TE LKOM NI KA  Te le c om munica tion,  C omp u tin g,  El e ctroni cs and  Contr ol   Vo l.   18 ,  No.   1 Febr uar y   2020 , pp.  57 ~ 71   IS S N: 16 93 - 6930, acc red it ed   First G ra de by  Kem enr ist ekd i kti, D ec ree  N o: 21/E/ KP T/ 2018   DOI: 10. 12 928/ TELK OMN I KA.v1 8i1 . 13565     57       Journ al h om e page http: // jo ur nal. uad.ac .id /i nd ex. php/TE LKOMNIKA   T he perf or m ance  of the v ehicula   co mm un icat i on - clu ster in g proc ess       O ma r   D aoud 1 ,   A hlam   D am at i 2 ,   Qadri  H am arsh e h 3   1 ,3 Depa rtment   of   Com m unic at ion s a nd  E lectr oni c s E ngineeri ng ,   F ac ul t y   of   Engi n e eri ng  and Te chn olog y ,     Phila del ph ia Uni ver sit y ,   Jordan   2 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Fa cul t y   o Engi n ee ring   an Technol og y ,   P hil ad el phi Univ ersity ,   Jordan       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J ul   11 , 2 019   Re vised  Oct   3 ,  2019   Accepte Oct  22 , 201 9       For  the   new   wire l ess  s y stems   and  be y ond ,   th intelligen tr a nsportat io n   s y stem  is  conside red   as  one  of   the   m ai featur es  tha cou ld  be   cove red   i n     the   new  rese ar ch   topi cs.   Further m ore ,   both  high - spee dat tra ns m ission  and   dat pro ce ss ing  play   c ruc i al   r ole   for  the s ge ner ations.  Our  work  cove rs  two  m ai propositi ons  in  orde t at tain  an  impr ovement  in  such   int ellige n t   s y stems   per form anc e .   clus te ri ng  al gori thm  is  proposed  and  pr ese nte fo r   grouping  m obil nodes  base on  the ir  spee ds   with  som m o difi ed  he ad   assignm ent proc esses.  Thi wil be  combined  with  par alle l - proc essing  te chn ique   tha enha nc es  the  QoS .   Mainly ,   this   work  conc ern enha ncin g     the   V2V   dat tra nsm ission  and  the   proc essing  spee d.   Thus,   wave l e t   proc essing  stag has  bee impos ed  to  opti m iz th tra nsm i tt ed  power   phenomenon.   In   orde to  che ck   the   va li di t y   of  s uch  propositi on ,   five   m ai eff iciency   f ac tor have   bee inves ti gat ed nam ely  complementa r y   cumulat iv e   distri buti ons,   bit  rat es ,   en erg y   e ffic i ency ,   th lif et ime  of  cl ust er   hea and     the   ord ina r y   nod es  reatt ac hing - h e ad  av era g e ti m es.   Ke yw or d s :   Cl us te rin g Alg or it hm   Energy E ff ic ie ncy   IoV   U W B - MB - O F DM   V2V     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Om ar D ao ud   Dep a rt m ent  Com m un ic at ion  a nd Elec tro nics  En gin eeri ng,   Ph il adelp hia  U niv e rsity ,   Jeras Hi ghwa y,  Amm an,  1 9392,  Jor dan.   Em a il od ao ud@phil adelp hia. edu.jo       1.   INTROD U CTION     Durin the   la st  deca de,   ve hicle   netw orki ng  becam vital   par in  t he   la te st  wireless  syst em ’s  gen e rati on.  Th eref or e ra pid  de velo pm ent  has  bee fou nd  in  t he  li te rature,  w hich   is  bas ed  on  the   I nter net  of   things  ( I oTs).  Nowa days,  e nhanci ng  the   pe rfor m ance  o t he  Veh ic ular   Adh oc  Netw ork  (VA NET)  st and a r (I EE 80 2.11p has  ac quire an  inc reasin gl fr eq ue nt  peti ti on T his  is  due  to  wh at   is  be ing   c onsider e as  a   sp eci al   ad - hoc   m ob il netw ork I an oth e way,  the  c on c ept  of  Ve hicle   to  Eve ryt hing   (V2X)  is  risi ng   o   the  su r face  for  the  ve hicle   network i ng  com m un ic at ion s uch   a veh ic le - to - ve hicle   (V2V)   and     veh ic le - to - ro a dsi de  (V2R) T ho s m od es  a r base on  t he   no des  t hem s el ves  i.e.  bo t of   the  inf or m at ion  awar e ness the   acce ss  to  it   and   t he  pre dicti on   t no des  tr a j ect ory H ow ever,  V A NET  la cks  reli abili ty   under  the  real - ti m data  distrib utio n.   T his  is  tr ue   due  to  t he  ra pid   c ha ng i ng  and  the  i ns ta bi li ti es  of   the  w irel ess   channels  [1 2].   Diff e re nt  propositi on to  e nhance  the  ve hicle   networ com m un ic at ion   sta nd a r ds   ha v be en  f ound  i li te ratur es,  s uc as  t he  c ombinati on  betw een  the   V ANET  an t he  L ong  Te rm   Evo luti on  ( LTE )   m ob il syst e m s ( i.e. the n ew  tr en f or  the intell igent  trans portat ion   syst e m s).  I s uc com bin ed n et work, the  V AN E Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    51  -   71   58   is  hav i ng  the perm issi on   to  ac cess  the  inte rnet   throu gh  the ex ist ing  LTE  c el lular  net work,  w hich  c ould  l ead  t huge  VANET  syst e m   i m pr ove m ents  [3 - 6].  To  reali ze  s uc com bin at ion  m od es,  th O rth ogonal   Fr e quency   Divisio Mult iplexin ( OFDM)  m od el   has  bee int r oduce to  e nhance  Q ualit of   Se r vi ce  (QoS ).    Th us the  a de qu at e ness  between   s uc syst e m (the  V AN E an th LTE)  was  a tt ai ned as  r esult  of   lowe rin the  de la tim and   getti ng   t he  high  s peed  com m un ic at io ns .   Mu lt iband   OFDM   (MBOF DM)  [ 7 - 10]   te chn iq ue  is  f ound  in  t he  li te ratur to  at ta in  the   re qu i rem ents  fo t he  ap plica ti on  of   high - data   rate.     ve ry  prom i sing   te c hn i qu e   was  s how with  ove 10 Mbp dow nlink   c onnecti on s.  It  is  co ns id ered   a s     prom isi ng   te chn i qu due  to   it ro bustn ess  in  the  dis persi ve  cha nnel (i. e.  av oid t he  c hannel' waste ,   du t the  inter   sym bo i nterf e re nc (ISI )) .   I a ddit ion ,   it   has   the  capa bili ty   of   re du ci ng  th co ns um ed  powe r     by  m anag ing   t he  li m it ed  fr e quency  res ource s.  H oweve r,   it   su f fer s   f ro m   hig im ple m entat ion   c om plexit that  le ads  to  high  c os [ 11 - 20 ] T hu s th is  w ork  ta ckles  this  Q oS  issues  by  proposi ng   a   m ult i - par al le pr oc essing  reclusteri ng  tec hn i qu for  the m ul ti ban O F DM ( MP - RC - MB OF DM ).  I t  co ns ist s of tw par ts;  the f ac il it ating   par of   re us in the  sp at ia r eso ur ces  by  re cl us te rin the   huge  num ber   of   m ob il no de (i.e.  ve hicle s)  a nd     the  en hanci ng   par of   overc om ing   the  sp e ct ru m   lim i ta ti on s.  T hus,  t he  QoS  feat ur es  will   be  at ta ined  s uch    as lo w power  c on s um ption s,  low po wer   ef fe ct s,  hi gh d at r at es, f le xi bili ty and low c os t.   Fo t he  facil it at ing   pa rt,  sing le   hop  cl ust ering   V2V  ba sed  on  LTE  s yst e m throu gh  the  IEE 802.1 1p   a rc hitec ture  was  int rod uced.  I thi cl us te rin sy stem cl us te weig hting   fac tor  ( CWF has  bee pro po se ba se on  the  relat ive  velocit ie s,   the  com m un i cat ion m axi m um   ran ge,   an sp eci fi ad aptive  weig ht  fact or  ( AWF ).   T his  pa rt  i ntr oduces  a   cr it erion   t hat  c hoose the   he a of  the  cl us t er,  as   well   as    crit erio that m ai ntains  an  a ccepta ble o ve r head  f or  up dating  the  cl us te r’s   hea d.  H e nce,  t he  re - cl ust erin par t   is base d on the  previ ou sly  m e ntion s pecifica ti on s  to  m anag e  the  veh ic le s i n t he  cl ust ers.    Fo r   the  e nhan ci ng   of  MB O FD par t,  t he   QoS  has  bee stu died   by  pro po si ng   m ul ti - par al le l   processi ng   te c hn i qu e   f or  the   MB OFDM  ( MP - MB OFD M).  T his  propositi on  has   be en  a naly zed  e xtensi vely     by  m aking   us e   of  the   wa velet dec om po sit io c rite ria.  T his   is  to  sho the   powe rfulne ss  of  sen ding   the  data  betwee the  c luster  hea ds   a nd   the  LT syst e m   in  the  par al le proces s.  As  res ult,  we  can  ove r com e     the  ba ndwi dth  lim i ta ti on s uch  as  the   on es  f or   t h I nt ern et   of  Ve hi cl es  (IoV).   T his  feat ur ha bee inv est igate by   check in som cru ci al   factor su c as  the  energy  eff i ci ency  (EE)   f act or com plem entary  cum ulati ve  distribu ti on  f un ct ion   (CCD F)   c urves,  an the   bit  er r or   rate (BER) t he  syst e m   throughput,     the  sp ect ral   effi ci ency,  and   th eff ect   of   the  m od ulati on   rin rati eff ic ie nc y.  Thu s the  ta rg et   is  to  enhance   the  Q oS   un de the  f ollo w ing   par am et ers;  nam ely  lo wer i ng   the  c om plexity   iss ues  an op ti m iz ing     the d at rates.   The  rest  of  thi pa pe is  orga ni zed   as  fo ll ows.   Sect io 2   detai le s om relat ed  wor i a ddit ion   t   the  syst e m   m o del.  The  perfor m ance  of   the  pro posed  cl ust er ing   te ch nique  and   the  e nh a nc e m ent  par bas ed  on  the  m ulti - par a ll el   pr oce ssin te c hn i qu e   a re  giv e in   s ect ion   3 .   Sec ti on   4   pr e sen te the   analy sis  of    the sim ulati on s in order  to  e va luate  the  pro posed  sc hem es. Fi nally , th e c on c lusio is  dr a w n i sect io 5 .       2.   SY STE M MO DEL FO TH E L TE - BASE D V2V  COM MUNI CA TI O NS  E NHAN C EMENT   At  any  m o m en t,  the  m ov in node  ( ve hicle in  any  cl us te re netw ork  i cl assifi ed  as  ei th er  cl us te r   head   or   as  norm al   no de  ( m e m ber s).   Ac cordin gly,  the   cl us te hea is  consi der e a the  co ordina tor  f or     the  norm al   no des  (m e m ber s) They  can  ta lk  to  each  ot he by  sp eci fic   neighb our  ta bl e,  wh ic is  f orm e d   accor ding  to  th e   com m un ic at i on  b et wee the   cl us te head   a nd   the  m e m ber s.  The  sco pe  of   this  wo r is  lim it ed   to  pro po si ng   a en ha ncem ent  ov er  th cl ust ering   al go rith m s   in  the  li te r at ur e,  wh il cr eat ing   the  nei ghbor   ta ble w il l be  d e ferred  to  a noth er  work.    Cl us te rin al gorit hm obj ect ives  div er ge  ac cordin to  t he  need e QoS  optim iz at ion   process  for  s uc syst e m s;  su ch   as  the  cl us te r sta bili ty the  cost,  a nd  the   qual it y.  In   t he   LTE - base V2V  c omm un ic at ion   syst e m the  fo l lowing  iss ues  are  ta ke int consi der at io n;  the  be ha viour   of   t he  m ob il nodes  (v e hicle s)  an the stabil it y t hat b ri ng s  the l ow c os t.    The  beh a viou r   of   t he  m ob il i ty   no de co ns i sts  of   dif fer e nt   m ob il it beh avio su c as  the  relat ive   sp ee d,   t he  dire ct ion   of  m ov ing  no des.  For   instance cl ust ering  acco r din to  t he  relat ive  s peed  co ul on ly   br i ng   c os penal ti es;   this  is  du t the  V 2V  net wor res tric ti on s.  From   this  i m pairm e nt,  the re  is  ne ed  f or   i m pr ovem ent  i orde to  re - cl us te the  nodes   based   on   cal c ulati ng   the  weigh par am et er.  This  pa ram et er   will   be  ba sed  on   the   sp ee of   t he  m ov in no des,   so  as  to  c hoose   the  cl us te hea a ppr opriat el y.    The n,   an  opti m iz at ion   crit erion   will   be  de rive to  at ta in  bo t the  sta bi li ty   and   the  low  cost  m ai nte nan ce .     Af te that,  a im pr ov em ent  on   V AN E prot oco will   be  in vestigat ed  base d   on  the  MP - MB OF DM.  T hi wil l   enh a nce t he Q oS   of the  LTE  base c omm un ic at ion   Figure  s how the  LTE - base V 2V   to polo gy In   this  fig ure,  the  veh ic le (no des)   at   dif f eren trac ks   and   la nes  a re  gro up e int c lusters.  T his  figure  s hows  t ha N   ind e pende nt   m ov i ng  ve hi cl es  are  co ns id ered.   They  are  m ov i ng   with  diff e re nt  directi ons The  m axi m u m   range  f or  the  com m un ic at ion is  de fine a s   R ma x Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Th perf or m an ce of the  ve hicular co mmu nic ation - cl us te ri ng  pr oc ess … ( O ma r  Da oud )   59   The  sco pe  of  this  wor will   be  lim i te to  on e - hop  only   that  cou ld  relat the  cl us te hea with  the  m e m ber s.   The  node a re   assum ed  to   be   eq uippe with  the  dep ic te transm it te i Fig ur 2,  w hich  is  adequa te   to     the  LTE   sta nd ard.  T heir  LT E - ba sed   com m un ic at io will   be  th r ough  the   cl us te r   hea d,  wh ic is  c onsi der e   as the c oor din a tor for t he othe r nodes  (i.e.  th e ordi nar node s).           Figure  1. LTE - base d V2V  c om m un ic at ion topolo gy           Figure  2 .  UW B - MB OFDM  t ran sm it te r ' s sch em atic d ia gr a m .       2.1.  Rel at e w ork   The  cl us te rin issue  of  the  M ob il A ho ne tworks  has  be en  exte ns ivel done  in  t he  li te ratur [ 21 ] Diff e re nt  cl us te rin te chn i ques  hav been   f ound  base on   diff e ren ob j e ct ives.  H ow e ve r,   the  sc op of   this   work   will   be   lim it ed  to  cov e the  m ob il it y - at te nt ive  a nd / or   the  l ow  m ai ntenan ce.   The  m ob il it y - base cl us te rin w ork  is  try ing   to   reg r oup  th m ov ing   ve hicle with  res pec to  so m e   sp eci fic  m ob il m et rics,    su c as   the  ex plici relat ive  s peed,  the  direc ti on H oweve r,  tho se  te chn i ques  ha ve  m uch   i m pair m ent  su ch  as  the r i pp le  e ff ec t, the c os t, t he reso urce ef fici ency ap pro pr ia te ness [22 - 25] .     I order  to   ov erco m su c i m pair m ents,  ano t her  re - cl us t erin wor has   bee f ound  in   the  li te ratu re   su c as  the  Distrib uted  D ynam ic   Cl us ter in Al gorith m   (D DC A)   th at   trie t reduce  the  rip ple  eff ect .   Howe ver,  it   br in gs   so m c os on   path  f ind in g.   T his  is  du to  that,   reg ar dless  of   the  hop  distance,     ever m ov in veh ic le   h as  it own  path  t ot her [ 26 ] .   A no t her   pro posit ion  to  incr ease  the   thr oughput  is  base on   re gion  cl ust eri ng   m echani s m each  reg i on   is  li m it ed  to  sp eci fic  nu m ber   of   m ov in no des,   s that     the ch a nnel  c onte ntio ns  c ould  b e a voide d [27].   The wo r of  G un te et . al.  [28 ]  ca m e u wit h t he  idea  of g i vi ng  t he  cl us te r head  the  ro le   of m anag ing   the  com m un ic at ion   of  th i ntra - cl us te r.   T his  is  as  res ult  of   c om batin t he  bur de load  of  the  hi dd e n   te rm inal.  Th us,  the  M AC  la ye will   be   i m pr ove ac cordin gly.  H oweve r,   t his  bri ngs  the   ove rh ea com m un ic at ion s a nd c ou l af fect t he w ho le   com m un ic at ion s sta bili ty   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    51  -   71   60   Accor ding  to  Tresti an  a nd   Mun te a [ 29 ] ,   propositi on   has  bee m a de  in  or der   t en ha nce    the  sta bili ty   of   the  cl us te rin proce ss.  Th us,  ne protoc ol  has  bee st ud ie t m inim iz the  re - cl us te rin issues;  i.e.  l ow  m ai ntenan c cl us te rin g.   This  protoc ol  is  base on   two  c rite ria;   Highest - De gree  an   Lo west - I D.   T his  pro posit ion   w orks  an reduces  the  r e - ass ociat ion   tim es  of   the  cl us te rs  by  tol erati ng     the  cha ng i ng  of  the  cl us te rin hop  in  a g iv en   range.  H ow e ve r,   the re  are som con cer ns   t be  use i real - tim e   V2V  c omm un ic at ion s.     The  lo west - ID - base cl us t erin has  be en  em ph asi zed  in  the  w ork  of   Ge rla  et   al   and    Ma sle kar   et   al .   [ 25,  30 ] w here  the  ID   is  t he  on ly   us e te rm   to  identify   the   cl us te hea d.   I can  be  per i odic al l ob ta ine duri ng  the   broad ca s ti ng   process a nd  the c l us te r   hea updatin proces will   be  s om eho w   s ta ble.  Th us it  w il ta ke  lo ng  ti m to   be  update d,  which w il m inim iz the  m ai nt enan ce   co st  un der   t he  im pairm ent  of  sh ort   li fetim for  the  w ho le   cl us te r.   The r efore,  the  distrib uted  cl us te r ing   al gorithm   is  intro duce under    the  gen e rali zat ion   of  the  lowe st - ID   to  weig ht - base w ork.   T hu s the  weig ht ing   te rm   is   vi ta ro le   fo dea li ng   with the  m ov in g nodes  (vehicl es)  a nd cho os i ng the cl us te r  hea d.     This  opens  r esearch  sc op to  choose  the  best  te chn i qu of   wei gh ti ng  a ssign m ents.  Th eref or e our  work  prese nts  an  a dap ti ve   c luster’s  wei gh t ing   facto r,   whic will   ta ke  i nto   c onside rati on   both  t he  re la ti ve  distance  a nd   the  relat ive  ve locit y.  It  aim s   to  at ta in  the  cl us te rin sta bili ty   in  add it io to  pro pose     the MP - MB OFDM i n o rd e t o re du ce  the c ost  f act or.     2.2.  Pr oposed  clusterin sc h eme   In   orde to  a vo i the  pe na lt ie that  were  fou nd   i th li te ratur e;   su ch  a the  ri pp le   e ff ect ,   m ai ntenan ce   c lusterin cost,   this   cl us te ri ng  w ork   is  bas ed  on  opti m iz i ng  a   cl us te rin w ork   fact or  ( CWF ).    This  is  at ta in ed  t hroug a a da ptive  pa ram et er  to  ch oo s the   crit e rio that   sho uld   be   co ns id ered,     and  to  a rran ge  the  pri ori ti es  am on the   us e par am et ers.   F or  e xam ple,  the  CWF   in  a urba road  is  cal c ulate unde the  assum ption   that  the  rel at ive  distance  has  the   hig hest  pri or it y.  Af te that  the  no de  tha has    the  highest  CWF   will   be  ch os en  as   cl us te head.  The  CWF   is  base on   so m m ob il m et rices  that  cou ld   be   consi der e as  basic  m ob il pa ram et ers;  su ch  as   the   m axi m u m   ran ge,  th locat io a nd  the  relat ive   sp e ed  [26] .   Th us we  ca m ake  m odific at ion   base   on  the   lo we st - ID  cl us te rin al go rithm   by  def i ning  a AWF .     This  AWF   con sist of  two  par ts  t ha li nk   both  the  relat ive  locat io an the  relat ive  sp ee d.   T he n,   the  a ver a ge   degree  of  the   li nk   de pende nc is  de fine by  the   di visio ov e t he  t otal  nu m ber   of  neig hbouri ng  nodes   The follo wing  equ at io c oncl ud e s the  prop ose CWF   as:      = {         0 cos ( ) 0 (     1 ( ( ) 2 + ( ) 2 ) + 2 ( m in   ( , ) m ax   ( , ) ) )     = 1 . .   (1)     w he re  J   is  the  total   nu m ber   of   neig hbori ng  nodes  of   node   i the  m axim u m   ran ge   for    the  com m un ic at ion is  def in ed  as R ma x ( x i , y i ) de picti ng   the  ( x , y )   locat ion  detai ls  for  no de i v i   sta nds  f or     the  vel ocity   for  no de i and   δ k   s ta nd for  AWF (i.e.  the  nee de pri or it fo the  m ob il no des  par am et ers  in     the  scena rios  them sel ves) H ere,  the   su m m at ion   of   t ho s e   AWF   sho uld   e qu a to  1.  θ def in ing   t he  a ng l e     (the  directi on)   betwee the   tw m ov in node s.  Ba sed   on  ( 1),  CWF   cou l be  determ ined  for  al m ov ing   nodes .   Accor dingly t he  head  no de   will   be  sel ect ed  an t he   cl us te rin m ai ntenance   of  each  node   will   be     execu te c onti nuously .   Figure  3,   descri bes  the  proces of   sel ect ing   t he  cl us te r   hea d; H i a m on set of   neig hbori ng   m ov in nodes   f or nod e   i nam el N i . CWF is  co ns ide red  as   the   m ai facto t ha play a vital  r ole   in   assig ning  t he   cl us te r   head.  The n,   t he   insp ect io pr ocess  dep e nd  on  the  num ber   of  neig hbori ng  nodes;  if  the  ne ighborin no de   j   has  lowe CWF the th sta tus   w ou l be   ch ecke w hethe it   is  m e m ber   of  cl ust er  i.  I it   is  t ru e it   c ou l be   declare that  t he  cl us te he ad   is  the  no de  i Othe rw ise ,   if  t he  CWF   of   node   j   is   higher   tha th one  of  node  i ,   the  sta tus  of   node  j   is  con sid ered   as  the  cl ust er  head if  it   is  true,   it   wo ul be  an nounce as  cl us te head,   el se, no de  will  b e as ke to  jo in the cl us te r  wi th  H j .   The  sc op of   t his  w ork  is  li m it ed  to  app ly   the  propose cl us te rin te ch nique  un der   th scenari of  strai gh r oad.  I this  scena rio the  ro le   of  th cl us te hea is  kep uncha nged T his  m ea ns   that  t he  fr e qu e nt   up datin of   t he   cl us te hea is  reduce d.   A ccordin gly,  th res ulted  ov e rh ea from   chan gi ng  the  cl ust er  is  reduce d;  there fore,  t he  sta bi li ty   of   the  cl us te st ru ct ur e   is  at ta ined.   This  will   le ad  to  m od ific at ion  of     the  pro po se  i ( 3)  to   chec the   nee f or  updatin t he   c luster  hea d.  A   th reshold   that   co uld  op ti m ize     the  cl us te hea c ha ng i ng  cri te rion  is  def i ne as T he  f ollow i ng  e qu at io def i nes  t he  der i ved  ne w      factor f or tw o nodes  as:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Th perf or m an ce of the  ve hicular co mmu nic ation - cl us te ri ng  pr oc ess … ( O ma r  Da oud )   61     = {     0  ( ) 0 1 ( ( ) 2 + ( ) 2 ) + 2 (    ( , )    ( , ) ) . .   (2)     w he re    is t he  cl us te rin g weig ht ing   factor b et ween t he  t wo nod e s      .   Figure  4,   sho w the  pro po se cl us te rin m ain te na nce  to   lo wer   t he  resu lt e ov e rhead  fro m   ch ang in cl us te hea d.   This  proc ess  sta rts  with  se par at nodes  that  are  not  belo ng i ng   t def in ed  cl ust er.     Be fore  gro up i ng   th os nodes the  cl us te he ad  was  ch os e on   the  ba sis  of  the  process  t hat  was  ex hib i te in  Figure  3.   Af te r   that,  the  or di na ry  nodes  s ta rt  send in j oi nt   req uest  to  f orm   a   cl us te r.   Then   the  cl us te r   head  would  distri bute   the  res ource to  the   or din a ry  node insi de   their  cl us te r.  At  the  final  sta ge,   dynam ic al l and  rep et it ively or din a ry  no des  would  cal culat their  this  fac tor  will   be  co m par ed  with   th thres holds     in  order t o kee t he  cl ust erin g m ai ntenan ce  process.           Figure  3. Sele c ti ng  the  cluste r  h ea d flo wch a r t             Figure  4. Cl us t erin m ai ntenan ce  process  f lo wch a rt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    51  -   71   62   3.   LTE - BASED   V2V CO M M UN I C ATIO N S PER FO RMANCE E NHA NC E MENT   The  pe rfor m ance  of  the  propose cl us te r ing   te ch nique   has  been   si m ula te and   com par ed  to     the  w ork  of  Tr est ia and   M unte an a nd   Ger l et   al .   [ 25 29 - 3 0 ] This  c omparis on   c onta ins  the  ef fect  of  both     the  m axi m u m   sp ee and   the  com m un ic at ion ra ng f or  li fetim e   on   the   cl us te r’ hea d.  The  sim ulati on   has  been  lim it ed  t tw o - la nes  c r os ro a d,   m axim u m   sp eed   up  to  20  km /h,  a nd   a   com m un ic at ion ’s  r ang   up  to   50   km Figure  5   (a de picts  the   ef fe ct   of  the   ve hic le   sp ee on  th li fe  ti m of   t he  cl us te hea d.   It  is   cl early   sh ow that  an  i nv e r se  pro portio na relat ion s hip   i draw betwe en  the  li feti m e   cl us te r' hea an   the  m axi m u m   sp ee d;  the  fast er  the   m ov ing  nodes   the  m ore  the  cl us te w ou l resu lt   i i ns ta bili t y.  Mor eov e r,  ano t her   m et ric ’s  eff ect   ha be en  chec ke in   Figure  5   ( b) the  com m un ic at ion ’s  range  f r om   dep ic te resu lt s,   our  pro posed   work  has  e xtr sta bili ty   ov e the   lo west - I DCA   w ork   [ 25,  29 - 3 0 ] .   This  is  beca use   our   pro po se d w ork  h as  b ee n b uilt  b ase d on   the a dap ti ve  p a ram e te r  .           Figure  5 Cl us t er' s h ead  av e ra ge  li feti m e v ersu s :   ( a) m axi m um  sp eed ,   ( b)  com m un ic at ion ’s  r a nge       Anothe m et ric  has   bee i nvol ved  in   this   pe rfor m ance  te st  and  de pic te in   Fig ur e   6;  cl us te rin g   m ai ntenan ce  a ver a ge  ti m e.  It   has  bee c hos en  due  to  t he  fact  that  it   has  direct  im pa ct   on   the  c os factor    as  res ult  of  r e - cl us te ri ng.  A no t her   posit ive   res po ns has  been  draw from   the  dep ic te re su lt in  Figure   for  t he  pro po se wor ver s us  the  work  of  Tr est ia an Mu ntean   [ 29 ]   a nd  Ger la   et   al .   [ 25 ] It  is  cl ea rly   s how that  the  cl us te r’ head   re - a tt aching   ti m e   has  bee re du ced,  w hic is  relat ed  to  th adequ at enes for     the  ch os e n    val ues;  i.e.   the   use weig ht  fact or  f or  the  giv e sce nar i o.  Thi co nclusi on  w il be  exam ined   in  detai in  fu ture  w ork sinc there  is  diff ere nce  in  the  us e scena rios  su ch  as  urba transpo rt,  highway s ,     or eve a  sub urban.           Figure  6 Cl us t erin m ai ntenan ce a ver a ge  ti m e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Th perf or m an ce of the  ve hicular co mmu nic ation - cl us te ri ng  pr oc ess … ( O ma r  Da oud )   63   3.1.    Perf orm ance  enh an ce m ent  b as e d mul ti - p ara ll el  pr oc essing   In   this  s ub sec ti on the  pe rfo rm ance  of   the   propose cl ust ering   te ch ni que  has  been   i nv e sti gated  thr ough  the  da ta   rate  and   co m m un ic at ion sp ee d.   The   i de of   m ulti - par al le pr ocessin has  been   im po s e d.   This  e nh a nce m ent;  m ulti - par al le proc essing  recl ust ering  te ch niq ue   f or  the   m ult iband  OFDM     (MP - RC - MB O FD M);  is  cl ea rly   dep ic te i Fig ure  7.  I this  syst em ,   the  transm issi on   s pee w ould  be  enh a nce by   K   fact or  w hile  re duci ng  t he   ge ne rati on  c om plexit to  1 wh e re   K   is   th total   num ber   of    the  OFDM  ge ner at io sta ge s This  m eans  that  r oo m   of  deali ng   with  K - OFDM  sig na ls  at   the  sa m tim e   durati on  with out  any  extra  ca lc ulati on   tim i create ( i.e r econst ru ct in g/r egen e rati ng  K - OFDM  sign al s   with   processi ng   ti m equ al the  proces sin tim e   of   one  OF D sign al ).   T he refor e the  spe ct ru m   l i m i ta tio ns   for   com m un ic at ion  am on g t he c lusters ’ head  th rou gh the L TE  syst e m s h ave  be en  m it igate d.           Figure  7 The   p r opos e MP - RC - MB OF DM   t ran sm it te r ' s sch em at ic  d ia gr a m       In   this  par t,  the  sim ulatio par am et ers  ha ve  bee li m i te to  the  E CM A - 36 s pe ci ficat ion s,     wh e re  the  U WB  te chn i qu e   us ually   al locat es  the  sp ect r um   into  14   di ff e ren sub - ba nd eac of  528  MH z   band width   [ 8],   an zer o - pa dd e guar int erv al   has  bee i m po sed  with  0.25  durati on  of   t he  OFDM  sy m bo durati on,  i.e 60.61 ns The   TFC  ho pp i ng  ought  to   be   co nf irm ed  w it 15. 6%  of  the  gu a r in te rv al .   Fu rt her m or e,  t he  use U WB  channel  is  ba s ed  on  [ 3 1 3 2 ] .   Furtherm or e,  the  m od ulati on  te chn i qu is  li m it ed   to 16 - am plit ud e phase s hift  ke yi ng   (16 - APS K)   [ 3 3 3 4 ].   T he  idea  of   t he   OFDM  syst e m was   pro pose by  Cha ng  [ 15 ] i ord er  to  al lo hi gh   data  rates   (p a rall el     low  bit  rate  cha nne ls)  tran sm issi o at   the  syst e m 's  com plexit of   ×  2 ( ) T his  w ould  give   the  pr i vilege  of  fu lfil li ng  the  need e hi gh - s peed   data  requ irem ents  and   ov erc om ing   the  al locat ed  sp ect ru m ' s   lim it at ion s.  Th is  will   al so   al low  al m ov in veh ic le (no de s)  to  c omm un ic at at   the  sam tim with  the  he ad   node.   T he n,  the  head   nodes  would  com m un ic ate  with  each   oth er  th r ough   the  L TE   syst e m .     Fu rt her m or e,   f or  bette r   pe rfor m ance  en ha ncem ent,  the  MP - RC - MB O FD syst em   has  bee pro pose t ov e rc om e the h ead  no des  s pe ct ru m  lim it a ti on s.    MB OF DM  si gn al   ca be   expresse as  sh ow in  (3).  The  tra ns m itted  data  is  di vid ed  i nto    - gro ups,  eac of   wh ic ha - sym bo ls  with  an  ave rage  transm itt ed  energy  of    bef ore  ente ri ng     the  - point I FF T stage.     ( ) = ( ) × ( 2   + ) 1 = 0   (3)     w he re   n   has   va lues  betwee an - 1,   sta nds   f or  the   f reque ncy  offset.  As   res ult,  a   pr oblem   cou ld   aris du t the  su m m at ion   of   in - phase  sig nals  as   found  in  [ 9].   This  pro blem   c an  be  e xpresse as  in  ( 4)   a nd   den te by the  pea k - to - aver a ge p ow e r rat io (PA PR):      =   × (   = 0 , . .  1 | ( ) | 2 ) | ( ) | 2  1 = 0   (4)     At  the  receive r   side  an after  the  assum ption  of   perfect   sy nc hro nizat ion t he  receiv ed  si gnal   from   k   path wit h     gai n coe ff ic ie nt a nd a  ̂   noise  sam ple of t he  M th - gro up is ex pres sed  as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    51  -   71   64   ( ) = ( ) ( ) 1 = 0 × ( 2   ) + ̂ ( )   (5)     16 - po i nts  am pl it ud ph ase   sh i ft  keyi ng  ( 16 - AP S K)  has   be en  us ed   as  m odulato an a   dem od ulato r   in  the   tran sm i tt ing   a nd  recei ving  sta ges,   re sp ect ively .   Ma ny  di ff e ren 16 - AP S c onst el la ti on ha ve   bee fou nd   i the  li te ratur [ 3 3 3 4 ] This  pa per  is  lim it ed  to  (4 + 12) - APSK   in  orde to  of   reduce  the   av erag e   powe r.   This  will   br ing   a enh a ncem ent  fo re duci ng  th PA PR.  F ur t her m or e,  the  aver a ge  pow er   cou ld    be  easi ly   li nk ed  to  the  inn e and   the  rad ii   of  the  oute rin gs r 1   and   r 2   res pe ct ively In   order   to  c hoos the  best     fit  of   r 1   and   r and   thei eff ect   on  the  OFDM  syst em ’s  per fo rm ance,  an  opti m iz at ion   proces sh ould     be  ap plied.  T her e fore,  t her e   sh ould  be  diff e ren in put  back - off  ( IBO val ues  ta ke into  co ns i derat ion s;     this is cl early  presente in  Fig ur e  8.             Figure  8 UWB - base d APS K  p e rfor m ance (a)  t he  ef fect o f t he  A PS ri ng s r a dii rati o o n t he  P AP R   (b)  t he  r i ng s  r a dii rati o value s  r el at ed  t the  IB va lues       As  m entioned  earli er,  the  sp ect r um   lim it a ti on f or   the  c omm un ic at ion   a m on the  cl us te rs ’  hea thr ough  the  L TE  syst e m sh ou l be  m itigated.  Th us,  MP - RC - MB OFD is  pr opose d.  In   t his  pro posit ion ,     we  are  keen   t chec the  e f fici ency  of   t he   propose w or base on   t w facto rs;  the  need e power  and     the  al lowa ble  data  rate.  T hus,  an oth e pa ra m et er  was  involve in  this  s i m ulati on it   is   denoted  by     an   it  check the  ef fect  of   tra ns m i tt ed  power   t the  capaci ty   of   the  U W B - base syst em s.  The  EE  factor   is  cl early   def i ned  in  (6),  w her EE ( n )   is  the  ene r gy  eff ic ie ncy  of  the  n - th   car rier  ( ) ,   sta nd f or   t he  c on s um ed  powe by  the   ci rcu it th tra ns m itted  ene rgy   is  de fine by   ( ) the   recei ve e nergy  is  de fine by  ( ) ,     the n - th   cha nn el ' s g ai facto r;   | ( ) | 2   re pr ese nts th e noise  den sit y d ur i ng the tr an sm issi on   per io d of  .      ( ) =  2 ( ( ( )  × | ( ) | 2 ) )  1 = 0  ( ) + ( ) + ( )   (6)     Figure  9   (a)   dep ic ts  the  re la ti on sh i bet ween   t he  spe ct ral  ef fici enc in  bp s pHz  and   t he  EE   Fr om   th os e   cu rv es a   directi on al   relat io nsh ip  betwee th s pectral  e f fi ci ency  a nd  the   data   r at es  has   be en   extracte d.  F or  exam ple,  ta ken  from   Figure   at   - 6d EE s pe ct ral  ef fici e nc increase at   rati of  12%  wh e the  data  rate  ha inc rease f r om   M bps  t M bps.   F ro m   the  der i ved  EE   f or m ula  in   (6) it   is   obvious   t hat  in     Figure   9   (b)   the   relat io ns hi betwee t he   sp eci fic   data   r at of   the   O F DM  si gn al   a nd   the   EE   is  di rectl pro portion al .   As   res ult,  a   tra de - of f   bet ween  t he  s pe ct ral  ef fici enc an the   EE   m us be   ta ke i nto   consi der at io n i n order  to  m anag e the  UWB - MB OF DM  syst e m s capacit y   Fu rt her   e nha nc e m ent  ste has   been  ta ke in to  co ns ide rati on  by  i nvolv i ng  the  wa velet   f un ct io ns   i the  rec onstr uction  sta ge.  T his  ste is   us e t diff e re ntiat the  pa rall e tra ns m issi on   f rom   diff eren cl us te r s   head.  14  Da ubechies  wa velet ba by  functi ons  ( db1,  db 2,   db3,  db 4,   db5,  db7,   db10,  db13,  db20,  db25,   db30 ,   db35,  db40,  db45 ha ve  bee us e in  t his   work.  T he  sc op of  this  w ork  is  lim it ed  to  Da ub ec hies   du t   the  ch oi ce  of  dif fer e nt  va nish i ng  m o m e nts  in   w hich   they   trace  t he  natu re  of  the  us e sig nal.  At     the  deco m po sit ion   sta ge,   the  c om ple m entary  cum ulati ve  distribu ti on  f un ct i on   (CC DF)  curves  ha ve  bee us e to  disti ng uish   a m on the 14 d iffe ren t wa velet   aby  f unct io ns t he  on e   with   the  lo west  CC D val ue  is  the   be tt e r   in  the   dec om po sit ion  sta ge I order  to   ch oose  t he  best  C CDF  c urves t wo  m ai facto rs  hav e   be en   de fine d;    the  wa velet   de com po sit ion   le vel  an the p er form ance  disti nguis hing  crit eria.  I this  w or k,   the  m axi m um   us ed  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l         Th perf or m an ce of the  ve hicular co mmu nic ation - cl us te ri ng  pr oc ess … ( O ma r  Da oud )   65   deco m po sit io le vel  is  set  to  be  ei ght,  w hile  ei gh t   perform ance  crit eria  have  been   i nclu ded   i   the d ist in guishi ng stage:   -   The  s um  o t he  ab s olu te   dif fere nce  betwee t he reco ns tr ucte d OF DM sig na ls,   -   The  m axi m u m   abso l ute  val ue   of   th sam ple  diff e ren ces .   The  rec onstr uc te sig nals  ha ve  bee ta ke directl y from  t he reco ns tr ucte str uctu re,   -   The  m axi m u m   abso l ute  val ue   of   th sam ple  diff e ren ces .   The  rec onstr uc te sig nals  ha ve  bee ta ke directl y from  each reco ns tr uct ed  si gn al  se pa r at el y,    -   The  c orrelat ion m a tri bet wee the  r ec onstr uc te an t he o bse rv e d OF DM  sign al s,   -   The  si gn al  t o n oise r at io ,   -   The  m ean squa red er ror bet we en  the  r ec onstr ucted  a nd th obser ve d OF D M si gn al s ,   -   The pea sig na l t noise   rati o,   -   The rel at ive er ror.             Figure  9 The   e ff ic ie ncy  of the  cons um ed  e ne rg y :     (a)   sp ect ral  ef fici ency with  res pect to  EE ,   ( b)  d at a rates  relat ion s hi wit E E       Th us each  cl ust er  head   tra nsm itti ng   sign al   thr ough  the  LTE  syst e m   is  pr oces sed  f or   ei gh hu ndred  and  nin et si ti m es  ( 14 ( wavel et   baby   f un cti ons ) × 8 (     ) × 8 (       ) ).  Accor dingly , th e b est - dec ompo s ed  sig nal wi th the lo west CC DF  v al ue s w il l be ch os e n t be  proces se duri ng  the  U WB  ch a nn el .   Fig ur 10  de picts  the  CC DF   m easur e m ents  for  di f fe re nt  proce sse pe rfo rm ance  crit eria  com par ed  t th e original  one.   Figure 1 sho ws  a noti ceable   en han cem ent  of  the  si gn al s'   pro bab il it that  exceede ce rtai thre sho l dB  values Th dep ic te res ults  in  Figure   10   s how  that   the  SoD  m e t hod  gi ves  the   best  CC DF   curve .   Fu rt her m or e,  t dif fer e ntiat tho se  c rite ria,  ano t her   te st  w as  done  in  ord er  to  ch oose  th best  one  that   giv es   the  best  CC D val ues  am on the  869  te st  sign al s.   T he se  res ults  ha ve  been  su m m arized  in  Ta ble  1.   Fr om   the  dep i ct ed  resu lt in  Table  1,   the   be st  value  f or   the  Su m   of   Dif fer e nce  (So D)   perform ance  crit erion  would be  by u s ing  the  db 40  a nd   7 dec om po sing  lev el s.  T his step  will  h el p i dec om po sin the m ov in g n od e s   transm itted sig nal b y c hoosi ng the  b e st o th e b est s.     Fr om   the  il lustrate resu lt in   bo t Fi gure  10  a nd   Table  1,  the  be st  scena rio  for  the  dec om po sit io process  would  be  the  SoD  at   le vel  and   usi ng   db40.  A da ptively this  pro posit ion   is  capab le   of  pr oc essing    huge  nu m ber  of   ge ner at e OFDM  sig nals  at   the  sam tim e.  Fu rt her m or e,  this  wo r gi ves  posit ive  i m pact  on   the  abili ty   to  increase  the  syst e m' data  rates.   This  br in gs  the  Qo e nh a ncem ent  withou t     the s pectru m  li m it a ti on s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   1693 - 6930   TELK OMN IKA   Tel ec omm u n   C om pu t El  Con t ro l V ol.  18 ,  No.  1 Fe bruary  2 02 0:    51  -   71   66       Figure  10 .   OFDM Dec om po s it ion  b a sed  on t he best  perfor m ance cr it er io a nd the  dec om po sit ion  leve l       Table  1.  T he   be st perf or m ance cr it eria  value  for   dec om po sit ion   pur po se s   Metho d   The Bes t Values   The Level   The Wav elet  Ty p e   The Value   So D   7   db40   6 0 .31   SNR   7   db40   1 1 .96 7   Co m p r ess io n  Ratio   8   db10   6 8 .21 %   PSNR   7   db40   2 3 .04 6   No r m   7   db40   0 .25 2   Max. Abs .   7   db35   0 .68   MSE   7   db40   0 .06 3   Co rr elatio n   7   db40   0 .96 8       4.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS     In   orde to   ch eck  the   pro pos ed  work  pe rfo rm ance,  fe de ral  Com m un ic at ion C omm i ssion  (F CC base si m ulatio was  pe rform ed.   In   this  c onte st,  the  f ollo wing  facto rs  ha ve  bee ta ke n   into  consi de ra ti on   in  order  to  c hec the  validit of   our  pro po sit io ns na m ely  the  CC DF   c urves ,   the  BER   c urv es  an t he  qu al it of  the tra ns m itted d at a.  The  syst e m ' s p aram et ers  ha ve bee li m it ed  and   set  to:   -   128 OF DM s ubcar rier  ( 10 0 d at a subcar riers,  12 pil o ts,  10  guar ds)   -   242.4 2 ns, sy m bo l i nter val   -   4.125 M Hz, su bcarrie r fre que ncy s pacin g   -   2/3  c odin g rate   -   16 - A PS m odulati on  tec hniq ue    -   CM an CM U W B  ch a nn el s   a.   0.023 3,   0.0 667 cl us te a rr i val  rate ( per ns),  r e sp ect ively   b.   2.5, 2.1  ray ar r ival rate   (p e r n s ),   res pect ively   c.   (3.5,  3.4 dB)  ( σ 1 ,   σ 2 , res pecti vely )   d.   LOS ,   N LO S,   r especti vely   -   Tw la nes  cr ossroa d,    -   node spee d 1 0 - 25 k m /h,    -   Com m un ic at io n’ range  up  to  50   km   in  te rm s   of   the  cl us te r’ hea li fe  tim and   the  cl us te ri ng  m ai ntenan ce a ver a ge  ti m e.   -   Ti m e o c ha ng i ng the  he a e qual 2   s.   -   eN od eB   co ve ra ge of  7   km   Figure  11  de picts  the  perf or m ance  of  t he  propose MP - RC - MB O FD M.  It  use s   cl us te ri ng  te chn iq ue   base on   and   V 2V  com m un ic at ion (I E EE  802.11p  sta ndar ba sed)  th rou gh  LTE  syst em s.    It is d i vid e int f our   sect io ns;  secti on   (a) de picts t he pr oba bili ty  o the  P AP R t hat e xce eds  ce rtai th re sh ol ds .   This  pe rfor m ance  te rm   is  in vestigat ed  to  c heck   the  validi ty   of   send i ng   huge  data  rate  ov e the  co nne ct ion s.  Sect ion ( b - to - d),  the  cum ulati ve  distribu ti on   f unct io h as  been   in vest igate acco rd i ng   to  the  cl ust ering  crit eria.  Th us,   three  m or di ff ere nt  m et ric ha ve  bee i nvolv e d;  nam el y,  cl us te he ad  du rati on,  c luster   m e m ber  dur at i on and cl us te r head  ch a nge  ra te .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.