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Die
vorliegende Erfindung betrifft mobile Ad-Hoc-Netze und insbesondere
ein Leitverfahren, das eine Latenz und eine Konkurrenzsituation
bei hochdichten Überflutungsszenarien
verringert, während
eine Zuverlässigkeit
eines Lieferns und eine Kanalkapazität erhöht werden.
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Eine
drahtlose Kommunikation zwischen Fahrzeugen ist ein Konzept das
im Interesse zwischen Fahrzeugherstellern wächst. Mögliche Anwendungen gehen über die
offensichtlichen Unterhaltungs- und Internetverbindungsfähigkeitsverwendungen
hinaus, die soweit veröffentlicht
worden sind; sie weisen das Potenzial auf, eine Fahrzeugsicherheit
auf eine Weise zu verbessern, die sich der Zuverlässigkeit
und Komplexität
von herkömmlichen
Avioniken annähert.
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Verkehrssicherheitsorganisationen,
wie zum Beispiel das Vehicle Safety Communications Consortium bzw.
VSCC, die Federal Highway Administration bzw. US DOT FHWA und die
ISO bzw. TC204 WG 16 haben Anwendungen einer hohen Priorität, wie zum
Beispiel Verkehrssignalverletzungswarnungen, eine Linksfahrtunterstützung, kooperierende
Vorwärtskollisionswarnungen
und eine elektronische Unfallbremslichtsignalisierung, festgelegt.
Für diese
Anwendungen müssen
jedoch, um zweckmäßig zu funktionieren,
die erforderlichen Fahrzeuge bestimmte wichtige Daten auf eine zuverlässige und
rechtzeitige Weise empfangen; diese sind Charakteristiken, die zellulare
und andere infrastrukturbasierte Kommunikationsverfahren nicht gewährleisten können. Eine
Ad-Hoc-Vernetzung liefert die zuverlässigen, niederlatenten und
hochkapazitiven Kommunikationspfade, die erforderlich sind, um diese
Anwendungen realisierbar zu machen.
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Eine
Ad-Hoc-Vernetzung ist jedoch nicht ohne ihre Menge an Herausforderungen.
Eine Wahl eines Leitprotokolls (entweder gerichtet oder Rundfunk),
eine Konkurrenzsituationsabschwächung,
eine Synchronisation und eine Latenzverringerung sind unter den
Entwurfsüberlegungen.
Für mehrere
der Anwendungen, die in dem vorhergehenden Absatz erwähnt worden
sind, könnte
die Verwendung eines Überflutens
als ein Leitprotokoll die beste Wahl zum Erweitern des Bereichs
eines Rundfunks auf Grund der Natur der Information und seiner Anwendung
sein. Es ist jedoch aufgrund seiner Unzulänglichkeiten stark ignoriert
worden.
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Ein Überfluten
weist zwei Hauptherausforderungen in mobilen Ad-Hoc-Netzen auf, die Kraftfahrzeuge einschließen: (i)
einen unzureichenden Funkbereich auf Grund von verstreuten Netzen
als Ergebnis eines verstreuten Verkehrs oder einer niedrigen Verfügbarkeit
von ausgestatteten Fahrzeugen und (ii) eine drahtlose Mediumkonkurrenzsituation
aufgrund von hohen Dichten von Fahrzeugen. Während verstreute Fahrzeugbestände üblich sind,
treten viele sich auf eine Sicherheit beziehende Situationen (zum
Beispiel Kollisionen) unter hohen Fahrzeugdichtebedingungen, wie
zum Beispiel Stoßverkehr,
verkehrsreichen Kreuzungen oder überlaufenen
Parkplätzen,
auf. Eine Kollisions- oder Unfallbremsnachricht, die unter derartigen
hohen Fahrzeugdichtebedingungen eine Autobahn hinab übertragen
wird, kann zu Latenzen führen,
die zu hoch sind, dass die Information in der Nachricht nützlich ist.
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1 stellt die Topologie und
einen Netzverkehr dar, die aus einer Fahrzeugsicherheits-Notfallbremsnachricht
erzeugt werden. Beim einfachen Überfluten
wiederholen alle Fahrzeuge jede Nachricht einmal. Dieses Verfahren
erzeugt jedoch, obgleich es robust ist, eine Menge eines redundanten
Verkehrs auf dem Netz. Mit jedem Wiederholen der Nachricht von dem
führenden
Fahrzeug und jedem Wiederholen von benachbarten Fahrzeugen innerhalb
eines Bereichs, füllt
sich der Kanal schnell und bildet eine Konkurrenzsituation. Dies
verkürzt
den effektiven Bereich aufgrund einer Interferenz und erhöht eine
Latenz aufgrund der erhöhten
Anzahl von erforderlichen Sprüngen.
Insbesondere bei niedrigeren Datenraten kann die Latenz aufgrund
einer Konkurrenzsituation und eines erhöhten Zurücksetzens praktisch sein. Eine
Latenz kann zu dem Punkt wachsen, an dem sie nicht länger realisierbar
ist, um eine Information auf eine zeitkritische Weise weiterzuleiten.
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Fahrzeugsicherheitsanwendungen,
die den Rundfunk einer kontinuierlichen Information erfordern, weisen
das Potential auf, Situationen einer erhöhten Konkurrenzsituation, insbesondere
in Situationen einer hohen Fahrzeugverkehrsdichte, zu erzeugen.
Derartige Anwendungen können
elektronische Strassenzeichen, eine Kreuzungsunterstützung und
eine Notfallwarnung eines sich annährenden Fahrzeugs beinhalten. Wenn
sie überflutet
sind, können
die Daten von diesen Anwendungen das Netz sättigen, was zu konsistent langen
Latenzen führt.
Da Pakete kontinuierlich in das Netz eingeführt werden, müssen alle
um das Medium konkurrieren. Einige gehen auf Grund einer Kollision
verloren, während
die anderen auf ihre Wendung warten, um gesendet zu werden. Dieser
Aufbau erreicht einen eingeschwungenen Sättigungspunkt, jedoch nicht
bis nachdem Latenzen viel länger
werden, als erwünscht.
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Eine
Latenz ist nicht der einzige unerwünschte Effekt, der in diesem
Szenario zu sehen ist. Ein Paketverlust auf Grund einer Konkurrenzbildung
kann insbesondere bei größeren Paketabmessungen
bedeutsam sein. Eine Konsequenz eines hohen Paketverlusts in Fahrzeugsicherheitsanwendungen
ist die Notwendigkeit, eine Information mehr als einmal zu wiederholen,
um eine Lieferung zu gewährleisten.
Ein Wiederholen der Information bewirkt weiterhin eine Verkehrsbelastung.
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Für Fahrzeugsicherheitsanwendungen
sollte ein wirkungsvolles und wirksames Überfluten bezüglich Positionserfordernissen
und einer Konkurrenzbildung und bezüglich eines Weitbereichs von
Funkübertragungsszenarien
robust sein, die sich aus einer breiten Vielzahl von Fahrzeugtopologien
ergeben. Der optimale Absender in einer Richtung kann zum Senden
von Paketen in einer anderen Richtung nicht optimal oder auch unzulänglich sein.
Diese Bedenken dienen als eine Motivation für ein priorisiertes und konkurrenzbildungsfreies
Fahrzeugsicherheitsinformations-Weitergabeverfahren.
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Es
ist demgemäss
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein priorisiertes und konkurrenzsituationsfreies
Fahrzeugsicherheitsinformations-Weitergabeverfahren
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Weitergeben einer Information in
einem drahtlosen Ad-Hoc-Netz geschaffen. Das Verfahren beinhaltet:
Empfangen einer ankommenden Nachricht an einem Empfangsknoten des
Netzes; Planen eines Wiedersendens der Nachricht, wobei eine Planzeit
für das Wiedersenden
proportional zu einer Signalstärke
ist, mit welcher die Nachricht von dem Empfangsknoten empfangen
worden ist; und Zurücksetzen
des Wiedersendens der Nachricht, wenn die gleiche Nachricht vor
der Planzeit für
das Wiedersenden von einem unterschiedlichen Knoten in dem Netz
empfangen worden ist. Der Effekt ist ein verringerter Netzverkehr
auf dem Netz mit einer minimierten Latenz.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 ein
Diagramm eines Netzverkehrs in einem beispielhaften mobilen Ad-Hoc-Netz,
das einen herkömmlichen Überflutungsansatz
verwendet;
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2 ein
Diagramm eines Netzverkehrs in einem beispielhaften mobilen Ad-Hoc-Netz
gemäß den Grundlagen
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Flussdiagramm einer beispielhaften Softwarerealisierung eines Leitprotokolls
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 und 5 Graphen,
die eine Latenz zwischen einem einfachen Überflutungsalgorhythmus und dem
Weitergabeverfahren der vorliegende Erfindung vergleichen;
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6 und 7 Graphen,
die einen Paketverlust zwischen einem einfachen Überflutungsalgorhythmus und
dem Weitergabeverfahren der vorliegenden Erfindung vergleichen;
und
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8 und 9 Graphen,
die eine Kanalbelastung zwischen einem einfachen Überflutungsalgorhythmus
und dem Weitergabeverfahren der vorliegenden Erfindung vergleichen.
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Nachstehend
erfolgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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Ein
verbessertes Verfahren zum Weitergeben einer Information in einem
Zwischenfahrzeug-Kommunikationsnetz wird vorgeschlagen. Bei dieser
beispielhaften Anwendung sind Fahrzeuge ausgestattet, um drahtlose
HF-Übertragungen
zwischen ihnen zu senden und zu empfangen wie es im Stand der Technik
bekannt ist. Während
die folgende Beschreibung bezüglich
der Zwischenfahrzeug-Kommunikationsnetze gegeben wird, ist es leicht
verständlich,
dass breitere Aspekte der vorliegenden Erfindung an anderen Typen
von mobilen Ad-Hoc-Netzumgebungen anwendbar sind. Zum Beispiel können geeignete
Umgebungen in militärischen
Anwendungen gefunden werden.
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Bei
einfachen Überflutungsalgorhythmen
wiederholt jedes Fahrzeug jede Nachricht mindestens einmal, wie
es zuvor beschrieben worden ist. Um einen Netzverkehr zu verringern,
müssen
lediglich Fahrzeuge auf dem Umfang des Sendebereichs für eine gegebene
Nachricht die Nachricht innerhalb des Netzes wiedersenden. Anders
ausgedrückt
wird Fahrzeugen auf dem Umfang des Sendebereichs eine Priorität gegeben,
zuerst zu senden; dahingegen stellt ein Fahrzeug innerhalb des Umfangs
ein Wiedersenden der Nachricht für eine
längere
Zeitdauer zurück.
Wenn ein Fahrzeug innerhalb des Umfangs die gleiche Nachricht von
einem anderen Fahrzeug empfängt,
setzt es jedes geplante Wiedersenden der Nachricht zurück. Da eine
Sendeüberlappung
verringert wird, werden die Menge eines Verkehrs auf dem Kanal sowie
die Konkurrenzsituation und eine übermäßige Latenz, die diese erzeugt,
verringert.
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2 stellt
den Effekt dieses vorgeschlagenen Leitprotokolls auf dem Netzverkehr
in einem beispielhaften Zwischenfahrzeug-Kommunikationsnetz dar.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Überflutungsansätzen ist
die gleiche Fläche
mit ungefähr
einem Drittel der Anzahl von sendenden Fahrzeugen bedeckt. Lediglich
die schraffierten Fahrzeuge müssen
das Paket wiedersenden, damit das Paket die Straße hinab übertragen wird. Wenn sich die
Fahrzeugdichte erhöht,
tut dies ebenso das Verhältnis
der nicht schraffierten Fahrzeuge zu schraffierten Fahrzeugen. Bei
einer festen Leistung würde
die Anzahl von Fahrzeugen, die auf irgendeiner gegebenen Strecke
einer Straße
senden, idealer Weise unberücksichtigt
der Fahrzeugdichte konstant bleiben. Um die Anzahl von Sprüngen zu
minimieren, kann die maximale Sendeleistung ohne nachteilige Beeinträchtigungen
verwendet werden, da eine Interferenz auf Grund der Tatsache eingeschränkt ist,
dass es weniger Sendevorgänge
gibt.
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Eine
beispielhafte Softwarerealisierung dieses vorgeschlagenen Leitprotokolls
wird weiter bezüglich 3 beschrieben.
Es versteht sich, dass lediglich die relevanten Schritte des Protokolls
nachstehend beschrieben werden, aber dass andere softwarerealisierte
Anweisungen erforderlich sein können,
um den Gesamtbetrieb des Systems zu steuern und zu verwalten. In
einem Ausführungsbeispiel
kann das Leitprotokoll als ein Agent realisiert sein, der sich über der
802.11-MAC-Schicht eines drahtlosen Kommunikationsbezugssystems
befindet. Nach Empfang eines Datenpakets (das heißt einer
Nachricht) wird eine Bewertung in einem Schritt 31 bezüglich dessen
durchgeführt,
ob die gleiche Nachricht in der Vergangenheit von diesem Fahrzeug empfangen
worden ist. Für
neue Datenpakete wird eine Identifikationsinformation aus dem Datenpaket
extrahiert und in einem Eintrag gespeichert, wie es in einem Schritt 32 dargestellt
ist. Es ist leicht verständlich,
dass eine derartige Identifikationsinformation für nachfolgende Bewertungen
von ankommenden Datenpaketen verwendet wird.
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Eine
Planzeit zum Wiedersenden des Datenpakets wird in einem Schritt 33 bestimmt.
Zum Beispiel kann eine Priorität
Fahrzeugen gegeben werden, die das Datenpaket empfangen, das die
niedrigste Signalstärke über einem
minimalen Stellwert aufweist. Daher plant jedes Fahrzeug ein Wiedersenden
von Datenpakten zu einer Zeit, welche proportional zu der Signalstärke ist,
mit welcher das Datenpaket von dem Empfangsfahrzeug empfangen worden
ist. Das Datenpaket wird dann in einem Schritt 34 für nachfolgendes
Wiedersenden im Netz geplant.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
wird die Planzeit aus der Signalstärke abgeleitet, mit welcher
ein Datenpaket empfangen worden ist. Für Darstellungszwecke kann die
Planzeit wie folgt abgeleitet werden: i = (10 × log(prx) – 10 × log(pmin)) × ts
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Dabei
ist i eine Verzögerungsdauer
vor einem geplanten Wiedersenden, ist prx der
Leistungspegel, mit welchem das Datenpaket empfangen worden ist,
ist pmin ein minimaler Leistungspegel, mit
welchem das Datenpaket zuverlässig
empfangen werden kann, und ist ts ein Abstandszeit
zum Senden von Datenpaketen. Der Wert von ts bestimmt
den Verzögerungsabstand
zwischen Paketen von benachbarten Empfangsleistungspegeln und kann
für bestimmte
Paketabmessungen zugeschnitten werden, um ein optimale Latenz vorzusehen. Der
Wert von ts kann zugeschnitten werden, um
andere Systemleistungsfähigkeitskriterien
zu erfüllen.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel
kann die Planzeit aus einer empirisch abgeleiten Tabelle gelesen
werden, wie es nachstehend gezeigt ist.
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In
der Tabelle entspricht jede Reihe einem Bereich von Signalstärken, mit
welchen ein Datenpaket empfangen worden ist, und korreliert jeden
Bereich einer Signalstärke
mit einer eindeutigen Planzeit. Wie es zuvor beschrieben worden
ist, erhöht
sich die Planzeit, wenn sich der Bereich einer Signalstärke erhöht. Planzeiten
werden vorzugsweise auf der Grundlage einer erwünschten maximalen Sprungzeit
ausgewählt.
Auf eine ähnliche
Weise kann der Abstand zwischen den Planzeiten auf der Grundlage
von Latenzanforderungen sowie anderen Systemleistungsfähigkeitskriterien
ausgewählt
werden. Um eine Nachrichtredundanz zu verringern, fährt das
Leitprotokoll fort, ankommende Datenpakete zu überwachen. Wenn das gleiche
Datenpaket erneut vor seinem geplanten Wiedersenden empfangen wird,
wird das geplante Wiedersenden zurückgesetzt, wie es in einem
Schritt 36 dargestellt ist. Da die Planzeit proportional
zu der Signalstärke
ist, mit welcher das Datenpaket empfangen worden ist, ist es wahrscheinlich,
das der Empfang des duplizierten Datenpakets von einem Fahrzeug
gesendet worden ist, das weiter entfernt von dem Herkunftsfahrzeug
als das Empfangsfahrzeug ist, um dadurch die Notwendigkeit des Empfangfahrzeugs
zu verneinen, das Datenpaket innerhalb des Netzes wieder zu senden.
Wenn das gleiche Datenpaket empfangen wird, nachdem es bereits wieder
gesendet worden ist, dann kann dieses Paket ignoriert werden, wie
es gezeigt ist. Ein Bezug auf das Paket in dem Eintrag wird vorzugsweise
für einige
Zeit gehalten. Der Grund für
dieses besteht darin, ein Wiedersenden des gleichen Pakets zu verhindern,
wenn es zum Beispiel durch ein Fahrzeug wieder gesendet wird, das
nicht das Paket empfangen hat, das das Zurücksetzen verursacht hat.
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Parameter
sollten ausgewählt
werden, um für
die Latenzanforderungen der Anwendungen und ebenso die Mediumzugriffsumgebung
geeignet zu sein. Da der Weiterleitungsmechanismus auf Zeitverzögerungen basiert,
können
irgendwelche Mediumverzögerungen
die Funktionsweise der Erfindung beeinträchtigen. Daher sollte die maximale
Verzögerung,
welche auftritt, wenn alle Fahrzeuge die Nachricht mit einer hohen
Leistung empfangen, kleiner als die von einer Anwendung erforderliche
Latenz pro Sprung oder Latenz pro Meter (das heißt Bereich) sein.
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Weiterhin
sollte, wenn auf den Kanal für
lediglich eine bestimmte Zeitdauer zugegriffen werden kann, der
Weiterleitungsalgorhythmus derart aufgebaut sein, dass er ein Weiterleiten
gut innerhalb des beschränkten Kanalzugriffsfensters
sicherstellt. Zum Beispiel ist eine Situation zu betrachten, in
der der Kanal, der zum Weiterleiten der Nachrichten verwendet wird,
in Schlitze einer Dauer von 100 ms unterteilt ist. Es wird weiter
angenommen, dass lediglich jeder Sekundenschlitz zum Weiterleiten
von derartigen Sicherheitsnachrichten verfügbar ist. Der Algorhythmus
sollte derart aufgebaut sein, dass die maximale Verzögerung beträchtlich
kleiner als die Schlitzdauer sein sollte. Andererseits ist es, wenn
keine Nachricht vor der Beendigung des Schlitzes empfangen wird,
möglich,
dass alle Zeitgeber von Fahrzeugen zu dem Beginn des nächsten verfügbaren Schlitzes
ablaufen. Als Ergebnis werden alle derartigen Fahrzeuge versuchen,
die Pakete zu der gleichen Zeit weiterzuleiten (der Beginn des nächsten verfügbaren Schlitzes).
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Jedoch
ist anzumerken, dass das vorhergehende Problem nicht auftritt, wenn
die Schlitzdauer verglichen mit den Verzögerungen, die von dem Algorhythmus
verwendet werden (zum Beispiel ts), verhältnismäßig klein ist. Dies besteht
aufgrund dessen, da die Zeitdauer der Schlitze bezüglich dem
Zeitpunkt vernachlässigbar
ist. Zusammengefasst sollten die Verzögerungswerte entweder wesentlich
kleiner als Kanalzugriffsfenster oder wesentlich größer sein.
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Netzsimulationen
sind verwendet worden, um die Leistungsfähigkeit des Algorhythmus und
Protokolls zu analysieren. Simulationen sind unter Verwendung des
Netzsimulators (ns2) ausgeführt
worden. Die Algorhythmen und Protokolle sind in dem Bezugssystem
eines neuen Leitagenten über
802.11 MAC and PHY realisiert worden. Ein zweistrahliges Überblendungsmodell
ist mit omnidirektionalen Antennen mit einem Verstärkungsfaktor
1 mit einer festen Sendeleistung von 125 mW verwendet worden.
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Die
für diese
Studie gewählte
Topologie ist eine Simulation einer Einkilometerstrecke für eine Straße mit vier
Spuren mit Fahrzeugen, die entlang dem einen Kilometer verteilt
sind. Fahrzeugdichten sind aus Daten ausgewählt worden, die von dem California
Department of Transportation bereitgestellt worden sind; jede Simulation
wies eine eindeutige mittlere Dichte auf, die von 50 Fahrzeugen
pro Minute (vpm) bis 200 Fahrzeuge pro Minute bei 100 Kilometer
pro Stunde (kph) reicht. Die Intervalle zwischen Fahrzeugen haben
sich durchgängig
durch die Simulation in Übereinstimmung
mit einer Poisson-Verteilung
mit einem minimalen Abstand einer Hälft einer Fahrzeuglänge (zwei
Meter) und einem maximalen Abstand von zehnmal dem Mittelwert für die besondere
Fahrzeugdichte konstant geändert.
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Die
Paketabmessung und Wiederholungsraten des Überflutungsverkehrs, der in
diesen Simulationen verwendet worden ist, sind gewählt worden,
um mit der Abmessung und den Raten konstant zu sein, die für zukünftige Anwendungen
vorgesehen worden sind. Genauer gesagt sind Paketabmessungen von
1000, 500, 250 und 125 Bytes in Intervallen von 50 und 100 Millisekunden
gesendet worden. Datenraten von 27 Mbps und 1 Mbps sind zum Vergleich
verwendet worden. Stösse
von 200 und 2000 Paketen sind verwendet worden, um instationäre und eingeschwungene
Ereignisse zu simulieren. Das Szenario, das für die Simulation gewählt worden
ist, war eine Realisierung eines Fahrzeugnotfallbremsereignisses.
Ein Hindernis am oberen Ende der Strasse zwingt das führende Fahrzeug,
schnell die Bremsen zu betätigen,
was eine Rundfunk-Notfallbremsnachricht hinab zu der Straße hinter
ihm sendet.
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Die
folgenden Daten vergleichen die Leistungsfähigkeit eines einfachen Überflutens
mit denen des Weitergabeverfahrens der vorliegenden Erfindung. Das
Kriterium zum Vergleich ist die Latenz, die Zuverlässigkeit
und eine Kanalbelastung. Die Latenz- und Zuverlässigkeitsgraphen stellen die
Paketverzögerung
und den Paketverlust als eine Funktion des Abstands die Straße hinab
von der Paketquelle dar. Simulationen sind mit 1 Mbps laufengelassen
worden, um einen direkten Vergleich mit einer ähnlichen Untersuchung zuzulassen, und
27 Mbps laufengelassen worden, um Vorteile zu beobachten, die bei
einer der höheren
Datenraten realisiert werden, die von DSRC vorgeschlagen werden.
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Die
einfache Überflutungs-Paketverzögerung bei
27 Mbps, die mit einer gestrichelten Linie in 4 gezeigt
ist, kann auch 1 km nicht lange erscheinen (~660 ms). Aber es ist
zu beachten, dass diese Kurven lediglich die Reaktion auf ein einzelnes
Ereignis innerhalb einer einzigen Anwendung zeigen. Es ist anzumerken,
dass die Latenzkurve einer einfachen Überflutung eine Nichtlinearität aufweist,
die ein Erhöhen
eines Zurücksetzens
aufgrund einer Konkurrenzsituation anzeigen. Das gleiche Szenario,
das das Leitverfahren (Empfangsleistungs-Prioritätsüberflutung: RPPF, das mit einer
durchgezogenen Linie in 4 gezeigt ist) der vorliegenden
Erfindung verwendet, zeigt, dass die Pakete in weniger als der Hälfte der
Zeit zu dem Punkt von 1 km gehen. Bei 1 Mbps ist die Verringerung
der Konkurrenzsituation, die von dem Algorhythmus der vorliegenden
Erfindung geliefert wird, deutlich in 5 gezeigt.
Die Latenzzeit bei 1 km fällt
von nahezu 8,5 Sekunden auf weniger als 450 Millisekunden ab. Eine
derartige Verringerung der Latenz macht die Verwendung einer Datenrate
von 1 Mbps machbar.
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Das
27 Mbps Paket eines einfachen Überflutens
für Verlustdaten,
das in 6 gezeigt ist, bei 1 km ist ungefähr 8%. Diese
Graphen zeigen den Einfluss eines einzigen Ereignisses innerhalb
einer einzigen Anwendung. Die Verbesserung, die das Weitergabeverfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet, ist beachtenswert, was den
Paketverlust bei 1 km von 8% auf weniger als 1,6% abfallen lässt. Die
gleichen Simulationen wurden bei 1 Mbps laufen gelassen, um die
Leistungsfähigkeit
des Weitergabeverfahrens in einer schweren Konkurrenzsituation darstellen;
die Ergebnisse sind in 7 gezeigt. Ein Paketverlust
bei dem Punkt von 1 km ist in dem einfachen Überflutungsfall äußerst hoch
(über 50%);
während
unter Verwendung der vorliegenden Erfindung der Paketverlust auf
4% abfällt.
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Die
Kanalbelastungscharakteristiken bei 27 Mbps wurden aus einer Simulation
gesammelt, die Pakete mit 1k-byte alle 100 ms für 20 Sekunden sendet. Das Quellenfahrzeug
ist an der Spitze einer Linie mit 125 Fahrzeugen. Die mittlere Länge der
Linie der Fahrzeuge ist 1 km und der Abstand ändert sich beliebig (wie es zuvor
beschrieben worden ist). Die Simulation endet, wenn alle Fahrzeuge
ein Senden beendet haben. Eine Ausführungszeit änderte sich auf Grund von Rücksetzzeiten,
die bei jedem Sprung erfahren werden, zwischen Simulationen.
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In
dem Fall eines einfachen Überflutens
war das mittlere Fahrzeugsendeintervall 100 ms und war die mittlere
Zeit zwischen Paketen, die irgendwo in dem Netz gesendet werden,
0,8 ms. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung war das mittlere
Sendeintervall per Fahrzeug 1530 ms und war die mittlere Zeit zwischen
Paketen, die irgendwo in dem Netz gesendet werden, 6,5 Millisekunden.
Dies stellt eine Verringerung von ungefähr 10:1 des Verkehrs auf dem
Netz dar.
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8 stellt
dar, wie die Anzahl von Paketen, die pro Fahrzeug gesendet werden,
ziemlich zyklisch mit einem Funkbereich in der Nähe der Paketquelle ist, aber
weiter hinab die Straße
gleicht sich die Sendebelastung aus, um dadurch die Kosten eines
Sendens der Information zu teilen. Es ist wahrscheinlich, dass Anfangsspitzen
zu einem Verwenden einer rein abstandsbasierten Verzögerung führen. Die
gleich Simulation ist bei 1 Mbps laufen gelassen worden. In dem
Fall eines einfachen Überflutens
war das mittlere Sendeintervall pro Fahrzeug 209 ms und war die
mittlere Zeit zwischen Paketen, die irgendwo in dem Netz gesendet
werden, 1,6 Millisekunden. Hier liegt der Grund für den Paketverlust
von 54% der in 7 zu sehen ist.
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Unter
Verwendung des Weitergabeverfahrens zur vorliegenden Erfindung war
das mittlere Sendeintervall pro Fahrzeug 1942 ms und war die mittlere
Zeit zwischen Paketen, die irgendwo in dem Netz gesendet werden,
erneut 6,5 Millisekunden. Dies stellt eine Verringerung von ungefähr 4:1 des
Verkehrs auf dem Netz auch nach dem Paketverlust von 54% dar.
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9 stellt
den Unterschied der Anzahl von Paketen dar, den jedes Fahrzeug zwischen
einem einfachen Überfluten
und der vorliegenden Erfindung senden muss. Der steile Abfall einer
Sendebelastung, der in der Kurve eines einfachen Überflutens
gezeigt ist, ist ein Ergebnis eines Anwachsens eines Paketverlusts, wenn
sich das Netz einer Sättigung
nähert.
Dieser Pegel einer Konkurrenzsituation ist bei 27 Mbps nicht vorhanden,
wie es aus 8 ersichtlich ist. Deutliche
Verringerungen der Netzbelastung werden von der vorliegenden Erfindung
bei 1 Mbps realisiert. In 8 und 9 ist
die zyklische Beschaffenheit der Belastung in der Nähe der Paketquelle
und, wie die Willkürlichkeit
von dem 802.11 DIFS aus der Belastung weiter weg von der Paketquelle
ausstrahlt, zu beachten. Diese Spitzen der Belastung könnten durch
einige zusätzliche
Willkürlichkeit
in der FDI gemildert werden, wenn der Sprungzählwert zum Beispiel weniger
als 5 ist. i = (10 × log(prx) – 10 × log(pmin)) × ty + rwobei
- i
- = Überflutungsverzögerungsintervall
(FDI),
- prx
- = Empfangsleistung,
- Pmin
- = minimale Empfangsleistung,
- ts
- = Abstandszeit,
- r
- = Willkürverzögerungsversatz
ist.
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Ein
Willkürverzögerungsversatz
muss lediglich an dem ersten Wiedersenden angewendet werden, da nachfolgende
Absender gemäß einer
neuen Verteilung der Empfangsstärke
oder des Abstands verteilt sein werden. Weiterhin schwächt, um
die Last auf einzelne Fahrzeuge zu verringern, die weitere Willkürlichkeit
die Netzabhängigkeit
bezüglich
einer kleinen Anzahl von Kommunikationselementen und ihrer Nachbarn
ab.
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Leistungsfähigkeitsergebnisse
für eine
sich ändernde
Paketabmessung, Wiederholungsrate und Fahrzeugdichten (die verstreute
Fahrzeugdichten beinhalten) zeigen alle das vorgeschlagene Leitprotokoll,
das verbesserte Latenzzeiten und einen verringerten Paketverlust
liefert; obgleich die Menge einer Verbesserung von verstreuten Fahrzeugdichten
und geringfügig
belasteten Netzen weniger bemerkenswert als bei dichten oder schwer
belasteten Netzen ist. Unter Verwendung von Fahrbahntopologien wird
die vorhergesagte Netzbelastungsverringerung durch die dargestellten
Daten bestätigt.
Fahrzeugsicherheitsanwendungen, wie zum Beispiel elektronische Strassenzeichen
oder eine Unfallbenachrichtigung, senden wahrscheinlich mehrere oder
auch kontinuierliche Kopien der Information. Diese Redundanz würde irgendwelche
Verluste abschwächen,
die sich aus der Protokollleistungsfähigkeit in nicht idealen Topologien
ergeben. Die Verbesserungen der Latenz und der Zuverlässigkeit,
die durch die Verringerung einer Netzbelastung vorausgesetzt werden,
sind ebenso ersichtlich. Daher ist die Verwendung des vorgeschlagenen
Leitprotokolls eine eher machbare Leitalternative für Fahrzeugsicherheits-Kommunikationsanwendungen.
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Wie
es zuvor beschrieben worden ist, wird erfindungsgemäss ein verbessertes
Verfahren zum Weitergeben einer Information in einem drahtlosen
Ad-Hoc-Netz geschaffen. Bei diesem Verfahren wird eine ankommende
Nachricht an einem Empfangsknoten des Netzes empfangen. Ein Wiedersenden
der Nachricht wird derart geplant, dass die Planzeit für das Wiedersenden
proportional zu einer Signalstärke
ist, mit welcher die Nachricht von dem Empfangsknoten empfangen
worden ist. Das Wiedersenden der Nachricht wird zurückgesetzt,
wenn die gleiche Nachricht vor der Planzeit für das Senden von einem unterschiedlichen
Knoten in dem Netz empfangen wird. Der Effekt ist ein verringerter
Netzverkehr auf dem Netz mit einer minimierten Latenz.
