Bounding box strategies for vulnerable road user clusters in V2X networks
Resumo
Resumo: No campo da comunicação Vehicle-to-Everything, tipos distintos de usuários de vias são levados em consideração quando novos casos de uso e padrões de mensagem são desenvolvidos. Entre os numerosos possíveis participantes de tráfego, o termo Vulnerable Road User (VRU, ou Usuário Vulnerável de Estrada) é atribuído aos nós de comunicação sob maior risco no evento de um acidente, incluindo, mas não limitando-se a pedestres, ciclistas e trabalhadores de rodovia. Com a proteção destes agentes em mente, a VRU Awareness Message (VAM, ou Mensagem de Conscientização de VRUs) é introduzida como uma abordagem que permite a um VRU participação ativa em sua segurança em sistemas de transporte. Através dessas mensagens, VRUs podem transmitir sua posição e dados dinâmicos, como velocidade e orientação, informando outros usuários de sua presença e garantindo que sejam percebidos, reduzindo a probabilidade de colisões. A comunicação nessas aplicações é realizada diretamente, com os dispositivos enviando e processando os dados uns dos outros, seguindo uma estrutura de rede decentralizada. Porém, incluir pedestres como nós de comunicação pode pode levar ao congestionamento do canal em áreas superlotadas. Como tal, VAMs oferecem o recurso de clustering (agrupamento) no qual VRUs com cinemáticas e posições similares podem se agrupar de maneira que somente um dispositivo transmite mensagens que representam todo o cluster. O VRU Basic Service (Serviço Básico de VRU) proposto nas especificações ETSI 103 300 do European Telecommunications Standards Institute (Instituto Europeu de Normas de Telecomunicação) descreve o cluster como uma caixa delimitadora que deve encobrir todos os seus membros utilizando uma forma geométrica de maneira que os veículos na vizinhança possam evitar colidir com os VRUs contidos. Este trabalho contribui com o esforço de padronização ao introduzir uma estrutura de dados, o Mapa de Cluster, para o clustering no VRU Basic Service. Além disso, este trabalho é o primeiro a sugerir estratégias para formar todos os tipos de formas de caixas delimitadoras previstas no padrão. Todas estas contribuições são então implementadas como novos módulos para o framework de simulação Artery V2X. Resultados de simulação mostram que apesar dos tipos de geometrias oferecerem resultados simulares em alguns aspectos, eles possuem comportamentos opostos de maneira geral. Formas circulares são adequadas para canais mais ocupados, enquanto caixas delimitadoras poligonais são recomendadas para aplicações nas quais fidelidade de forma da nuvem de pontos do cluster é preferível Abstract: In the field of Vehicle-to-Everything communication, different road user types are taken into consideration when developing new use cases and message standards. Among the numerous possible traffic members, the term Vulnerable Road User (VRU) is assigned to the nodes at most danger in the event of an accident, including but not limited to pedestrians, cyclists, and road workers. With the protection of said agents in mind, the VRU Awareness Message (VAM) has been introduced as an approach that allows a VRU active participation in its safety on traffic systems. Through those messages, VRUs can broadcast their position and dynamic data, e.g., speed and heading, informing other users of their presence and ensuring they were perceived, reducing the likelihood of collisions. The communication in these applications is done directly, with the devices sending and processing the data from each other, following a decentralized network structure. However, including pedestrians as transmitting nodes can lead to channel congestion in crowded areas. As such, VAMs offer a clustering feature in which VRUs with similar kinematics and positions can group themselves so that only one device transmits messages representing the whole cluster. The VRU Basic Service proposed in the 103 300 specifications by the European Telecommunications Standards Institute describes the cluster as a bounding box that must cover all its members using a geometric shape so that other vehicles in the vicinity can avoid colliding with the contained VRUs. This work contributes to the standardization effort by introducing a data structure, the Cluster Map, for the clustering in the VRU Basic Service. Furthermore, this work is the first to suggest strategies for forming all the standardized bounding box shape types. All those contributions are then implemented as new Artery V2X simulation framework modules. Simulation results show that even though each of the geometry types offers similar results in some regards, they have opposing behaviors overall. Circular shapes are suited for busier communication channels, while polygon bounding boxes are advised in applications where the shape-fidelity of the cluster point cloud is preferred
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