Robust distributed resource allocation for cellular vehicle-to-vehicle communication

Mit Release 14 des LTE Standards unterstützt dieser die direkte Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation über den Sidelink. Diese Dissertation beschäftigt sich mit dem Scheduling Modus 4, einem verteilten MAC-Protokoll ohne Involvierung der Basisstation, das auf periodischer Wiederverwendung von Funkressourcen aufbaut. Der Stand der Technik und eine eigene Analyse des Protokolls decken verschiedene Probleme auf. So wiederholen sich Kollisionen von Paketen, wodurch manche Fahrzeuge für längere Zeit keine sicherheitskritischen Informationen verbreiten können. Kollisionen entstehen vermehrt auch dadurch, dass Hidden-Terminal-Probleme in Kauf genommen werden oder veränderliche Paketgrößen und -raten schlecht unterstützt werden. Deshalb wird ein Ansatz namens "Scheduling based on Acknowledgement Feedback Exchange" vorgeschlagen. Zunächst wird eine Funkreservierung in mehrere ineinander verschachtelte Unter-Reservierungen mit verschiedenen Funkressourcen unterteilt, was die Robustheit gegenüber wiederholenden Kollisionen erhöht. Dies ist die Grundlage für eine verteilte Staukontrolle, die die Periodizitätseigenschaft nicht verletzt. Außerdem können so veränderliche Paketgrößen oder -raten besser abgebildet werden. Durch die periodische Wiederverwendung können Acknowledgements für Funkressourcen statt für Pakete ausgesendet werden. Diese können in einer Bitmap in den Padding-Bits übertragen werden. Mittels der Einbeziehung dieser Informationen bei der Auswahl von Funkressourcen können Hidden-Terminal-Probleme effizient vermieden werden, da die Acknowledgements auch eine Verwendung dieser Funkressource ankündigen. Kollisionen können nun entdeckt und eine Wiederholung vermieden werden. Die Evaluierung des neuen MAC-Protokolls wurde zum großen Teil mittels diskreter-Event-Simulationen durchgeführt, wobei die Bewegung jedes einzelnen Fahrzeuges simuliert wurde. Der vorgeschlagene Ansatz führt zu einer deutlich erhöhten Paketzustellrate. Die Verwendung einer anwendungsbezogenen Awareness-Metrik zeigt, dass die Zuverlässigkeit der Kommunikation durch den Ansatz deutlich verbessert werden kann. Somit zeigt sich der präsentierte Ansatz als vielversprechende Lösung für die erheblichen Probleme, die der LTE Modus 4 mit sich bringt.The LTE Standard added support for a direct vehicle-to-vehicle communication via the Sidelink with Release 14. This dissertation focuses on the scheduling Mode 4, a distributed MAC protocol without involvement of the base station, which requires the periodic reuse of radio resources. The state of the art and a own analysis of this protocol unveil multiple problems. For example, packet collisions repeat in time, so that some vehicles are unable to distribute safety-critical information for extended periods of time. Collisions also arise due to the hidden-terminal problem, which is simply put up with in Mode 4. Additionally, varying packet sizes or rates can hardly be supported. Consequently, an approach called "Scheduling based on Acknowledgement Feedback Exchange" is proposed. Firstly, a reservation of radio resources is split into multiple, interleaved sub-reservations that use different radio resources. This increases the robustness against repeating collisions. It is also the basis for a distributed congestion control that does not violate the periodicity. Moreover, different packet rates or sizes can be supported. The periodic reuse of radio resources enables the transmission of acknowledgements for radio resources instead of packets. These can be transmitted in a bitmap inside the padding bits. Hidden-terminal problems can be mitigated by considering the acknowledgements when selecting radio resources as they announce the use of these radio resources. Collisions can also be detected and prevented from re-occurring. The evaluation of the MAC protocol is mostly performed using discrete-event simulations, which model the movement of every single vehicle. The presented approach leads to a clear improvement of the packet delivery rate. The use of an application-oriented metric shows that the communication robustness can be improved distinctly. The proposed approach hence presents itself as a promising solution for the considerable problems of LTE Mode 4

A SURVEY OF CONTENTION BASED MEDIUM ACCESS CONTROL (MAC) PROTOCOLS IN WIRELESS LAN

In wireless network, all radio nodes are tuned to the same frequency to interconnect and establish communication between each other. All nodes in the network broadcasts their packets over a common medium and in such scenario collisions are considered as instinctive attribute. Therefore, a proper method/regulation known as Medium Access Control (MAC) protocol is required to regulate and manage an efficient access to the common channel. The protocol is designed to allow radio nodes in wireless network to broadcast their packets in an orderly and efficient manner to eliminate the collision among them. It also provides a fair bandwidth sharing to all contending nodes in the network. To date, various MAC protocols was developed to regulate the communication access among all radio nodes in wireless network. This article presents an exhaustive survey of existing contention based MAC protocols, their operations, advantages and disadvantages. Other than that, a typical MAC protocol used in IEEE 802.11 wireless networks standard, such as Carrier Sense Multiple Access (CSMA) and Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) also explained and presented in this article

Adaptive Range-Based Power Control for Collision Avoidance in Wireless Ad Hoc Networks

[[abstract]]The paper analyzes the relationships among the transmission range, carrier sensing range, and interference range in case that power control is adopted and proposes an adaptive range-based power control (ARPC) MAC protocol for wireless ad hoc networks to avoid collisions. Based on the analysis results, four mechanisms, STRC, RTRC, SCRC, and RCRC are proposed to prevent from collisions. The paper further analyzes the superiority of each mechanism under certain situations and proposes the ARPC MAC protocol to make use of the advantages of the four mechanisms to avoid collisions. The proposed protocol can not only reduce energy consumption of STAs, but also prevent from collisions. Simulation results also verify the advantages of the proposed protocol.[[conferencetype]]國際[[conferencedate]]20070624~20040628[[booktype]]紙本[[conferencelocation]]Glasgow, Scotland, U