1/31 Chapter 4 Heterogeneous Wireless Communications for Vehicular Networks Andrea Conti, Alessandro Bazzi, Barbara M. Masini, and Oreste Andrisano ∗

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1 1/31 Chapter 4 Heterogeneous Wireless Communications for Vehicular Networks Andrea Conti, Alessandro Bazzi, Barbara M. Masini, and Oreste Andrisano ∗

2 2/31 Contents 4.1 Introduction 4.2 Enabling Technologies for Vehicular Communication Networks − 4.2.1 Satellite Radio Navigation − 4.2.2 Cellular Systems: From Second Generation to Third Generation and Further Evolutions − 4.2.3 Wireless Metropolitan Area Networks − 4.2.4 Wireless Local Area Networks − 4.2.5 Wireless Sensor Networks − 4.2.6 Heterogeneous Networks for Infomobility Services 4.3 A Platform for the Design and Simulation of Heterogeneous Wireless Networks − 4.3.1 Introduction to SHINE Simulation Platform − 4.3.2 Structure of the Simulation Platform

3 3/31 Contents 4.4 Case Studies − 4.4.1 Emergency Warning through GPRS − 4.4.2 MBMS over UMTS for Infomobility  4.4.2.1 Scenario  4.4.2.2 Mobility Model  4.4.2.3 Traffic  4.4.2.4 Bearers  4.4.2.5 Radio Interface  4.4.2.6 Quality Requirements  4.4.2.7 Performance Indexes  4.4.2.8 Numerical Results

4 4/31 4.1 Introduction 許多城市於高速公路上和道路上建立閉路攝像機、交通和 天氣傳感器、交通監控和街道管控裝置。 交通管理中心由裝置接收到資的訊，利用廣播，電視，互 聯網，電子信息和蜂窩網絡夠告知旅客交通狀況。 未來將利用 heterogeneous wireless networks (HWNs) 提 供即時信息，以獲得更智能的導航和提升交通管理效能。

5 5/31 4.1 Introduction

6 6/31 4.2 Enabling Technologies for Vehicular Communication Networks 有各式各樣的無線通信網路適用於車載網路，旨在為乘客 提高安全性，訊息機動性和並增進娛樂價值，如 : 蜂窩系 統從 2G~3G ，無線區域網路（ WLAN ） IEEE802.11a/b/g/p ，全球互通微波存取（ WiMAX ）技術 。

7 7/31 4.2 Enabling Technologies for Vehicular Communication Networks

8 8/31 4.2.1 Global Navigation Satellite System GPS 定位 : 只需其中 3 顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球 上所處的位置及海拔高度；所能連接到的衛星數越多，解 碼出來的位置就越精確。 GPS 的六大特點 1. 全天候，不易受任何天氣的影響 2. 全球覆蓋（高達 98% ） 3. 三維定點定速定時高精度 4. 快速、省時、高效率 5. 應用廣泛、多功能 6. 可移動定位。

9 9/31 4.2.2 Cellular Systems: From Second Generation to Third Generation and Further Evolutions 蜂巢式網路（ Cellular network ） : 是一種行動通訊硬體架 構。由於構成網路覆蓋的基地台訊號呈六邊形，從而使整 個網路像一個蜂窩而得名。 2G: 是第二代 (Second Generation) 行動通訊技術規格的簡 稱，相對於前一代直接以類比方式進行語音傳輸， 2G 行 動通訊系統對語音係以數位化方式傳輸，除具有通話功能 外，某些系統並引入了簡訊（ SMS ， Short message service ）功能。在某些 2G 系統中也支援資料傳輸與傳真， 但因為速度緩慢，只適合傳輸量低的電子郵件、軟體等資 訊。類比數位化簡訊電子郵件軟體

10 10/31 4.2.2 Cellular Systems: From Second Generation to Third Generation and Further Evolutions 3G 是「第三代行動通訊技術」 : 是指支援高速資料傳輸的 蜂窩移動通訊技術。 3G 服務能夠同時傳送聲音（通話） 及資訊（電子郵件、即時通訊等）。 3G 的代表特徵是提 供高速資料業務，速率一般在幾百 kbps 以上。 蜂窩移動通訊聲音資訊電子郵件即時通訊 kbps 蜂巢式系統的技術普及率是高的，產品覆蓋世界大部分地 區的用戶，因此 2G 、 3G 的演變對於車載網路是非常有吸 引力的，可以利用現有的基礎設施，避免設置新昂貴的設 備。

11 11/31 4.2.2 Cellular Systems: From Second Generation to Third Generation and Further Evolutions GPRS 被稱為 2.5G ，由 GSM 演化而來。 GPRS 支持更高 的數據速率相對於 GSM EDGE 被稱為 2.75G ，由 GPRS 演化而來。實際的數據包 數據率可以達到約 180 Kbps 的，並提高了數據傳輸可靠性， 增加視頻服務和多媒體應用。 UMTS 是 3G 蜂窩電話技術標準。 UMTS 提供了用戶多媒 體的應用，如數據的傳送，音樂，圖像，和實時視頻合成 與通用個人通信服務。

12 12/31 4.2.3 Wireless Metropolitan Area Networks 都會網域（ Metropolitan Area Network ， MAN ）指大型的 計算機網路，是介於 LAN 和 WAN 之間能傳輸語音與資料 的公用網路，這些網路通常涵蓋一個大學校園或一座城市。 計算機網路 LAN WAN城市 空中接口標準 IEEE 802.16-2004 ，這是基礎的 WiMAX 技 術，提供固定寬帶無線服務與廣泛的地理規模，是一種有 效的方案用於建立無線的城域網（ WMANs ） IEEE802.16e-2005 標準的修訂 IEEE 802.16-2004 標準， 推出了多項功能，以支持用戶移動性。

13 13/31 4.2.4 Wireless Local Area Networks 無線區域網路（英文： Wireless LAN ，縮寫 WLAN ）是不 使用任何導線或傳輸電纜連線的區域網路，而使用無線電 波作為資料傳送的媒介，傳送距離一般只有幾十米。英文縮寫區域網路無線電 波 802.11P 覆蓋距離可達 1000 米且可執行於 200 公里 /HR 的 移動物體上。 由於 IEEE802.11p 的費用低和傳播範圍廣，可能會成為 V2V 車載通信的主要標準。 一但發生意外，車輛之間直接傳輸警報消息，而不是通過 通信基礎設施網絡（諸如蜂窩系統）

14 14/31 4.2.5 Wireless Sensor Networks 無線傳感器網絡（ WSN ），是由許多在空間中分布的自動 裝置組成的一種無線通訊計算機網路，這些裝置使用感測 器監控不同的物理或環境狀況（比如溫度、聲音、振動、 壓力）計算機網路感測 器溫度聲音振動 壓力 ZigBee wireless technology UWB radio （ ‎Ultra-wideband ，簡稱 UWB ）是一種具備低耗 電與高速傳輸的無線個人區域網絡通訊技術個人區域網絡 Bluetooth wireless technology

15 15/31 A Platform for the Design and Simulation of Heterogeneous Wireless Networks

16 16/31 4.3.1 Introduction to SHINE Simulation Platform SHINE: 用來模擬在真實環境中，測量網路技術的效能與 不同網路技術的整合或互通的平台。 目前已有研究過的無線技術 ─ WLAN IEEE 802.11a/g/e ─ UMTS TD-SCDMA ─ WiMAX IEEE 802.16e ─ UMTS FDD ─ GSM-GPRS-EDGE ─ Multicarrier code division multiple access

17 17/31 4.3.2 Structure of SHINE

18 18/31 4.3.2 Structure of the Simulation Platform ULS 管理方面的終端到終端的每個連接（無論訪問技術支 持它們的物理和數據鏈路層的水平）。其主要任務是關注 與通信管理（例如 : 連接設置和關閉，應用程序級的流量 管理等），模擬傳輸層的協議（ TCP 和 UDP ）和輸出模擬 結果。 下層模擬器 (LLSs) 主要是研究特定的存取技術，是關注 data link 和 PHY level 方面的通信研究。

19 19/31 4.3.2 Structure of the Simulation Platform

20 20/31 4.4 Case Studies 1. GPRS 開發重點，尤其是在緊急情況下提供警報消息的延 遲影響與實時應用中的網絡響應。 2. 車輛透過 MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Services ) 由 UMTS 廣播交通信息。 在本節中，我們想強調的引進的 infomobility 服務對於車載網 路與原技術網路的影響

21 21/31 4.4.1 Emergency Warning through GPRS 由於 GPRS 提供無線基礎設施，它允許迅速傳輸警報消息， 也可能提供交通信息。 作為一個案例研究，我們認為在高速公路場景如圖 4.6 所 示，我們假設整個公路主幹由 GPRS 覆蓋網絡，因此車輛 可以利用 GPRS 的支持能力

22 22/31 4.4.1 Emergency Warning through GPRS 為了評價良好定時警告消息的重要性來避免意外，我們利 用 SHINE 模擬觀察有無裝載 GPRS 設備相對於失事率的比 較。

23 23/31 4.4.1 Emergency Warning through GPRS

24 24/31 4.4.1 Emergency Warning through GPRS

25 25/31 4.4.1 Emergency Warning through GPRS

26 26/31 4.4.2 MBMS over UMTS for Infomobility 本節的目的是要評估，利用 UMTS 傳送 MBMS 資料與導航功 能，是否會影響原先已存在網絡中的 traffic 。

27 27/31 4.4.2.1 Scenario

28 28/31 4.4.2.7 Performance Indexes Call setup success rate (CSSR) : 連線成功的次數與要求 連線次數之比 Drop call rate (DCR): 因為不好的通訊品質或是 congestions 而被 drop 掉的 call 與連線成功次數之比 Outage rate (OutR): 即異常中斷的次數與總業務進行次數 之比 Outage( 通信中斷 ): 指在用戶使用可視電話業務過程中，出現 既沒有圖像也沒有聲音的形況。

29 29/31 4.4.2.8 Numerical Results

30 30/31 4.4.2.8 Numerical Results

31 31/31 4.4.2.8 Numerical Results