آقای نیک‌محمد بلوچ‌زهی دانشجوی دکترای جناب آقایان دکتر محمود فتحی و دکتر احمد اکبری روز شنبه مورخ 94/10/12  از رساله دکترای خود تحت عنوان طراحی زیرساخت مناسب و کشف سرویس مبتنی بر آن در شبکه‌های خودرویی دفاع نمود و موفق به کسب نمره عالی گردید.

چکیده

رشد روزافزون تعداد خودروها سبب بروز چالش‌هایی در حوزه‌ی ازدحامِ ترافیک، مصرف سوخت و آلودگی‌های  محیطی شده است. سامانه‌های حمل‌ونقل هوشمند به عنوان ابزاری جهت رفع این چالش‌ها پیشنهاد شده‌اند. از مهم‌ترین ابزارهای مورد توجه در این سامانه‌ها می‌توان به ارتباطات خودرویی اشاره نمود که با ارائه گستره‌ی وسیعی از خدمات ایمنی، رفاهی و ترافیکی سعی در رفع چنین چالش‌هایی دارند. اما کارایی شبکه‌های خودرویی در ارائه چنین خدماتی وابسته به وجود راه‌کارهای کارای کشف و اعلان سرویس است. کارایی چنین راه‌کارهایی به شدت تحت تأثیر گسستگی شبکه‌های خودرویی در ضریب نفوذهای پایین و کمبود ظرفیت شبکه در حالت ازدحام است. لذا لازم است تا در محیط خودرویی از گره‌های زیرساختی جهت بهبود کارایی چنین راه‌کارهایی سود جست. اما با توجه به هزینه‌ی بالای نصب و نگهداری واحدهای کنارجاده‌ای، باید تعداد کمینه‌ای از این واحدها به منظور بهینه‌سازی هزینه‌ها در محیط نصب گردد.

در این رساله در ابتدا مدلی بر اساس برنامه‌ریزی دودویی با لحاظ نمودن ویژگی‌ها و محدودیت‌های محیط شهری و شبکه‌های خودرویی ارائه گردیده است. در این مدل، از بین پارامترهای ترافیکی، تنها پارامتر چگالی در چیدمان واحدها مدنظر قرار گرفته است. از دیگر پارامترهای تأثیرگذار ترافیکی می‌توان به جریان ترافیک بین ناحیه‌ها اشاره نمود. با توجه به ایجاد محدودیت‌هایی در اعمال این پارامتر به مدل مبتنی بر برنامه‌ریزی دودویی، مدلی بر اساس گراف جهت چیدمان واحدها با مدنظر قرار دادن پارامترهای ترافیکی و دیگر پارامترهای ذکرشده‌ی محیطی، شبکه‌ای و نیازمندی‌های برنامه‌های کاربردی ارائه گردیده است. جهت استفاده از مدل‌های ارائه شده در محیط شهری با مقیاس بزرگ و با توجه به پیچیدگی زمانی بالای راه‌کارهای مبتنی بر برنامه‌ریزی دودویی، راه‌حل‌هایی جهت حل مقیاس‌پذیر مدل‌ها با پیچیدگی زمانی چندجمله‌ای ارائه شده است. 

در ادامه از زیرساخت طراحی‌شده و سامانه‌های نظیربه‌نظیر جهت کشف مکان و کشف و اعلان کارای اطلاعات ترافیکی در محیط شهری استفاده شده است. جهت انجام کشف مکان از سامانه‌های نظیربه‌نظیر ساخت‌یافته بر روی زیرساخت طراحی‌شده بهره برده شده است. علاوه بر آن گره‌های میانی اطلاعات مکانی جابجا شده بین گره‌ها را بصورت موقت در حافظه نگهداری می‌کنند تا در جستجوهای محلی از آن بهره برند. در کشف و اعلان اطلاعات ترافیکی، انتخاب چندین مسیر متفاوت و توزیع مناسب خودروها بین مسیرهای انتخاب شده از بروز ازدحام خودرویی در ناحیه‌ها جلوگیری می‌نماید. همچنین توزیع مناسب بسته‌ها بین ناحیه‌های دارای چگالی مناسب، از دور ریخته شدن آنها توسط گره‌های میانی و گم‌شدن بسته‌ها به دلیل گسستگی شبکه جلوگیری به عمل خواهد آورد. با هدف کاهش سربارهای لایه‌ی نظیربه‌نظیر و با کمک گرفتن از مدل‌های ارائه شده جهت چیدمان بهینه‌ی واحدها، سامانه‌ای ترکیبی ارائه شده است تا تعداد حداقلی از واحدها را در مناسب‌ترین مکان‌ها جهت ناوبری مجدد خودروها و توزیع بسته‌های ترافیکی، نصب نموده و در دیگر نقاط کلیدی و تاثیرگذار از گره‌های خودرویی به عنوان گره‌های لایه‌ی نظیربه‌نظیر بهره گیرد.

جهت انجام ارزیابی مدل‌های ارائه شده جهت چیدمان واحدهای کنارجاده‌ای و راه‌کارهای ارائه شده جهت کشف سرویس، از شبیه‌سازی واقع‌گرایانه بهره برده شده است. این نوع شبیه‌سازی به استفاده‌ی همزمان از سه شبیه‌ساز ترافیک SUMO، شبیه‌ساز شبکه‌ی OMNeT++ و شبیه‌ساز شبکه‌های خودرویی Veins استوار است. این سه شبیه‌ساز به کمک سوکت‌های لایه‌ی انتقال به همدیگر متصل می‌گردند. انجام شبیه‌سازی در چهارنقشه متفاوت شهری و یک نقشه‌ی بزرگراه صورت گرفته است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی حاکی از کارایی مناسب راه‌کارهای ارائه شده در نقشه‌های مختلف شهری می‌باشد.

واژه‌های کلیدی: چیدمان مناسب زیرساخت، کشف سرویس ترافیکی، سامانه‌های نظیر‌به‌نظیر، سامانه‌های اطلاعات ترافیکی، شبکه‌های خودرویی.

  :Abstract

Daily growth in number of cars causes some challenges in different fields including traffic jam, fuel consumption and environmental pollutions.  Intelligent transfer systems (ITS) have been proposed as a solution to these challenges. One of the most important technologies in these systems is vehicular communication which tries to solve these challenges through providing a variety of safety, infotainment and traffic services. However, the efficiency of the vehicular networks in order to provide such services depends on the effectiveness of service discovery and announcement mechanisms. The efficiency of these mechanisms is strongly affected by vehicular networks partitioning in low penetration rate and low network capacity in congested zones. Hence, it is necessary to use infrastructure nodes in vehicular environments to improve the efficiency of these solutions. However, due to the high cost of RSU’s installation and maintenance, the minimum number of them should be placed in vehicular environment as they can optimized the placement and maintenance costs.

In this thesis, first, a Binary Integer Programming (BIP) model has been presented which took in consideration the characteristics and constraints of the urban environment and vehicular networks.  In this study, the density parameter, out of all traffic parameters, has been considered in RSU’s placement. The other effective traffic parameter is traffic flow between the zones. Due to the some restrictions in applying this parameter to the BIP model, a graph-based model has been presented for the RSU placement which took in consideration the traffic parameters and other environmental and network parameters as well as QoS requirements of applications. Due to the high time complexity of the BIP solutions and for the purpose of using the presented models in the urban environments and in a large scale, some heuristics have been presented to solve the models with polynomial time complexities.

In the following, peer to peer systems and deployed infrastructure nodes are used to location discovery and efficient traffic information advertisement and discovery in urban scenario.  In location discovery mechanisms, a structured P2P system is suited on deployed infrastructure nodes. Moreover, location information is cached in mobile nodes and used by them in location discovery. In traffic information discovery and advertisement, vehicular congestion can be avoided through choosing various routes and proper vehicle distribution. Also, the proper distribution of traffic packets among the areas with a good density, can avoid packet’s losing via middle nodes or their lost due to the partitioning. Finally due to the high costs of RSU installation and maintenance, a hybrid system has been presented to place minimum number of RSUs in the most optimal places for navigation of vehicles and distribution of traffic packets, also the vehicle nodes use as peer to peer layer nodes in the other key and effective zones.   

Realistic simulation has been used in order to evaluate applied models for RSU placements as well as assessing the presented solutions for the discovery and announcement of the traffic services in the urban areas. This kind of simulation is based on simultaneous use of three simulators including traffic simulator SUMO, network simulator OMNeT and vehicular networks simulator Veins. These three simulators are connected to each other through the TCP sockets. Simulation has been done in four different urban maps and one highway map and it has been done based on real traffic traces and generated traffic which has been produced by Traffic Modeler tool. The simulation results show the proper efficiency of presented solutions in the various urban and highway maps.

Keywords: Optimal RSU Placement, Traffic Services Discovery, Peer to Peer Systems, Traffic Information Systems, Vehicular Networks

  ارائه­ دهنده:

نیک محمد بلوچ ‏زهی

رشته مهندسی کامپیوتر گرایش معماری سیستم‌های کامپیوتری

  استادان راهنما:

  دکتر محمود فتحی و دکتر احمد اکبری

  هیات داوران:

 دکتر ناصر یزدانی، دکتر مهدی دهقان، دکتر محمدرضا جاهد‌مطلق، دکتر رضا برنگی و دکتر سیدوحید ازهری

  زمان : شنبه 12 دی ماه 1394

  ساعت 9:00

  مکان: دانشکده مهندسی کامپیوتر- طبقه دوم- اتاق دفاعیه دکتری

  دانشکده مهندسی کامپیوتر مدیریت تحصیلات تکمیلی