取自論文《A Hybrid Model to Extend Vehicular Intercommunication V2V through D2D Architecture》
純車輛通信也稱爲V2V可能會遇到阻塞或故障問題，稱爲“死衚衕”。 這主要是由於地理引導錯誤、通信範圍不足或拓撲動態性。 因此，未延遲的V2V消息將阻止整個通信過程。 V2V通信用於在VANET域中傳播本地信息，或將其中繼到最近的路側單元(RSU)，該單元將其傳輸到地面服務器和交通控制中心(TCC)。 在此背景下，ETSI和ISO標準化的智能交通系統(ITS)通信體系結構被提出爲一種增強V2V路由機制的全球統一體系結構。 ITS參考體系結構通過車輛通信系統嵌入式ITS協議棧提供的垂直切換機制提供V2V故障轉移機制。同時，在蜂窩網絡中實現D2D通信的新體系結構和機制已經成爲一個熱門的討論和研究課題，因爲它們使一種基於LTE的新型短程直接通信成爲可能。 這種基於設備接近信息的新型通信將促進從基於實時位置和上下文感知的服務到公共安全服務的各種新一代服務。 最近在3GPP水平上標準化，LTE輔助的D2D通信被認爲是與包括ITS在內的異構網絡合作通信的門戶。 然而，最近在“LTE4V2X”框架中的一項研究中討論了將LTE體系結構能力與V2X通信相結合的想法。 本研究提出了一種基於LTE網絡的自組織體系結構和集中式車載網絡組織。 這些及時的進展已經使人們對下一代智能車輛一目瞭然，這些智能車輛將配備各種接入技術(LTE、IEEE802.11p等)。 用於可靠和更有效的車輛通信。
本文所做的工作是借鑑ITS的體系結構原理和新的基於LTE的D2D通信機制，爲解決V2V阻塞和故障問題提供了一個認知模型。 其思想是利用擴展的ITS網絡管理特性，允許不同訪問媒體之間的垂直切換來恢復V2V死衚衕。 我們認爲，結合V2V和中間D2D通信的混合架構提高了整體傳輸成功率和延遲。在最壞的情況下，D2D支持可以被看作是一個故障轉移恢復解決方案，它可能比直接V2V慢一點（發現階段是按需完成的)，或者在最好的情況下幫助互連斷開連接的移動節點組並增強處理延遲(發現階段是主動完成的）。
論文組織如下；第二節討論了相關的工作和ITS和D2D的最新進展，第三節介紹了我們基於D2D的V2V故障恢復的混合機制和一種通用的路由算法。 在第四節中解釋了不同方案在不同約束（最佳和最壞情況）下的模擬結果，並與基於GPSR協議的傳統V2V機制進行了比較。 最後，第五節討論了結論和今後的工作方向。
通常，基於IEEE802.11p[15]無線通信，提出了用於安全和信息娛樂的V2V應用程序。 文獻中有幾種基於路由或廣播的解決方案。 爲了簡單起見，我們選擇了廣播模型，儘管路由或Q學習可以交替使用。 當到達目的地或RSU接管時，消息中繼將停止。 否則，當兩個條件中的任何一個沒有達到時，消息傳遞就失敗了（“死衚衕”）。
a. 在這一部分中，我們介紹了我們的V2V路由方法(V2V-RA)。 如圖所示，V2V-RA用於恢復由於VANET中的“死衚衕”而產生的未延遲消息。 2（紅點）。
我們假設在故障的情況下，位於給定位置的車輛(X)沒有鄰居來中繼它從其前身接收的警報消息。 爲解決這一問題，提出了V2V-RA：
1)車輛(X)將向後方向返回消息，以通知前一輛車(x-1)其作爲死端的位置，因此消息不能向該方向轉發(即。車輛(X)沒有鄰居車輛將警報消息轉發給它)。
2)車輛(x-1)有三個排序選項來解決死端情況，然後考慮消息失敗：
a)首先，車輛(x-1)將在其鄰居表中檢查其他車輛。
如果車輛(x-1)有另一個鄰居，它將將警報消息重定向到該節點。
否則，它將以遞歸的方式繼續。
b)第二，它將尋找另一個RSU，可以到達的道路上。 這將要求改變傳輸中繼的方向。 c)如果前兩個選項不可用，則從考慮車輛(x-1)而不是(x)的步驟（1）開始重複恢復算法步驟。 i.e. 回去一跳（這被認爲是最壞的情況）。
在第二個選項中，使用地理路由協議將傳輸方向更改爲另一個RSU位置。 一種可能的方法是使用我們以前的工作[16][17]基於波束形成的中繼，或[18]中提出的基於Q學習的路由。
在本工作中，我們將重點放在使用地理路由協議來尋找故障情況下的替代路徑上。在仿真部分，我們提出的模型結果與地理路由協議GPSR（無線網絡的貪婪周界無狀態路由）[19]進行了比較，驗證了D2D解決方案的有效性。
我們的解決方案結合了ITS適應的V2V概念和D2DLTE輔助架構，以其全球化和可靠性。 這可以被認爲是認知無線電用例的一個具體例子。 如圖所示。 當出現“死端”(T F)時，最後一個V2V傳輸節點的ITS協議棧可以進行信道感知，然後垂直切換到D2D傳輸機制。 在[10]中對D2D協議交換進行了詳細的解釋，爲了理解，我們在下文中簡要地描述了它。 D2D意味着在距離附近存在兩個設備，並連接到相同的LTE基站eNB(進化節點B)或相鄰設備；D2D支持的設備可以使用[8]、[9]和[10]中解釋的不同方法相互發現。 該解決方案的強度是V2V覆蓋面積的擴展。 由於D2D機制[10]中使用的LTE-直接傳輸，其中啓用D2D的設備可以在其周圍發現高達1公里的設備。這增加了到達一個新的V2V跳臺的機會，屬於下一個連接的一組車輛在最終目的地的方向。 基於D2D機制的架空時間(OHT)可以服從以下方程：
這些時間的值將根據結果部分中解釋的D2D用例來考慮。 因此，從這一簡短的分析中，我們可以得出結論，D2D發現時間是實現性能混合V2V-D2D故障恢復解決方案的決定因素。
下面描述的D2D發現階段在[10]中有更多的細節。 我們的混合模型的一個重要步驟是發現足夠的下一個D2D支持的車輛，以避免V2V傳輸故障。 在LTE無線電訪問網絡(RAN)中，車輛被視爲啓用D2D的設備。 我們假設它處於eNB覆蓋範圍內，並且它處於信息中繼的同一方向。 我們還假設嵌入在車輛通信系統上的D2D支持設備正在使用ITS特定的D2D服務。 D2D棧和V2V服務之間的通信是通過第二節/A節中引入的IT S站協議棧進行的。 因此，它代表了認知無線電原理的用例實現。
在D2D過程中，距離接近的設備首先需要發現彼此。 根據[10]中提出的模型，D2D支持的設備首先由LTE核心網絡認證和授權使用D2D無線電資源。 這個預發現步驟是由LTE網絡通過eNB輔助的：它主要爲設備之間的發現和通信提供了可靠的基礎。 然後，在D2D支持的設備之間通過使用存在信標的LTEdirect接口進行直接發現階段。
我們的解決方案的性能對發現階段非常敏感。 我們提出了兩種評估方法：
主動V2V&；D2D：在此場景中，我們在V2V故障之前執行直接D2D通信的標準發現階段。 這意味着發現時間爲零(TD=0)，故障發生後立即從V2V切換到D2D(THO=0)。
按需V2V&；D2D：在這種情況下，我們建議D2D通信的標準發現階段是按需完成的(即。 由故障檢測觸發)。 這意味着發現時間(TD)也被認爲是整個處理和切換時間(THO)中的開銷。
在本節中，我們將通過對V2V-RA的模擬來評估我們的混合V2V-D2D解決方案。 我們使用NS2進行了所有的模擬研究。 模擬包括以下兩種情況：
啓用D2D的終端正在不斷監測其附近區域，以發現可用於建立用於通信的D2D鏈路的接近設備（如圖所示）。 3)。
通信範圍可以從500，1000到1500米不等，這取決於通信區的障礙。 此外，D2D直接發現是通過掃描預定義的信道在LTE中完成的，與無線IEEE802.11xx發現方法相比，這給了我們非常短的延遲時間。
在這一部分中，我們假設V2V故障發生在離最近的RSU4公里處。 我們的目標是將警報消息傳輸到這個RSU。 模擬考慮了由所提出的D2D通信範圍定義的不同道路長度(L)的六個子箱：
主動V2V&；D2D(最佳酶1.5km)：發現時間(TD=零)和從V2V到D2D、THO=零的切換。根據D2D-直接通信超過1.5公里（即4公里)，從道路總長度(4公里）中留下的道路長度(LRest)等於2.5公里。 最遠=2.5公里)。
• 積極的V2V&；D2D（最佳酶1公里）：與以前的假設相同，只是LRest變成了3公里。
• 積極的V2V和D2D（最佳酶500米）：與以前的假設相同，但LREST=3.5公里。
• 按需V2V&；D2D（最壞的酶1.5公里）：發現時間(TD)和切換(THO)存在。 從總道路長度中剩下的道路長度等於1km(即… D2D通信距離=2.5公里到0.5公里)。
• 按需V2V和D2D（最壞的酶1公里）：與LRest=3公里的D2D通信範圍1公里。
• 按需V2V和D2D（最壞的情況0.5公里）：與LREST=3.5公里的D2D通信範圍500米。
在這種情況下，我們考慮了一個傳統的解決方案，節點恢復在正常的V2V臨時通信。 它與以前基於相同道路長度(4Km)的D2D機制進行了比較，直到RSU和以下兩種情況：
• V2V-RA(Best-Case)：在這種情況下，我們成功地找到了另一條路由後一跳。
• V2V-RA(Worst-Case)：在這種情況下，我們假設路由算法需要多個跳才能找到到RSU的路由。
在我們以前的工作[20]中，我們完成了通用V2V路由的分析和仿真評估。 在不同的通信範圍和不同的車輛密度下，連接集模型給出了合理的結果。 此外，該模型與現有的V2V路由模型進行了通用的比較。 但是，本文將重點研究與標準的V2V路由協議GPSR的比較。
表一列出了NS2模擬參數[21]。在這項工作中，我們假設LTE-D2D服務總是在車輛中啓用，或者可以根據需求觸發。 此外，D2D鏈接可作爲公共安全(PS)鄰近服務(ProSe)需求的輸出。
對於D2D發現和通信評估，3GPP[3]提出了不同的性能度量值。 他們認爲D2D發現不超過64毫秒（根據高通模擬[23]）。 因此，發現階段的延遲時間可以忽略不計。 此外，他們認爲中繼每跳100毫秒是通信的系統級別度量。 因此，如果我們將D2D直接視爲公共安全(PS)服務中我們的警報消息的一跳繼電器，那麼我們的開銷時間約爲100毫秒，視爲通信鏈中的總體延遲。 與[24]中估計的50ms平均時間的純V2V路由中的一跳恢復相比，乍一看，V2V給出了更短的延遲。 如圖所示。 6.這是不正確的，因爲與V2V相比，D2D情況下的總體E2E延遲將會減少，而不考慮向後跳數。這是由於D2D通信範圍(基於LTE的)總是比V2V範圍(IEEE802.11家族)大到5倍。 這證實了我們的解決方案改善了一個或多個跳的故障恢復在純V2V上的延遲。
根據我們對D2D發現時間的排隊模型[25]，我們使用了發現中消耗時間的最佳情況（10毫秒）和500毫秒的最壞情況，如圖所示。 7. 此外，我們還將這些時間與GPSR協議的恢復時間進行了比較。 恢復時間場景假設最佳情況幾乎是（50毫秒)，最壞情況是(200毫秒）。 從這個圖中可以清楚地看出，D2D給出了所有其他情況下的最佳用例。 因此，D2D有助於在V2V中實現更快的恢復。
在ITS基本成本(CAPEX)或運營成本(OPEX)中，V2X解決方案可以與D2D機制合併，以提高成本效率。 表二總結了這兩種方法和我們的混合解決方案之間的成本比較。 顯然，我們的混合解決方案具有長期的經濟效益和效率… 除了混合解決方案的成本優勢外，使用D2D與V2V在公共安全(PS)服務V還具有以下優勢：
• 基於標準LTE安全本機特性的更好的安全性
• 更好地支持QoS取決於網絡能力
• 與IEEE802.11p相比，由於LTE通信範圍較長，連接區域擴展
• 更快的信息傳輸
本文提出了一種新的基於LTE-DirectD2D輔助解決方案的V2V故障恢復框架。 這種混合解決方案通過最小化沿通信路徑的整體E2E延遲來提高公共安全鄰近服務性能。 此外，利用NS2仿真，將D2D發現的不同場景（主動或按需）與標準GPSR協議場景進行了比較。
仿真結果證明了採用D2D機制恢復V2V通信故障時車載自組織網絡的有效性和性能。 在未來，我們將考慮更復雜的場景D2D，以防發生災難的eNB。 我們期望發現加通信的延遲開銷沒有eNB。
由於我們提出的解決方案要求每輛車同時操作D2D和GPSR，未來的工作將更多地集中在這個操作細節上，特別是干擾、能耗和切換。