Including general environmental effects in K-factor approximation for rice-distributed VANET channels

© 2014. This paper presents a method of approximating the Rician K-factor based on the instantaneous static environment. The strongest signal propagation paths are resolved in order to determine specular and diffuse powers for approximation. The model is experimentally validated in two different urban areas in New South Wales, Australia. Good agreement between the model and experimental data was obtained over short-range communication links, demonstrating the suitability of the model in urban VANETs. The paper concludes with recommendations for methods to account for vehicles in the simulation and incorporating additional phenomena (such as scattering) in the approximation

Investigating seamless handover in VANET systems

Wireless communications have been extensively studied for several decades, which has led to various new advancements, including new technologies in the field of Intelligent Transport Systems. Vehicular Ad hoc Networks or VANETs are considered to be a long-term solution, contributing significantly towards Intelligent Transport Systems in providing access to critical life-safety applications and infotainment services. These services will require ubiquitous connectivity and hence there is a need to explore seamless handover mechanisms. Although VANETs are attracting greater commercial interest, current research has not adequately captured the realworld constraints in Vehicular Ad hoc Network handover techniques. Due to the high velocity of the vehicles and smaller coverage distances, there are serious challenges in providing seamless handover from one Road Side Unit (RSU) to another and this comes at the cost of overlapping signals of adjacent RSUs. Therefore, a framework is needed to be able to calculate the regions of overlap in adjacent RSU coverage ranges to guarantee ubiquitous connectivity. This thesis is about providing such a framework by analysing in detail the communication mechanisms in a VANET network, firstly by means of simulations using the VEINs framework via OMNeT++ and then using analytical analysis of the probability of successful packet reception. Some of the concepts of the Y-Comm architecture such as Network Dwell Time, Time Before Handover and Exit Times have been used to provide a framework to investigate handover issues and these parameters are also used in this thesis to explore handover in highly mobile environments such as VANETs. Initial investigation showed that seamless communication was dependant on the beacon frequency, length of the beacon and the velocity of the vehicle. The effects of each of these parameters are explored in detail and results are presented which show the need for a more probabilistic approach to handover based on cumulative probability of successful packet reception. In addition, this work shows how the length of the beacon affects the rate of change of the Signal-to-Noise ratio or SNR as the vehicle approaches the Road-Side Unit. However, the velocity of the vehicle affects both the cumulative probability as well as the Signal-to-Noise ratio as the vehicle approaches the Road-Side Unit. The results of this work will enable systems that can provide ubiquitous connectivity via seamless handover using proactive techniques because traditional models of handover are unable to cope with the high velocity of the vehicles and relatively small area of coverage in these environments. Finally, a testbed has been set-up at the Middlesex University, Hendon campus for the purpose of achieving a better understanding of VANET systems operating in an urban environment. Using the testbed, it was observed that environmental effects have to be taken into considerations in real-time deployment studies to see how these parameters can affect the performance of VANET systems under different scenarios. This work also highlights the fact that in order to build a practical system better propagation models are required in the urban context for highly mobile environments such as VANETs

Modelling and Real Deployment of C-ITS by Integrating Ground Vehicles and Unmanned Aerial Vehicles

[ES] Para proporcionar un entorno de tráfico vial más seguro y eficiente, los sistemas ITS o Sistemas Inteligentes de Transporte representan como una solución dotada de avances tecnológicos de vanguardia. La integración de elementos de transporte como automóviles junto con elementos de infraestructura como RoadSide Units (RSUs) ubicados a lo largo de la vía de comunicación permiten ofrecer un entorno de red conectado con múltiples servicios, incluida conectividad a Internet. Esta integración se conoce con el término C-ITS o Sistemas Inteligentes de Transporte Cooperativos. La conexión de automóviles con dispositivos de infraestructura permite crear redes vehiculares conectadas (V2X) vehículo a dispositivos, que ofrecen la posibilidad de nuevos despliegues en aplicaciones C-ITS como las relacionadas con la seguridad. Hoy en día, con el uso masivo de teléfonos inteligentes y debido a su flexibilidad y movilidad, existen varios esfuerzos para integrarlos con los automóviles. De hecho, con el soporte adecuado de unidad a bordo (OBU), los teléfonos inteligentes se pueden integrar perfectamente con las redes vehiculares, permitiendo a los conductores usar sus teléfonos inteligentes como dispositivos de bordo a que participan en los servicios C-ITS, con el objeto de mejorar la seguridad al volante entre otros. Tópico este, que hoy día representa un tema relevante de investigación. Un problema a solucionar surge cuando las comunicaciones vehiculares sufren inferencias y bloqueos de la señal debidos al escenario. De hecho, el impacto de la vegetación y los edificios, ya sea en áreas urbanas y rurales, puede afectar a la calidad de la señal. Algunas estrategias para mejorar la comunicación vehicular en este tipo de entorno consiste en desplegar UAVs o vehículo aéreo no tripulado (drones), los cuales actúan como enlaces de comunicación entre vehículos. De hecho, UAV ofrece importantes ventajas de implementación, ya que tienen una gran flexibilidad en términos de movilidad, además de un rango de comunicaciones mejorado. Para evaluar la calidad de las comunicaciones, debe realizarse un conjunto de mediciones. Sin embargo, debido al costo de las implementaciones reales de UAV y automóviles, los experimentos reales podrían no ser factibles para actividades de investigación con recursos limitados. Por lo tanto, los experimentos de simulación se convierten en la opción preferida para evaluar las comunicaciones entre UAV y vehículos terrestres. Lograr modelos de propagación de señal correctos y representativos que puedan importarse a los entornos de simulación se vuelve crucial para obtener un mayor grado de realismo, especialmente para simulaciones que involucran el movimiento de UAVs en cualquier lugar del espacio 3D. En particular, la información de elevación del terreno debe tenerse en cuenta al intentar caracterizar los efectos de propagación de la señal. En esta tesis doctoral, proponemos nuevos enfoques tanto teóricos como empíricos para estudiar la integración de redes vehiculares que combinan automóviles y UAVs, así mismo el impacto del entorno en la calidad de las comunicaciones. Esta tesis presenta una aplicación, una metodología de medición en escenarios reales y un nuevo modelo de simulación, los cuales contribuyen a modelar, desarrollar e implementar servicios C-ITS. Más específicamente, proponemos un modelo de simulación que tiene en cuenta las características del terreno en 3D, para lograr resultados confiables de comunicación entre UAV y vehículos terrestres.[CA] Per a proporcionar un entorn de trànsit viari més segur i eficient, els sistemes ITS o Sistemes Intel·ligents de Transport representen una solució dotada d'avanços tecnològics d'avantguarda. La integració d'elements de transport com auto móvils juntament amb elements d'infraestructura com Road Side Units (RSUs) situats al llarg de lav via de comunicació permeten oferir un entorn de xarxa connectat amb multiples serveis, inclusa connectivitat a Internet. Aquesta integració es connex amb el terme C-ITS o Sistemes Intel·ligents de Transport Cooperatius , com ara els automòbils, amb elements d'infraestructura, com ara les road side units (RSU) o pals situats al llarg de la carretera, per a aconseguir un entorn de xarxa que oferisca nous serveis a més de connectivitat a Internet. Aquesta integració s'expressa amb el terme C-ITS, o sistemes intel·ligents de transport cooperatius. La connexió d'automòbils amb dispositius d'infraestructura permet crear xarxes vehiculars connectades (V2X) vehicle a dispositiu, que ofreixen la possibilitat de nous desplegaments en aplicacions C-ITS, com ara les relacionades amb la seguretat. Avui dia, amb l'ús massiu dels telèfons intel·ligents, i a causa de la flexibilitat i mobilitat que presenten, es fan esforços per integrar-los amb els automòbils. De fet, amb el suport adequat d'unitat a bord (OBU), els telèfons intel·ligents es poden integrar perfectament amb les xarxes vehiculars, permetent als conductors usar els seus telèfons intel·ligents com a dispositius per a participar en els serveis de C-ITS, a fi de millorar la seguretat al volant entre altres. Tòpic est, que hui dia representa un tema rellevant d'investigació. Un problema a solucionar sorgeix quan les comunicacions vehiculars ateixen inferències i bloquejos del senyal deguts a l'escenari. De fet, l'impacte de la vegetació i els edificis, tant en àrees urbanes com rurals, pot afectar la qualitat del senyal. Algunes estratègies de millorar la comunicació vehicular en aquest tipus d'entorn consisteix a desplegar UAVs o vehicles aeris no tripulats (drones), els quals actuen com a enllaços de comunicació entre vehicles. De fet, l'ús d'UAVs ofereix importants avantatges d'implementació, ja que tenen una gran flexibilitat en termes de mobilitat, a més d'un rang de comunicacions millorat. Per a avaluar la qualitat de les comunicacions, s'han de realitzar mesures en escenaris reals. No obstant això, a causa del cost de les implementacions i desplegaments reals d'UAV i el seu ús combinat amb vehicles, aquests experiments reals podrien no ser factibles per a activitats d'investigació amb recursos limitats. Per tant, la metodologia basada en simulació es converteixen en l'opció preferida entre els investigadors per a avaluar les comunicacions entre UAV i vehicles terrestres. Aconseguir models de propagació de senyal correctes i representatius que puguen importar-se als entorns de simulació resulta crucial per a obtenir un major grau de realisme, especialment per a simulacions que involucren el moviment d'UAV en qualsevol lloc de l'espai 3D. En particular, cal tenir en compte la informació d'elevació del terreny per a intentar caracteritzar els efectes de propagació del senyal. En aquesta tesi doctoral proposem enfocaments tant teòrics com empírics per a estudiar la integració de xarxes vehiculars que combinen automòbils i UAV, així com l'impacte de l'entorn en la qualitat de les comunicacions. Aquesta tesi presenta una aplicació, una metodología de mesurament en escenaris reals i un nou model de simulació, els quals contribueixen a modelar, desenvolupar i implementar serveis C-ITS. Més específicament, proposem un model de simulació que té en compte les característiques del terreny en 3D, per a aconseguir resultats fiables de comunicació entre UAV i vehicles terrestres.[EN] To provide a safer road traffic environment and make it more convenient, Intelligent Transport Systems (ITSs) are proposed as a solution endowed with cutting-edge technological advances. The integration of transportation elements like cars together with infrastructure elements like Road Side Units to achieve a networking environment offers new services in addition to Internet connectivity. This integration comes under the term Cooperative Intelligent Transport System (C-ITS). Connecting cars with surrounding devices forming vehicular networks in Vehicle-to-Everything (V2X) open new deployments in C-ITS applications like safety-related ones. With the massive use of smartphones nowadays, and due to their flexibility and mobility, several efforts exist to integrate them with cars. In fact, with the right support from the vehicle's On-Board Unit (OBU), smartphones can be seamlessly integrated with vehicular networks. Hence, drivers can use their smartphones as a device to participate in C-ITS services for safety purposes, among others, which is a quite interesting research topic. A significant problem arises when vehicular communications face signal obstructions caused by the environment. In fact, the impact of vegetation and buildings, whether in urban and rural areas, can result in a lower signal quality. One way to enhance vehicular communication networks is to deploy Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) to act as relays for communication between cars, or ground vehicles. In fact, UAVs offer important deployment advantages, as they offer great flexibility in terms of mobility, in addition to an enhanced communications range. To assess the quality of the communications, a set of measurements must take place. However, due to the cost of real deployments of UAVs and cars, real experiments might not be feasible for research activities with limited resources. Hence, simulation experiments become the preferred option to assess UAV-to- car communications. Achieving correct and representative signal propagation models that can be imported to the simulation environments becomes crucial to obtain a higher degree of realism, especially for simulations involving UAVs moving anywhere throughout the 3D space. In particular, terrain elevation information must be taken into account when attempting to characterize signal propagation effects. In this research work, we propose both theoretical and empirical approaches to study the integration of vehicular networks combining cars and UAVs, and we study the impact of the surrounding environment on the communications quality. An application, a measurement framework, and a simulation model are presented in this thesis in an effort to model, develop, and deploy C-ITS services. More specifically, we propose a simulation model that takes into account 3D terrain features to achieve reliable UAV-to-car communication results.I want to thank the Spanish government through the Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO) and the European Union Commission through the European Social Fund (ESF) for co-financing and granting me the fellowship to fund my studies in Spain and my research stay in Russia. In addition, I would to thank the National Institute of Informatics for granting me the internship fund and the Japanese government through the Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) for supporting my research work in Japan.Hadiwardoyo, SA. (2019). Modelling and Real Deployment of C-ITS by Integrating Ground Vehicles and Unmanned Aerial Vehicles [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/118796TESI

Mobile Ad-Hoc Networks

Being infrastructure-less and without central administration control, wireless ad-hoc networking is playing a more and more important role in extending the coverage of traditional wireless infrastructure (cellular networks, wireless LAN, etc). This book includes state-of the-art techniques and solutions for wireless ad-hoc networks. It focuses on the following topics in ad-hoc networks: vehicular ad-hoc networks, security and caching, TCP in ad-hoc networks and emerging applications. It is targeted to provide network engineers and researchers with design guidelines for large scale wireless ad hoc networks

Performance evaluation of realistic scenarios for vehicular ad hoc networks with VanetMobiSim and NS2

Català: En els darrers anys, el considerable creixement del sector dels serveis mòbils arreu del món es certament el major fenòmen al camp de les telecomunicaciones. Les tecnologies inalàmbriques han conduït al desenvolupament de nous sistemes de comunicació y serveis multimèdia. Degut al constant creixement del mercat automobilístic juntament amb la creixent demanda de la seguretat viària ha nascut un nou concepte al camp de les comunicaciones: les xarxes entre vehicles (VANETs). A les VANETs, cada vehicle pot actuar com a router o node, establint connexions entre vehicles propers o amb infraestructura a la carretera. Les VANET estan rebent més atenció del govern i de la indústria automobilística degut a l'àmplia varietat d'aplicacions y serveis que poden oferir, tal com sistemes de seguretet viària assistència a la carretera i accès a Internet. No obstant, el disseny i l'implementació de VANETs és una àrea d'investigació àmplia i complexa tal i com podem percebre, sabent que durant els darrers anys la comunitat investigadora s'ha centrat en l'estudi d'aquestes xarxes. Bàsicament, el nostre projecte està dividit en dues parts principals: Primerament, hem dut a terme una recerca relacionada amb l'estat actual de les VANET avui en dia, amb l'objectiu d'identificar els generadors de moviment i els simuladors de xarxes més apropiats i recomenats a la literatura. En segon lloc, hem decidit utilitzar el VanetMobiSim [80], com a generador de moviment degut a la seva varietat de models de movilitat que es poden testejar, i el NS2 [63] com a simulador de xarxes per ser un dels més utilitzats per molts autors a més de la seva compatibilitat amb el VanetMobiSim. Amb l'ús d'aquestes eines, VanetMobiSim i NS2, hem dut a terme una avaluació profunda de les prestacions de les VANET en diversos escenaris reals, assignant valors diferents a paràmetres tals com el nombre de nodes, la velocitat i el model de propagació.Castellano: En los últimos años, el considerable crecimiento del sector de los servicios móviles alrededor del mundo es con certeza el mayor fenómeno en el campo de las telecomunicaciones. Las tecnologías inalámbricas han conducido al desarrollo de nuevos sistemas de comunicación y servicios multimedia. Debido al constante crecimiento del mercado automovilístico y la creciente demanda en seguridad vial ha nacido un nuevo concepto en el campo de las comunicaciones: las redes entre vehículos (VANETs). En ellas, cada vehículo actúa como router, estableciendo conexiones entre vehículos cercanos o con infraestructura en la carretera. Las VANET estan recibiendo más atención del gobierno y de la industria automovilística debido a la amplia variedad de aplicaciones y servicios que puede ofrecer, tales como sistemas de seguridad vial, asistencia en carretera y acceso a Internet. Sin embargo, el diseño e implementación de las VANET es un area de investigación amplia y compleja, tal y como podemos percibir, sabiendo que durante los últimos años la comunidad investigadora se ha centrado en el estudio de estas redes. Básicamente, nuestro proyecto está dividido en dos partes principales: Primeramente, hemos llevado a cabo una búsqueda relacionada con el estado de arte de las VANET hoy en día, con el objetivo de identificar los generadores de movimiento i los simuladores de redes más apropiados i recomendados en la literatura. En segundo lugar, hemos decidido utilizar el VanetMobiSim [80], como generador de movimiento debido a la alta variedad de modelos de mobilidad que que se pueden testear, y el NS2 [63] como simulador de redes por ser uno de los más utilizados per muchos autores además de su compatibilidad con el VanetMobiSim. Con el uso de estas herramientas, hemos llevado a cabo una evaluación profunda de las prestaciones de las VANET en varios escenarios reales, asignando valores diferentes a parámetros tales como el número de nodos, la velocidad y el modelo de propagación.English: Over recent years, the considerable mobile services sector growth around the world was certainly the major phenomenon in the telecommunications field. Wireless technology has led to the development of new communications systems and multimedia services. Due to the continued growth of the vehicular industry and the increasing demand of road safety, a new concept in the communications field was born: vehicular networks (VANETs). In VANETs, each vehicle could act as router or node, establishing connections among nearby vehicles or with roadside infrastructure. VANETs are receiving more attention from governments and car manufacturers due to the wide variety of applications and services they can provide such as road safety systems, car assistance and Internet acces. However, designing and implementing VANETs is a complex and wide area of research as we can notice, knowing that in the last years the research and development community has focused on the study of such networks. Basically, our project is divided in two main parts: Firstly, we made a state of art related to the actual state of VANETs nowadays in order to find the most appropiate and recommended mobility generator and network simulator reported in the literature. Secondly, we decided to use VanetMobiSim [80], as a mobility generator due to its variety mobility models that could be tested, and NS2 [63] as a network simulator for being one of the most used by many authors and also due to its compatibilty with VanetMobiSim. Using these tools, VanetMobiSim and NS2, we carried out a deep performance evaluation of VANETs in several realistic scenarios, giving different values to parameters such as the number of nodes, speed and the propagation model