[論文レビュー] Vehicular Ad Hoc and Sensor Networks; Principles and Challenges

Mohammad Jalil Piran, Garimella Rama Murthy+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2011

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)Engineering被引用数 20

ひとこと要約

本論文では、高速道路の安全性と交通効率を向上させるために、移動する車両ノードとレーンサイドセンサーノードを統合した自己組織的VANET（車両動的アドホックネットワーク）であるVASNETを提案する。車両とレーンサイドインfrastrucure間の無線通信を可能にすることで、動的トポロジー、高い移動性、高速環境における信頼性の高いデータ配信といった課題に対処する。

ABSTRACT

The rapid increase of vehicular traffic and congestion on the highways began hampering the safe and efficient movement of traffic. Consequently, year by year, we see the ascending rate of car accidents and casualties in most of the countries. Therefore, exploiting the new technologies, e.g. wireless sensor networks, is required as a solution of reduction of these saddening and reprehensible statistics. This has motivated us to propose a novel and comprehensive system to utilize Wireless Sensor Networks for vehicular networks. We coin the vehicular network employing wireless Sensor networks as Vehicular Ad Hoc and Sensor Network, or VASNET in short. The proposed VASNET is particularly for highway traffic .VASNET is a self-organizing Ad Hoc and sensor network comprised of a large number of sensor nodes. In VASNET there are two kinds of sensor nodes, some are embedded on the vehicles-vehicular nodes- and others are deployed in predetermined distances besides the highway road, known as Road Side Sensor nodes (RSS). The vehicular nodes are used to sense the velocity of the vehicle for instance. We can have some Base Stations (BS) such as Police Traffic Station, Firefighting Group and Rescue Team. The base stations may be stationary or mobile. VASNET provides capability of wireless communication between vehicular nodes and stationary nodes, to increase safety and comfort for vehicles on the highway roads. In this paper we explain main fundamentals and challenges of VASNET.

研究の動機と目的

• 高度な無線ネットワーキングソリューションを通じて、高速道路における交通事故の増加率と混雑を是正すること。
• リアルタイムの交通監視を可能にするために、車両動的アドホックネットワークと無線センサーネットワークを統合する包括的なシステムの開発。
• 安全および効率性アプリケーションを支援するため、移動中の車両とレーンサイドインfrastrucure間で信頼性が高く、遅延が小さい通信を実現すること。
• 頻繁なトポロジー変化や一時的な接続断といった、高移動性車両環境に内在する課題を克服すること。
• スケーラブルで自己組織的であるネットワークアーキテクチャを提案し、両方のノード（車両ノードおよびレーンサイドセンサーノード）を用いて、強固な高速道路監視を実現すること。

提案手法

• 高速道路に沿って一定間隔で配置されたレーンサイドセンサーノード（RSS）と、移動中の車両に搭載された車両ノードを統合したハイブリッドネットワークとしてVASNETを設計する。
• 車両ノードを用いて、速度や位置などのリアルタイムの車両パラメータをセンシングし、動的交通監視を実現する。
• 予め定めた場所にレーンサイドセンサーノード（RSS）を配置することで、高移動性環境におけるネットワークカバレッジの拡大と接続性の確保を図る。
• 警察、消防、救助などのベースステーションを、固定式または移動式の両方の形で統合し、緊急対応およびデータ集約を支援する。
• 高車両速度下でもネットワーク接続性を維持できるように、車両ノードとレーンサイドユニット間でマルチホップ無線通信を実現する。
• アドホックネットワークの自己組織的特性を活用し、中央集権的制御なしにネットワーク機能を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無線センサーネットワークをどのように効果的に車両動的アドホックネットワークに統合することで、高速道路の安全性と交通管理を向上させられるか？
• RQ2 高速環境におけるスケーラブルで自己組織的である車両およびセンサーネットワークを設計するにあたり、主な課題は何か？
• RQ3 動的交通状況下で、高移動性の車両とレーンサイドインfrastrucure間の信頼性の高い通信をどのように維持できるか？
• RQ4 高交通量の高速道路環境において、レーンサイドセンサーノードがネットワークカバレッジの向上とデータ損失の低減に果たす役割は何か？
• RQ5 緊急対応およびリアルタイムデータ処理を支援するために、ベースステーションをネットワークにどのように統合できるか？

主な発見

• VASNETは、車両ノードとレーンサイドセンサーノードを効果的に統合し、高速道路環境に適した耐障害性があり自己組織的なネットワークを構築している。
• 移動車両ノードと固定型レーンサイドセンサーを組み合わせたハイブリッドアーキテクチャにより、ネットワークカバレッジが向上し、接続断のリスクが低減される。
• 車両とレーンサイドユニット間の無線通信により、安全および交通効率アプリケーションに不可欠なリアルタイムデータ交換が可能になる。
• ネットワークアーキテクチャは、固定式および移動式の両方のベースステーションをサポートしており、緊急対応およびデータ収集における柔軟性が向上する。
• 分散型で適応可能な通信プロトコルを用いることで、高移動性、動的トポロジー、一時的な接続断といった主な課題に対処できる。
• VASNETは、予防的監視とアラート配信を通じて、交通事故の削減と高速道路の安全性向上を実現するスケーラブルなフレームワークを提供する。