指導老師：郭文興 教授 學生：陳奕燁

1. Efficient VANET-based Traffic Information Sharing using Buses on Regular RoutesTomoyaKitani∗§, Takashi Shinkawa∗, Naoki Shibata†§, Keiichi Yasumoto∗§, Minoru Ito∗ and TeruoHigashino‡§ 指導老師：郭文興 教授 學生：陳奕燁

2. Abstract • 本篇利用訊息運送技術作IVC(inter-vehicleCommunication)的傳遞，並且利用巴士行駛固定路徑的特性，與鄰近車輛作交通資訊收集與分享來改善低密度地區的傳播率。 • 利用NETSTREAM模擬結果顯示，此方法比起僅使用一般車輛間的傳遞，可增加50%的傳播率。

3. Outline • I. INTRODUCTION • II. RELATED WORK A. Message Ferrying • III. PROPOSED METHOD A. A Method for Sharing Traffic Information using Inter-Vehicle Communication among only Cars B. Proposed Method using Buses as Message Ferries • IV. EXPERIMENTAL VALIDATION A. Simulation of Inter-Vehicle Communication B. Experimental Results C.Discussion on Experimental Results • V. Conclusion • References

4. I. Introduction • 最近ITS(Intelligent Transport Systems)已被受到注意可解決交通意外與交通壅塞等問題。[1] • 近幾年日本也使用ETC(Electric TollCollectionSystem)[2]與VICS(Vehicle Information and CommunicationSystem)[3]來改善交通壅塞，但由於從道路設施收集資訊到中央伺服器的處理需花費一些時間，所以造成VICS提供的資訊會有lag的情況。 • 本篇利用研究[4]的概念將目標區域分割成多個子區域，每台車輛會測量經過一個子區域的時間並且產生交通訊息作分享，但每台車輛僅會保留其所在區域或及鄰近區域的訊息，因此造成當車輛密度較低時統計資料只會傳播給極少數車輛甚至遺失。

5. Introduction(cont.) • 本篇使用訊息運送技術[10]來改善上述問題，利用巴士準時發車與行駛固定路徑的特性，作為車輛間無法直接傳遞時的資訊中繼，因此可以避免車輛密度較低時的資料遺失。 • 在提出的方法中，設定巴士有較大的電腦容量來儲存所有區域的交通資訊，而巴士也會自行測量經過每個區域的時間來提供交通資訊給較少車輛的區域，並且在車輛與巴士傳送主要資訊前先傳送控制封包來提高傳遞效率。

6. II. Related Work • [5]提出一個QoS路由方法，在考慮車輛移動性下建立固定的溝通路由，達到較小的延遲與較低的封包遺失率。 • [6]提出一個使用IVC在不同的道路條件下的交通監控系統。 • [7]根據距離與時間關係的IVC協定。 • [8][9]藉由改善封包碰撞來增加資訊傳達率。

7. A. Message Ferrying • 訊息運送技術主要是在無連結的adhoc網路，作有效的資料傳播。[10] • 由於傳輸範圍與移動節點的限制，通信時常是不穩定的，造成運送中繼訊息無法在節點間直接傳遞。 • 因此將節點分類成regularnodes 與message ferries可提高節點間的傳遞效率。 • Regularnodes：自由的移動，但會發送或接收訊息自Ferry節點。 • Messageferries：沿著固定的路徑移動，並且收集regularnodes的訊息，移動到無連結的adhoc網路再作發送。

8. III. ProposedMethodA. A Method for Sharing Traffic Information using Inter-Vehicle Communication among only Cars • 在沒有使用任何RSU的情況下，僅利用每台車輛上的onboard computer作溝通。 • IEEE802.11 WLAN • GPS接收器 • 儲存交通資訊的硬碟 • 道路地圖資料 • 立即處理接收資料的能力 • 並且假設地圖上的每個點為一個路口，每條線為兩個路口間的道路。

9. 1) Measuring Area Passage Time: • 將目標區域分割成100公尺長的方塊如圖1(當道路密度或形狀不同時可改變分割長度)，並且假設每個子區域有一個唯一的ID，而車輛上的onboardcomputer可以得知所在地的資訊與車輛ID。 • 當車輛離開一個子區域會測量他在此區域的存留時間，並且紀錄為area passage time。

10. 為了考慮每個交叉路口的等待時間(紅綠燈或車輛轉向的排隊)，必須利用每個區域的link pair(incoming link and outgoing link)來收集成區域的通行時間，並且紀錄於車輛的area passage record，其組成為： • 每輛車會周期性的廣播區域通行記錄給鄰近車輛，鄰近車輛接收到會比較其儲存記錄的hash value，如果相同將丟棄來避免收集到相同的記錄。 ：區域的ID ：incomingID ：outgoingID ：經過區域的時間 ：測量APT所花的時間 ：使用車輛ID與MakeTime作hashvalue 10

11. 2) Generating and Disseminating Area Passage Statistics: • 當一條link pair的區域通行記錄收集達門檻值C(3~5次)，將會產生area passage statistics，而原先的區域通行記錄會移除。 • 每輛車同樣會作區域通行統計的廣播，當從另一台車接收到統計資料會比較hash value，如果不同將作存儲。 • Area passage statistics是有存活時間的，如果自產生的時間太久將會被丟掉。 ：C台車輛的平均通行時間

12. 3) Data Maintenance and Discard in Inter-Vehicle Communication: • 由於無線通信頻寬以及車上電腦的儲存限制，去保留所有區域的資訊是不合理的。 • 因此從研究[4]顯示車輛僅保留responsible areas(車輛所在的流動區域與其鄰近區域)的資訊，但是當車輛密度較低時可能就沒有達到交通資訊的統計，同時較遠區域的車輛也無法獲得交通資訊，因此將提出另一個方法來改善。

13. B. Proposed Method using Buses as Message Ferries • 利用巴士是行駛固定的路線的特性，作訊息運送來增加傳遞率，而巴士與一般車輛的電腦裝置僅有硬碟容量不同。 • 將area passage record與area passage statistics都設定為32bit-integer，這樣每輛車僅需要幾個MB大小的封包就可以接收上千台車輛發送的訊息。 • 為了增加車輛與巴士間的傳遞效率，利用控制封包作傳遞主要資訊前的需求資訊告知。

14. 1) Data Aggregation by Buses: • 巴士首先會廣播控制封包給鄰近車輛，稱為buspacket，而鄰近車輛會檢查封包內容，在發送不在控制封包列表上的資訊給巴士。

15. 2) Data Collection by Regular Cars: • 在與巴士傳遞主要資訊前車輛會先發送控制封包，稱為carpackets，來要求巴士發送重要資訊，而與研究[4]的方法比較此方式也可獲得更多資訊。 • 而巴士會根據封包內的優先權發送資訊，例如：責任區域的交通資訊或是最壅塞的區域資訊等。

16. 3) Information Maintenance and Discard of Buses: • 巴士也會測量區域通行時間，並且產生通行紀錄與通行統計，所以巴士會提供最新的巴士路徑交通資訊。 • 雖然一般車輛為了減少資訊量僅會保留責任區域的交通資訊，但此方法並未根據巴士位置作資訊處理，因此資料集設定會在固定的時間周期後失效。

17. IV.Experimental ValidationA. Simulation of Inter-Vehicle Communication • 利用NETSTREAM[11][12]模擬實際道路的車流狀況，並且與僅用一般車輛間的傳遞作效能比較，車輛可以在每一秒作互相傳遞，並且得知每台車輛的位置。 Configuration of Inter-Vehicle Communication: • 假設車輛與巴士的傳輸範圍為100m，當傳輸範圍內的車輛密度很高時封包傳遞可能會造成碰撞，因此將1s分割成100個時槽且每個廣播封包僅會佔用一個時槽。 • 模擬時間：60minutes；封包大小：1500bytes • 由於radio強度是與距離成反比，因此封包成功接收的比率藉由研究[13]表示為： ：兩車間的距離

18. Configuration of Road Map: • 模擬環境：長1.2km，29個路口，39條區段道路。 • 主要道路每個方向有兩條車道，次要道路每個方向有一條道路。 • 巴士路徑a每5分鐘一班，巴士路徑b每7分鐘一班。 • 在車輛與巴士的最大車速為60km/hr，比較低車輛密度與超低車輛密度的情況。 • 低車輛密度：每輛車距離94m，但車輛間還可以作IVC傳遞。 • 超低車輛密度：每輛車距離313m，且車輛間無法作IVC傳遞。

19. Configuration of Area Passage Statistics: • 區域通行記錄收集達5次會成為通行統計，而區域通行統計自產生後10分鐘會遭丟棄。 Configuration of Control Packet and Transmission Interval: • 區域通行紀錄與區與通行統計會在5秒內隨機廣播5次。 • Buspacket每兩秒廣播一次。 • 當車輛接收到buspacket需再1秒內做回覆，同時發送carpacket。

20. B. Experimental Results • 藉由模擬三個區域與兩種車輛密度來比較，當利用巴士傳遞與僅利用車輛間彼此傳遞，可獲得統計資料的平均車輛數。

21. C. Discussion on Experimental Results • 當較少車輛擁有統計資訊時，其地區通行評估時間將有較大的偏差與較低的評估準確性，而利用巴士傳遞時可獲得改善。 • 當節點密度較低時利用巴士可增加統計訊息的傳遞率，但並非所有地區都有巴士路徑，當節點不在巴士傳輸範圍內便無法得到資訊，因此未來將利用多跳的控制封包來傳遞更廣泛的範圍。

22. VI. Conclusion • 本篇提出的方法藉由巴士作交通資訊的收集與分享，在節點密度較低的地區可有效的增加傳遞率，並且由模擬顯示此方法比起一般車輛間的傳遞更可增加約50%的傳播率。 • 而未來研究將考慮更多的方法讓沒有巴士路徑的地方也可以獲得交通資訊。

23. References • [1] Road Bureau, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, JapaneseGovernment: ITS HOMEPAGE, http://www.mlit.go.jp/road/ITS/. • [2] Organization for Road System Enhancement (ORSE), Japan: ETC PortalSite, http://www.go-etc.jp/. • [3] Vehicle Information and Communication System Center: VICS HOMEPAGE, http://www.vics.or.jp/. • [4] Shibata, N., Terauchi, T., Kitani, T., Yasumoto, K., Ito, M., and Higashino,T.: “A Method for Sharing Traffic Jam Information using Inter-Vehicle Communication,” Proc. of the 2nd Int’l Workshop on Vehicleto-Vehicle Communications 2006 (V2VCOM 2006), CD-ROM (2006). • [5] Sun, W., Yamaguchi, H., Yukimasa, K., and Kusumoto, S.: “GVGrid:A QoS Routing Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks,” Proc. of the14th IEEE Int’l Workshop on Quality of Service (IWQoS 2006), pp.130–139 (2006). • [6] Nadeem, T., Dashtinezhad, S., and Liao, C.: “Traffic view: A ScalableTraffic Monitoring System,” Proc. of 2004 IEEE Int’l Conf. on MobileData Management (MDM 2004), pp.13–21 (2004). • [7] Xu, B., Ouksel, A., and Wolfson, O.: “Opportunistic Resource Exchangein Inter-vehicle Ad-hoc Networks,” Proc. of 2004 IEEE Int’l Conf. onMobile Data Management (MDM 2004), pp.4–12 (2004).

24. [8] Saito, M., Funai, M., Umedu, T., and Higashino, T.: “Inter-vehicle AdhocCommunication Protocol for Acquiring Local Traffic Information,”Proc. of the 11th World Congress on Intelligent Transport Systems, CDROM(2004). • [9] Saito, M., Tsukamoto, J., Umedu, T., and Higashino, T.: “Evaluationof Inter-Vehicle Ad-hoc Communication Protocol,” Proc. of the 19thInt’l Conf. on Advanced Information Networking and Applications(AINA2005), pp.78–83 (2005). • [10] Zhao, W., and Ammar, M.H.: “Message Ferrying: Proactive Routing inHighly-partitioned Wireless Ad Hoc Networks,” Proc. of the 9th IEEEInt’l Workshop on Future Trends of Distributed Computing Systems(FTDCS 2003), pp.308–314 (2003). • [11] Teramoto, E., Baba, M., Mori, H., Kitaoka, H., Tanahashi, I., Nishimura,Y., Saito, T., Takizawa, Y., Sawa, T., and Ooe, H.: “Prediction of TrafficConditions for the Nagano Olympic Winter Games Using Traffic Simulator:NETSTREAM,” Proc. of the 5th World Congress on IntelligentTransport Systems, pp.1801–1806 (1998). • [12] Mori, H., Kitaoka, H., and Teramoto, E.: “Traffic Simulation for PredictingTraffic Situations at Expo 2005,” R&D Review of Toyota CRDAL,Vol.41, No.4, pp.45–51 (2006). • [13] Killat, M., Schmidt-Eisenlohr, F., Hartenstein, H., R¨ossel, C., Vortish, P.,Assenmacher, S. and Busch, F., “Enabling Efficient and Accurate Large-Scale Simulations of VANETs for Vehicular Traffic Management,” Proc.on the 4th ACM Int’l workshop on Vehicular ad hoc networks (VANET2007), pp. 29–38, (2007).