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

Traffic Control Strategy Formulation and Optimization Enabled by Homogenous Connected and Autonomous Vehicle Systems.

Ph.D. Thesis. University of Hawaiʻi at Mānoa 2017

DSRC Versus LTE-V2X: Empirical Performance Analysis of Direct Vehicular Communication Technologies

Vehicle-to-Vehicle (V2V) communication systems have an eminence potential to improve road safety and optimize traffic flow by broadcasting Basic Safety Messages (BSMs). Dedicated Short-Range Communication (DSRC) and LTE Vehicle-to-Everything (V2X) are two candidate technologies to enable V2V communication. DSRC relies on the IEEE 802.11p standard for its PHY and MAC layer while LTE-V2X is based on 3GPP’s Release 14 and operates in a distributed manner in the absence of cellular infrastructure. There has been considerable debate over the relative advantages and disadvantages of DSRC and LTE-V2X, aiming to answer the fundamental question of which technology is most effective in real-world scenarios for various road safety and traffic efficiency applications. In this paper, we present a comprehensive survey of these two technologies (i.e., DSRC and LTE-V2X) and related works. More specifically, we study the PHY and MAC layer of both technologies in the survey study and compare the PHY layer performance using a variety of field tests. First, we provide a summary of each technology and highlight the limitations of each in supporting V2X applications. Then, we examine their performance based on different metrics