Simulating cooperative systems applications : a new complete architecture

For a decade, embedded driving assistance systems were mainly dedicated to the management of short time events (lane departure, collision avoidance, collision mitigation). Recently a great number of projects have been focused on cooperative embedded devices in order to extend environment perception. Handling an extended perception range is important in order to provide enough information for both path planning and co-pilot algorithms which need to anticipate events. To carry out such applications, simulation has been widely used. Simulation is efficient to estimate the benefits of Cooperative Systems (CS) based on Inter-Vehicular Communications (IVC). This paper presents a new and modular architecture built with the SiVIC simulator and the RTMaps™ multi-sensors prototyping platform. A set of improvements, implemented in SiVIC, are introduced in order to take into account IVC modelling and vehicles’ control. These 2 aspects have been tuned with on-road measurements to improve the realism of the scenarios. The results obtained from a freeway emergency braking scenario are discussed.

Experimental evaluation of the performance of 2×2 MIMO-OFDM for vehicle-to-infrastructure communications

In this paper, a novel 2×2 multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) testbed based on an Analog Devices AD9361 highly integrated radio frequency (RF) agile transceiver was specifically implemented for the purpose of estimating and analyzing MIMO-OFDM channel capacity in vehicle-to-infrastructure (V2I) environments using the 920 MHz industrial, scientific, and medical (ISM) band. We implemented two-dimensional discrete cosine transform-based filtering to reduce the channel estimation errors and show its effectiveness on our measurement results. We have also analyzed the effects of channel estimation error on the MIMO channel capacity by simulation. Three different scenarios of subcarrier spacing were investigated which correspond to IEEE 802.11p, Long-Term Evolution (LTE), and Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T)(2k) standards. An extensive MIMO-OFDM V2I channel measurement campaign was performed in a suburban environment. Analysis of the measured MIMO channel capacity results as a function of the transmitter-to-receiver (TX-RX) separation distance up to 250 m shows that the variance of the MIMO channel capacity is larger for the near-range line-of-sight (LOS) scenarios than for the long-range non-LOS cases, using a fixed receiver signal-to-noise ratio (SNR) criterion. We observed that the largest capacity values were achieved at LOS propagation despite the common assumption of a degenerated MIMO channel in LOS. We consider that this is due to the large angular spacing between MIMO subchannels which occurs when the receiver vehicle rooftop antennas pass by the fixed transmitter antennas at close range, causing MIMO subchannels to be orthogonal. In addition, analysis on the effects of different subcarrier spacings on MIMO-OFDM channel capacity showed negligible differences in mean channel capacity for the subcarrier spacing range investigated. Measured channels described in this paper are available on request.

Diseño de antenas array para comunicación entre vehículos.

[ES]El objetivo final del trabajo fin de grado, que se expone en este documento, trata sobre el diseño de un array de antena de microstrip, con la intención de que se utilice para aplicaciones de comunicación entre vehículos que trabajen en la banda de los 5 GHz, bajo el estándar ITS-G5/IEEE 802.11p, además de su fabricación y medición posterior para poder compararlos con las simulaciones. Se buscará que la ganancia de la antena sea la máxima posible pero tratando de conseguir a su vez el mayor ancho de banda dentro del rango de frecuencias requerido. Para el diseño se partirá de un único parche y se le irán añadiendo los demás componentes progresivamente (reflectores, desfasadores, mayor número de parches, transformadores λ/4, etc.) y se irán estudiando sus simulaciones. Todas estas simulaciones se realizarán con el programa HFSS.

Analisi di grafi su architetture a memoria distribuita

Questo lavoro di tesi tratta il tema delle reti complesse, mostrando i principali modelli di rete complessa quali: il modello Random, il modello Small-World ed il modello Scale-free; si introdurranno alcune metriche usate per descrivere le reti complesse quali la Degree centrality, la Closeness centrality e la Betweenness centrality; si descriveranno i problemi da tenere in considerazione durante la definizione e l’implementazione di algoritmi su grafi; i modelli di calcolo su cui progettare gli algoritmi per risolvere i problemi su grafi; un’analisi prestazionale degli algoritmi proposti per calcolare i valori di Beweenness centrality su grafi di medio-grandi dimensioni. Parte di questo lavoro di tesi è consistito nello sviluppo di LANA, LArge-scale Network Analyzer, un software che permette il calcolo e l’analisi di varie metriche di centralità su grafo.

Analyze impact of context information on rate adaptation algorithm in vehicular communication

Nowadays, road safety and traffic congestion are major concerns worldwide. This is why research on vehicular communication is very vital. In static scenarios vehicles behave typically like in an office network where nodes transmit without moving and with no defined position. This paper analyses the impact of context information on existing popular rate adaptation algorithms. Our simulation was done in MATLAB by observing the impact of context information on these algorithms. Simulation was performed for both static and mobile cases.Our simulations are based on IEEE 802.11p wireless standard. For static scenarios vehicles do not move and without defined positions, while for the mobile case, vehicles are mobile with uniformly selected speed and randomized positions. Network performance are analysed using context information. Our results show that in mobility when context information is used, the system performance can be improved for all three rate adaptation algorithms. That can be explained by that with range checking, when many vehicles are out of communication range, less vehicles contend for network resources, thereby increasing the network performances. © 2013 IEEE.

Mobility in vehicular networks with multiple access points to the infrastructure

Nowadays there is a huge evolution in the technological world and in the wireless networks. The electronic devices have more capabilities and resources over the years, which makes the users more and more demanding. The necessity of being connected to the global world leads to the arising of wireless access points in the cities to provide internet access to the people in order to keep the constant interaction with the world. Vehicular networks arise to support safety related applications and to improve the traffic flow in the roads; however, nowadays they are also used to provide entertainment to the users present in the vehicles. The best way to increase the utilization of the vehicular networks is to give to the users what they want: a constant connection to the internet. Despite of all the advances in the vehicular networks, there were several issues to be solved. The presence of dedicated infrastructure to vehicular networks is not wide yet, which leads to the need of using the available Wi-Fi hotspots and the cellular networks as access networks. In order to make all the management of the mobility process and to keep the user’s connection and session active, a mobility protocol is needed. Taking into account the huge number of access points present at the range of a vehicle for example in a city, it will be beneficial to take advantage of all available resources in order to improve all the vehicular network, either to the users and to the operators. The concept of multihoming allows to take advantage of all available resources with multiple simultaneous connections. This dissertation has as objectives the integration of a mobility protocol, the Network-Proxy Mobile IPv6 protocol, with a host-multihoming per packet solution in order to increase the performance of the network by using more resources simultaneously, the support of multi-hop communications, either in IPv6 or IPv4, the capability of providing internet access to the users of the network, and the integration of the developed protocol in the vehicular environment, with the WAVE, Wi-Fi and cellular technologies. The performed tests focused on the multihoming features implemented on this dissertation, and on the IPv4 network access for the normal users. The obtained results show that the multihoming addition to the mobility protocol improves the network performance and provides a better resource management. Also, the results show the correct operation of the developed protocol in a vehicular environment.

Simulazione di front-end GPS per la verifica di algoritmi di navigazione per satelliti LEO

Descrizione di un software di simulazione, realizzato attraverso la programmazione in Labview, che estrapola i dati immagazzinati nei file RINEX di navigazione e di osservazione della missione GRACE e li invia con le stesse modalità con cui lo farebbe il ricevitore OEM615 della NovAtel. L'obiettivo è creare un software che permetta di testare, nell'ambito della missione ESEO dell'ESA, il ricevitore GPS che farà parte del payoload della stessa missione, costituita da un micro-satellite che orbiterà in orbita bassa LEO, e che sarà composto da un ricevitore OEM615, da un'antenna GPS e da un processore di navigazione.

A runtime integrity monitoring framework for real-time relative positioning systems based on GPS and DSRC

This paper provides a three-layered framework to monitor the positioning performance requirements of Real-time Relative Positioning (RRP) systems of the Cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) that support Cooperative Collision Warning (CCW) applications. These applications exploit state data of surrounding vehicles obtained solely from the Global Positioning System (GPS) and Dedicated Short-Range Communications (DSRC) units without using other sensors. To this end, the paper argues the need for the GPS/DSRC-based RRP systems to have an autonomous monitoring mechanism, since the operation of CCW applications is meant to augment safety on roads. The advantages of autonomous integrity monitoring are essential and integral to any safety-of-life system. The autonomous integrity monitoring framework proposed necessitates the RRP systems to detect/predict the unavailability of their sub-systems and of the integrity monitoring module itself, and, if available, to account for effects of data link delays and breakages of DSRC links, as well as of faulty measurement sources of GPS and/or integrated augmentation positioning systems, before the information used for safety warnings/alarms becomes unavailable, unreliable, inaccurate or misleading. Hence, a monitoring framework using a tight integration and correlation approach is proposed for instantaneous reliability assessment of the RRP systems. Ultimately, using the proposed framework, the RRP systems will provide timely alerts to users when the RRP solutions cannot be trusted or used for the intended operation.

Expediency of Penetration Ratio and Evaluation of Mean Throughput for Safety and Commercial Applications in VANETs

Vehicular ad hoc network (VANET) applications are principally categorized into safety and commercial applications. Efficient traffic management for routing an emergency vehicle is of paramount importance in safety applications of VANETs. In the first case, a typical example of a high dense urban scenario is considered to demonstrate the role of penetration ratio for achieving reduced travel time between source and destination points. The major requirement for testing these VANET applications is a realistic simulation approach which would justify the results prior to actual deployment. A Traffic Simulator coupled with a Network Simulator using a feedback loop feature is apt for realistic simulation of VANETs. Thus, in this paper, we develop the safety application using traffic control interface (TraCI), which couples SUMO (traffic simulator) and NS2 (network simulator). Likewise, the mean throughput is one of the necessary performance measures for commercial applications of VANETs. In the next case, commercial applications have been considered wherein the data is transferred amongst vehicles (V2V) and between roadside infrastructure and vehicles (I2V), for which the throughput is assessed.

Una rassegna degli algoritmi di routing in reti veicolari

Nell'elaborato sono analizzati diversi tipi di algoritmi di routing per reti VANET. Nel secondo capitolo verrà fornita una panoramica delle reti MANET e VANET. Nel terzo capitolo sono viste le caratteristiche delle reti VANET. Nel quarto verranno esposte le peculiarità di classificazione dei protocolli di routing routing e nel quinto capitolo saranno analizzati diversi protocolli di routing proposti fino ad ora nella letteratura.

Studio ed implementazione di algoritmi per la navigazione inerziale di velivoli autonomi ad ala rotante

I sistemi di navigazione inerziale, denominati INS, e quelli di navigazione inerziale assistita, ovvero che sfruttano anche sensori di tipo non inerziale come ad esempio il GPS, denominati in questo caso INS/GPS, hanno visto un forte incremento del loro utilizzo soprattutto negli ultimi anni. I filtri complementari sfruttano segnali in ingresso che presentano caratteristiche complementari in termine di banda. Con questo lavoro di tesi mi sono inserito nel contesto del progetto SHERPA (Smart collaboration between Humans and ground-aErial Robots for imProving rescuing activities in Alpine environments), un progetto europeo, coordinato dall'Università di Bologna, che prevede di mettere a punto una piattaforma robotica in grado di aiutare i soccorritori che operano in ambienti ostili, come quelli del soccorso alpino, le guardie forestali, la protezione civile. In particolare è prevista la possibilità di lanciare i droni direttamente da un elicottero di supporto, per cui potrebbe essere necessario effettuare l'avvio del sistema in volo. Ciò comporta che il sistema di navigazione dovrà essere in grado di convergere allo stato reale del sistema partendo da un grande errore iniziale, dal momento che la fase di inizializzazione funziona bene solo in condizioni di velivolo fermo. Si sono quindi ricercati, in special modo, schemi che garantissero la convergenza globale. Gli algoritmi implementati sono alla base della navigazione inerziale, assistita da GPS ed Optical Flow, della prima piattaforma aerea sviluppata per il progetto SHERPA, soprannominata DreamDroneOne, che include una grande varietà di hardware appositamente studiati per il progetto, come il laser scanner, la camera termica, ecc. Dopo una panoramica dell'architettura del sistema di Guida, Navigazione e Controllo (GNC) in cui mi sono inserito, si danno alcuni cenni sulle diverse terne di riferimento e trasformazioni, si descrivono i diversi sensori utilizzati per la navigazione, si introducono gli AHRS (Attitude Heading Rference System), per la determinazione del solo assetto sfruttando la IMU ed i magnetometri, si analizza l'AHRS basato su Extended Kalman Filter. Si analizzano, di seguito, un algoritmo non lineare per la stima dell'assetto molto recente, e il sistema INS/GPS basato su EKF, si presenta un filtro complementare molto recente per la stima di posizione ed assetto, si presenta un filtro complementare per la stima di posizione e velocità, si analizza inoltre l'uso di un predittore GPS. Infine viene presentata la piattaforma hardware utilizzata per l'implementazione e la validazione, si descrive il processo di prototipazione software nelle sue fasi e si mostrano i risultati sperimentali.

Geophotohunt: Studio di algoritmi di confronto di immagini per realizzare una caccia al tesoro fotografica

Questo studio si propone di realizzare un’applicazione per dispositivi Android che permetta, per mezzo di un gioco di ruolo strutturato come caccia al tesoro, di visitare in prima persona città d’arte e luoghi turistici. Gli utenti finali, grazie alle funzionalità dell’app stessa, potranno giocare, creare e condividere cacce al tesoro basate sulla ricerca di edifici, monumenti, luoghi di rilevanza artistico-storica o turistica; in particolare al fine di completare ciascuna tappa di una caccia al tesoro il giocatore dovrà scattare una fotografia al monumento o edificio descritto nell’obiettivo della caccia stessa. Il software grazie ai dati rilevati tramite GPS e giroscopio (qualora il dispositivo ne sia dotato) e per mezzo di un algoritmo di instance recognition sarà in grado di affermare se la foto scattata rappresenta la risposta corretta al quesito della tappa. L’applicazione GeoPhotoHunt rappresenta non solo uno strumento ludico per la visita di città turistiche o più in generale luoghi di interesse, lo studio propone, infatti come suo contributo originale, l’implementazione su piattaforma mobile di un Content Based Image Retrieval System (CBIR) del tutto indipendente da un supporto server. Nello specifico il server dell’applicazione non sarà altro che uno strumento di appoggio con il quale i membri della “community” di GeoPhotoHunt potranno pubblicare le cacce al tesoro da loro create e condividere i punteggi che hanno totalizzato partecipando a una caccia al tesoro. In questo modo quando un utente ha scaricato sul proprio smartphone i dati di una caccia al tesoro potrà iniziare l’avventura anche in assenza di una connessione internet. L’intero studio è stato suddiviso in più fasi, ognuna di queste corrisponde ad una specifica sezione dell’elaborato che segue. In primo luogo si sono effettuate delle ricerche, soprattutto nel web, con lo scopo di individuare altre applicazioni che implementano l’idea della caccia al tesoro su piattaforma mobile o applicazioni che implementassero algoritmi di instance recognition direttamente su smartphone. In secondo luogo si è ricercato in letteratura quali fossero gli algoritmi di riconoscimento di immagini più largamente diffusi e studiati in modo da avere una panoramica dei metodi da testare per poi fare la scelta dell’algoritmo più adatto al caso di studio. Quindi si è proceduto con lo sviluppo dell’applicazione GeoPhotoHunt stessa, sia per quanto riguarda l’app front-end per dispositivi Android sia la parte back-end server. Infine si è passati ad una fase di test di algoritmi di riconoscimento di immagini in modo di avere una sufficiente quantità di dati sperimentali da permettere di effettuare una scelta dell’algoritmo più adatto al caso di studio. Al termine della fase di testing si è deciso di implementare su Android un algoritmo basato sulla distanza tra istogrammi di colore costruiti sulla scala cromatica HSV, questo metodo pur non essendo robusto in presenza di variazioni di luminosità e contrasto, rappresenta un buon compromesso tra prestazioni, complessità computazionale in modo da rendere la user experience quanto più coinvolgente.

Ideazione di sistemi distribuiti collaborativi basati su realta aumentata mobile: un caso di studio, con approfondimento relativo all'interfaccia utente

L'obiettivo di questa tesi è quello di esplorare l'ideazione di sistemi software collaborativi innovativi basati su smart-glasses e forme di realtà aumentata mobile. In particolare, è stato formulato un caso di studio che cattura alcuni aspetti essenziali di questi sistemi: un'applicazione nel quale più utenti dotati di smart glasses si muovono in una zona precisa cercando di raggiungere tutti i punti d'interesse preimpostati in fase di inizializzazione e ottendendo le ricompense contenute dentro agli scrigni situati nei suddetti punti. Lo specifico caso di studio si occupa di approfondire gli aspetti relativi all'Interfaccia Utente, mentre precedentemente erano state affrontate le parti riguardanti la comunicazione e la cooperazione. L'applicazione è location-based e si serve delle tecniche di geolocalizzazione GPS ed è hands-free perché l'interfaccia grafica è mostrata all'utente tramite lo schermo degli smart-glasses.