第五章 實驗結果與模擬分析
5.2 實驗模擬環境及參數設定
5.5.1 Number of alert message
Number of alert messages 指的是在整個模擬過程中，所有車輛廣播的 alert message 的總數 量，過多的 alert message 可能增加廣播風暴的發生的機率，所以 alert message 的數量越低越好。
我們將 MAC layer 設為 IEEE 802.11p 及 IEEE 802.11b，模擬場景設定為 intersection model，其 他詳細的參數設定如表 5-1 所列。我們分別比較了 FTBP、FNFP、ACK-based Broadcast Protocol 及 flooding method，我們想觀察不同道路環境變數的影響下，其 alert message 數量的結果。
圖 5-13 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11p 之 number of alert message 的比較結果，
縱軸為 number of alert message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-13(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。其模擬結果與 freeway model 相似，在圖 5-13(a)(b)(c)(d)(e) 中，我們可以觀察到，在車輛密度上升時 alert message 的數量也會隨之上升，這是因為車輛數 上升，重新廣播 alert message 的車輛也會隨之增多。從圖 5-13(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以觀察 到，在不管任何車速的變化下，比較起 flooding method 及 ACK-based Broadcast Protocol，FTBP 及 FNFP 都維持比較低的 alert message 數量，這是因為 FTBP 及 FNFP 使用了 Exponential Back-off Method，Exponential Back-off Method 能有效的減少 alert message 多餘廣播的問題。
圖 5-14 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11b 之 number of alert message 的比較結果，
縱軸為 number of alert message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-14(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。在圖 5-14(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以發現 IEEE 802.11b 與 IEEE
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802.11p 的趨勢相似，在車輛密度上升時 alert message 的數量也會隨之上升，這是因為車輛數 上升，重新廣播 alert message 的車輛也會隨之增多。從圖 5-14(a)(b)(c)(d)(e)中，可以觀察到其 結果與 IEEE 802.11p 相似，在不管任何車速的變化下，比較起 flooding method 及 ACK-based Broadcast Protocol，FTBP 及 FNFP 都維持比較低的 alert message 數量，這是因為 FTBP 及 FNFP 使用了 Exponential Back-off Method，Exponential Back-off Method 能有效的減少 alert message 多餘廣播的問題。
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圖 5-13：Intersection model 中 number of alert messages 之比較(IEEE 802.11p)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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圖 5-14：Intersection model 中 number of alert messages 之比較(IEEE 802.11b)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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5.5.2 Number of ACK message
Number of ACK message 指的是在整個模擬過程中，所有車輛廣播的 ACK message 的總數 量。我們將 MAC layer 設定為 IEEE 802.11p 及 IEEE 802.11b，模擬場景設定為 intersection model，
其他的詳細參數設定如表 5-1 所示。由於 flooding method 並無使用 ACK message 挑選 relay vehicle，因此，flooding method 並無列入比較，我們分別比較了 FTBP、FNFP、ACK-based Broadcast Protocol 的 ACK message 所被廣播的數量。
圖 5-15 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11p 之 number of ACK message 的比較結果，
縱軸為 number of ACK message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-15(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。從圖 5-15(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以觀察到，使用 IEEE 802.11p 的 MAC layer 的 FTBP 及 ACK-based Broadcast Protocol 的 ACK message 都會不穩定的跳動，
並不會因為密度的變化而有明顯的趨勢存在，所廣播的 ACK message 數量約為 2~6 個左右。
而 FNFP 的方法則會較為穩定，並不會如同 FTBP 及 ACK-based Broadcast Protocol 的方法不穩 定的跳動，這是因為 FNFP 能夠盡可能的挑選到較遠的節點當作 relay vehicle；因此，ACK message 的數量會比 FTBP 及 ACK-based Broadcast Protocol 來的少。
圖 5-16 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11b 之 number of ACK message 的比較結果，
縱軸為 number of ACK message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-16(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。在圖 5-16(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以發現到 ACK-based Broadcast Protocol 的 ACK message 數量會隨著車輛密度增加而升高，這是因為 ACK-based Broadcast Protocol 並沒有次遠車輛接替廣播，造成 ACK messsage 遺失，導致來源車輛多餘廣播 ACK message。而 FTBP 的 ACK message 數量則會維持在 2~7 個左右的 ACK message，這是因為 FTBP 利用次遠車輛接替廣播，可避免最遠車輛遺失 ACK message，導致來源車輛多餘廣播 ACK message。而 FNFP 則是因為能夠盡可能的挑選到最遠的車輛當作 relay vehicle。因此，所使用 的 ACK message 數量則維持在 2~3 個左右。
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圖 5-15：Intersection model 中 number of ACK messages 之比較(IEEE 802.11p)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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圖 5-16：Intersection model 中 number of ACK messages 之比較(IEEE 802.11b)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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5.5.3 Total number of message
Total number of message 指的是在整個模擬過程中，所有車輛廣播的 alert message、ACK message 及 ACK_response message 的總數量。目的是想得知整個模擬過程中，所有方法所廣播 不同類型的 message 的總數量。我們將 MAC layer 設定為 IEEE 802.11b 及 IEEE 802.11p，模擬 場景設定為 intersection model，其他的詳細參數設定如表 5-1 所示。我們分別比較了 FTBP、
FNFP、ACK-based Broadcast Protocol 及 flooding method 所廣播的 message 的總數量。
圖 5-17 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11p 之 total number of message 的比較結果，
縱軸為 total number of message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-17(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。從圖 5-17(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以觀察到，其模擬結果與 number of alert message 相似， 訊息的總數量會隨著密度升高而增加。但我們可以發現到，FTBP 及 FNFP 有著比 flooding 及 ACK-based Broadcast Protocol 較低的訊息總數量，這是因為 FTBP 及 FNFP 使用了 Exponential Back-off Method，Exponential Back-off Method 能夠有效的減少 alert message 的數量；因此，訊息的總數量也因此能夠降低。
圖 5-18 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11b 之 total number of message 的比較結果，
縱軸為 total number of message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-18(a)到(e)分別為 average speed，
分別為 5、10、15、20 及 25m/s。在圖 5-18(a)(b)(c)(d)(e)中，我們可以觀察到其模擬結果與 IEEE 802.11p 相似，我們所提出的 FTBP 及 FNFP 能夠有效的減少訊息的總數量，這是因為 FTBP 及 FNFP 使用了 Exponential Back-off Method。而 flooding 及 ACK-based Broadcast Protocol 則 會因為車輛密度升高而訊息的總數量也隨之升高。
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圖 5-17：Intersection model 中 total number of messages 之比較(IEEE 802.11p)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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圖 5-18：Intersection model 中 total number of messages 之比較(IEEE 802.11b)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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5.5.4 Penetration rate
Penetration rate 指的是在 risk zone 中的車輛，接收到危險車輛所廣播的 alert message 的情 況，其量測目的是要得知在 risk zone 中的車輛是否能夠確實接收到 alert message，避免發生另 一起意外事故。risk zone 指的是在危險車輛後方且與危險車輛相同車道的車輛，這些車輛會受 到危險事故的影響。因此，在 risk zone 中的車輛，必須要能夠正確的接收到危險車輛所廣播 的 alert message。我們將 MAC layer 設定為 IEEE 802.11b 及 IEEE 802.11p，模擬場景設定為 intersection model，其他的詳細參數設定如表 5-1 所示。我們分別比較了 FTBP、FNFP、
ACK-based Broadcast Protocol 及 flooding method 的 penetration rate。
圖 5-19 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11p 的 penetration rate 之結果比較，縱軸 為 penetration rate，橫軸為 number of vehicles，圖 5-19(a)到(e)分別為 average speed，分別為 5、
10、15、20 及 25m/s。我們透過圖 5-19(a)(b)(c)(d)(e)可以觀察到一個現象，如同上節所描述的 一樣，使用 IEEE 802.11p 之模組，會導致 penetration rate 下降，這是因為我們使用的 IEEE 802.11p 的模組，會出現某些節點無法接收到 packet 的原因。如圖 5-19(a)(b)(c)(d)(e)中，都會 有 penetration rate 下降的情況出現，而這個問題我們會在下一節中詳細描述該問題的原因。
圖 5-20 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11b 之 penetration rate 之結果比較，縱軸 為 penetration rate，橫軸為 number of vehicles，圖 5-20(a)到(e)分別為 average speed，分別為 5、
10、15、20 及 25m/s。我們透過圖 5-20 (a)(b)(c)(d)(e)可以觀察到，IEEE 802.11b 與 IEEE 802.11p 的 penetration rate 有明顯的不同，在 MAC layer 為 IEEE 802.11b 的情況下，任何車輛數的場景 中 penetration rate 都為 100%，IEEE 802.11b 並不會如同 IEEE 802.11p 的 penetration rate 有下降 的情況出現，這代表所有在 risk zone 的車輛都能夠成功接收到 alert message。
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圖 5-19：Intersection model 中 penetration rate 之比較(IEEE 802.11p)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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圖 5-20：Intersection model 中 penetration rate 之比較(IEEE 802.11b)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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5.5.5 Transmission delay of alert message
Transmission delay of alert message 指的是，車輛所接收到 alert message 的平均時間。在安 全性相關的應用中，警告訊息必須立即且毫無延遲的廣播出去，另外，transmission delay 必須 越低且必須在一個可容忍的時間範圍內，否則將導致另一起意外事故發生的可能性。我們將 MAC layer 設定為 IEEE 802.11b 及 IEEE 802.11p，模擬場景設定為 intersection model，其他的 詳細參數設定如表 5-1 所示。我們分別比較了 FTBP、FNFP、ACK-based Broadcast Protocol 及 flooding method 的 transmission delay of alert message。
圖 5-21 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11p 的 transmission delay of alert message 之結果比較，縱軸 transmission delay of alert message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-21(a)到 (e)分別為 average speed，分別為 5、10、15、20 及 25m/s。透過圖 5-21 我們可以觀察到，在節 點密度升高的情況下，alert message 的 transmission delay 也會隨之升高；如圖 5-21(a)(b)(c)(d)(e) 可以發現，flooding method 的 transmission delay 都會遠高於 FTBP、FNFP 及 ACK-based Broadcast Protocol；另外，我們可以觀察到 FNFP 的 transmission delay 會低於 FTBP、ACK-based Broadcast Protocl 及 flooding method，這是因為 FNFP 在挑選候選人的過程中，只需由最遠的 節點重新廣播 alert message，不需要所有的鄰居節點重新廣播 alert message，這能夠減少 alert message 的碰撞，降低 alert message 的 transmission delay，所以 FNFP 擁有比其他方法較低的 alert message 的 transmission delay。
圖 5-22 為 intersection model 中，使用 IEEE 802.11b 的 transmission delay of alert message 之結果比較，縱軸為 transmission delay of alert message，橫軸為 number of vehicles，圖 5-22(a) 到(e)分別為 average speed，分別為 5、10、15、20 及 25m/s。透過圖 5-22(a)(b)(c)(d)(e)，我們 可以發現到 delay time 會隨著密度升高而增加。而比起其他三個方法，FNFP 會有較低的 delay time，如同上面所述，這是因為 FNFP 使用了 back-off time 的方法，不需要所有的鄰居節點重 新廣播 alert message，這能夠有效的減少碰撞的發生，所以能夠降低 alert message 的 delay time。
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圖 5-21：Intersection model 中 transmission delay of alert message 之比較(IEEE 802.11p)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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圖 5-22：Intersection model 中 transmission delay of alert message 之比較(IEEE 802.11b)
(a) Avg. speed = 5m/s (b) Avg. speed = 10m/s
(c) Avg. speed = 15m/s (d) Avg. speed = 20m/s
(e) Avg. speed = 25m/s
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