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The Impact of Inter-Vehicle Communication on Vehicular Traffic
Autor: M. Killat Links:
Quelle: Dissertation, ISBN: 978-3-86644-445-4KIT Scientific Publishing, 2009
Von einer direkten drahtlosen Kommunikation unter Fahrzeugen des täglichen Straßenverkehrs verspricht man sich, die Straßenverkehrssicherheit sowie die Straßenverkehrseffizienz zu erhöhen. Diese Dissertation untersucht, wie sich das Potential von Anwendungen, die intensiven Gebrauch von Fahrzeug-Kommunikationsnetzen (engl. Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)) machen, in Bezug auf eine reduzierte Anzahl von Unfällen und auf einen erhöhten Verkehrsfluss abschätzen lässt. Zu diesem Zweck nimmt die Arbeit eine auf die beiden Ziele abgestimmte Modellierung von VANETs vor, entwickelt darauf aufbauend Simulationswerkzeuge und ermöglicht somit eine Leistungsbewertung des Systems in Simulationsstudien.

Im ersten Teil der Arbeit steht die Verkehrssicherheit im Fokus, deren Verbesserung anhand der Anzahl vermiedener Unfälle gemessen wird. Eine solche Bewertung schlägt sich in einem dreistufigen Prozess nieder: (a) der Bereitstellung von Verkehrsinformationen durch VANETs, (b) deren Bewertung und Verarbeitung in der Anwendung und (c) die Konsequenzen der Aktivierung der entsprechenden Anwendung auf den Straßenverkehr. Die Arbeit nimmt zunächst eine Potentialabschätzung vor und geht von einer vollständigen Verfügbarkeit der benötigten Informationen aus. Unter dieser Annahme wird das Problem der Unfallvermeidung modelliert, indem unfallträchtige Verkehrssituationen rechtzeitig identifiziert und somit vermieden werden können. Die Modellierung erfolgt zunächst durch einen Markovschen Entscheidungsprozess mit absorbierenden Systemzuständen und offenbart dabei eine Komplexität des zugrundeliegenden Problems aufgrund derer dieser Ansatz zwar als methodisch reizvoll, für eine praktische Umsetzung aber als zu aufwendig erkannt wird. Unabhängig von dem Komplexitätsproblem ist die Validierung einer zum Einsatz kommenden Unfallvermeidungsstrategie unabdingbar.
Zur Bewertung einer solchen Strategie bemüht die Dissertationsarbeit Simulationsstudien, für deren Durchführung das Konzept eines Verkehrsunfalls in bestehende Simulationswerkzeuge integriert werden muss. Die Dissertation schlägt entsprechende Modifikationen für das Fahrzeug-Folgemodell von Wiedemann vor, integriert diese in den Verkehrssimulator VISSIM und bewertet eine Sicherheitsstrategie in Überholmanövern mittels Simulationsstudien. Die Ergebnisse weisen einen ansteigenden Erfolg der untersuchten Sicherheitsanwendung mit zunehmender Verfügbarkeit von Fahrzeuginformationen auf und zeigen gleichzeitig, dass das Ziel eine vollständige Information über die gegenwärtige Verkehrslage sein muss.

Im zweiten Teil der Arbeit werden VANETs hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Verkehrseffizienz untersucht. Der Blickwinkel auf das System verschiebt sich dabei von der Betrachtung einzelner Fahrzeuge hin zu ganzen Verkehrsströmen und deren Charakterisierung in Bezug auf den Verkehrsdurchsatz. Für VANETs konnten Simulationsstudien dieser Art bislang insbesondere aufgrund der Skalierungsprobleme von diskreten ereignis-basierten Kommunikationssimulationen nicht durchgeführt werden. Die Dissertation entwickelt deshalb ein mathematisches Modell der Paket-Empfangswahrscheinlichkeit, das anhand von Simulationen statistisch validiert wird. Eine Verknüpfung des Modells mit dem Verkehrssimulator VISSIM und die Bereitstellung eines Applikationsmoduls ist dann den gestellten Anforderungen gerecht geworden. In abschließenden Simulationsstudien zeigt die Arbeit, wie mittels VANETs verbreitete Geschwindigkeitsanweisungen sich auf den Verkehrsdurchsatz auswirken. Die Simulationsstudien umfassen dabei bis zu 3 000 kommunizierende Fahrzeuge und weisen einen Beschleunigungsfaktor von bis zu 1 500 gegenüber vergleichbaren strikt ereignis-basierten Simulationsansätzen auf.