Industrie und Forschung beschäftigen sich seit einigen Jahren mit Systemen, die eine Kommunikation von Fahrzeugen untereinander und mit ihrer Umwelt ermöglichen. Dies dient durch die Möglichkeiten neuer sicherheitsrelevanter Anwendungen im Fahrzeugumfeld auch einer Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr. Eine Netzorganisation in Form von Ad-hoc-Netzen hat sich dabei als geeignet und zukunftsweisend erwiesen. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Entwurf von Verfahren zur Ressourcenzuweisung in Ad-hoc-Netzen zur Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation. Hierbei stehen besondere Aspekte der Gruppenkommunikation im Vordergrund. Das im Projekt FleetNet entwickelte Kommunikationssystem und dessen Protokolle bilden die Basis der vorliegenden Arbeit. Die Medienzugriffsprotokolle von FleetNet wurden vom Autor dieser Arbeit im Hinblick auf die besonderen Randbedingungen bei Gruppenkommunikation optimiert und erweitert. Die Verfahren arbeiten dezentral, ohne Koordination einer zentralen Instanz. Die mit diesem Funksystem ausgestatteten Fahrzeuge bilden demnach ein mobiles Ad-hoc-Netz, welches durch eine sehr dynamische Topologie gekennzeichnet ist. Es lassen sich jedoch Gruppeneffekte beobachten, bei denen die Bewegungscharakteristiken benachbarter Fahrzeuge Ähnlichkeiten in Richtung und Geschwindigkeit aufweisen. Nach einer grundlegenden Beschreibung des FleetNet Funksystems und der verwendeten Protokolle wird in der vorliegenden Arbeit eine analytische Betrachtung der Bewegungscharakteristik von Fahrzeugen im Straßenverkehr durchgeführt. Hierbei liegt der Fokus auf der Statistik des Autobahnverkehrs, da dort mit der herausfordernsten Dynamik zu rechnen ist. Anhand dessen wird ein Modell zur Gruppenbewegung von Fahrzeugen entwickelt, welches als Basis für die Optimierung der Medienzugriffsverfahren herangezogen wird. Die dezentrale Organisation des Zugriffs auf das geteilte Medium wird in der vorliegenden Arbeit durch den periodischen Austausch von Kontrollinformationen zwischen den Fahrzeugen durchgeführt. Die Mitglieder einer Gruppe koordinieren sich dabei in besonderer Weise, so dass die Effekte der dynamischen Topologie überwiegend ausgeglichen werden. Die in dieser Arbeit vorgestellten quantitativen Analysen der entwickelten Protokolle zeigen deren Eignung in den betrachteten Szenarien. Die Berücksichtigung der Kommunikations- und Bewegungscharakteristiken beim Entwurf der Protokolle bietet deutliche Vorteile, insbesondere lassen sich die Paketverzögerung und die Paketverlustrate der innerhalb dieser Arbeit entwickelten Protokolle um bis zu 20 % verbessern.
Since many years, systems providing communication between vehicles and their drivers are a major research topic. The so-called inter-vehicle communication is intended to increase traffic safety by implementing new safety related applications. A network organization by means of ad hoc networking between vehicles is a suitable and modern approach. This thesis presents new methods for resource allocation in ad hoc networks for inter-vehicle communication, with aspects of group communication as a major issue. The basis for this work is the communication architecture and the protocols defined within the FleetNet project. The protocols for medium access control for FleetNet were mainly defined by the author of this thesis and will be extended and optimized with respect to group communication within this work. The resource allocation procedures within the FleetNet system are working decentralized, without control of a central instance. Vehicles using the system build up a mobile ad hoc network with a very dynamic topology. But in highway scenarios, group effects can be observed, where vehicles are moving with similar characteristics, regarding direction and velocity. After a description of the FleetNet system and its protocols, this thesis starts with an analytic evaluation of movement characteristics in highway scenarios. A group movement model for vehicles will be derived, which is used as a basis for the optimization of the medium access and resource allocation protocols of the FleetNet system. The periodic exchange of control information between vehicles is used for the decentralized organisation of the system. Members of a group are coordinating each other by the exchange of extended information, to overcome the negative effects of the dynamic topology. The presented performance evaluations of the implemented protocols show their suitability in the examined scenarios. It has been shown that considering movement characteristics is advantageous while implementing protocols for inter-vehicle communication systems. Especially using group movement characteristics helps to overcome negative effects of the dynamic topology on the communication protocols.
Ressourcenzuweisungen bei Gruppenkommunikation in Ad-hoc-Netzen zur Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
2006
161 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
Bewegungsanalyse , dezentrale Regelung , Entwicklung (Projekt) , Funkübertragung , Kommunikationssystem , Netzwerktopologie , Reservierungssystem , Ressourcenzuteilung , Straßenverkehr , Systemoptimierung , Übertragungsprotokoll , UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) , Zugriffsprotokoll , Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation
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