From MANET to people-centric networking: Milestones and open research challenges

In this paper, we discuss the state of the art of (mobile) multi-hop ad hoc networking with the aim to present the current status of the research activities and identify the consolidated research areas, with limited research opportunities, and the hot and emerging research areas for which further research is required. We start by briefly discussing the MANET paradigm, and why the research on MANET protocols is now a cold research topic. Then we analyze the active research areas. Specifically, after discussing the wireless-network technologies, we analyze four successful ad hoc networking paradigms, mesh networks, opportunistic networks, vehicular networks, and sensor networks that emerged from the MANET world. We also present an emerging research direction in the multi-hop ad hoc networking field: people centric networking, triggered by the increasing penetration of the smartphones in everyday life, which is generating a people-centric revolution in computing and communications

Motion Planning for Autonomous Vehicles in Partially Observable Environments

Unsicherheiten, welche aus Sensorrauschen oder nicht beobachtbaren Manöverintentionen anderer Verkehrsteilnehmer resultieren, akkumulieren sich in der Datenverarbeitungskette eines autonomen Fahrzeugs und führen zu einer unvollständigen oder fehlinterpretierten Umfeldrepräsentation. Dadurch weisen Bewegungsplaner in vielen Fällen ein konservatives Verhalten auf. Diese Dissertation entwickelt zwei Bewegungsplaner, welche die Defizite der vorgelagerten Verarbeitungsmodule durch Ausnutzung der Reaktionsfähigkeit des Fahrzeugs kompensieren. Diese Arbeit präsentiert zuerst eine ausgiebige Analyse über die Ursachen und Klassifikation der Unsicherheiten und zeigt die Eigenschaften eines idealen Bewegungsplaners auf. Anschließend befasst sie sich mit der mathematischen Modellierung der Fahrziele sowie den Randbedingungen, welche die Sicherheit gewährleisten. Das resultierende Planungsproblem wird mit zwei unterschiedlichen Methoden in Echtzeit gelöst: Zuerst mit nichtlinearer Optimierung und danach, indem es als teilweise beobachtbarer Markov-Entscheidungsprozess (POMDP) formuliert und die Lösung mit Stichproben angenähert wird. Der auf nichtlinearer Optimierung basierende Planer betrachtet mehrere Manöveroptionen mit individuellen Auftrittswahrscheinlichkeiten und berechnet daraus ein Bewegungsprofil. Er garantiert Sicherheit, indem er die Realisierbarkeit einer zufallsbeschränkten Rückfalloption gewährleistet. Der Beitrag zum POMDP-Framework konzentriert sich auf die Verbesserung der Stichprobeneffizienz in der Monte-Carlo-Planung. Erstens werden Informationsbelohnungen definiert, welche die Stichproben zu Aktionen führen, die eine höhere Belohnung ergeben. Dabei wird die Auswahl der Stichproben für das reward-shaped Problem durch die Verwendung einer allgemeinen Heuristik verbessert. Zweitens wird die Kontinuität in der Reward-Struktur für die Aktionsauswahl ausgenutzt und dadurch signifikante Leistungsverbesserungen erzielt. Evaluierungen zeigen, dass mit diesen Planern große Erfolge in Fahrversuchen und Simulationsstudien mit komplexen Interaktionsmodellen erreicht werden

Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks

This book presents collective works published in the recent Special Issue (SI) entitled "Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks”. These works expose the readership to the latest solutions and techniques for MANETs and VANETs. They cover interesting topics such as power-aware optimization solutions for MANETs, data dissemination in VANETs, adaptive multi-hop broadcast schemes for VANETs, multi-metric routing protocols for VANETs, and incentive mechanisms to encourage the distribution of information in VANETs. The book demonstrates pioneering work in these fields, investigates novel solutions and methods, and discusses future trends in these field

Relevanzbasierte Nachrichtenselektion für die serientaugliche Integration von Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation

Die Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation ermöglicht neue Anwendungen durch den direkten Austausch von Informationen zwischen Fahrzeugen. In den vergangenen Jahrzehnten wurde dazu intensiv geforscht und eine standardisierte Technologie auf der Grundlage von WLAN geschaffen. Die Fahrzeuge erfassen damit andere Verkehrsteilnehmer in ihrem Umfeld, auch über Sichthindernisse hinweg. Bei der Umsetzung von Seriensystemen stehen die Fahrzeughersteller vor der Herausforderung, dass unter Umständen höhere Raten an Nachrichten empfangen werden als von den Fahrzeugsystemen verarbeitet werden können. Diese Arbeit betrachtet diese Problemstellung erstmals umfänglich und schlägt eine Lösung vor, um auch in Überlastsituationen die Funktionalität sicherheitsrelevanter Anwendungen zu gewährleisten. Zunächst werden die auftretenden Nachrichtenraten anhand einer gekoppelten Verkehrs-, Kommunikations- und Anwendungssimulation quantifiziert. Es bestätigt sich, dass auch unter alltäglichen Bedingungen Überlast auftreten kann. Daher wird vorgeschlagen, die Verarbeitung empfangener Nachrichten um zwei Module zu ergänzen, eine Relevanzschätzung und einen Selektionsmechanismus. Die Relevanzschätzung hat die Aufgabe, jede Nachricht nach ihrer Relevanz zu bewerten und mit einem Relevanzwert zu versehen. Je früher sich der Sender und Empfänger einer Nachricht begegnen, desto höher wird die Relevanz bewertet. Der Selektionsmechanismus wählt auf Basis dieser Relevanzwerte die jeweils relevanteste Nachricht zur Weiterverarbeitung aus und verwirft bei Überlast weniger relevante Nachrichten. Sowohl die Relevanzschätzung als auch der Selektionsmechanismus sollten möglichst effizient implementierbar sein. Die Evaluation beider Module zeigt auf, dass die vorgeschlagenen Konzepte für einen Serieneinsatz geeignet sind und die Entwicklung stabiler Gesamtfahrzeugsysteme ermöglichen

Space transportation system and associated payloads: Glossary, acronyms, and abbreviations

A collection of some of the acronyms and abbreviations now in everyday use in the shuttle world is presented. It is a combination of lists that were prepared at Marshall Space Flight Center and Kennedy and Johnson Space Centers, places where intensive shuttle activities are being carried out. This list is intended as a guide or reference and should not be considered to have the status and sanction of a dictionary

Contrôle de la diffusion multi-saut pour la dissémination de messages d'alerte dans les réseaux véhiculaires

Les applications de sécurité routière sont la principale motivation des réseaux de véhicules, bien que d'autres applications de gestion du trafic routier et de divertissement soient envisagées. La communication par diffusion sur plusieurs sauts est une composante importante de ces applications telles que, la signalisation du danger sur la route où la diffusion sur plusieurs sauts est utilisée pour notifier un accident sur la route, une présence d'animal, un objet qui barre la route, un freinage brusque du véhicule en avant, etc. Comme l'information traitée dans ces applications est très critique et peut avoir un effet sur la vie humaine, la diffusion doit être rapide et fiable. Cependant, la diffusion de messages sur plusieurs sauts a de nombreux défis à relever tels que le problème de tempête de diffusion (à savoir, des retransmissions redondantes, une haute charge du canal, une grande contention sur le canal de communication et ainsi, un taux de perte de paquets élevé) dans le cas d'un réseau dense, et le problème de déconnexion quand le réseau est clairsemé. En plus, les applications de sécurité routière sont à temps critique et la satisfaction de leurs exigences est très difficile, car il y a un compromis entre la fiabilité de la dissémination et le délai de livraison. De nombreux travaux ont été menés ces dernières années et une large gamme de mécanismes ont été proposés. Néanmoins, la plupart d'entre eux souffrent toujours de problèmes de collisions quand le réseau est dense et une latence élevée quand la densité du réseau est faible. Le but de cette thèse est d'étudier les protocoles permettant une livraison fiable et rapide de messages d'alerte, de comprendre leurs limites et de proposer une solution pour la dissémination rapide et fiable de l'information de sécurité dans un réseau de véhicule.Road safety applications are the main motivation of vehicular networks, although other road traffic management and entertainment applications are considered. The multi-hop broadcasting communication is an important component of these applications, such as Road Hazard Signaling application where the multi-hop broadcasting is used to notify an accident on the road, a presence of animal, an object that blocks the road, sudden braking of the vehicle in front, etc. As the information handled in these applications is very critical and can affect the human life the dissemination must be fast and reliable. However, broadcasting messages over several hops comes with many challenges to overcome such as broadcast storm problem (i.e. redundant retransmissions, high load of the channel, high contention on the communication channel and thus, high packet loss rate) in the case of dense network, and the problem of disconnection when the network is sparse. In addition, road safety applications are time-critical and satisfaction of their demands is very difficult because there is a trade-off between the dissemination reliability and the delivery delay. Many studies have been conducted in recent years and a variety of mechanisms have been proposed. However, most of them still suffer from problems of collisions when the network is dense and a high latency when the density of the network is low. The aim of this thesis is to analyze protocols allowing a reliable and fast delivery of alert messages, understand their limitations and propose a solution for fast and reliable dissemination of safety information in vehicular networks

Ergonomics of intelligent vehicle braking systems

The present thesis examines the quantitative characteristics of driver braking and pedal operation and discusses the implications for the design of braking support systems for vehicles. After the current status of the relevant research is presented through a literature review, three different methods are employed to examine driver braking microscopically, supplemented by a fourth method challenging the potential to apply the results in an adaptive brake assist system. First, thirty drivers drove an instrumented vehicle for a day each. Pedal inputs were constantly monitored through force, position sensors and a video camera. Results suggested a range of normal braking inputs in terms of brake-pedal force, initial brake-pedal displacement and throttle-release (throttle-off) rate. The inter-personal and intra-personal variability on the main variables was also prominent. [Continues.

Cooperative control of autonomous connected vehicles from a Networked Control perspective: Theory and experimental validation

Formation control of autonomous connected vehicles is one of the typical problems addressed in the general context of networked control systems. By leveraging this paradigm, a platoon composed by multiple connected and automated vehicles is represented as one-dimensional network of dynamical agents, in which each agent only uses its neighboring information to locally control its motion, while it aims to achieve certain global coordination with all other agents. Within this theoretical framework, control algorithms are traditionally designed based on an implicit assumption of unlimited bandwidth and perfect communication environments. However, in practice, wireless communication networks, enabling the cooperative driving applications, introduce unavoidable communication impairments such as transmission delay and packet losses that strongly affect the performances of cooperative driving. Moreover, in addition to this problem, wireless communication networks can suffer different security threats. The challenge in the control field is hence to design cooperative control algorithms that are robust to communication impairments and resilient to cyber attacks. The work aim is to tackle and solve these challenges by proposing different properly designed control strategies. They are validated both in analytical, numerical and experimental ways. Obtained results confirm the effectiveness of the strategies in coping with communication impairments and security vulnerabilities

Formation control of autonomous vehicles with emotion assessment

Autonomous driving is a major state-of-the-art step that has the potential to transform the mobility of individuals and goods fundamentally. Most developed autonomous ground vehicles (AGVs) aim to sense the surroundings and control the vehicle autonomously with limited or no driver intervention. However, humans are a vital part of such vehicle operations. Therefore, an approach to understanding human emotions and creating trust between humans and machines is necessary. This thesis proposes a novel approach for multiple AGVs, consisting of a formation controller and human emotion assessment for autonomous driving and collaboration. As the interaction between multiple AGVs is essential, the performance of two multi-robot control algorithms is analysed, and a platoon formation controller is proposed. On the other hand, as the interaction between AGVs and humans is equally essential to create trust between humans and AGVs, the human emotion assessment method is proposed and used as feedback to make autonomous decisions for AGVs. A novel simulation platform is developed for navigating multiple AGVs and testing controllers to realise this concept. Further to this simulation tool, a method is proposed to assess human emotion using the affective dimension model and physiological signals such as an electrocardiogram (ECG) and photoplethysmography (PPG). The experiments are carried out to verify that humans' felt arousal and valence levels could be measured and translated to different emotions for autonomous driving operations. A per-subject-based classification accuracy is statistically significant and validates the proposed emotion assessment method. Also, a simulation is conducted to verify AGVs' velocity control effect of different emotions on driving tasks