Doğrudan görüş hattı olan/olmayan kavşaklarda V2V haberleşme saha test verileri ile başarım değerlendirmesi, modellenmesi ve V2X haberleşme HIL benzetim çalışmaları
Performance evaluation and modelling of V2V communication with field test data at LOS/NLOS intersections and V2X communication HIL simulation studies
Yazar: SİBEL ARSLAN
Danışman: PROF. DR. MÜZEYYEN SARITAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
V2X (Araç–Her şey) iletişiminde kullanılan DSRC (Tahsis Edilmiş Kısa Mesafeli İletişim) teknolojisi, güvenlik uygulamaları için en uygun kablosuz kısa mesafe iletişim teknolojisidir. DSRC fiziksel katmanı (OFDM), araçsal ağların hedeflerine ulaşmasında anahtar faktördür.  Bu çalışmada; OFDM tasarım parametrelerinin, sistem haberleşme performansı üzerindeki etkilerini incelemek amacıyla MATLAB simülasyon çalışmaları yapılmıştır. Geliştirilen gömülü yazılımlar ile V2V (Araç–Araç), V2P (Araç–Yaya) ve V2I (Araç–Altyapı) haberleşme HIL (Döngüde Donanımsal Benzetim) uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Otonom araçlara entegre edilen DSRC radyo birimleri kullanılarak gerçek saha testleri yapılmıştır. Gerçek saha test sonuçları, sistem performans değerlendirme metriği olan PDR (Paket İletim Oranı) olarak sunulmuştur. OFDM tasarım parametrelerinin (modülasyon tipi, veri hızı, kodlama oranı), araçların kavşak merkezine uzaklıklarının, DSRC radyo birimlerinin gönderme güçlerinin ve kavşak tiplerinin (LOS/NOS) sistem haberleşme performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca, test sonuçları kullanılarak OFDM tasarım parametreleri, gönderme gücü, kavşak merkezine uzaklık ve duvar sayısı gibi girilen parametre değerlerine göre PDR (Paket İletim Oranı) değerini çıktı olarak verebilen bir MATLAB Simulink ile performans ölçüm modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen performans ölçüm modeli kullanılarak, V2V haberleşme için HIL uygulamaları yapılmıştır. V2V haberleşme için, gerçek alan test sonuçları ile HIL sonuçlarının uyumlu olduğu görülmüştür. Veri hızının artması durumunda PDR değeri düşmektedir. Gönderme gücünün artması durumunda PDR artmaktadır. Verici ve alıcı DSRC radyo birimleri arasındaki mesafe arttıkça PDR'nin önemli ölçüde düştüğü tespit edilmiştir. LOS (Doğrudan Görüş Hattı Olan) kavşakta elde edilen PDR'nin, NLOS (Doğrudan Görüş Hattı Olmayan) kavşakta elde edilen PDR'ye göre oldukça yüksek olduğu görülmüştür. PDR değeri binaların duvar sayısına ve çevresel faktörlere bağlı olarak da değişmektedir. Sonuç olarak; en yüksek PDR değeri, en yüksek gönderme gücü, en düşük veri hızı ve kavşak merkezine en kısa mesafe kullanıldığında elde edilmiştir. İlerideki çalışmalarda, yolda DSRC birimine sahip çok sayıda araç, yaya, altyapı biriminin olmasının PDR değişimine etkilerini incelemek için daha fazla test yapılması gerekmektedir.

Abstract:
DSRC (Dedicated Short Range Communications) technology used in V2X (Vehicle–to–Everything) communication is the optimum wireless short–range communication technology for safety applications. DSRC physical layer (OFDM) is a key factor to achieve the objectives of vehicular networks. In this study, MATLAB simulation studies were performed to examine the effects of OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) design parameters on the system communication performance. HIL (Hardware–in–the–Loop) applications for V2V (Vehicle–to–Vehicle), V2I (Vehicle–to–Infrastructure) and V2P (Vehicle–to–Pedestrian) communications were achieved with developed embedded software. Real field tests were performed using DSRC radio units integrated into autonomous vehicles. The results of the real field tests were presented by means of PDR (Packet Delivery Ratio) which is the system performance evaluation metric. The effects of the OFDM design parameters (modulation type, data rate, coding rate), the vehicle distances to intersection centers, the transmit powers of DSRC radio units and intersection types (LOS/NLOS) on the system communication performance were investigated. By using the test results, a MATLAB Simulink performance measurement model has also been developed which gives output PDR value due to the entered parameter values such as OFDM parameters, transmit power, distance to intersection center and the number of walls of buildings. HIL applications for V2V communication have been done by using the developed performance measurement model. It is seen that the real field test results are in good agreement with the results of the HIL applications for V2V communication. PDR value decreases when data rate increases. PDR increases when transmit power increases. It is determined that PDR significantly decreases when the distance between the transmitting and the receiving DSRC radio units increases. It is seen that the PDR obtained at the LOS (Line–of–Sight) intersection is considerably much higher than that obtained at the NLOS (Non–Line–of–Sight) intersection. PDR value also changes with the number of walls of buildings and environmental factors. Finally, the highest PDR is obtained when the highest transmit power, the lowest data rate and the shortest distance to intersection center are used. In the future studies, more tests are required to investigate the impact of the presence of more vehicles, pedestrians, infrastructures equipped with DSRC units on the variation of PDR.