بخشی از مقاله
چکیده:
شناسایی ازدحام در جاده ها بعنوان یکی از کاربردهای مهم Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs - ، همراه با فراهم کردن امکان تصمیم گیری درست در شرایطی که احتمال ازدحام وجود دارد، بطور چشمگیری از مشکلات ناشی از تصادفات می کاهد.
در این مقاله، ما روشی برای شناسایی ازدحام در شبکه های خودرویی ارائه می کنیم. در این روش که از ترکیب الگوریتم کلونی مورچه و روش های فازی استفاده شده است پارامتر ارزیابی دقت سیستم پیشنهادی می باشد. سیستم پیشنهادی را با نرم افزار متلب پیاده سازی کردیم و در ارزیابی متوجه شدیم دقت سیستم تا حد قابل قبولی بهبو می یابد.
.1 مقدمه
شبکه مجموعه ای از سیستم های کامپیوتری است که به منظور تبادل داده با ابزارهایی از قبیل سیم مسی یا فیبر نوری و یا تکنولوژی های بی سیم به هم مرتبط شده اند. با توجه به کاربرد گسترده شبکه ها در زمینه های مختلف و روش های مختلف انتقال اطلاعات بین آنها، انواع مختلف شبکه ها را داریم. شبکه های موردی2 یکی از این نمونه ها هستند که در کاربردهای خاص از قبیل خطوط حمل و نقل هوایی یا زمینی بوجود آمده اند.
بعنوان نسل جدیدی از شبکه و کلاسی از شبکه های موردی مطرح شده اند که در آنها گره ها که همان سیستم های کامپیوتری مجزا هستند ثابت نیستند و ساختار متحرکی دارند.
نوعی از شبکه های موردی هستند. این شبکه ها، شبکه هایی ارتباطی خودسازمانده و توزیع شده ای ساخته شده از خودروهای در حال حرکت هستند و با سرعت های خیلی بالا و درجه محدودشده ای از آزادی در الگوهای حرکتی گره ها مشخص می شوند.
آنها، بر اساس ساختار متحرک گره ها کاربرد گسترده ای در علوم و صنایع مختلف پیدا کرده اند که هر یک در زمینه کاربرد خاص خود در جهت بهبود انتقال و امنیت اطلاعات بسیار حائز اهمیت هستند و دامنه آنها روزبروز در حال گسترش است. از آنجا که این شبکه ها بر اساس برقراری ارتباط بین خودردهای متحرک در جاده و تبادل پیام بین این گره های متحرک طراحی شده اند، امروزه در سیستم های حمل و نقل هوشمند3 کارایی دارند. از طرفی یکی از داغ ترین موضوعات در سیستم های حمل و نقل هوشمند توسعه سیستم های اطلاعات ترافیکی 4 توزیع شده است.
چنین سیستم هایی شرایط ترافیک در جاده را کنترل می کنند و سعی در تشخیص بی نظمی های جریان ترافیک از طریق تبادل مداوم اطلاعات بین وسایل نقلیه دارند.
یکی از موضوعات مهم در سیستم حمل و نقل که به کمک سیستم حمل و نقل هوشمند قابل حل است، مدیریت و شناسایی ازدحام ترافیک در جاده های شهری و برون شهری است. شبکه های موردی وسایل نقلیه به عنوان نسلی از شبکه ها برای بهبود ایمنی و راحتی رانندگی ارائه شده اند. این شبکه ها اتصال بین میزبانهای سیار - وسایل نقلیه - را فراهم می کنند. وسایل نقلیه در این شبکه ها می توانند اطلاعات را با یکدیگر در برد کوتاهی با استفاده از پروتکل بی سیم به اشتراک بگذارند.
با کمک کاربرد MANETs در سیستم حمل و نقل و هوشمندسازی سیستم می توان وسایل نقلیه و همچنین جاده ها را به امکاناتی مجهز کرد که از وسایل نقلیه از موقعیت جاده پیش رو و وضعیت وسایل نقلیه ای که در مسیر مشابه با آنها در حرکتند آگاهی یابند و از ورود به مناطق پر ازدحام و درگیر شدن آنها در شرایط ترافیکی جلوگیری شود. به این ترتیب که درجاده ها از طریق نصب زیر ساخت های موردنیاز در اطراف جاده از قبیل دوربین و ... و در خودروها با تجهیز خودروها با فن آوری های جدید مثل سیستم مکان یابی سراسری و حسگرها و ... امکان برقراری ارتباط بین وسایل نقلیه در حال حرکت در جهت تبادل اطلاعات ترافیکی و آگاهی یافتن از وضعیت جاده پیش رو را محقق کرد و به رانندگان اجازه تصمیم گیری هوشمند و خودداری از ورود به مناطق پر ازدحام را داد.
روش های زیادی برای شناسایی ازدحام در ترافیک جاده ای با استفاده از VANETs ارائه شده است که هر یک محدودیت هایی دارند. در حال حاضر، سیستم های مدیریت ترافیک جاده بر اساس استراتژی متمرکز است که از انواع فن آوری ها، مانند دوربین ها و حسگرها برای به دست آوردن اطلاعات در مورد وضعیت ترافیک استفاده می کنند.
داده ها در مرکز پردازش داده که در آن تصمیم گیری انجام می شود تجزیه و تحلیل می شوند و به سرویس های عملیاتی و رانندگان از طریق پانل ها و نمایش های واقع در جاده ابلاغ می شود.[23] اغلب الگوریتم های تشخیص ازدحام برای شناسایی مناطق با ازدحام ترافیکی بالا و سرعت های کم طراحی شده اند. هر وسیله نقلیه اطلاعاتی از قبیل موقعیت و سرعت را می گیرد و انتشار می دهد و اطلاعات دریافت شده از وسایل نقلیه دیگر در شبکه را پردازش می کند. توسعه یک سیستم شناسایی ازدحام ترافیک تاثیر زیادی بر اقتصاد، محیط زیست و جامعه خواهد داشت و بطور کلی به ما امکان گذراندن زمان کمتری در ترافیک را خواهد داد
با توجه به کاراییVANETsدر سیستم های حمل و نقل هوشمند بویژه در زمینه مدیریت و کنترل ترافیک و شناسایی ازدحام ترافیک جاده ای، تحقیقات زیادی انجام شده است. بعنوان نمونه می توان به تحقیق انجام شده در[5] اشاره کرد که سیستمی توزیع شده برای مدیریت ترافیک جاده در موقعیت های اضطراری با استفاده از الگوریتم کلونی مورچه ها است. در شرایط اضطراری، شبکه های ارتباط از راه دور ممکن است بعلت سقوط منابع انرژی ناشی از تغذیه زیرساخت های ثابت درست کار نکنند. در نتیجه، اگر چه مراکز پردازش داده، منابع انرژی جایگزین و حتی شبکه های خود را برای ارتباطات داده ها دارند، فقدان انرژی دوربین ها و حسگرها را در درصد خیلی بالایی تحت تاثیر قرار می دهند .
با توجه به شرایط خاص، پیاده سازی الگوریتم مدیریتی که بتواند در حالت توزیع شده به عنوان مثال از طریق همکاری خود وسایل نقلیه بدون نیاز به زیر ساخت های ثابت اجرا شود، معقول و منطقی است. این سیستم برای مدیریت ترافیک جاده در صورت عدم وجود انرژی برای زیر ساخت، استفاده می شود. هدف از استفاده از کلونی مورچه در این مورد، توزیع درست ترافیک به منظور کاهش سطح ازدحام کلی و در موارد اورژانسی، کمک به وسایل نقلیه برای پیدا کردن مسیرهای در دسترس است که در آن، هر وسیله نقلیه در مورد هر مسیر موجود و یا تقاطع جاده با استفاده از اطلاعات ارائه شده بوسیله خودروهای قبلی با دنبال کردن روالی الهام گرفته از رفتار کلونی مورچه ها تصمیم می گیرد.
از تکنولوژی های RFID و GPS برای ایجاد نقاط تولید و تشخیص فرومون و انتخاب مسیر استفاده می شود. این الگوریتم از تجمیع امضا و لیست های شهرت برای اطمینان از امنیت سیستم استفاده می کند. علاوه بر این، الگوریتم امنیتی ضمنی دارد که خطرات را در مورد حملات به حداقل می رساند و یا در[17] به پیش بینی ازدحام ترافیک و کاربرد آن در کنترل ترافیک با استفاده از مدل فرومون برای کنترل سیگنال ترافیک بمنظور سبک کردن ازدحام ترافیک و متعاقبا بهینه سازی سیگنال ترافیک پرداخته شده است. در این روش ها، یک کنترل همکار بین سیگنالها امکان پذیر می شود، اما با توجه به موضوع مورد بررسی خود در این تحقیق، روش های شناسایی ازدحام ترافیک جاده ای را بررسی می کنیم.
اساس روش[1] COC، که تشخیص ازدحام ترافیک با استفاده از ارتباط محتوا گرا1 و با نیاز به زیر ساخت خارجی است، بر VOTING است که از وسایل نقلیه مبتنی بر سیستم های GPS برای کشف و انتشار اطلاعات ترافیکی استفاده می کند. وسایل نقلیه پیام های ازدحام در جاده را از طریق امواج رادیویی دریافت کرده و بطور متناوب این پیام ها را به سایر وسایل نقلیه منتقل می کنند. سپس وسایل نقلیه به محض دریافت پیام می توانند شرایط ازدحام را با مقایسه تخمین های ازدحام مبادله شده با مقادیر متوسط ازدحام برای بخش های مختلف جاده مورد بررسی تشخیص دهند.
ایراد اصلی این روش، بارگزاری زیاد2 کانال ارتباطی بعلت تبادل مداوم تخمین های ازدحام ترافیکی است. یک راه حل برای این مشکل، ترکیب و تجمیع پیام های ازدحام و یا خوشه بندی پیام ها می تواند باشد که در زمینه ترکیب پیام ها در [6]، Traffic View که بر مبنایGPS است پیشنهاد شده است که در آن اطلاعات وسایل نقلیه ای که نزدیک به هم در حال حرکت هستند با هم ترکیب می شوند و سپس به سایر وسایل نقلیه تحویل داده می شوند.
اگر این سیستم با سیستم نقشه دیجیتال همراه شود می تواند عملکرد زمانبندی مسیر خودکار بلادنگ را هم محقق کند. بعلت حجم کم رکوردهای ذخیره شده مشکل محدودیت حافظه را ندارد اما بعلت عدم محدودیت در سایز بسته مبادله شده، مشکل پهنای باند وجود دارد که از محدودیت های تکنولوژی های بی سیم کنونی است. برای مقابله با محدودیت پهنای باند در این سیستم، می توان از مکانیزم های فشرده سازی و تجمیع برای کاهش سایز اطلاعات مناسب با بسته انتشاری استفاده کرد و به هر وسیله نقلیه اجازه انتشار بسته کوچکی را داد.
