وثيقة

Adaptive Broadcasting Schemes in Vehicular Ad-Hoc NETWORKS

وكيل مرتبط
Mangoud, Mohab A. , مشرف الرسالة العلمية
تاريخ النشر
2023
اللغة
الأنجليزية
مدى
[2], 15, 149, pages
مكان المؤسسة
Sakhir, Bahrain
نوع الرسالة الجامعية
Doctoral thesis in engineering
الجهه المانحه
UNIVERSITY OF BAHRAIN ,College of Engineering ,Department of Electrical and Electronics Engineering
الملخص الإنجليزي
Abstract: Vehicular ad-hoc network (VANET) is considered a promising solution in intelligent transport system (ITS) and smart cities (SC) to enhance road safety, traffic efficiency, driver, and passenger's comfort. Numerous studies have been conducted in this field to provide a reliable and bandwidth-efficient broadcast protocols for IEEE 802.11p VANET. The main problem that will be addressed in this thesis is the deficiency of the existing VANET broadcasting protocols and channel access schemes that leads to broadcast storm, message collisions, and consequently, a waste of channel bandwidth and decrease packet delivery ratio (PDR). VANET utilizes a traditional broadcasting protocol that employs flooding techniques to disseminate received messages to vehicles within communication range. Moreover, VANET uses a carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) to access channel resources, utilizing a slotted binary exponential backoff (BEB) mechanism. It is based on a random backoff value called contention window (CW) to access the channel. The CW value is doubled after the unsuccessful transmission and rest after successful transmission. The proper setting of CW value has a significant impact on the efficiency of VANET network. This thesis proposes a fuzzy logic inference to address the issues of broadcast storms and high message collisions. The protocol intelligently selects the next hop relay vehicle, considering factors such distance, mobility, and received signal strength indication (RSSI). The thesis has also proposed new and improved artificial intelligence (AI) based broadcasting protocols and channel access schemes to improve the performance of the BEB algorithm and enhance the overall performance of VANETs. Three deep reinforcement learning (DRL) algorithms are proposed, Q-learning, deep Q-network (DQN) and actor- critic. Q-learning is a simple and effective algorithm that can be used to learn the optimal action-value function for a given state. DQN is a more complex algorithm that uses a deep neural network to approximate the action-value function, and Actor-critie is a hybrid algorithm that combines elements of both Q-learning and policy-gradient methods. By using DRL, an intelligent learner can dynamically and independently control the CW value to achieve its objectives. To apply RL and DRL algorithms in VANET environment, a hybrid framework called NS3-gym is utilized. C The proposed algorithms were implemented, tested, and evaluated in NS3-Gym; fuzzy logic has significant improvement by reducing rebroadcast packets compared to the conventional approach. The proposed QL and DRL algorithms learns various VANET environments and enhance their performance compared to conventional channel access protocol. The acquired new insights on the network performance of the proposed algorithms can offer precise guidelines for efficient designs of practical, reliable, fair V2V communication systems for sparse and dense environments. These results can potentially have a significant impact on a wide range of related VANET applications.
الملخص العربي
الملخص :

في هذه الأطروحة، ثم تطوير بروتوكلات خاصة بشبكة السيارات المتحركة لمعالجة مشاكل البث واسع الانتشار من أجل تحسين سعة الموجة ونسبة تسليم الحزمة.

الشبكة اللاسلكية للسيارات المؤقتة هي حل واعد في نظام النقل الذكي والمدن الذكية لتعزيز سلامة الطريق وكفاءة حركة المرور وراحة السائق والركاب. تم إجراء العديد من الدراسات في هذا المجال لتوفير بروتوكولات بث موثوقة وفعالة للنطاق الترددي لشبكات السيارات اللاسلكية المؤقتة (VANET) القائمة على 802.110 IEEE. المشكلة الرئيسية التي سيتم التركيز عليها في هذه الرسالة هي عدم كفاءة بروتوكولات البث VANET وكيفية الوصول إلى قناة البث، مما يؤدي إلى كم هائل من البث اللاسلكي للمعلومات واصطدام الرسائل وبالتالي إهدار نطاق القناة وتقليل معدل توصيل المعلومات تستخدم VANET بروتوكول بث تقليدي يستخدم تقنيات البث لنشر أنواع مختلفة من الرسائل بين المركبات داخل نطاق الاتصال الغرض من ذلك هو إعلام جميع المركبات عن أي أحداث أو حوادث محتملة. يتطلب البروتوكول التقليدي للبث من كل مركبة إعادة بث نفس الرسالة التي تتلقاها للمركبات في محيطها، مما يؤدي إلى ارسال عدد كبير من نفس الرسائل هذا بدوره يؤدي إلى استلام المركبات لنفس الرسالة مرات عديدة، مما يؤدي إلى إضاعة نطاق القناة وعلاوة على ذلك، خلال الوصول إلى القناة، تواجه مركبات VANET صعوبة في الوصول إلى القناة بسبب المنافسة الزمنية بين المركبات في طبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC)، والتي تتحمل مسؤولية تخصيص الموارد. تستخدم VANET حاليا طريقة وصول إلى القناة الافتراضية المعروفة باسم Carrier تعتمد هذه الطريقة على آلية Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA( للوصول إلى القناة بناءً على المنافسة، بهدف تقليل احتمالية Slotted Binary Exponential Backoff (BEB( التعارض بين عدة مركبات تتنافس على الوصول إلى القناة للوصول إلى القناة، تختار المركبات قيمة عشوائية كوقت انتظار يسمى (Contention Window (CW للحصول على وصول إلى القناة بعد كل محاولة ناجحة للإرسال، يتم مضاعفة وقت CW وإعادته إلى القيمة الدنيا لـ CW بعد نجاح الإرسال. ومع ذلك، هذه الآلية لزيادة وإعادة تعيين

CW لا تتكيف مع التغييرات في ظروف الشبكة ويمكن أن تؤدي إلى تدهور أداء الشبكة.

تقترح هذه الأطروحة حلا لمعالجة مشكلات البث التقليدي وتصادم الرسائل. يتم تقديم بروتوكول يعتمد على استدلال المنطق الضبابي لاختيار مركبة التي سوف تقوم بارسال الرسالة ، للتأكد من استلام الرسائل الإذاعية بواسطة جميع المركبات ذات الصلة بأقل عدد ممكن من المراسلات. يأخذ استدلال المنطق الضبابي المقترح في الاعتبار المسافة والحركية ومؤشر قوة الإشارة المستقبلة (RSSI) عند اختيار المركبة التالية للإرسال.

وقد قدمت الأطروحة أيضا بروتوكولات بث معززة بالذكاء الاصطناعي جديدة ومحسنة وخطط وصول للقناة لتحسين أداء خوارزمية نافذة الاشتباك النموذجية (BEB) وتحسين الأداء العام لشبكات VANET. تمت اقتراح ثلاثة Deep Q-network (DQN( و Q-learning وهي ، Deep Reinforcement Learning (DRL( خوارزميات.وتطبيقها Actor-critic 147
تم إجراء محاكاة متنوعة باستخدام NS3-gym لتقييم أداء الخوارزميات المقترحة، والتي أظهرت تحسين أداء الشبكة مقارنة بالبروتوكولات التقليدية. تم تقييم الخوارزميات المقترحة في مجموعة متنوعة من بينات VANET ، باستخدام الإنتاجية ومعدل تسليم الحزم (PDR) كمقاييس أداء.
ملاحظة
Tittel on Cover :

أنظمة البث التكيفية في شبكات المعلومات للمركبات المخصصة
المجموعة
المعرف
https://digitalrepository.uob.edu.bh/id/24cccf28-c7df-46c4-8d7d-df8bdd7b05a0