Reliability Assessment of Vehicle-to-Vehicle Communication

Zinchenko, Tetiana

Car2Car-Kommunikation ermöglicht eine Vielzahl von kooperativen Anwendungen, welche auf die Unfallverminderung, Verbesserung der Verkehrseffizienz sowie den individuellen Fahrkomfort abzielen und damit die Grenzen von aktiven Fahrerassistenzsystemen erweitern. Im Fokus dieser Dissertation stehen Car2Car-Sicherheitsanwendungen, denen heutzutage bereits große Aufmerksamkeit von Seiten der Industrie, Forschung und diversen Normierungsgremien geschenkt wird. Da alle diese Anwendungen auf drahtloser Kommunikation basieren, ist ihre Leistungsfähigkeit direkt von der Qualität der Kommunikationsverbindung sowie dem Paketverteilungsmuster abhängig. Daher liegt der Hauptfokus dieser Arbeit in der Entwicklung effektiver Methoden zur Bewertung der Kommunikationszuverlässigkeit und der Analyse, inwieweit Car2Car-Kommunikation im Allgemeinen die Anforderungen von Sicherheitsanwendungen erfüllt. Darüber hinaus untersucht diese Doktorarbeit die Effektivität der hier vorgeschlagenen Bewertungsmethoden in Bezug auf die Vorhersage der Kommunikationszuverlässigkeit in Echtzeit-Szenarien. Im Speziellen verbindet diese Arbeit die Welt der klassischen Netzwerkperformance-Metriken mit Car2Car-Anwendungsspezifischen Zuverlässigkeitsanforderungen und stellt als Ergebnis eine Reihe effektiver Bewertungskennzahlen vor. Mithilfe der vorgeschlagenen Metriken wird des Weiteren untersucht, inwieweit verschiedene Umweltfaktoren die Anwendungszuverlässigkeit beeinflussen können. Diese Untersuchung basiert auf Messdaten, die in ausführlichen Feldversuchen in verschiedenen Non-Line-of-Sight-Szenarien gewonnen wurden. Im nächsten Schritt analysiert diese Doktorarbeit die erreichbare Zuverlässigkeit der Car2Car-Sicherheitsanwendungen in Netzwerküberlastungsszenarien anhand einer Simulationsstudie. Als Ergebnis werden die spezifischen Kombinationen der verschiedenen Netzwerkparameter definiert, die einen zuverlässigen Betrieb der Car2Car-Sicherheitsanwendungen gewährleisten können. Zum Abschluss untersucht diese Dissertation, inwieweit die vorgeschlagenen Metriken für die im Echtzeit-Modus funktionierenden Anwendungen geeignet sind. Darüber hinaus werden zwei Frameworks entwickelt und implementiert, welche die Zuverlässigkeit der Kommunikationsverbindung prädizieren. Dies geschieht basierend auf Daten, die während der 4.5 Monate dauernden Feldversuche im Rahmen des simTD Projektes gewonnen wurden. Beide Frameworks werden am Ende anhand unabhängiger Messdaten auf ihre Funktionalität unter realistischen Bedingungen getestet.

V2V communication enables a plethora of cooperative applications aimed at reducing road hazard situations as well as enhancing traffic efficiency and individual driving comfort, expanding therewith the boundaries of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS). These applications will be supported by IEEE 802.11p, a standard operating in the 5.9GHz frequency band and adapted for the highly dynamic vehicular environment. The focus of this work is V2V safety applications, which have already gained a major attention from the industry, academia, as well as standardization bodies. Being a subject of wireless communication the performance of V2V applications directly depends on the communication link quality and the packet distribution pattern. Therefore, the main purpose of this thesis is to develop an effective communication link reliability assessment method and analyze to what extent V2V communication is feasible to satisfy the reliability requirements of safety applications. Furthermore, we investigate the effectiveness of the proposed assessment method when applied for real-time communication link reliability prediction. In particular, in this work we establish the link between classical network performance metrics and specific application reliability requirements and derive a set of advanced assessment metrics. Afterwards, we investigate through these metrics how different environmental factors affect application reliability based on the measurement data, which was obtained in elaborated real-world measurement campaigns and in different non-line-of-sight scenarios. Using the suggested metrics further in this work we additionally analyze the achievable application reliability of the V2V safety applications in congested network scenarios through the simulation study. Based on these results we also define the most favorable combinations of the network parameters to support reliable operation of these applications. Finally, in this thesis we examine to what extent the suggested metrics are suitable for applications while operating in real time. We develop and implement two frameworks for prediction of the communication link reliability, based on the data that was obtained over the 4.5 months of the simTD project field trials. Furthermore, we apply both frameworks to other measurement data, which was obtained outside the simTD project and assess the effectiveness of both frameworks under independent realistic conditions.

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Zinchenko, Tetiana: Reliability Assessment of Vehicle-to-Vehicle Communication. 2014.

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