VANETs - KIT€¦ · » Finalitat: explorar el desenvolupament de tecnologies sense fils per xarxes ad hoc per vehicles » ... » Requisits dels protocols de Xarxa (geo-casting/flooding

Dezentrale Systeme und NetzdiensteMarc Torrent Moreno 1

Institut für Telematik, Universität Karlsruhe (TH), 2005

VANETsMarc Torrent-Moreno, Prof. Hannes Hartenstein

Decentralized Systems and Network ServicesInstitute for Telematics, University of Karlsruhe

29 d’Abril 2005

Marc Torrent Moreno 2Institut für Telematik, Universität Karlsruhe (TH), 2005 Dezentrale Systeme und Netzdienste

Motivació (A totes les presentacions Americanes ;-))

Segons la U.S. National Highway Traffic Safety Administration (2003):

» ~6.3 milions d’accidents denunciats a la policia

» ~43,000 persones mortes

» ~3 milions de persones ferides

» Impacte econòmic dels accidents de tràfic durant l’any:

>$230.000 milions

La tendència dels sistemes de seguretat en vehicles va de passius a intel·ligents y actius …

Preventius


On les comunicacions poden ajudar

… interès principal: SEGURETAT

* Font: DaimlerChrysler AG


Objectiu de la Tecnologia

» Seguretat Vial (llarga llista de situacions/aplicacions considerades)– Reduir nombre d’accidents– Minorar els danys dels accidents

» Condicions del Tràfic

– Millorar l'eficiència en el transport– Monitoritzar la demanda de tràfic

» Medi Ambient– Reduir congestions– Reduir contaminació

» Comoditat en la conducció

– Assistència a la conducció– Aplicacions d’entreteniment


Visió Global

» VANETs, Introducció

– Despertant un gran interès arreu del món

– VANET ACM Workshop

– Projecte ‘Network on Wheels’

» VANETs @Uni-Karlsruhe

– Quina es la nostra visió

– En que ens estem centrant


VANETs, Intro

» Vehicular Ad-Hoc Network

… del conegut terme ‘MANET’, però contempla:

• Comunicacions Vehicle-a-vehicle• Comunicacions Vehicle-a-infraestructura

» Pren importància des d‘octubre del 2002: FCC reserva 75MHz d’espectre per millorar la seguretat, l'eficiència i la comoditat a les carreteres

» Ara mateix, tant empreses com universitats estan involucrades engrans projectes subvencionats per diferents governs


Conferències/Workshops

» IEEE Vehicular Technology Conference (VTC)

» IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV)

» IEEE Intelligent Transportation Systems (ITS)

» ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks

(VANET)

» International Workshop on Intelligent Transportation (WIT)


1st ACM workshop on Vehicular Ad-Hoc Networks (VANET 2004)

» Finalitat: explorar el desenvolupament de tecnologies sense fils per xarxes ad hoc per vehicles

» Call for papers: noves aplicacions, protocols de xarxes, seguretat, tecnologies de gestió de xarxa, control de potencia, modulacions, codificació, models del canal (RF), etc.

» Impressió desprès d’assistir-hi:

– Comunitat de recerca emergent i altament motivada– Molt d'interès per part del sector privat

http://www.sigmobile.org/workshops/vanet2005/

2005:


Projectes Arreu del Món

» USA:– Vehicle Safety Communications Consortium (VSCC)

http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/pdf/nrd-12/CAMP3/pages/VSCC.htm/– DSRC/WAVE Technology

http://www.leearmstrong.com/DSRC/DSRCHomeset.htm/ (complert i , up to date)http://grouper.ieee.org/groups/scc32/dsrc/index.html/ (standaritzacio)

» Europa:– Car to Car Communication Consortium

http://www.car-to-car.org/– PReVENT

http://www.prevent-ip.org/– CarTalk

http://www.cartalk2000.net/– Network on Wheels (Germany)

http://www.network-on-wheels.de/

» Japó:– ITS Japan

http://www.its-ip.org/


Objectius principals dels projectes

» Definir aplicacions per l’actualitat i pel futur

» Especificar tecnologia/sistema

» Impulsar el procés d'estandardització

» Trobar les estratègies d'introducció al mercat adequades


Projecte Network on Wheels

» Continuació del projecte FleetNet

» Subvencionat pel Ministeri d’Educació i Recerca Alemany (BMB+F)

» Comença al juny del 2004, fins al maig del 2008

» Objectius principals:

– Solucionar complicacions tècniques relacionades amb funcionament, fiabilitat , escalabilitat i seguretat per comunicacions entre vehicles

– Disseny de l’arquitectura base i plataforma per la tecnologia VANET

– Explorar aplicacions per l’introducció al mercat


VANETs – Comentaris addicionals (I)

» S’ha decidit que 802.11 OFDM sigui la tecnologia per capa física(~802.11a)

» Als USA ja tenen assignats 75MHz a 5,9Ghz. 7 Canals de 10Mhz

» Europa (C2CCC) esta en procés d’obtenir l’ample de banda

» Per empreses automobilístiques els costs son una gran preocupació:– Tots els cotxes estaran equipats amb GPS– Només un transceptor? (salts entre canals?)– Sistema base sense Mapa Digital? (millora per safety, non-safety?)

» USA … estant prenent decisions més de pressa: – El FCC ha definit 3 prioritats: Safety-of-Life, Safety, Non-Safety– 1 Canal de Control, on tota la informació referent a seguretat vial hauria de

ser enviada– 6 Canals de Servei, pel tràfic no referent a seguretat– Entitats d'estandardització implicades: IEEE, ASTM ...


VANETs Comentaris ad. (II): Aplicacions (avaluació requisits)

Non-Safety0 – 90N/AN/A> 20MbpsMovie Download(2 hours of MPEG 1) /10 min. down. time

Non-Safety0 – 90Periodic~500~100~2Kbps

Service Announc.

Non-Safety=15Event~50~100Toll Collection

Safety300 – 1000Event~1000~100Transit Vehicle Signal Priority

Safety50 – 300Periodic~1000~100~1Kbps

Work Zone Warning

Safety ofLife

50 – 300Periodic~100~100~10Kbps

Coop. CollisionWarning

Safety ofLife

50 – 300Event~100~100Inters. CollisionWarning/Avoidance

PriorityComm. Range(m)

NetworkTraffic Type

AllowableLatency (ms)

Packet Size(B)/Bwth

Application

* Font: California PATH

•Els requisits de les aplicacions encara NO han estat fixats•S’ha d’omplir el buit entre les aplicacions i les comunicacions



VANETS@Uni-Karlsruhe


Quina es la nostra visió de les VANETs @ Uni-Karlsruhe?

VANETs estan caracteritzades per:

» Amplia gamma d’aplicacions

» Tipus de comunicacions (extrem-a-extrem?)

» Auto-organitació i auto-gestió (totalment descentralitzades)

» Paquets vs. Informació (estat / agregació de dades)

» Requisits dels protocols de Xarxa (geo-casting/flooding eficients)

» Condicions del medi desfavorables (congestió i canal de radio)


Quin es el nostre interès @Uni-Karlsruhe?

La nostra motivació:

» Està demostrat que les condicions al ‘món real’ tenen un efecte important en el l'actuació dels protocols

» La major part dels protocols que estan tan ben analitzats(condicions ideals) no han estat provats en condicions reals

» Desgraciadament, les VANETs es trobaran escenaris amb les ‘pitjors condicions’

El nostre objectiu:

» Trobar les millors estratègies per la lluita contra canals no fiables en VANETs


Quins elements necessitem? (simulació)

» Models de propagació realistes

» Distribucions i patrons de moviment realistes

» Simulador verificat

Que tenim actualment?

» Alguns patrons de moviment realistes a autopistes (cortesia de DCDeutchland)

» Distribució Nakagami ajustada al canal de RF en autopistes (cortesia de DC Palo Alto)

» Versió verificada de ns-2 802.11, capes MAC i PHY (Uni-Karlsruhe) ajustades als chips Atheros de 802.11a (valors cortesia de Atheros)

… però en necessitem mes



“Broadcast Reception Rates and Effects of Priority Access in 802.11-Based Vehicular

Ad-Hoc Networks”

Marc Torrent-Moreno, University of Karlsruhe

Daniel Jiang, DaimlerChrysler RTNA, Inc.

Hannes Hartenstein, University of Karlsruhe

Primer estudi:

1st ACM workshop on Vehicular Ad-Hoc Networks, Oct‘04


Problem Statement

But:

» All vehicles send data → contending for the channel

» Hidden terminal problem

» Channel characteristics

Broadcastsemergency message

What is the probability of

reception for this car?


Channel modeling: the standard way …

c.r.

Unit Disc Graph Model

If no interference:

• Cars inside communication

range receive the packet

• Cars outside communication

range do NOT receive the

packet


In reality …

“c.r.”

Reality

If no interference:

• Cars inside “communication

range” CAN receive the packet

• Cars outside “communication

range” MAY receive the packet

Reception Probability (d)?


Dynamic Scenario (mobile and TRG or Nakagami)

700 m

- 8 lanes, 2 directions (912 cars)

- Constant speed different lanes

- Distance between cars: 20m

- Comm. Range: 100m, 200m

- Packet size: 200B, 500B

- 10 pckts/s

Nakagami received power distribution


Dynamic Scenario – Metrics

Safety Applications

Broadcast Scenario

Delay

Effectiveness

» Metrics:

– Channel access time– Probability of reception


Channel Access Time

26.5 ms9.0 ms6.4500 B200m (Nak)

16.4 ms3.6 ms6.4500 B200m

3.9 ms1.2 ms2.56200 B200m

4.8 ms1.6 ms3.2500 B100m

0.9 ms0.4 ms1.28200 B100m

Non-PriorityPriorityLoad MbpsPckt SizeCom. Range

Channel Access TimeScenario

» Clearly the Priority node has always shorter Channel Access Time !


Probability of Reception (not saturated scenario)

» 200 bytes packets

» 200 m intended communication range


Result of the study

» Results– Priority access provides improvement in channel access time (AIFS and

CW can be adjusted)– When saturation occurs, nodes experience severe performance

degradation (probability of reception can be as low as 20% at half com. range)

– Non-deterministic radio model degrades performance of both types of nodes (worse effect on probability of reception of the prioritized ones)

» Conclusions– Need better understanding of distributed MAC on global scale – Priority access methods as well as relay/repetition strategies are very

important aspects of future safety-critical applications

* For more detail, please take a look at the paper


Cosetes que estem mirant ara mateix

» Encaminament en autopistes utilitzant models de propagació

realistes

» Efecte en la probabilitat de recepció de paquets del nou ‘capture

effect’ de Atheros

» Estratègies fiables per diseminació de dades (flooding)

» Estratègies equitatives per ajustar la potencia de transmissió per

aplicacions de seguretat



Moltes gràcies per la vostra atenció!

http://dsn.tm.uka.de

Documents

VANETs - KIT€¦ · » Finalitat: explorar el desenvolupament de tecnologies sense fils per xarxes ad hoc per vehicles » ... » Requisits dels protocols de Xarxa (geo-casting/flooding