Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 1: Functional Requirements

17. ETSI TS 102 637-2 V1.2.1 (2011-03) Intelligent Transport Systems (ITS);Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 2: Specification of Cooperative Awareness Basic Service

18. ETSI TS 102 637-3 V1.1.1 (2010-09)Intelligent Transport Systems (ITS);Vehicular Communications; Basic Set of Applications; Part 3: Specifications of Decentralized Environmental Notification Basic Service

19. ETSI TS 102 637-4 Intelligent Transport Systems (ITS); Vehicular Communications; Basic set of applications; Part 4: Operational Requirements.

20. ETSI TS 102 760-1 V1.2.1 (2014-06) Intelligent Transport Systems (ITS); Communications Access for Land Mobiles (CALM); Test specifications for Access Technology Support (ISO 21218); Part 1: Implementation Conformance Statement (ICS)

21. IEEE 1609.0-2013 - IEEE Guide for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Architecture

22. IEEE 1609.11-2010 - IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Over-the-Air Electronic Payment Data Exchange Protocol for Intelligent Transportation Systems (ITS)

23.IEEE 1609.1-2006 - Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Resource Manager

24. IEEE 1609.12-2016 IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Identifier Allocations

25. IEEE 1609.2a-2017 - IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments--Security Services for Applications and Management Messages -Amendment 1

26. IEEE 1609.3-2016 - IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) -- Networking Services

27. IEEE 1609.4-2016 - IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) -- Multi-Channel Operation

28. Intelligent Transport Systems (ITS); Framework for conformance and interoperability testing, ETSI EG 202 798, Jan. 2011.

29. IntelligentTransport Systems (ITS); Communications Architecture, ETSI EN 302 665, September 2010.

30. ISO/IEC 21210: "Intelligent Transport Systems - Communications access for land mobiles (CALM) - IPv6 networking".

31. ISO/IEC 21214: "Intelligent Transport Systems - Communications access for land mobiles (CALM) - IR medium"

32. ISO/IEC 21217: "Intelligent Transport Systems - Communications access for land mobiles (CALM) - Architecture".

33. ISO/IEC IS 21215: "Intelligent Transport Systems - Communications access for land mobiles (CALM) - M5 medium".

34. M/453 Standardisation mandate addressed to cen, cenelec and etsi in the field of information and communication technologies to support the interoperability of co-operative systems for intelligent transport in the european community. Brussels, 6 th October 2009

35. SAE J2735 Standard: Applying the Systems Engineering Process. Final Report — January 2013

36.Ayyappan, B. Vehicular Ad Hoc Networks (VANET): Architectures, methodologies and design issues / B. Ayyappan, P. Mohan Kumar // 2016 Second International Conference on Science Technology Engineering and Management (ICONSTEM). 30-31 March 2016. - P. 177-180.

37. Bako, B. Efficient information dissemination in VANETs / B. Bako, M. Weber // InTech, 2011. - P. 45-64.

38.Barberis, C. Epidemic Information Diffusion in Realistic Vehicular Network Mobility Scenarios / C. Barberis, G. Malnati // VANET workshop, ICT 2008. -P. 1-8.

39. Bastani, S. Impact of beaconing policies on traffic density estimation accuracy in traffic information systems. / S. Bastani, L. Libman, S. Travis Waller // Proceeding of IEEE International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks 2014. 2014. - P. 1-6.

40. Behnad, A. Probability of Node to Base Station Connectivity in One-Dimensional Ad Hoc Networks / Behnad A., Nader-Esfahani S. // Communications Letters, IEEE (Volume:14 , Issue: 7 ) . July 2010. - P. 650652.

41.Benabdallah, F. Simulation and analysis of VANETS performances based on the choice of mobility model / F. Benabdallah, A. Hamza, M. Bechrif // 2017 Computing Conference. 2017. - P. 1238 - 1242.

42. Benaidja, A. An Optimal Broadcast of Warning Messages in Vehicular Ad Hoc Networks / A. Benaidja, S. Moussaoui, F. Naït-Abdesselam //International

Journal of Computer and Information Technology (ISSN: 2279 - 0764), Sep. 2013. - P. 986-992.

43. Bose, S. K. An Introduction to Queueing Systems./ Bose S. K. //Dordrecht ; London : Kluwer Academic/ Plenum, 2001. - 310 p.

44.Burke, P. J. The Output of a Queuing System / Burke, P. J. // Operations Research. 4 (6). 1956. - P. 699-704.

45. Caizzone, G. A Power Control Algorithm with High Channel Availability for Vehicular Ad Hoc Networks / G. Caizzone, P. Giacomazzi, L. Musumeci, G. Verticale // IEEE International Conference on Communications, 2005. ICC 2005. 2005, 2005(Volume: 5). -P. 3171-3176.

46.Car2Car Communication Consortium, official webpage: http://www.carto-car.org

47. Chen, Q. Overhaul of IEEE 802.11 Modeling and Simulation in NS-2 (802.11Ext). / Chen Q., Schmidt-Eisenlohr F., Jiang D., Torrent-Moreno M., Delgrossi L., Hartenstein H. // MSWiM, 2008.

48. Chen, Z.D. Ad Hoc Relay Wireless Networks over Moving Vehicles on Highways / Chen, Z.D., Kung, H. and Vlah, D. // MobiHoc, 2001. - P. 247-250.

49. Chitra, M. Efficient broadcasting mechanisms for data dissemination in vehicular ad hoc networks. / M.Chitra, S. Siva Sathya // IJMNCT, №.3, June 2013.

50.Cooper, C. A Comparative Survey of VANET Clustering Techniques / C. Cooper, D, Franklin M. Ros, F. Safaei, M. Abolhasan // IEEE Communications Surveys & Tutorials. 2017(Volume: 19 , Issue: 1). -P. 657-681.

51. De, P. Modeling node compromise spread in wireless sensor networks using epidemic theory / De P., Liu Y., Das S. K. // 2006 International Symposium on a World of Wireless, Mobile and Multimedia Networks(WoWMoM'06). 2006. - P. 243.

52.Dimitrakopoulos, G. Current Technologies in Vehicular Communication / Dimitrakopoulos G. // Springer International Publishing AG 2017, - 121 p.

53.Dressler, F.Inter-Vehicle Communication - Quo Vadis / Dressler F., Hartenstein H., Altintas O., Tonguz O.K. // IEEE Communications Magazine, vol. 52, no.6. June 2014. - P. 170-177.

54. European Commission, DG INFSO "INFSO G4/JJ D(2006) 701311 Working Paper on Intelligent Co-operative Systems based on V2V and V2I Communications", Jan. 2006.

55. Hethcote, H. W. Mathematics of infectious diseases / Hethcote H. W // SIAM Review, Vol. 42, No. 4. 2000. - P. 599-653.

56. ISO/TC 204 Intelligent transport systems [Электронный ресурс]. — Режим доступа: www.iso.org/committee/54706.html

57.Jakubiak, J.State of the art and research challenges for VANETs / Jakubiak J., Koucheryavy Y. // Proceedings, IEEE CCNC 2008, Las Vegas, USA, January 10-12, 2008. - P. 912-916.

58.Jiang, H. Chen Reliable and Efficient Alarm Message Routing in VANET / H. Jiang, H. Guo, L. Chen // 2008 The 28th International Conference on Distributed Computing Systems Workshops. 2008. - P. 186-191.

59.Keeling, M. J. Modeling Infectious Diseases in Humans and Animals / Keeling M. J., Rohani P. // Princeton University Press. 2007. — Режим доступа: http://www.modelinginfectiousdiseases.org/

60.Kenney, J.B. Dedicated Short-Range Communications (DSRC) Standards in the United States. / J. B. Kenney // Proceedings of the IEEE ( Volume: 99 , Issue: 7 , July 2011 ). 16 June 2011. - P. 1162-1182.

61. Khan, M. I. Network Parameters Impact on Dynamic Transmission Power Control in Vehicular Ad hoc Networks / M. I. Khan // International Journal of Next-Generation Networks (IJNGN) Vol.5, No.3, September 2013. -P. 1-22.

62.Kleinrock, L. Queueing Systems, Vol. 1: Theory / L. Kleinrock // J .Wiley and Sons. — 1975. - 417 p.

63.Kleinrock, L. Queueing Systems, Vol. 2: Computer applications / L. Kleinrock // — New York : wiley, 1976. — 576 p.

64. Korkmaz, G. Urban Multi-Hop Broadcast Protocol for Inter-Vehicle Communication Systems / G. Korkmaz, E. Ekici // ACM VANET'04, Oct. 2004. - P. 76-85.

65.Kwon, J.-H. Neighbor Mobility-Based Clustering Scheme for Vehicular Ad Hoc Networks. / J.-H. Kwon, C. Kwon, E-J. Kim // 2015 International Conference on Platform Technology and Service. 2015. - P. 31-32.

66.Lei, G. Power Adjustment Based Congestion Control in Vehicular Ad-hoc Networks / G. Lei, F. Liu, P. Wang // Artificial Intelligence with Applications in Engineering and Technology (ICAIET), 2014 4th International Conference. 2014. - P. 280-285.

67. Li, G.-S. An Adaptive and Opportunistic Broadcast Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks. / G.-S. Li, W.-L. Wang, X.-W. Yao //International Journal of Automation and Computing 9(4), Aug. 2012. - P. 378-387.

68.Li, X. Using Adaptive Range Control to Maximize 1-Hop Broadcast Coverage in Dense Wireless Networks / X. Li, T. Nguyen, R. Martin // IEEE SECON, Santa Clara, CA, Oct 2004. - P. 397-405.

69.Li, Y.(Jeff). An Overview of the DSRC/WAVE Technology. / Li Y.(Jeff). // QShine 2010: Quality, Reliability, Security and Robustness in Heterogeneous Networks. 2010. - P. 544-558.

70.Ma, X. Design and Analysis of a Robust Broadcast Scheme for VANET Safety-Related Services./ X. Ma, J. Zhang, X Yin, K. S. Trivedi // IEEE Transactions on Vehicular Technology ( Volume: 61 , Issue: 1 , Jan. 2012 ). -P. 46-61.

71. Mark, B. L. Analysis of virus spread in wireless sensor networks: An epidemic model / Mark B. L. // 2009 7th International Workshop on Design of Reliable Communication Networks. 2009. - P. 86-91.

72. Miao, M. Implementation and Demonstration of WAVE Networking Services for Intelligent Transportation Systems / Miao M., Zheng Q., Zheng K., Zeng Z. // Springer. Internet of Vehicles - Technologies and Services, IOV 2014. - P. 130-139.

73. Miorandi, D. Connectivity in one-dimensional ad hoc networks: a queueing theoretical approach / Miorandi D., Altman E. // Wireless Networks, vol. 12, no. 5, Sep. 2006. - P. 573-587.

74. Mishra, B. K., Mathematical model on the transmission of worms in wireless sensor network / Mishra B. K., Keshri N. // Applied Mathematical Modelling, vol. 37, no. 6. 2013. - P. 4103-4111.

75. Mishra, P. Design Approach for Accidents Notification in Vehicular Ad Hoc Network./ P. Mishra, A. Jaiswal. // 2015 Fifth International Conference on Communication Systems and Network Technologies. 2015. - P. 164-168.

76. Mutalik, P. A survey on vehicular ad-hoc network [VANET's] protocols for improving safety in urban cities./ P. Mutalik, V. C. Patil // 2017 International Conference On Smart Technologies For Smart Nation (SmartTechCon). 2017. -P. 840-845.

77.Naja, R. Wireless Vehicular Networks for Car Collision Avoidance / Rola Naja // Springer-Verlag New York. 2013. - 264 p.

78. Najafzadeh, S. Broadcasting in Connected and Fragmented Vehicular Ad Hoc Networks. / S. Najafzadeh, N. B. Ithnin, S. A. Razak // International Journal of Vehicular Technology. Volume 2013, P. 249-258.

79. Nakorn, N. "POCA: position-aware reliable broadcasting in VANET" / N. Nakorn, K. Rojviboonchai // in Proceedings of the Asia-Pacific Conference of Information Processing (APCIP '10), Nanchang, China, 2010. - P. 420-428.

80.Nakorn, N. N. DECA: density-aware reliable broadcasting in vehicular ad hoc networks / N. N. Nakorn, K. Rojviboonchai // in Proceedings of the 7th Annual International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, ECTI-CON. 2010, -P. 598602.

81. Newman, M. E. J. Interacting epidemics and coinfection on contact networks / Newman M. E. J., Ferrario C. R. // PLOS One 8, e71321, 2013. - P. 1-8.

82. Newman, M. E. J. The spread of epidemic disease on networks / Newman M. E. J. // Phys. Rev. E 66, 2002. art. no. 016128.

83. Poonial, R. C. Performance evaluation of radio propagation model for vehicular ad hoc networks using vanetmobisim and ns-2 / R. C. Poonia1, V. Singh. // International Journal of Distributed and Parallel Systems (IJDPS) Vol.3, No.4, July 2012. - P. 145-155.

84. Pyykonen, P. Vehicle ITS station for C2X communication. / P. Pyykonen, K. Kauvo, J. Viitanen, P. Eloranta // 2014 IEEE 10th International Conference on Intelligent Computer Communication and Processing (ICCP). 2014. - P. 211 -214

85.R. S. Hande, A, Muddana. Comprehensive survey on clustering-based efficient data dissemination algorithms for VANET / R. S. Hande, A, Muddana // 2016 International Conference on Signal Processing, Communication, Power and Embedded System (SCOPES). 2016. -P. 629-632.

86.Rahman, K. A. Towards a cross-layer based MAC for smooth V2V and V2I communications for safety applications in DSRC/WAVE based systems / K. A. Rahman, K. E. Tepe // 2014 IEEE Intelligent Vehicles Symposium Proceedings. 2014. - P. 969 - 973

87. Reichardt, D. CarTALK 2000: Safe and Comfortable Driving Based upon Inter Vehicle Communication / Reichardt, D., Miglietta, M., Moretti, L., Morsink, P., Schulz, W. // IEEE Intelligent Vehicle Symposium, vol. 2. 2003. - P. 545-550.

88. Rubio-Loyola, J. Towards Intelligent Tuning of Frequency and Transmission Power Adjustment in Beacon-based Ad-Hoc Networks / J. Rubio-Loyola, H. Galeana-Zapien, F. Aguirre-Gracia // In Proceedings of the 4th International Conference on Vehicle Technology and Intelligent Transport Systems - Volume 1, Funchal, Madeira, Portugal. 2018. -P. 648-656.

89. Sabouni, R. Performance of DSRC for V2V communications in urban and highway environments / R. Sabouni, R. M. Hafez // 2012 25th IEEE Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). 2012. - P. 1-5.

90. Samara, G. Intelligent Emergency Message Broadcasting in VANET Using PSO. / Samara G., Alhmiedat T. // WCSIT, ISSN: 2221-0741, 2014.

91.Shi, L. Spectrum Requirement for Vehicle-to-Vehicle Communication for Traffic Safety/ L. Shi, K. Won Sung // 2014 IEEE 79th Vehicular Technology Conference (VTC Spring). 18-21 May 2014. - P. 1-5.

92.Sladkowski, A. Intelligent Transportation Systems - Problems and Perspectives / A. Sladkowski, W. Pamula // Springer; 2016 edition. June 25, 2015. - 303 p.

93.Sommer, C. On the Applicability of Two-Ray Path Loss Models for Vehicular Network Simulation / C. Sommer, S. Joerer, F. Dressler // 2012 IEEE Vehicular Networking Conference (VNC). 14-16 Nov. 2012. P. 64-69.

94.Sulistyo, S. Distributed Channel and Power Level Selection in VANET Based on SINR using Game Model / S. Sulistyo, S. Alam // International Journal of Communication Networks and Information Security (IJCNIS). Vol. 9, No. 3, December 2017. - P. 432-438.

95.Sussman, J. M., Perspectives on Intelligent Transportation Systems (ITS) / Sussman J. M. // New York: Springer-Verlag, 2005.

96.The NOW: Network on Wheels project — Режим доступа: http://www.network-on-wheels.de

97.Tian, D. Performance evaluation of beaconing in dense VANETs / D. Tian, Y. Wang, K. Ma. //2010 IEEE Youth Conference on Information, Computing and Telecommunications. 28-30 Nov. 2010. - P. 114-117.

98.Tonguz, O. K. DV-CAST: a distributed vehicular broadcast protocol for vehicular ad hoc networks / O. K. Tonguz, N. Wisitpongphan, F. Bai // IEEE Wireless Communications, vol. 17, no. 2. 2010. - P. 47-57.

99. Torabi, N. Implementation of the IEEE 802.11p/1609.4 DSRC/WAVE in NS-2 / N. Torabi, B. S. Ghahfarokhi // 2014 4th International Conference on Computer and Knowledge Engineering (ICCKE). 2014. - P. 519-524.

100. Torrent-Moreno, M. "NoW Network on Wheels: Project Objectives, Technology and Achievements," / M.Torrent-Moreno, S. Schnaufer, R. Eigner, C. Catrinescu, J. Kunisch, // 5th International Workshop on Intelligent Transportation (WIT), March 2008., pp. 211-216

101. Vavoulas, A. Node Isolation Probability for Serial Ultraviolet UV-C Multi-hop Networks / Vavoulas A., Harilaos G. Sandalidis, Varoutas D. // Journal of Optical Communications and Networking, Vol. 3, Issue 9. 2011. - P. 750-757.

102. Wilkie, D. Review of the Status of the Dedicated Short-Range Communications Technology and Applications [Draft] Report to Congress. April 28, 2015. — Режим доступа: http://www.trb.org/Main/Blurbs/172448.aspx

103. Wisitpongphan, N. Broadcast Storm Mitigation Techniques in Vehicular Ad Hoc Networks / N. Wisitpongphan, O.K. Tonguz // IEEE Wireless Communications, Dec. 2007, Volume: 14 , Issue: 6. -P. 84 - 94.

104. Xie, X. Adaptive Multi-Channel MAC Protocol for Dense VANET with Directional Antennas / X. Xie, B. Huang, S. Yang, T. Lv // 2009 6th IEEE Consumer Communications and Networking Conference. 10-13 Jan. 2009. - P. 1-5.

105. Yan, X. Research and Development of Intelligent Transportation Systems. / Yan X., Zhang H., Wu C. // 2012 11th International Symposium on Distributed Computing and Applications to Business, Engineering & Science. 2012. pp.321-327.

106. Yang, P. Clustering algorithm in VANETs: A survey / P. Yang, J. Wang, Y. Zhang, Z. Tang, S. Song // 2015 IEEE 9th International Conference on Anti-counterfeiting, Security, and Identification (ASID). Sept. 2015. -P. 166-170.

107. Yang, Y.-T. Position-Based Adaptive Broadcast for Inter-Vehicle Communications / Y.-T. Yang, L.-D. Chou // ICC Workshops - 2008 IEEE International Conference on Communications Workshops. 2008. - P. 410-414.

108. Zear, A. Intelligent Transport System: A Progressive Review/ Zear, A., Singh, P. K., Singh, Y. // Indian Journal of Science and Technology, Vol 9(32), August 2016. - P. 1-8.

109. Zhang, G. Multicast Capacity for VANETs with Directional Antenna and Delay Constraint / G. Zhang, Y. Xu, X. Wang, X. Tian, J. Liu, X. Gan, H. Yu,

L. Qian // IEEE Journal on Selected Areas in Communications ( Volume: 30 , Issue: 4 , May 2012 ). -P. 818-833.

110. Zhang, X. Performance modeling of epidemic routing / Zhang X., Neglia G., Kurose J., Towsley D. // Computer Networks. Volume 51, Issue 10, 11 July 2007, - P. 2867-2891.

111. Zhao, J. VADD: Vehicle-assisted data delivery in vehicular Ad hoc networks / J. Zhao, G. Cao // IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 57, no. 3, 2008. - P. 1910-1922.

112. Аналитическое агентство «Автостат». URL: https://www.autostat.ru/articles/21090/

113. Андронов, А.М. «Анализ нестационарной бесконечнолинейной системы массового обслуживания как сети случайного доступа / Андронов А.М. // Автоматика и вычислительная техника. 1994. №1. - С. 28-33.

114. Вентцель, Е.С. ТЕОРИЯ. СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ и ее инженерные приложения / Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. // — 5-е изд., стер.— М. : КНОРУС, 2016.— 448 с.

115. Куликова, О. Исследование бесконечнолинейных систем массового обслуживания методом просеивания входящего потока / Куликова О., Назаров А. // Минск, БГУ, - 2005, - С. 98-102.

116. Кучерявый, А. Е. Самоорганизующиеся сети. / Кучерявый А. Е., Прокопьев А. В., Кучерявый Е. А. // СПб, "Любавич", 2011.

117. Кучерявый, Е. Особенности развития и текущие проблемы автомобильных беспроводных сетей VANET/ Кучерявый Е., Винель А., Ярцев С. // "Электросвязь", № 1, январь 2009, с. 24-28.

118. Кучерявый, Е.А. Теория эпидемий как инструмент анализа распространения широковещательного трафика в сетях VANET / Кучерявый Е.А., Ярцев С.В. // Информационные каналы и связи, - 2016 -№4. - с. 101-107.

119. Назаров, А.А. Асимптотический анализ систем массового обслуживания с неограниченным числом приборов и полумарковским входящим потоком / А.А. Назаров, И.А. Семенова // Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 320. № 5. - C. 12-17.

120. Проект COMeSafety. — Режим доступа: http://www.ecomove-project.eu/links/comesafety/

121. Проект eCoMove. — Режим доступа: http://ecomove.dk/

122. Сайт комитета CEN. — Режим доступа: http://www.itsstandards.eu/wgs

123. Сайт комитета IEC. — Режим доступа: https://www.iec.ch/about/

124. Тест шипы и липучки на льду: Казус градуса — Режим доступа: URL: https://www.zr.ru/content/articles/16906-test_shipy_i_lipuchki_na_ldu_kazus_gradusa/

125. Ярцев, С.В. Исследование структуры потоков широковещательного трафика в сетях VANET/ Ярцев, С.В., Кучерявый Е.А., Владыко А.Г. // НТВ СПбГПУ. Информатика.Телекоммуникации. Управление. - 2018 -№3. - С. 27-31.

126. Ярцев, С.В. Механизмы управления широковещательным трафиком в сетях VANET / Ярцев С.В. // Электросвязь, - 2015, - №3. - с. 27-31.

Приложение А. ЛИСТИНГ МОДИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ IEEE 802.11p

Файл: wireless-phyExt.cc

#include <math.h> #include <functional> #include <wireless-phyExt.h> #include <ip.h> #include <agent.h> #include <trace.h> #include "mac-802_11Ext.h" #include <map> #include <iostream> #include <ranvar.h> #include <float.h>

/*======================================================================

WirelessPhyExt Interface ====================================================================== */

static class WirelessPhyExtClass : public TclClass { public:

WirelessPhyExtClass() :

TdClassCPhy/WirelessPhyExt") {

}

TclObject* create(int, const char*const*) { return (new WirelessPhyExt);

}

} class_WirelessPhyExt; WirelessPhyExt::WirelessPhyExt() :

WirelessPhy(), tX_Timer(this), rX_Timer(this), preRX_Timer(this) {

bind("CPThresh_", &CPThresh_); //not used at the moment, BPSK_SNR_ is used in preamble capture

bind("RXThresh_", &RXThresh_); //not used at the moment

bind("CSThresh_", &CSThresh_);

bind("Pt_", &Pt_);

bind("freq_", &freq_);

bind("L_", &L_);

bind("PreambleCaptureSwitch_", &PreambleCaptureSwitch_); bind("DataCaptureSwitch_", &DataCaptureSwitch_); bind("SINR_PreambleCapture_", &SINR_PreambleCapture_); bind("SINR_DataCapture_", &SINR_DataCapture_); bind("HeaderDuration_", &HeaderDuration_); bind("PHY_DBG_", &PHY_DBG);

bind("BasicModulationScheme_", &BasicModulationScheme_); bind("trace_dist_", &trace_dist_); bind("noise_floor_", &noise_floor_); bind("PowerMonitorThresh_", &PowerMonitorThresh_);

lambda_ = SPEED_OF_LIGHT / freq_; node_ = 0; ant_ = 0;

propagation_ = 0;

powerMonitor = new PowerMonitor(this);

//channel state state = SEARCHING;

pkt_RX = 0; power_RX = 0;

}

int WirelessPhyExt::command(int argc, const char*const* argv) { TclObject *obj; if (argc == 3) {

if (strcasecmp(argv[1], "setMacAddr")==0) {

return TCL_OK; } else if ( (obj = TclObject::lookup(argv[2])) == 0) {

fprintf(stderr,"WirelessPhyExt: %s lookup of %s failed\n", argv[1], argv[2]); return TCL_ERROR; } else if (strcmp(argv[1], "propagation") == 0) { assert(propagation_ == 0); propagation_ = (Propagation*) obj; return TCL_OK; } else if (strcasecmp(argv[1], "antenna") == 0) { ant_ = (Antenna*) obj; return TCL_OK; } else if (strcasecmp(argv[1], "node") == 0) { assert(node_ == 0); node_ = (Node *)obj; return TCL_OK;

}

}

return WirelessPhy::command(argc, argv);

}

void WirelessPhyExt::sendDown(Packet *p) {

/*

* Sanity Check */

assert(initialized()); if (PHY_DBG)

log("SendDown", ""); switch (state) { case TXing:

cout << "wrong in MAC logic case 1"<<endl; exit(1); break; case RXing:

rX_Timer.cancel(); // case 7

discard(pkt_RX, power_RX, "INT"); pkt_RX=0; power_RX=0; break; case PreRXing:

preRX_Timer.cancel(); // case 6

discard(pkt_RX, power_RX, "INT"); pkt_RX=0; power_RX=0; break; case SEARCHING: break;

default:

cout << "Only four states valid"<<endl; exit(1);

* Stamp the packet with the interface arguments

*/

p->txinfo_.stamp((MobileNode*)node(), ant_->copy(), Pt_, lambda_); // Send the packet & set sender timer struct hdr_cmn * cmh = HDR_CMN(p); setState(TXing);

tX_Timer.sched(cmh->txtime()); powerMonitor->recordPowerLevel(Pt_, cmh->txtime()); downtarget_->recv(p, this);

}

int WirelessPhyExt::sendUp(Packet *p) {

/*

* Sanity Check

*/

assert(initialized()); int pkt_recvd = 0; assert(p);

// struct hdr_mac802_11* dh = HDR_MAC802_11(p); struct hdr_cmn * cmh = HDR_CMN(p); PacketStamp s; double Pr; if (propagation_) {

s.stamp((MobileNode*)node(), ant_, 0, lambda_); // pass the packet to RF model for the calculation of Pr Pr = propagation_->Pr(&p->txinfo_, &s, this); powerMonitor->recordPowerLevel(Pr, cmh->txtime()); cmh->physinr_ = Pr/(powerMonitor->getPowerLevel()-Pr); if (PHY_DBG) {

char msg[1000];

sprintf(msg, "Id: %d Pr: %f PL: %f SINR: %f TXTIME: %f", cmh->uid(), Pr *1e9, powerMonitor->getPowerLevel()*1e9, Pr /(powerMonitor->getPowerLevel()-Pr), cmh->txtime()); log("Sendup", msg);

}

switch (state) { case TXing:

//case 12

pkt_recvd = discard(p, Pr, "TXB"); setState(TXing); break; case SEARCHING:

if ((powerMonitor->SINR(Pr)

>= modulation_table[BasicModulationScheme_].SINR_ratio)) { power_RX = Pr; pkt_RX=p->copy(); setState(PreRXing);

preRX_Timer.sched(HeaderDuration_); // preamble and PCLP header break;

} else {

//case 1

//pkt_recvd =discard(p,Pr,""); pkt_recvd =discard(p, Pr, "SXB"); setState(SEARCHING); break;

}

case PreRXing:

if (powerMonitor->SINR(power_RX)

>= modulation_table[BasicModulationScheme_].SINR_ratio) {

//case 4

pkt_recvd = discard(p, Pr, "PXB"); if (PHY_DBG)

log("PCAP 1st SUCC", ""); setState(PreRXing); break;

} else {

// the preamble of pkt_RX is corrupted // case 2

pkt_recvd = discard(pkt_RX, power_RX, "PXB");

Packet::free(pkt_RX);

power_RX=0;

preRX_Timer.cancel();

pkt_RX=0;

if (PHY_DBG)

log("PCAP 1st FAIL", "");

if (PreambleCaptureSwitch_) {

if (powerMonitor->SINR(Pr) >= SINR_PreambleCapture_) { pkt_RX=p->copy(); power_RX =Pr; if (PHY_DBG)

log("PCAP 2nd SUCC", ""); setState(PreRXing);

preRX_Timer.sched(HeaderDuration_); break;

} else {

//case 3

pkt_recvd = discard(p, Pr, "PXB"); if (PHY_DBG)

log("PCAP 2nd FAIL", ""); setState(SEARCHING); break;

}

} else {

pkt_recvd = discard(p, Pr, "PXB"); if (PHY_DBG)

log("PCAP 2nd FAIL N/A", ""); setState(SEARCHING); break;

}

}

case RXing:

power_RX: "<<power_RX<<" SINR_Th_RX: "<<SINR_Th_RX<<endl;

if (powerMonitor->SINR(power_RX) >= SINR_Th_RX) { //case 8

pkt_recvd = discard(p, Pr, "RXB"); if (PHY_DBG)

log("DCAP 1st SUCC", ""); setState(RXing); break;

} else {

if (PHY_DBG)

log("DCAP 1st FAIL", ""); HDR_CMN(pkt_RX)->error()=1; if (DataCaptureSwitch_) {

if (powerMonitor->SINR(Pr) >= SINR_DataCapture_) { // case 9

rX_Timer.cancel(); discard(pkt_RX, power_RX, "RXB"); pkt_RX=0;

//------start the prerx of this new packet p—//

pkt_RX=p->copy(); power_RX =Pr; if (PHY_DBG)

log("DCAP 2nd SUCC", ""); setState(PreRXing);

preRX_Timer.sched(HeaderDuration_);

} else {

// case 10

pkt_recvd = discard(p, Pr, "RXB"); if (PHY_DBG)

log("DCAP 2nd FAIL", ""); setState(RXing);

}

} else {

// case 11

pkt_recvd = discard(p, Pr, "RXB"); if (PHY_DBG)

log("DCAP 2nd FAIL N/A", ""); setState(RXing);

}

break;

}

default:

cout<<"packet arrive from chanel at invalid PHY state"<<endl; exit(-1);

}

}

return 0; // the incoming MAC frame will be freed by phy.cc.

}

double WirelessPhyExt::SINR_Th(int modulationScheme) { if (PHY_DBG) {

char msg[1000];

sprintf(msg, ": = %s threshold %f ",

modulation_table[modulationScheme].schemeName, modulation_table[modulationScheme].SINR_ratio); log("Mod_Scheme", msg);

}

return modulation_table[modulationScheme].SINR_ratio;

}

void WirelessPhyExt::handle_TXtimeout() { assert(state==TXing);

Mac802_11Ext * mac_ = (Mac802_11Ext*)(uptarget_);

mac_->handleTXEndIndication();

setState(SEARCHING);

}

void WirelessPhyExt::handle_RXtimeout() { assert(state==RXing); setState(SEARCHING);

struct hdr_cmn * cmh = HDR_CMN(pkt_RX); Mac802_11Ext * mac_ = (Mac802_11Ext*)(uptarget_); if (cmh->error()) { //case 5, 9

discard(pkt_RX, power_RX, "RXB");

pkt_RX=0;

power_RX=0;

mac_->handleRXEndIndication(0);

} else {

mac_->handleRXEndIndication(pkt_RX);

pkt_RX=0;

power_RX=0;

}

}

void WirelessPhyExt::handle_PreRXtimeout() { assert(state==PreRXing);

assert(pkt_RX);

struct hdr_cmn * cmh = HDR_CMN(pkt_RX); SINR_Th_RX = SINR_Th(cmh->mod_scheme_); // cout<<"sinr"<<SINR_Th_RX<<endl; if (powerMonitor->SINR(power_RX) < SINR_Th_RX) { if (PHY_DBG)

log("PreRxTimeout", "BodyError"); cmh->error() = 1;

}

setState(RXing);

rX_Timer.sched(cmh->txtime()-HeaderDuration_); //receiving rest of the MAC frame Mac802_11Ext * myUpMAC = (Mac802_11Ext*)(uptarget_); myUpMAC->handleRXStartIndication();

}

void WirelessPhyExt::sendCSBusyIndication() {

Mac802_11Ext * myUpMAC = (Mac802_11Ext*)(uptarget_); myUpMAC->handlePHYBusyIndication();

}

void WirelessPhyExt::sendCSIdleIndication() {

Mac802_11Ext * myUpMAC = (Mac802_11Ext*)(uptarget_); myUpMAC->handlePHYIdleIndication();

}

int WirelessPhyExt::discard(Packet *p, double power, char* reason) { struct hdr_cmn *ch = HDR_CMN(p); double modulation_SINR =SINR_Th(ch->mod_scheme_);

double Xt, Yt, Zt; // location of transmitter double Xr, Yr, Zr; // location of receiver PacketStamp s;

s.stamp((MobileNode*)node(), ant_, 0, lambda_);

s.getNode()->getLoc(&Xt, &Yt, &Zt);

p->txinfo_.getNode()->getLoc(&Xr, &Yr, &Zr);

Xr += p->txinfo_.getAntenna()->getX();

Yr += p->txinfo_.getAntenna()->getY();

Zr += p->txinfo_.getAntenna()->getZ();

Xt += s.getAntenna()->getX();

Yt += s.getAntenna()->getY();

Zt += s.getAntenna()->getZ();

double dX = Xr - Xt;

double dY = Yr - Yt;

double dZ = Zr - Zt;

double d = sqrt(dX * dX + dY * dY + dZ * dZ);

if (d < trace_dist_) {

if (power < modulation_SINR * noise_floor_) reason = "DND";

if (power < modulation_table[BasicModulationScheme_].SINR_ratio * noise_floor_ )

reason = "PND"; drop(p, reason);

} else {

Packet::free(p);

}

return 0;

}

void WirelessPhyExt::dump(void) const { }

void WirelessPhyExt::log(char * event, char* additional) { if (PHY_DBG)

cout<<"L "<<Scheduler::instance().clock()<<" "<<node_->nodeid()<<" "<<"PHY"<<" "<<event<<" " <<additional<<endl;

}

void WirelessPhyExt::setState(int newstate) { if (PHY_DBG) {

char msg[1000];

sprintf(msg, "%d -> %d", state, newstate); log("PHYState", msg);

}

if ( state == SEARCHING && newstate != SEARCHING ) {

// indicate MAC busy since we are either receiving or sending // only if we have not been busy already if (powerMonitor->getPowerLevel() < CSThresh_) { sendCSBusyIndication();

}

} else if ( state != SEARCHING && newstate == SEARCHING) { // if we are idle AND powerLevel is below CSthresh, indicate MAC idle if (powerMonitor->getPowerLevel() < CSThresh_) { sendCSIdleIndication();

}

}

state = newstate;

}

int WirelessPhyExt::getState() { return state;

}

void TX_Timer::expire(Event *e) {

wirelessPhyExt->handle_TXtimeout(); return;

}

void RX_Timer::expire(Event *e) {

wirelessPhyExt->handle_RXtimeout(); return;

}

void PreRX_Timer::expire(Event *e) {

wirelessPhyExt->handle_PreRXtimeout(); return;

}

PowerMonitor::PowerMonitor(WirelessPhyExt * phy) {

// initialize, the NOISE is the environmental noise wirelessPhyExt = phy;

CS_Thresh = wirelessPhyExt->CSThresh_; // monitor_Thresh = CS_Thresh; monitor_Thresh = wirelessPhyExt->PowerMonitorThresh_; powerLevel = wirelessPhyExt->noise_floor_; // noise floor is -99dbm

}

void PowerMonitor::recordPowerLevel(double signalPower, double duration) { // to reduce the number of entries recorded in the interfList

if (signalPower < monitor_Thresh ) return;

monitor_Thresh "<<monitor_Thresh<<endl; interf timerEntry; timerEntry.Pt = signalPower;

timerEntry.end = Scheduler::instance().clock() + duration; list<interf>:: iterator i;

for (i=interfList_.begin(); i != interfList_.end() && i->end <= timerEntry.end; i++) { } interfList_.insert(i, timerEntry);

resched((interfList_.begin())->end - Scheduler::instance().clock()); powerLevel += signalPower; // update the powerLevel if (wirelessPhyExt->getState() == SEARCHING && powerLevel >= CS_Thresh) { wirelessPhyExt->sendCSBusyIndication();

}

}

double PowerMonitor::getPowerLevel() {

if (powerLevel > wirelessPhyExt->noise_floor_) { return powerLevel;

}else {

return wirelessPhyExt->noise_floor_;

}

}

void PowerMonitor::setPowerLevel(double power) { powerLevel = power;

}

double PowerMonitor::SINR(double Pr) { if (getPowerLevel()-Pr<=0) {

return 0.0; //internal event contention, new msg arrives betweeen the expire of two timers.

}

return Pr/(getPowerLevel()-Pr);

}

double WirelessPhyExt::getDist(double Pr, double Pt, double Gt, double Gr,

double hr, double ht, double L, double lambda)

{

if (propagation_) {

return propagation_->getDist(Pr, Pt, Gt, Gr, hr, ht, L,

lambda);

}

return 0;

}

void PowerMonitor::expire(Event *) {

double pre_power = powerLevel; double time = Scheduler::instance().clock(); list<interf>:: iterator i; i=interfList_.begin();

while(i != interfList_.end() && i->end <= time) { powerLevel -= i->Pt;

interfList_.erase(i++); }

if (!interfList_.empty())

resched((interfList_.begin())->end - Scheduler::instance().clock()); char msg[1000];

sprintf(msg, "Power: %f -> %f", pre_power*1e9, powerLevel*1e9);

wirelessPhyExt->log("PMX", msg);

// check if the channel becomes idle ( busy -> idle )

if (wirelessPhyExt->getState() == SEARCHING && powerLevel < CS_Thresh) { wirelessPhyExt->sendCSIdleIndication();

}

Приложение Б. ЛИСТИНГ МОДИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ IEEE 802.11p

Файл: mac-802_11Ext.cc

#include "delay.h" #include "connector.h" #include "packet.h" #include "random.h" #include "mobilenode.h" #include "arp.h" #include "ll.h" #include "mac.h" #include "mac-802_11Ext.h" #include "cmu-trace.h" #include <iostream>

#include "common/agent.h"