Yes / The Rician K-factor of the vehicle-to-vehicle (V2V) wireless propagation channel is estimated using a moment-based method on the envelope of measured pulse data. The measurements were carried out under vehicle-to-vehicle wireless communication channel condition with car rooftop antenna heights at one end of the link and very low antenna height at the other end. Data captured from typical urban, suburban and rural areas are analyzed and the K-factor probability density function is generated for each scenario to give an insight into the V2V channel behavior. For all three areas, the majority of K values are found to be within the range of -10 to +10 dB. The K-factor distributions are close to normal with mean values of 1.8, 2.6 and 3 dB respectively for urban, suburban and rural area.

Les réseaux véhiculaires constituent une catégorie de réseaux sans fil mobiles à part entière et présentent l'originalité de permettre aux véhicules de communiquer les uns avec les autres mais aussi avec l'infrastructure quand elle existe. L'apparition des réseaux véhiculaires s'est accompagnée de l'apparition d'une myriade et variété d'applications potentielles allant de la sécurité à la gestion du trafic routier en passant par les applications de divertissement et de confort des usagers de la route. Ces applications ont suscité beaucoup d'intérêt de la part des chercheurs, des constructeurs des automobiles et des opérateurs des télécommunications. Les applications d'information et de divertissement, pour lesquelles une grande quantité de contenus peut exister, exigent que les contenus engendrés soient propagés au travers des véhicules et/ou de l'infrastructure jusqu'à atteindre les utilisateurs intéressés tout en respectant les durées de vie potentiellement limitées des contenus. La dissémination de contenus pour ce type d'applications reste un défi majeur en raison de plusieurs facteurs tels que la présence de beaucoup de contenus, la connectivité très intermittente mais encore les intérêts potentiellement hétérogènes des utilisateurs. C'est à cette thématique que nous sommes intéressés dans cette thèse; Tout d'abord, nous nous proposons une nouvelle métrique qui calcule l'utilité apportée aux utilisateurs. Elle permet de mesurer leur satisfaction par rapport aux contenus reçus. Nous la jugeons nécessaire pour évaluer les performances d'une approche de dissémination pour les applications de confort par opposition à des applications de sécurité routière. Dans un deuxième temps, nous nous concentrons sur le développement d'un nouveau protocole de dissémination, appelé I-PICK, et d'une solution de sélection des nœuds relais, appelé I-SEND, pour disséminer les contenus d'information et de divertissement en tenant compte des préférences des utilisateurs par rapport aux contenus reçus. Notre proposition est fondée sur l'échange de messages périodiques permettant l'estimation des durées de contacts et la connaissance des préférences des utilisateurs. Ces informations sont ensuite utilisées, dans un premier temps, pour effectuer un ordonnancement efficace des contenus lors de la dissémination puis choisir les relais permettant de maximiser l'utilité des utilisateurs par rapport aux contenus reçus dans un environnement caractérisé par des faibles durées de communication. Au travers de simulations nous confirmons l'efficacité de notre approche. Pour conforter le fonctionnement de nos mécanismes, nous avons implanté dans un environnement réel nos propositions I-PICK et I-SEND. Au travers d'un scénario simple, nous avons mis en évidence des risques liés à l'hétérogénéité des machines ou bien encore la difficulté du paramétrage des temporisations. Ces premiers résultats positifs montrent l'intérêt de notre technique et ouvre des pistes d'amélioration. Notre dernière contribution concerne des mécanismes de réduction du trafic cellulaire à l'aide des communications opportunistes entre les véhicules. Quand un contenu est disponible auprès d'un serveur de contenus accessible par le réseau cellulaire, il est nécessaire de proposer une méthode efficace de sélection des sources initiales qui seront choisies pour télécharger puis disséminer les contenus. Nous optons pour une solution qui pourrait reposer sur technologie SDN ainsi que sur des communications opportunistes et qui permet de choisir les sources en tant que nœuds pouvant produire un maximum d'utilité en propageant les contenus. / Vehicular networks are a class of mobile wireless networks and have the originality of enabling vehicles to communicate with each other and also with the infrastructure when it exists. The advent of vehicular networks has been accompanied by the emergence of a myriad and a variety of potential applications that are not only restricted to road safety but span from traffic management to entertainment and comfort applications. These applications have received much interest from researchers, automobile manufacturers, and telecommunications operators. Information and entertainment applications, where a large amount of content can exist, require the dissemination of the generated content through vehicles and/or infrastructure until reaching interested users while respecting the potential limited lifetime of content. The content dissemination for this type of applications remains a major challenge due to several factors such as the presence of a large amount of content, an intermittent connectivity, and the heterogeneous interests of users. In this thesis we turn our attention to this topic. First, we propose a new metric that allows to measure the users satisfaction with respect to the received content. This metric is used to evaluate the performance of the dissemination schemes. Second, we focus on the development of a new dissemination protocol, named I-PICK, and a forwarder selection solution, named I-SEND, to disseminate information and entertaining content in vehicular networks while ensuring maximum satisfaction of the users preferences with respect to the received content. Our proposal is based on the exchange of periodic messages enabling the estimation of contact durations and the knowledge of user preferences. First of all, this information is used to conduct an efficient content scheduling during the dissemination, and then to select relay nodes for maximizing the utility to users. We confirm the efficiency of our approach through simulations. To strengthen the functioning of our mechanisms, we implemented our proposals I-PICK and I-SEND in a real environment. Through a simple scenario, we have highlighted the risks associated with the heterogeneity of the machines and even the difficulty of setting timers. These first positive results show the interest of our solutions and raise new questions to be addressed. Our last contribution concerns cellular traffic offloading schemes by exploiting vehicular opportunistic communications. We study the seed-vehicles selection problem as the first step toward bootstrapping cellular traffic offloading for content dissemination in vehicular networks. We propose a solution that takes advantage from the presence of the SDN technology as well as vehicular opportunistic communications to select as seeds the nodes that can produce maximum utility when propagating the content.

Les réseaux véhiculaires font l’objet de recherches actives aussi bien dans le domaine des réseaux que dans celui des transports. Le potentiel des réseaux véhiculaires à fournir des services comme l’information sur le trafic en temps réel ou sur les accidents font de cette technologie un domaine de recherche très important. Ces réseaux peuvent comporter des communications véhicule-à-véhicule (V2V), véhicule-à-infrastructure (V2I), ou une combinaison des deux. La norme IEEE 1609.4 est la spécification multicanal pour l’IEEE802.11p/WAVE des réseaux véhiculaires (VANETs). Elle utilise sept canaux, l'un étant un canal de contrôle (CCH) qui est écouté par les équipements de façon périodique, et les six autres canaux sont utilisés comme canaux de service (SCH). Elle définit également une division du temps en alternance entre les intervalles CCH et les intervalles SCH. L’objet de cette thèse de doctorat est d’évaluer les performances des réseaux VANETs dans le cas des communications véhiculaires sans infrastructure, et au niveau des couches inférieures du standard 802.11p. Dans la première partie, nous proposons une approche MAC d’allocation multicanal opportuniste dans un contexte sans infrastructure. Cette approche est conforme à la norme IEEE1609.4 -2010 de l'architecture WAVE pour un fonctionnement multicanal, et elle est conçue pour des applications de services de données (non urgentes), tout en assurant la transmission des messages de sécurité routière et des paquets de contrôle. Pour maintenir la qualité de service des deux types de messages (urgents et non-urgents) en exploitant la capacité du canal, deux solutions sont proposées. Dans la deuxième partie, lorsque le véhicule sélectionne son canal et contrôle son alternance temporelle entre CCH et SCH, il commence à transmettre ses paquets, en particulier sur le canal CCH, lesquels ont une durée de péremption. Nous présentons une approche visant à minimiser les collisions des émetteurs tout en évitant la contention de début d’intervalle, en particulier dans un contexte de densité élevée de véhicules. Même si les mécanismes proposés ci-dessus diminuent le taux de collision, il n’est pas possible de les supprimer complètement. Dans la troisième partie, nous traitons le problème des collisions entre les paquets diffusés sur le CCH, en particulier quand la charge des messages transmis dépasse la capacité du canal. Pour cela, nous proposons un nouveau mécanisme de codage réseau analogique adapté à la modulation QPSK pour les messages diffusés sur le CCH. Dans cette approche des symboles connus sont envoyés avant d'envoyer les paquets pour estimer les paramètres du canal et une solution explicite est utilisée pour inverser le système de la superposition de deux paquets / Vehicular networks are the subject of active research in the field of networks as well as transport. The potential for vehicular networks to provide services such as traffic information in real time or accident makes this technology a very important research domain. These networks may support vehicle-to-vehicle communications (V2V), vehicle-to-infrastructure (V2I), or a combination of both. The IEEE 1609.4 is the specification of multichannel operations for IEEE802 .11p/WAVE vehicular networks (VANETs). It uses seven channels; one being a control channel (CCH) which is listened periodically by the vehicles and the other six channels are used as service channels (SCH). It also defines a time division between alternating CCH and SCH intervals. The purpose of this thesis is to evaluate the performance of VANETs in the case of vehicular communications without infrastructure, and at the lower layers of IEEE 802.11p standard. In the first part, we propose an opportunistic multichannel MAC allocation in an environment without infrastructure. This approach is consistent with the standard IEEE1609.4 -2010/WAVE for a multi-channel operation, and it is designed for data services applications (non-urgent), while ensuring the transmission of road safety messages and control packets. To maintain the quality of service of the two types of messages (urgent and non-urgent) by exploiting the channel capacity, two solutions are proposed. In the second part, when the vehicle selects its channel and controls its temporal alternation between CCH and SCH, it starts transmitting its packets, particularly on the CCH, which have an expiration time. We present an approach to minimize collisions between transmitters while avoiding contention at the beginning of CCH interval, especially in a context of high vehicular density. Although the mechanisms proposed above reduce the collision rate, it is not possible to completely remove these collisions. In the third part, we address the problem of collisions between broadcast packets on the CCH, especially when the load of transmitted messages exceeds the channel capacity. For this purpose, we propose a new analog network coding mechanism adapted to QPSK modulation for broadcast messages on the CCH. In this approach, known symbols are sent before sending the packets to estimate the channel parameters and an explicit solution is used to reverse the system of the superposition of two packets

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να αναπτυχθεί ένα μοντέλο αποφυγής συγκρόυσεων μεταξύ των οχημάτων μέσω της επικοινωνίας αυτών. Το σύστημα αυτό θα πρέπει να αναγνωρίζει τις περιπτώσεις που εγκυμονούν κίνδυνο μέσω της ανταλλαγής μηνυμάτων από τα οχήματα κάθε χρονική στιγμή και μέσα από διάφορους μηχανισμούς που επιτελούνται από αυτό, τελικά, να επεμβαίνει και να αποτρέπει τη σύγκρουση ή να ειδοποιεί τον οδηγό ώστε αυτός να αντιδράσει εγκαίρως. Για να το πετύχουμε αυτό ακολουθήσαμε τα εξής βήματα: 1. Προσομοιώσαμε τη λειτουργία μίας συσκευής GPS. 2. Σχεδιάσαμε λεκτικά και γραφικά τα μοντέλα κίνησης στα οποία θα τρέχει το σύστημά μας. 3. Ορίσαμε ένα πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων και προειδοποίησης σε περίπτωση συγκρουσης για αυτά τα μοντέλα κίνησης. 4. Αναπτύξαμε το σύστημα μέσω της matlab, λαμβάνοντας υπόψιν το πρωτόκολλο και τα σενάρια κίνησης των προηγούμενων βημάτων. 5. Κατασκευάσαμε μία διεπαφή εποπτίας και ελέγχου όλου του συστήματος. 6. Τέλος, κατασκευάσαμε ένα GUI ειδοποίησης του οδηγού σε περιπτώσεις κινδύνου. / Distributed traffic Control for Optimisation of the Safety Conditions.

This thesis report presents a method to analyze the communication architecture for the Intelligent Transportation Systems (ITS). The report also includes a case study on ASN.1 notation and analysis of its encoding rules. Included in the report is also: (i) accompanying instruction on how to use ASN.1 compilers to produce the C/C++ message encoder/decoder, and (ii) analysis of Non-IP communications of Communication Access for Land Mobiles (CALM-FAST) protocol stack in ITS. The thesis is a part of the research project entitled “SCOOP”, a joint project between SCANIA CV AB and KTH. The purpose of this thesis is to contribute to the ultimate goal, which is to equip a vehicle with necessary hardware and software technology to provide a platooning behavior in the GCDC 2011 competition. This goal is achieved by the means of wireless communication system for both vehicle to vehicle and vehicle to road side units communications in the platoon. Overall, this thesis introduces the important usage of ASN.1 in implementation of cut-edge telecommunication systems especially in V2V and V2I communication; and clarifies the CALM-FAST protocol stack in mobile nodes. / Kartlägga CALM-FAST protokollet och hur det användes tillsammans med den i tävlingen GCDC 2011 fastslanga kommunikationsprotokollet. GCDC var ett tävling i kooperativ körning arrangerad och initierad av Hollänska TNO och gick ut på att få fordon att agera tillsammans beserat på information sänt via WLAN 802.11p. ASN.1 användes och ingick i analysen.

Vehicular ad-hoc networks (VANETs) are used for vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I) communications. The IEEE 802.11p/WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment) and with WAVE Short Messaging Protocol (WSMP) has been proposed as the standard protocol for designing applications for VANETs. This communication protocol must be thoroughly tested before reliable and efficient applications can be built using its protocols. In this paper, we perform on-road experiments in a variety of scenarios to evaluate the performance of the standard. We use commercial VANET devices with 802.11p/WAVE compliant chipsets for both BSM (basic safety messages) as well as video streaming applications using WSMP as a communication protocol. We show that while the standard performs well for BSM application in lightly loaded conditions, the performance becomes inferior when traffic and other performance metric increases. Furthermore, we also show that the standard is not suitable for video streaming due to the bursty nature of traffic and the bandwidth throttling, which is a major shortcoming for V2X applications.

Abstract Future cellular networks need to support the ever-increasing demand of bandwidth-intensive applications and interconnection of people, devices, and vehicles. Small cell network (SCN)-based communication together with proximity- and social-aware connectivity is conceived as a vital component of these networks to enhancing spectral efficiency, system capacity, and quality-of-experience (QoE). To cope with diverse application needs for the heterogeneous ecosystem, radio resource management (RRM) is one of the key research areas for the fifth-generation (5G) network. The key goals of this thesis are to develop novel, self-organizing, and low-complexity resource management algorithms for emerging device-to-device (D2D) and vehicle-to-vehicle (V2V) wireless systems while explicitly modeling and factoring network contextual information to satisfy the increasingly stringent requirements. Towards achieving this goal, this dissertation makes a number of key contributions. First, the thesis focuses on interference management techniques for D2D-enabled macro network and D2D-enabled SCNs in the downlink, while leveraging users’ social-ties, dynamic clustering, and user association mechanisms for network capacity maximization. A flexible social-aware user association technique is proposed to maximize network capacity. The second contribution focuses on ultra-reliable low-latency communication (URLLC) in vehicular networks in which interference management and resource allocation techniques are investigated, taking into account traffic and network dynamics. A joint power control and resource allocation mechanism is proposed to minimize the total transmission power while satisfying URLLC constraints. To overcome these challenges, novel algorithms are developed by combining several methodologies from graph theory, matching theory and Lyapunov optimization. Extensive simulations validate the performance of the proposed approaches, outperforming state-of-the-art solutions. Notably, the results yield significant performance gains in terms of capacity, delay reductions, and improved reliability as compared with conventional approaches. / Tiivistelmä Tulevaisuuden solukkoverkkojen pitää pystyä tukemaan yhä suurempaa kaistanleveyttä vaativia sovelluksia sekä yhteyksiä ihmisten, laitteiden ja ajoneuvojen välillä. Piensoluverkkoihin (SCN) pohjautuvaa tietoliikennettä yhdistettynä paikka- ja sosiaalisen tietoisuuden huomioiviin verkkoratkaisuihin pidetään yhtenä elintärkeänä osana tulevaisuuden solukkoverkkoja, joilla pyritään tehostamaan spektrinkäytön tehokkuutta, järjestelmän kapasiteettia sekä kokemuksen laatua (QoE). Radioresurssien hallinta (RRM) on eräs keskeisistä viidennen sukupolven (5G) verkkoihin liittyvistä tutkimusalueista, joilla pyritään hallitsemaan heterogeenisen ekosysteemin vaihtelevia sovellustarpeita. Tämän väitöstyön keskeisinä tavoitteina on kehittää uudenlaisia itseorganisoituvia ja vähäisen kompleksisuuden resurssienhallinta-algoritmeja laitteesta-laitteeseen (D2D) ja ajoneuvosta-ajoneuvoon (V2V) toimiville uusille langattomille järjestelmille, sekä samalla mallintaa ja tuottaa verkon kontekstikohtaista tietoa vastaamaan koko ajan tiukentuviin vaatimuksiin. Tämä väitöskirja edistää näiden tavoitteiden saavuttamista usealla keskeisellä tuloksella. Aluksi väitöstyössä keskitytään häiriönhallinnan tekniikoihin D2D:tä tukevissa makroverkoissa ja laskevan siirtotien piensoluverkoissa. Käyttäjän sosiaalisia yhteyksiä, dynaamisia ryhmiä sekä osallistamismekanismeja hyödynnetään verkon kapasiteetin maksimointiin. Verkon kapasiteettia voidaan kasvattaa käyttämällä joustavaa sosiaaliseen tietoisuuteen perustuvaa osallistamista. Toinen merkittävä tulos keskittyy huippuluotettavaan lyhyen viiveen kommunikaatioon (URLLC) ajoneuvojen verkoissa, joissa tehtävää resurssien allokointia ja häiriönhallintaa tutkitaan liikenteen ja verkon dynamiikka huomioiden. Yhteistä tehonsäädön ja resurssien allokoinnin mekanismia ehdotetaan kokonaislähetystehon minimoimiseksi samalla, kun URLLC rajoitteita noudatetaan. Jotta esitettyihin haasteisiin voidaan vastata, väitöstyössä on kehitetty uudenlaisia algoritmeja yhdistämällä graafi- ja sovitusteorioiden sekä Lyapunovin optimoinnin menetelmiä. Laajat tietokonesimuloinnit vahvistavat ehdotettujen lähestymistapojen suorituskyvyn, joka on parempi kuin uusimmilla nykyisillä ratkaisuilla. Tulokset tuovat merkittäviä suorituskyvyn parannuksia erityisesti kapasiteetin lisäämisen, viiveiden vähentämisen ja parantuneen luotettavuuden suhteen verrattuna perinteisiin lähestymistapoihin.

Safety in transportation systems is of paramount concern to society; many improvements have been made in recent decades and yet thousands of fatalities still occur annually. Work zones in particular are areas with increased safety risks in transit networks. Advances in electronics have now allowed engineers to merge powerful computing and communication technologies with modern automotive and vehicular technology, known as connected vehicle. Connected vehicle will allow vehicles to exchange data wirelessly with each other and infrastructure to improve safety, mobility and sustainability. This thesis presents a paper that focuses on evaluating the impact of connected vehicle on work zone traffic safety. A dynamic route guidance system based on decaying average-travel-time and shortest path routing was developed and tested in a microscopic traffic simulation environment to avoid routes with work zones. To account for the unpredictable behaviour and psychology of driver’s response to information, three behaviour models, in the form of multinomial distributions, are proposed and studied in this research. The surrogate safety measure improved Time to Collision was used to gauge network safety at various market penetrations of connected vehicles. Results show that higher market penetrations of connected vehicles decrease network safety due to increased average travel distance, while the safest conditions, 5%-10% reduction in critical Time to Collision events, were observed at market penetrations of 20%-40% connected vehicle, with network safety strongly influenced by behaviour model. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Vehicle-to-vehicle (V2V) communication using Dedicated Short Range Communications (DSRC) technology promises to help drastically reduce vehicle collisions. DSRC allows vehicles in a highly mobile and complex network to send and receive safety messages with more reliability and lower latency compared with other wireless technologies used for automotive communications. However, there are many factors that could cause a safety-critical automotive application to become unreliable due to communication failures. While the reliability of V2V communication has been a subject of study by several researchers, there are still open questions regarding how the placement of the DSRC devices (inside or outside the host vehicle), the vehicle’s interior elements and the differences in altitude can affect the V2V communications. This article provides experimental testing data and analyses in order to quantify the impacts of relative vehicle speeds, altitude differences between vehicles, and interior obstacles on V2V communication range and reliability for opposite traffic, in both city and highway environments. We discuss how these results can adversely affect the design parameters of safety critical applications by considering the V2V application “Safe Pass Advisory” on two-lane rural highways.

In this research oriented master’s thesis we have proposed a future vision of ITS (Intelligent Transport Systems) by utilizing the novel concept of HWA (Heterogeneous Wireless Access). Our proposal is backed by the investigation of the results of experiments conducted at CERES (Centre for Research on Embedded Systems), Halmstad University, Sweden to evaluate the quality of communication for V2V and V2I by using the IEEE 802.11p standard. We have also identified the expected scenarios with need of any other communication technology in replacement of IEEE 802.11p for V2V and V2I communication. We have also investigated the relevant research projects, experiments and their results on the basis of predefined constraints. In the investigated research projects the concept of HWA has been correlated with our proposal of HWA for ITS. We have identified that for smooth integration of any communication technology with IEEE 802.11p, an efficient and smart vertical handover protocol or method will be required. We have presented a blue print of a custom designed vertical handover technique which can be implemented for future ITS with further enhancements and experimental evaluations. We have also evaluated the worst case scenarios to assess the suitability of the HWA for the ITS. We proposed few solutions based on the evaluation of communication scenarios for the integration of IEEE 802.11p with other wireless communication technologies. Finally we have provided some conclusions and suggested future researches which must be conducted to realize the dream of ITS with support of HWA.