Solving the performance puzzle of DSRC multi-channel operations

The IEEE 802.11p based Dedicated Short Range Communication (DSRC) protocol is akey enabling technology for enhancing road safety and transportation eciency, and isbeing seriously considered by major research centres and automobile manufacturers. Wire-less Access in Vehicular Environments (WAVE) 1609.4 is a new amendment that enablesmulti-channel operations in DSRC. Operating intervals are divided into alternating ControlChannel (CCH) Intervals and Service Channel (SCH) Intervals, which halves the durationof channel intervals and operating interval. This alternating feature causes high packetlosses in CCH and low throughput in SCH, hence hinders the deployment of this protocol.The key goal of our work is to provision sucient reliability for real-time safety messagesin CCH while optimising non-safety service delivery in SCH. We have developed analyticalmodels for both broadcasting and unicasting to explore the relationship among trac den-sity, CCH packet loss ratio, SCH throughput, and the duration of each kind of intervals.Unlike assigning xed channel interval in error-prone default channel access approach, wedevelop a multi-channel coordination algorithm which adaptively adjusts the duration ofintervals to achieve better performance and reliability based on these models. Theoreticalanalysis and extensive simulation results demonstrate the accuracy of our model and theecacy of the proposed algorithm. The algorithm almost doubles SCH throughput in lowtrac density scenario and reduces packet loss ratio up to 30%. We also show that theproposed algorithm converges rapidly to the optimal channel interval.Le protocole IEEE 802.11p dédié à la communication sur des distances courtes (DSRC) est présentement considéré par les centres de recherches et les centres manufacturiers d'automobiles comme un protocole améliorant la sécurité routiàre ainsi que l'efficacité du transport routier. Le protocole WAVE 1609.4 constitue un nouvel amendement envers DSRC permettant les opérations multicanaux lorsque l'intervalle de fonctionnement est divisé en alternance entre les intervalles du canal de contrôle (CCH) et du canal de service (SCH). La bande passante de chaque canal est donc divisée par deux. Le but de nos travaux est de fournir suffisamment de fiabilité en temps réel pour les messages ayant trait à la sûreté du canal de contrôle tout en optimisant les services du canal de service (SCH). Contrairement à l'approche qui attribue un intervalle statique pour le canal d'erreur par défaut, nous dveloppons un algorithme dynamique d'ajustement du canal basé sur la théorie iterative du contrôle afin de résoudre le problème. Nous développons des modèles pour la diffusion à large échelle et la diffusion unilatérale afin d'explorer les interconnexions entre la densité du trafic (congestion) et le ratio de la perte de paquets. De plus, nous discutons de l'importance de choisir un intervalle optimal pour le canal et nous apportons un éclairage nouveau concernant le choix adaptatif d 'une approche par accès de canaux qui maximize l'utilisation du canal. Des analyses thoriques exhaustives et des simulations démontrent que nos modèles sont précis, que l'algorithme est efficace et converge vers la solution optimale.