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

Location inaccuracies in WSAN placement algorithms

The random deployment of Wireless Sensor and Actuator Network (WSAN) nodes in areas often inaccessible, results in so-called coverage holes – i.e. areas in the network that are not adequately covered by nodes to suit the requirements of the network. Various coverage protocol algorithms have been designed to reduce or eliminate coverage holes within WSANs by indicating how to move the nodes. The effectiveness of such coverage protocols could be jeopardised by inaccuracy in the initial node location data that is broadcast by the respective nodes. This study examines the effects of location inaccuracies on five sensor deployment and reconfiguration algorithms – They include two algorithms which assume that mobile nodes are deployed (referred to as the VEC and VOR algorithms); two that assume static nodes are deployed (referred to as the CNPSS and OGDC algorithms); and a single algorithm (based on a bidding protocol) that assumes a hybrid scenario in which both static and mobile nodes are deployed. Two variations of this latter algorithm are studied. A location simulation tool was built using the GE Smallworld GIS application and the Magik programming language. The simulation results are based on three above-mentioned deployment scenarios; mobile, hybrid and static. The simulation results suggest the VOR algorithm is reasonably robust if the location inaccuracies are somewhat lower than the sensing distance and also if a high degree of inaccuracy is limited to a relatively small percentage of the nodes. The VEC algorithm is considerably less robust, but prevents nodes from drifting beyond the boundaries in the case of large inaccuracies. The bidding protocol used by the hybrid algorithm appears to be robust only when the static nodes are accurate and there is a low degree of inaccuracy within the mobile nodes. Finally the static algorithms are shown to be the most robust; the CPNSS algorithm appears to be immune to location inaccuracies whilst the OGDC algorithm was shown to reduce the number of active nodes in the network to a better extent than that of the CPNSS algorithm. CopyrightDissertation (MSc)--University of Pretoria, 2010.Computer Scienceunrestricte

Using MapReduce Streaming for Distributed Life Simulation on the Cloud

Distributed software simulations are indispensable in the study of large-scale life models but often require the use of technically complex lower-level distributed computing frameworks, such as MPI. We propose to overcome the complexity challenge by applying the emerging MapReduce (MR) model to distributed life simulations and by running such simulations on the cloud. Technically, we design optimized MR streaming algorithms for discrete and continuous versions of Conway’s life according to a general MR streaming pattern. We chose life because it is simple enough as a testbed for MR’s applicability to a-life simulations and general enough to make our results applicable to various lattice-based a-life models. We implement and empirically evaluate our algorithms’ performance on Amazon’s Elastic MR cloud. Our experiments demonstrate that a single MR optimization technique called strip partitioning can reduce the execution time of continuous life simulations by 64%. To the best of our knowledge, we are the first to propose and evaluate MR streaming algorithms for lattice-based simulations. Our algorithms can serve as prototypes in the development of novel MR simulation algorithms for large-scale lattice-based a-life models.https://digitalcommons.chapman.edu/scs_books/1014/thumbnail.jp