Clustering and 5G-enabled smart cities: a survey of clustering schemes in VANETs

This chapter highlights the importance of Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs) in the context of the 5Genabled smarter cities and roads, a topic that attracts significant interest. In order for VANETs and its associated applications to become a reality, a very promising avenue is to bring together multiple wireless technologies in the architectural design. 5G is envisioned to have a heterogeneous network architecture. Clustering is employed in designing optimal VANET architectures that successfully use different technologies, therefore clustering has the potential to play an important role in the 5G-VANET enabled solutions. This chapter presents a survey of clustering approaches in the VANET research area. The survey provides a general classification of the clustering algorithms, presents some of the most advanced and latest algorithms in VANETs, and it is among the fewest works in the literature that reviews the performance assessment of clustering algorithms

A generic architecture style for self-adaptive cyber-physical systems

Die aktuellen Konzepte zur Gestaltung von Regelungssystemen basieren auf dynamischen Verhaltensmodellen, die mathematische Ansätze wie Differentialgleichungen zur Ableitung der entsprechenden Funktionen verwenden. Diese Konzepte stoßen jedoch aufgrund der zunehmenden Systemkomplexität allmählich an ihre Grenzen. Zusammen mit der Entwicklung dieser Konzepte entsteht eine Architekturevolution der Regelungssysteme. In dieser Dissertation wird eine Taxonomie definiert, um die genannte Architekturevolution anhand eines typischen Beispiels, der adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC), zu veranschaulichen. Aktuelle ACC-Varianten, die auf der Regelungstheorie basieren, werden in Bezug auf ihre Architekturen analysiert. Die Analyseergebnisse zeigen, dass das zukünftige Regelungssystem im ACC eine umfangreichere Selbstadaptationsfähigkeit und Skalierbarkeit erfordert. Dafür sind kompliziertere Algorithmen mit unterschiedlichen Berechnungsmechanismen erforderlich. Somit wird die Systemkomplexität erhöht und führt dazu, dass das zukünftige Regelungssystem zu einem selbstadaptiven cyber-physischen System wird und signifikante Herausforderungen für die Architekturgestaltung des Systems darstellt. Inspiriert durch Ansätze des Software-Engineering zur Gestaltung von Architekturen von softwareintensiven Systemen wird in dieser Dissertation ein generischer Architekturstil entwickelt. Der entwickelte Architekturstil dient als Vorlage, um vernetzte Architekturen mit Verfolgung der entwickelten Designprinzipien nicht nur für die aktuellen Regelungssysteme, sondern auch für selbstadaptiven cyber-physischen Systeme in der Zukunft zu konstruieren. Unterschiedliche Auslösemechanismen und Kommunikationsparadigmen zur Gestaltung der dynamischen Verhalten von Komponenten sind in der vernetzten Architektur anwendbar. Zur Bewertung der Realisierbarkeit des Architekturstils werden aktuelle ACCs erneut aufgenommen, um entsprechende logische Architekturen abzuleiten und die Architekturkonsistenz im Vergleich zu den originalen Architekturen basierend auf der Regelungstheorie (z. B. in Form von Blockdiagrammen) zu untersuchen. Durch die Anwendung des entwickelten generischen Architekturstils wird in dieser Dissertation eine künstliche kognitive Geschwindigkeitsregelung (ACCC) als zukünftige ACC-Variante entworfen, implementiert und evaluiert. Die Evaluationsergebnisse zeigen signifikante Leistungsverbesserungen des ACCC im Vergleich zum menschlichen Fahrer und aktuellen ACC-Varianten.Current concepts of designing automatic control systems rely on dynamic behavioral modeling by using mathematical approaches like differential equations to derive corresponding functions, and slowly reach limitations due to increasing system complexity. Along with the development of these concepts, an architectural evolution of automatic control systems is raised. This dissertation defines a taxonomy to illustrate the aforementioned architectural evolution relying on a typical example of control application: adaptive cruise control (ACC). Current ACC variants, with their architectures considering control theory, are analyzed. The analysis results indicate that the future automatic control system in ACC requires more substantial self-adaptation capability and scalability. For this purpose, more complicated algorithms requiring different computation mechanisms must be integrated into the system and further increase system complexity. This makes the future automatic control system evolve into a self-adaptive cyber-physical system and consistitutes significant challenges for the system’s architecture design. Inspired by software engineering approaches for designing architectures of software-intensive systems, a generic architecture style is proposed. The proposed architecture style serves as a template by following the developed design principle to construct networked architectures not only for the current automatic control systems but also for self-adaptive cyber-physical systems in the future. Different triggering mechanisms and communication paradigms for designing dynamic behaviors are applicable in the networked architecture. To evaluate feasibility of the architecture style, current ACCs are retaken to derive corresponding logical architectures and examine architectural consistency compared to the previous architectures considering the control theory (e.g., in the form of block diagrams). By applying the proposed generic architecture style, an artificial cognitive cruise control (ACCC) is designed, implemented, and evaluated as a future ACC in this dissertation. The evaluation results show significant performance improvements in the ACCC compared to the human driver and current ACC variants