[論文レビュー] Platoon--assisted Vehicular Cloud in VANET: Vision and Challenges

Meysam Nasimi, Mohammad Asif Habibi+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2020

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 25被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、VANETにおける車両列隊内の未利用の計算および通信リソースを活用することで、車両クラウドの能力を向上させる、列隊支援型車両クラウドを提案する。列隊の動態とレーン側インfraストラクチャを統合することにより、超HD動画ストリーミングやリアルタイム共同ドライブサービスなど、計算集約的かつ遅延に敏感なアプリケーションに対するオンデマンドで低遅延な支援が可能になる。

ABSTRACT

Intelligent connected vehicles equipped with wireless sensors, intelligent control system, and communication devices are expected to commercially launch and emerge on road in short-term. These smart vehicles are able to partially/fully drive themselves; collect data from sensors, make and execute decisions based on that data; communicate with other vehicles, pedestrians, and nodes installed on the road; and provide infotainment and value-added services, such as broadband transmission of ultra-high definition video, files/apps downloading and uploading, online gaming, access to social media, audio/video conference streaming (office-in-car), live TV streaming, etc.; and so on. In addition, it is also possible for autonomous vehicles to form a "platoon" on road; maintaining close proximity in order to reduce the consumption of fuel and/or emission of gas, decrease costs, increase safety, and enhance the efficiency of the legacy transportation system. These emerging vehicular applications demand a large amount of computing and communication capacity to excel in their compute-intensive and latency-sensitive tasks. Based on these facts, the authors of this paper presented a visionary concept -- "platoon-assisted vehicular cloud" -- that exploits underutilized resources in platoons to augment vehicular cloud aiming to provide cost-effective and on-demand computing resources. Moreover, the authors presented three potential scenarios and explained the exploitation of platoon resources and roadside infrastructure to facilitate new applications. Besides system design, the paper did also summarize a number of open research challenges with the purpose of motivating new advances and potential solutions to this field.

研究の動機と目的

• インтелリジェントコネクトドビークルにおける高容量・低遅延な計算および通信の需要増加に対応する。
• 従来の車両クラウドアーキテクチャの限界を乗り越えるために、車両列隊内のアイドルリソースを活用する。
• 超HD動画ストリーミングやオンライン協働など、新興の車両アプリケーションに対してコスト効率が良く、オンデマンドの計算を可能にする。
• 列隊の動態とレーン側ユニット（RSU）を統合し、車両クラウドサービスの信頼性およびスケーラビリティを向上させる。
• 今後のイノベーションを導くために、列隊支援型車両クラウドシステムにおけるオープンな研究課題を特定し、枠組みを提示する。

提案手法

• 列隊内の車両がアイドル状態の計算および通信リソースを共有することで、分散型車両クラウドを形成するビジョン的なフレームワークを提案する。
• 車両列隊を移動可能で協働的なコンピューティングクラスタとして活用し、遅延に敏感なタスクのオフロードおよび処理を実現する。
• レーン側ユニット（RSU）を統合し、リソース割り当ての調整、移動管理、およびサービス継続性の確保を実現する。
• 超HD動画ストリーミング、ファイル／アプリケーション共有、オフィスインカー・サービスの3つの応用シナリオを設計し、実用的応用事例を示す。
• 列隊メンバーとRSU間での動的リソースオ케ストレーションを採用し、負荷分散と遅延の最小化を実現する。
• 車両間通信（V2V）および車両-インfraストラクチャ通信（V2I）を活用し、リアルタイムの調整およびデータ交換を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 車両列隊内での未利用の計算および通信リソースを、どのようにして車両クラウド能力を強化するために効果的に活用できるか？
• RQ2 動的で変化しやすい列隊環境において、シームレスなリソース共有とタスクオフロードを実現するためのアーキテクチャ的およびプロトコルレベルのメカニズムは何か？
• RQ3 レーン側インfraストラクチャをどのように列隊と統合することで、スケーラビリティ、信頼性、低遅延なサービス提供を確保できるか？
• RQ4 実世界のアプリケーションに展開する際の、列隊支援型車両クラウドにおける主なパフォーマンスおよびセキュリティ上の課題は何か？
• RQ5 列隊の動態は、分散型車両クラウド環境におけるリソースの可用性およびサービス品質にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 列隊支援型車両クラウドフレームワークにより、コネクテッドビークル内のアイドルリソースの効率的活用が可能となり、中央集権的クラウドインfraストラクチャへの依存が低減される。
• 超HD動画ストリーミング、ファイル共有、オフィスインカー・サービスの3つの実用的応用シナリオが、高帯域幅かつ低遅延なアプリケーションの支援可能性を示している。
• レーン側ユニットとの統合により、特に列隊の形成および解体時において、サービス継続性と負荷分散が向上する。
• 列隊車両の近接性と協調性を活用することで、遅延に敏感なタスクに対するオンデマンドでスケーラブルな計算が可能になる。
• 本稿では、セキュリティ、リソース管理、モビリティに配慮したオーケストレーションにおける重要なオープンチャレンジを特定し、今後の研究の方向性を示している。
• 提案されたビジョンは、協働的で車両リソースの共有を通じて、インテリジェント輸送システムにおけるインfraストラクチャコストの削減とQoSの向上の可能性を示している。