Alıcı tabanlı yönlendirme protokollerinin araçlararası haberleşmede çokluortam servislerine uygunluğunun değerlendirilmesi
Performance evaluation of receiver based routing protocols for infotainment services in vanets
Yazar: Z. CİHAN TAYŞI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. A. GÖKHAN YAVUZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Araç yönlendirme problemi = Vehicle routing problem ; Coğrafi konum = Geographical position ; Ulaşım sistemleri = Transportation systems ; Yönlendirme = Routing ; Yönlendirme protokolleri = Routing protocols

Özet:
Günümüzde Akıllı Ulaşım Sistemleri (Intelligent Transportation Systems, ITS) kapsamındaki en önemli araştırma konularından biri Akıllı Yardımcı Sistemler (Intelligent Co-operative Systems, ICS)'dir. Araçlar Arası Haberleşme (Inter Vehicle Communication, IVC) üzerine kurulu ICS'ler, trafikte verimliliği ve sürüş emniyetinin arttırılmasında kilit önem arz etmektedirler. Kavşaklarda kazaların engellenmesi, şerit korunması ve hareket kontrolü IVC sistemlerinin geliştirilmesi ile ortaya çıkmış olan çok sayıdaki emniyet uygulamalarından sadece birkaçıdır. Ayrıca ICS'ler sayesinde, otomatik sürüş özelliğine sahip otoyollar, geçiş sistemleri, araç gruplarının hareket kontrolü, rota iyileştirilmesi ve çevresel faktörlere göre araç hızının ve yönünün korunması ve/veya değiştirilmesi gibi uygulamalar da geliştirilmektedir.Trafik verimliliği ve sürüş emniyeti uygulamalarının temelinde bir araç tarafından üretilen bilginin belirli bir süre içerisinde kendisine belirli bir mesafede olan diğer araçlara aktarılması gerekmektedir. Geleneksel ağlarda kullanılan yönlendirme protokolleri bu işlemin gerçekleştirilmesi için yeterli değildir. Bu şekilde bir yönlendirmenin gerçekleştirilebilmesi için konum bilgisinin ve konum bilgisine ait yönlendirme kriterlerinin kullanıldığı coğrafi yönlendirme protokollerine ihtiyaç duyulmaktadır.IVC sistemlerinin zaman içerisinde gelişmesi, bu sistemlerin sürüş emniyeti ve trafik verimliliği uygulamalarının yanısıra, Internet erişimi dolayısıyla Internet üzerinden erişilen tüm çoklu-ortam servisleri için de kulllanılmasına imkan sağlamıştır. Ancak trafik verimliliği ve sürüş emniyeti uygulamaları ile çoklu-ortam uygulamaları arasında çeşitli yapısal farklar bulunmaktadır. Dolayısıyla IVC üzerine kurulu ağlar üzerinde çoklu-ortam servislerinin verilebilmesi için kullanılan coğrafi yönlendirme protokollerinin bu uygulamaların ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde geliştirilmesi gerekmektedir.Bu tez çalışmasında, literatürdeki coğrafi yönlendirme protokolleri incelenmiştir. Mevcut coğrafi yönlendirme protokolleri, gönderici tabanlı ve alıcı tabanlı olarak ikiye ayrılmaktadır. Geliştirilen IVC uygulamaları ve standartlar genellikle gönderici tabanlı yönlendirme protokollerine yer verilmekle beraber alıcı tabanlı yönlendirme protokollerinin değerlendirilmesi gerektiği belirtilmektedir. Tez kapsamında mevcut alıcı tabanlı protokoller incelenerek, bu algoritmaların çoklu-ortam servisleri için uygunluğu tartışılmıştır. Bu inceleme sonucunda alıcı tabanlı protokollerden, Contention Based Forwarding (CBF), Location Aided Routing (LAR) ve Receiver-based Opportunistic Forwarding (ROF) olmak üzere üç tanesi seçilerek benzetim ortamında gerçeklenmiş ve başarımları değerlendirilmiştir. Karşılaştırma amacı ile de gönderici tabanlı Greedy Forwarding (GF) protokolü gerçeklenmiştir.Yapılan değerlendirmeler sonucunda, alıcı tabanlı protokollerin gönderici tabanlı GF protokolüne göre hem şehiriçi hem de otoyol senaryolarında paket dağıtım oranı açısından daha başarılı olduğu belirlenmiştir. Alıcı tabanlı protokoller arasında ise LAR protokolü diğer protokollere göre daha yüksek başarı göstermektedir. Benzetimler sırasında alıcı tabanlı protokoller ile ilgili iki önemli durum tespit edilmiştir. Bunlardan birincisi alıcı tabanlı protokollerin, GF protokolüne göre daha yüksek uçtan uca paket gecikme değerleri üretmesidir. İkinci durum ise beklenildiğinin aksine alıcı tabanlı protokollerin paket üretim oranı açısından GF protokolüne göre daha yüksek değerlere ulaşmasıdır. Alıcı tabanlı protokoller ile ilgili bu iki durumu oluşturan temel neden, bu protokoller kapsamında paket iletiminde kullanılan zaman aşımı mantığına dayalı mekanizmalardır. Bu mekanizmaların geliştirilmesi, alıcı tabanlı protokollerin başarımlarının daha da artmasını sağlayacaktır.

Abstract:
Intelligent Co-operative Systems are the next big challenge in automotive electronics and Intelligent Transportation Systems (ITS). Intelligent Co-operative Systems, that are based on Inter-Vehicle Communication (IVC), hold the promise of great improvements both in the efficiency of the transport systems and in the safety of all road users. Intersection collision avoidance, lane keeping, and motion control are just a few of safety applications emerging after the development of IVC systems. Intelligent Co-operative Systems also offer traffic efficiency applications, such as automated highways, toll systems, group motion control, route optimization, adaptive acceleration and speed limiters where vehicles individually or co-operatively regulate their motion, adjusting their velocity and heading in response to others nearby and to the changes in the environment.Traffic safety and efficiency applications require the delivery of the packets generated by a vehicle to nearby vehicles in a timely manner. Routing protocols used in wired networks are not applicable for these types of networks. Thus, geographic routing protocols which use position information are required to perform routing in such networks.Recent advances in IVC systems enable the use of these systems for infotainment services besides traffic efficiency and safety applications. However, routing requirements of such services are different from the requirements of traffic efficiency and safety applications. Thus, in order to provide infotainment services over IVC systems, geographical routing protocols must be modified.In this thesis, we examined the existing geographical routing protocols which are categorized in two classes as sender-based and receiver-based. Although the existing research and standards mostly use the sender-based approach, it is also stated that the receiver-based approach must be carefully examined. In this thesis, we surveyed existing receiver-based routing protocols and examined the applicibility of these protocols for the infotainment services. After a careful examination, we chose three receiver-based protocols; Contention Based Forwarding (CBF), Location Aided Routing (LAR), and Receiver-based Opportunistic Forwarding (ROF). These protocols are implemented in a simulation environment and then their performance are compared with sender-based Greedy Forwarding (GF) protocol.During our simulations, it is clearly seen that receiver-based protocols perform better than the GF protocol in both city and highway scenarios. Among the receiver-based protocols, LAR protocol has the highest performance. During our simulations, we observed two anomalies about the receiver-based protocols. First, they have higher end-to-end packet delays compared to GF protocol. Second, to the contrary of the expectations, receiver-based protocols generate higher number of extra packets than the GF protocol. The reason for these two anomalies stems from the back-off timer mechanisms, which are used for relaying packets. Development of new mechanism for receiver-based protocols will improve the performance of receiver-based protocols.