I n t e r n at ion al  Jou r n al   of   E lec t r ical  an d   Com p u t e r   E n gin e e r in g  ( I JE CE )   Vol.   11 ,   No.   3 ,  J une   2021 ,   pp.   2165~2177   I S S N:  2088 - 8708 ,  DO I :  10 . 11591/ ij e c e . v11 i 3 . pp2 165 - 2177             2165       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // ij e c e . iaes c or e . c om   A  h e t e r oge n e o u s sh or t - ra n g e   c om m u n ic a t io n   p la t f o r m  f o r   I n t e r n e t  of   V e h ic le s       Nas e r   Z ae r i     Facu l t y   o f  C o mp u t er  St u d i es ,   A ra b   O p en   U n i v ers i t y ,   K u w ai t       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived   Apr   29,   2020   R e vis e d  S e p  13 ,   2020   Ac c e pted  Oc t   11 ,   2020       T h e  au t o m o t i v e  i n d u s t r y   i s   rap i d l y   accel era t i n g   t o w ard   t h e  d e v el o p me n t   o f   i n n o v at i v e  i n d u s t ry   ap p l i cat i o n s   t h at   feat u re  man ag e men t   cap a b i l i t i e s   fo r   d at a  a n d   a p p l i ca t i o n s   al i k e  i n   car s .   In   t h i s   re g ard ,   mo r e  i n t ern e t   o f  v eh i cl e s   s o l u t i o n s   are  emerg i n g   t h ro u g h   ad v an ceme n t s   o f  v ari o u s   w i rel e s s   me d i u m   acces s - c o n t ro l   t ech n o l o g i es   an d   t h e  i n t er n et   o f  t h i n g s .   In   t h e  p res e n t   w o r k ,   w e  d e v el o p   a  s h o rt - ra n g e  c o mmu n i ca t i o n – b a s ed   v eh i cu l ar  s y s t em  t o   s u p p o r t   v eh i cl e  c o mmu n i ca t i o n   a n d   rem o t e  car  c o n t ro l .   W e   p res e n t   a  c o mb i n e d   h ard w are  an d   s o f t w are  t e s t b ed   t h at   i s   cap a b l e  o f  co n t ro l l i n g   a  v eh i c l e’s   s t art - u p ,   o p era t i o n   an d   s ev era l   rel at e d   fu n c t i o n a l i t i e s   co v e ri n g   v ari o u s   v e h i c l e   met ri c  d at a.   T h e  t es t b e d   i s   b u i l t   fr o m  t w o   m i cr o co n t ro l l ers ,   A r d u i n o   an d   Ras p b erry   Pi   3 ,   each   o f  w h i ch   i n d i v i d u al l y   co n t r o l s   cert ai n   fu n ct i o n s   t o   i mp r o v e  t h e  o v era l l   v e h i c l e  co n t ro l .   T h e  i m p l emen t a t i o n   o f  t h e   h et er o g e n eo u s   c o mmu n i ca t i o n   m o d u l e  i s   b a s ed   o n   t h e  IE E E   8 0 2 . 1 1   an d   IE E E   8 0 2 . 1 5   med i u m  acces s   co n t r o l   t ec h n o l o g i es .   Fu rt h er,   a  co n t ro l   mo d u l e   o n   a   s mart p h o n e  w as   d es i g n ed   an d   i m p l eme n t e d   fo r  effi ci e n t   man ag eme n t .   Mo reo v er,   w e  s t u d y   t h e  s y s t em   co n n ec t i v i t y   p erfo r man ce  b y   mea s u r i n g   v ari o u s   i mp o rt a n t   p arame t ers   i n c l u d i n g   t h e  co v era g e  d i s t a n ce,   s i g n a l   s t re n g t h ,   d o w n l o ad   s p eed   a n d   l at e n cy .   T h i s   s t u d y   co v ers   t h e  u s e  o f  t h i s   t ech n o l o g y   s e t u p   i n   d i ffere n t   g eo g rap h i ca l   areas   o v er  v a ri o u s   t i me  s p an s .   K e y w o r d s :   B luetooth   I nter ne t  of   ve hicle s   S e ns or s   S hor t - r a nge   c omm unica ti on   Wi - F i  c onne c ti vit y  pe r f or manc e   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   Na s e r   Z a e r i   F a c ult y  of   C omput e r   S tudi e s   Ar a b  Ope n  Unive r s it y,   P . O .   B ox  830   Ar diya ,   9240 0,   Kuw a it   E mail:   n . z a e r i@ao u. e du. kw       1.   I NT RODU C T I ON     R e c e ntl y,   the   int e r ne t  o f   ve hicle s   ( I oV)   ha s   a tt r a c ted  r e s e a r c he r s   a nd   e nginee r s   in   the   ve hicle   indus tr y  a nd  manu f a c tur ing.   I t   is   a im e d   to   be   a n  im por tant   c omponent  o f   the   f o r thcoming  in telli ge nt  tr a ns por tation  s ys tem  a r c hit e c tur e   that   f a c il it a tes   s e ve r a l  f unc ti ons   e xpe c ted  to  take   plac e   by   the  dr iver   in   s uc h  a   manne r   that   it   e xtends   the   dr iver ’ s   a bil it y   to  us e   on - boa r d   de vice s   ( e . g . ,   r a da r   or   s e ns or s )   a nd,   thus ,   im pr ove   r oa d  t r a f f ic   s a f e ty   a nd  e f f icie nc y  [ 1] .   Ve hicle   tele met r y  a nd   metr ic  da ta   c a n  inclu de   thos e   c onc e r ning  or   f r om   the   global  pos it ioni ng   s ys tem  ( GPS ) ,   ve hicle   ope r a ti ons ,   e ngine   pe r f or manc e   a nd  the   e ngine  c ontr ol  s ys tem.   T he   e ngine  c ontr ol  s ys tem  in  pa r ti c ular   c a n  e xhibi t  the  a bil it y  t o  diagnos e ,   r e c or d,   moni tor ,   c ontr ol   a nd  or   opti mi s e   e ngine  pe r f or man c e   [ 2] .   Ac tually,   the   I oV   e nc ompas s e s   two  main   tec h nology  dir e c ti ons   [ 3 ] ,   ve hicle s ’   ne twor k ing   a nd  ve hicle s ’   int e ll igenc e .   Ve hicle   ne twor king   is   a   ter m  us e d  to   de f ine   a   c onne c ted  ve hicle   int e r c ha nging  e lec tr onic  da ta  a nd  p r ovidi ng  s uc h  in f or mation   s e r vice s   a s   loca ti on - ba s e d  inf or mation   s e r vice s ,   r e mot e   diagnos ti c s ,   on - de mand  na vigation  a nd  a udiovi s ua l  e nter tainment  c ontent.   On   the  other   ha nd,   ve hicle s ’   int e ll igenc e   s e e ks   to  in tegr a te  the   d r iver ’ s   tec hnologi c a l  s kil ls   a nd   the   ve hicle ’ s   c a pa bil it ies   togethe r   a s   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   11 ,   No.   3 ,  J une   2021  :    2165   -   2177   2166   s ingl e   unit .   T his   is   a c c ompl is he d  by  p r opos ing  a dva nc e d  c onc e pts   s uc h  a s   de e p  lea r ning,   a nd  c ognit ive  c omput ing.   I n   other   wor ds ,   I oV  is   a n  ope n  a nd  int e gr a ted  ne twor k  s ys tem  with  hig h  mana ge a bil it y,   c ontr oll a bil it y   a nd  ope r a ti ona li s a ti on   that   c a n  invo lve  mul ti ple   us e r s ,   mul ti ple   ve hicle s ,   mul ti ple  c o mponents   a nd  mul ti ple  ne twor ks   [ 4] .     I n  thi s   wor k ,   we   pr e s e nt  a   c ombi ne d   ha r dwa r e   a n d  s of twa r e   tes tbed  that  is   c a pa ble  of   c ont r oll ing  a   v e hicle ’ s   s tar t - up,   windows   c ontr ol  a nd  door   s e c ur it y  lock  c a pa c it ies   a nd  s e ve r a l  r e late d  f unc ti ona li ti e s   c ove r ing  va r ious   ve hicle   metr ic   da ta.   T he   tes tb e d  is   bu il t   f r o m  two  mi c r oc ontr oll e r s ,   A r duino   [ 5 ]   a nd  R a s pbe r r y  P i  3   [ 6] ,   e a c h  of   whic h  c ontr o ls   c e r t a i n  f unc ti ons   to   e nha nc e   the  ove r a ll   pe r f or manc e   of   the  ve hicle '  s ys tem.   M e a nwhile,   both  the  c ontr ol ler s   a nd  the  a s s oc iate d  f unc ti ons   a r e   c ontr oll e d  a nd   dr i ve n  by  a   wir e les s   c omm unica ti on  s ys tem  us ing  two  di f f e r e nt  tec hnologi e s :  W i - F i   [ 7]   a nd   B luetooth   [ 8] .   F ur ther ,   the   pr opos e d  tes tbed  is   e quipped  with   a   c omput e r - c ontr oll e d  c e ntr e   c ons ole,   a ll owing   it   to   wa r n   of   ha z a r ds   in  r oa d  tr a f f ic  a nd   e na ble  the  d r iver   to  be tt e r   mana ge   s e ve r a l  int e r - ve hicle   f unc ti ons   r a nging   f r o m  mus ic  to  na vigation  a nd   c li mate   s ys tems   us ing  a   s mar tphon e .   M or e ove r ,   we   he r e in   pr e s e nt   a   de tailed   s tudy   of   the   W i - F i  tr a ns mi s s ion  a nd  c onne c ti vit y  pe r f or manc e   of   t he   pr opos e d  s ys tem.   T his   inves ti ga ti on  c ove r s   the  s ys tem’ s   de ploym e nt  in  di f f e r e nt   ge ogr a phica l  a r e a s   ove r   va r ious   ti me  s pa ns ,   whe r e   we   mea s ur e   va r ious   i mpor tant  f a c tor s   a nd  pa r a mete r s   that   a r e   vit a l  to   a c c u r a tely  a s s e s s ing  the  pe r f or manc e   of   s uc h  a   wir e les s   c omm unica ti on  s ys tem.   T he s e   pa r a mete r s   includ e   the  c ove r a ge   dis tanc e ,   s ignal  s tr e ngth ,   downloa d  s pe e d,   a nd  late nc y.     T he   r e s t  o f   thi s   pa pe r   is   or ga nis e d  a s   f oll ows .   R e la te d  wor k  is   b r ief ly   dis c us s e d  in  s e c ti on  2.   S e c ti on  3  c ove r s   the   wir e les s   medium   a c c e s s   c ontr ol  tec hn ologi e s .   S e c ti on   4   dis c us s e s   the  e volut ion   of   W i - F i  a nd   it s   e f f e c ts   on  the  I oV.   T he   p r opos e d  s ys tem  a r c hit e c tur e   is   pr ovided  in  s e c ti on  5 .   T he   e xpe r im e ntal  r e s ult s   a r e   pr e s e nted  a nd  dis c us s e d  in  s e c ti on  6.   F inally,   the  p a pe r   is   br ought   to  a   c onc lus ion  in   s e c ti on  7.       2.   RE L AT E D  WORK   S ha okun  e t  a l.   [ 9 ]   s tudi e d   the  AR M 9 - s tr uc tur e d  pr oc e s s or   a nd  e mbedde d  L inux   s ys tem  a s   mea ns   to   dr ive  im pr ove ments   in   the  ve r s a ti li ty  a nd   r e a l - ti me  c a pa c it y  of   a   wi r e les s   r e mot e - c ontr ol  c a r .   T h e   s ys tem  c oll e c ted  da ta  us ing  s e ns or s   a nd  tr a n s mi tt e d  them  to  a   P C   c ons ole  a nd  the  a uthor s   de mon s tr a te d  that  the  s ys tem  c a n  a c c ompl is h  mul t ipl e   tas k s   unde r   s a f e gua r ds   in  a   ti mely  f a s hion.   L iu  e t  al.   [ 10]   p r opos e d  a dopti ng  ve hicle   c omm unica ti on  methods   to   im pr ove   s a f e t y  by   wa y  o f   wir e les s   da ta  e xc ha nge .   T he   c omm u nica ti on  s tr uc tur e   is   ba s e d  on  a   mes s a ge   be ing  s e nt  that  c a n  be   de r ived   us ing  non – ve hicle - ba s e d  tec hnologi e s   s uc h  a s   GPS   to  identi f y  the   loca ti on  a nd  s pe e d  of   a   ve hic le  or   by   e mpl oying  ve hicle - ba s e d  s e ns or   da ta  whe r e in  the  loca ti on  a nd  s pe e d  da ta  a r e   de r ived  f r om  the  ve hicle ’ s   c omput e r   a nd  c ombi ne d  with  other   da ta  s uc h  a s   latit ude ,   long it ude   or   a ngle   to   pr oduc e   a   r iche r ,   mor e   de tailed   s it ua ti ona l   a wa r e ne s s   of   the  pos it i oning  of   other   ve hicle s .   T o  e nha nc e   the  pe r f or manc e   of   ve hicle   c omm unica ti on,   a   ne w  va r iation   of   wi r e les s   a c c e s s   in  the  ve hicula r   e nvir onment   ha s   be e n  de ve loped   [ 1 1]   that   is   c a pa ble  of   s uppor ti ng   a   r a nge   o f   a ppli c a ti ons   a nd   s e r vice s   be longi ng  to  int e ll igent  tr a ns por tation  s y s tems .   Z he ng  e t  al.   [ 12]   us e d  long - r a nge   W i - F i  that  c a n  pr ovide  im pr ove d  r a dio  c ove r a ge   of   up  to  mor e   th a n  1  km  a s   c ompar e d  with  other   r e late d  opti ons .   F a ngc hun  e t  al.   [ 3]   dis c us s e d  the  mobi li ty   c ons tr a int s   r e lat e d  to  ve hicula r   ne twor ks ,   whe r e   the   number   of   c onne c ted  ve hicle s   is   a   major   is s ue   in  thi s   r e ga r d.   S e ve r a l  c ha r a c ter is ti c s   of   lar ge   c it ies ,   s uc h  a s   tr a f f ic  jams ,   tall   buil dings ,   poor   be ha viour   by  d r ive r s   a nd  c ompl e x  r oa d  ne twor ks ,   f ur ther   c ompl ica te  thi s   matter .   Al s o,   Yua n  e t  al.   [ 13]   e va luate d  the  pe r f o r manc e   of   the  I E E E   802. 11  medium  a c c e s s   c ontr ol  ( M AC )   pr otocol  a ppli e d  to  ve hicle   s a f e ty  c omm unica ti ons   in  a   typi c a l   highwa y  e nvir onment.   L win  e t  al .   [ 14]   dis c us s e d  s ignal  pr opa ga ti on   f r o m   a n   I E E E   802 . 11n  a c c e s s   point   be ing  nonun if or m   in  the  c ir c umf e r e nti a l   a nd  he ight   di r e c ti ons   due   to  the  mul ti ple  input - mul ti ple  o utput   ( M I M O)   s ys tem  of   a ntenna s .   As   pe r   their   d is c us s ion,   the  da ta   t r a ns mi s s ion  s pe e d  be twe e n  the   a c c e s s   point   a nd   a   hos t  c ould  be   s igni f ica ntl y  a f f e c ted  a s   a   r e s ult   of   thi s   a nd,   to  s olve  thi s   pr oblem,   thes e   a uthor s   pr opos e d  a   mi nim a x  a ppr oa c h  f or   opti m izing  the   s e tup  c ondit ion   in   ter ms   of   the  a ngles   a nd   the   he ight   in  a n   indoo r   e nvi r onment   us ing  thr oughput   mea s ur e ments .   E ls e whe r e ,   R a z a   e t   al.   [ 15]   pr opos e d   a   ne w   ope n - ha r dwa r e   plat f or m   f or   B luetooth   low  e ne r gy   to  be   incor por a ted   int o  int e r ne t  of   thi ngs   ( I oT )   s ys tems ,   while  Xu   e t  al .   [ 16]   d e s c r ibed   a n  im pr ove d   W i - F i  method  to   r e plac e   GPS   b e ha vio ur   f o r   the  indoor   e nvir onment ,   us ing   a   r a w - da ta   s moot hing  tec hnique  with  a n  e ns e mbl e   c las s if ica ti on  ne ur a l  ne twor k  method  to  de a l  with  nois y  W i - F i  s ignal  s tr e ngth.       3.   WI RE L E S S   M E DI UM   AC CE S S   CONT ROL   T E CHNOL OG I E S   C ur r e ntl y,   the r e   a r e   di f f e r e nt   a ppr oa c he s   to  de ve lopi ng  wir e les s   M AC   ( the  laye r   that  c ont r ols   the   ha r dwa r e   r e s pons ibl e   f or   int e r a c ti on  with  the  med ia)   f or   int e r - ve hicle   c omm unica ti on  that  dif f e r   in  ter ms   of   the  a dopted  r a dio  int e r f a c e .   I n  thi s   s e c ti on,   we   b r ief ly  outl ine   the  main   M AC   tec hnologi e s   a nd  their   p otential.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:  2088 - 8708       A   he ter oge ne ous   s hor t - r ange   c omm unication  plat for m  for   int e r ne t  of  v e hicle s   ( N as e r   Z ae r i )   2167   3. 1.   B lu e t oot h     B luetooth  is   a   s hor t - r a nge   wi r e les s   tec hnology  ba s e d  on  the   I E E E   802 . 15. 1   s tanda r d  ope r a ti ng   in   the  indus tr ial,   s c ientif ic   a nd  medic a l  ( I S M )   f r e que nc y   ba nd  ( 2 . 4  GH z ) .   I t  a ll ows   f or   the  c omm unica ti on   be twe e n   por table   de vice s   a t   a   da ta   r a te   of   up   to   3   M bps   a nd   is   highl y   c omm e r c ialis e d  f or   c ons umer   e lec tr on ics   us ing  a   s pr e a d  s pe c tr um,   f r e que nc y - hopping  f ull - duplex  s ignal  a t  a   nomi na l  r a te  of   1, 600  hops /s   [ 17 ] .   B luetooth  us e s   les s   powe r   a nd  c os ts   les s   to   im p leme nt  r e lative  to   W i - F i.   I ts   lowe r   powe r   make s   it   f a r   les s   pr one   to   s uf f e r ing   f r om  o r   c a us ing  int e r f e r e nc e   with   other   wi r e les s   de vice s   ope r a ti ng  in  the  s a me  2. 4 - GH z   r a dio  ba n d.   T he s e   a dva ntage s   c ome  a t  the   e xpe ns e   of   r a nge   a nd  t r a n s mi s s ion  s pe e ds ,   howe ve r ,   whic h   a r e   typi c a ll y  lo we r   than  thos e   of   W i - F i.   M or e ove r ,   due   to   it s   poor   s c a labili ty,   a   B luetooth  ne twor k  c a n  only   s uppor t  e ig ht  a c ti ve   de vice s   a t  maximum .   B luetooth  de vice s   a r e   c omm on  in  c ur r e nt  a utom obil e s ,   s uc h  a s   B luet ooth  he a ds e ts   a nd   r e a r view   mi r r or s   [ 8 ] .     3. 2.   Z igB e e   One   opti on  f or   e na bli ng  I oV  c onne c ti vit y   is   thr ou gh  the  us e   of   Z igB e e   tec hnology ,   whic h   is   ba s e d  on  the  I E E E   802. 15 . 4  s tanda r d  a nd  whic h   ope r a tes   on  the  I S M   r a dio   s pe c tr um  [ 18] .   Z igB e e   is   low - c os t  a nd  c a n  pr o vide  a n  a c c e ptable   da ta  r a te   ( 250  Kbps   in   t he   2. 4  GH z   f r e que nc y  ba nd) .     3. 3.     Radi o - f r e q u e n c y  id e n t if ica t ion   ( RF I D)   T he   f e a s ibi li ty  o f   us ing  R F I D   tec hnology  f o r   buil ding  int r a - ve hicle   s e ns or   ne twor ks   ha s   be e n  s tudi e d  by  the  Z igB e e   a ll ianc e   [ 19] .   I n  thi s   te c h nology,   e a c h  s e ns or   is   e quipped  with  a n  R F I D   t a g  a nd  a   r e a de r   c onne c ted  to   the  ve hicle ’ s   e lec tr ica l   c ontr o l  unit   pe r iodi c a ll y   r e tr ieve s   the   s e ns e d  da ta  by  s e nding  a n   e ne r gizing  puls e   to  e a c h  tag  [ 20] .       3. 4.     Ult r a - wid e b an d   Ultr a - wide ba nd  ( UW B )   r e f e r s   to  r a dio  tec h nolog y  that  ope r a tes   in  the   3. 1   to   10. 6   GH z   f r e que nc y   ba nd  a nd  that  c a n  s uppor t  s hor t - r a nge   c omm unica ti ons   a t  a   da ta  r a te  of   up  to  480  M bps   a nd  a t  a   low  e ne r gy  leve l  [ 21] .   UW B   s ys tems   of f e r   a   number   o f   a dva n tage s ,   s uc h  a s   r e s i s tanc e   to  s e ve r e   wir e les s   c ha nne l  f a ding  a s   we ll   a s   a   high  ti me - domain  r e s olut ion  s uit a ble  f or   loca li s a ti on  a nd  t r a c king  a ppli c a ti ons   [ 22] .   H owe ve r ,   pr opos ing  a ppr opr iate   c ha nne l  models   a ble  to  c a ptur e   the  pr opa ga ti on  c ha r a c ter is ti c s   of   in - ve hicle   e nvir onments ,   is   a   major   c ha ll e nge   a s   the  c ha nn e l  s tatis ti c s   a r e   quit e   dif f e r e nt  f r om  loca ti on  to  l oc a ti on.   De f ini ng  the  mos t  s uit a ble  tr a ns mi s s ion  te c hnique s   a t  the  phys ica l  ( P HY )   laye r   is   a   c r it ica l  is s ue   f or   UW B - ba s e d  int r a - ve hicle   s e n s or   ne twor ks   [ 23] .      3. 5.     Ce ll u lar  t e c h n ology   u s in g  3G/ 4G/ L T E     T he   c e ll ular   tec hnology  e xtens ions   ha ve   the  potential  to  s uppor t   high  g r a nular it y   f or   da ta  tr a ns mi s s ion  a nd  f lexible  a s s igni ng  of   r a dio  r e s our c e s   due   to  the  C DM A/OFDM A  c omponent,   ye t  s uf f e r   f r om   the  c ompl e xit y   of   de s igni ng   a   c oor d ination  f unc t ion  in   a n  a d - hoc   mode   [ 24] .   I t   s hould  be   noted   that   thi s   dir e c ti on  of   r e s e a r c h  is   a c c e ler a ti ng  r a pidl y  in  pa r a ll e l  with  the  W i - F i  dir e c ti on,   e s pe c ially  with  the  e mer ging  a dopti on  of   5G   ne twor ks .       3. 6.     Wi - Fi     Wi - F i  tec hnology,   ba s e d  on  the   I E E E   wi r e les s   c omm unica ti on  s tanda r d  802. 11 ,   ha s   c onti nua ll y   im pr ove d,   with  e a c h  ge ne r a ti on   br ingi ng  a bout   f a s ter   s pe e ds ,   lowe r   late nc y  a nd  e nha nc e d  us e r   e xpe r i e nc e s   in   a   mul ti tude  of   e nvir onments   a nd  wi th  a   va r iety  o f   de vice   types   [ 25] .   B a s ica ll y,   W i - F i  e na bles   ne t wor king  be twe e n  c omput e r s   a nd  digi tal  de vice s   without   th e   ne e d  f or   phys ica l  wir e s ;  ins tea d,   us ing  high  f r e que nc ies ,   r a dio  tec hnologi e s   c a n   s e nd  da ta   s e e mi ngly  thr o ugh  the   a ir   ove r   s hor t   dis tanc e s .   De vice s   a dhe r i ng  t o   the   802. 11  s tanda r d   r un   on   e it he r   2. 4   GH z   o r   5   GH z ,   de pe nding  on   their   type .   S e ve r a l  tar ge t   g r oups   h a ve   be e n  wor king  towa r d  di f f e r e nt  va r iations   of   the  802 . 11  f a mi ly  ( e . g . ,   802. 11   a /b/ g/n/ a c /ad/a x) ,   a ll   of   whic h   pr e s e nt  dif f e r e nt  c ha r a c ter is ti c s   a nd  c ha l lenge s   that  mak e   them  s uit a ble  f or   de ploym e nt  in  dif f e r e nt  e nvi r onments   [ 26] .   Ove r a ll ,   the  802. 11   s tanda r d  s uppor ts   s hor t  r a dio  c ove r a ge   wi th  r e latively  h igher   da ta  r a tes .   T he   s ubs e que nt  s e c ti on  will   f oc us   on  W i - F i  tec hnology  in  mor e   de tail  given  that  it   h a s   be e n  a dopted  a s   the  main  wir e les s   c omm unica ti on  medium  in  ou r   s ys tem.       3. 7.     WiMA X   T his   wir e les s   tec hnology  is   a f f il iate d  with  I E E E   8 02. 16  a /e/m  s tanda r ds   [ 27] .   I E E E   802. 16  s tanda r d - ba s e d  W iM AX   s y s tems   a r e   a ble  to  c ove r   a   lar ge   ge ogr a phica l  a r e a ,   up  to  50   k m  a nd  c a n  de li ve r   s ig nif ica nt   ba ndwidth  to  e nd - us e r s - in  theor y,   up   to   72  M b ps .   W hil e   the   I E E E   802 . 16  s tanda r d   only  s uppo r ts   f ixed   br oa dba nd  wir e les s   c omm unica ti ons ,   the   I E E E   8 02. 16e /m obil e   W iM AX   s tanda r d  s uppor ts   s pe e ds   of   up   to   160  km/ h   a nd  di f f e r e nt   c las s e s   of   qua li ty   of   s e r vice ,   e ve n   f or   non – li ne - of - s ight   tr a ns mi s s ions .   T he   ke y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   11 ,   No.   3 ,  J une   2021  :    2165   -   2177   2168   a dva ntage   of   W iM AX   r e lative  to  a   wi r e les s   loca l  a r e a   ne twor k  ( W L AN )   is   that  the   c ha nne l  a c c e s s   method  in   the  f or mer   e mpl oys   a   s c he duli ng  a lgor it hm   that  t he   s ubs c r iber   s tation  ne e d s   to  f oll ow  on ly  onc e   f or   ini ti a l   e ntr y  int o  the  ne twor k .       4.   Io V  AN D  T HE   E VOL UT I ON  OF   WI - FI   I n  1999,   W i - F i  tec hnology  e mer ge d  a s   a   pr omi s ing  tec hnology  to  s uppor t  the  W L AN   ini ti a ti ve ,   whic h  c a n  e na ble  the  im p leme ntation  o f   va r ious   k inds   of   a ppli c a ti ons   that   touch  va r ious   a s pe c ts   of   our   li ve s .   S e ve r a l  vis ionar y  c ompanie s   c a me  togethe r   to  f o r m  a   global  nonpr o f it   a s s oc iation  with  the  goa l  of   d r ivi ng  the  de ve lopm e nt  a nd  a dopti on   of   ne w  wi r e les s   ne twor king  tec hnology .   I n  2000 ,   the  g r oup  a dopted   t he   ter m     ‘ W i - F i’   a s   the  pr ope r   na me  f or   it s   tec hnica l  wor k   a nd  a nnounc e d  it s   of f icia l  na me:   the  W i - F i  a ll ianc e   [ 7] .   T he   ter m  ‘ W i - F i’   is   us e d  to  de s c r ibe  a   c e r ti f ied  wi r e les s   ne twor king  pr oduc t  c onf or mi ng  to   a n  indus tr y  s tanda r d  de s ignate d  by  the  I E E E .   S ince   1999 ,   va r ious   v e r s ions   of   W i - F i  tec hnologi e s   ha ve   be e n  p r opo s e d  a nd   de ve loped,   with  the  e a r ly   ve r s ions   including  I E E E 802. 11a ,   802 . 11b  a nd  802 . 11g.   How e ve r ,   by   2009   a nd  the  f ir s t  launc h  o f   the  802 . 11n   pr otocol ,   a longs ide  c o ns e que nt  a dva nc e ments   in  the   tec hnology,   a ppli c a t ions   of   the  I oV  be ga n  to  e mer ge   a s   f e a s ibl e .   As   s uc h,   we   of f e r   a   br ief   de s c r ipt ion  o f   I E E E   802 . 11n  a nd  it s   s uc c e s s or   ve r s ions   be low.     4. 1.     I E E E   802. 11n   T he   I E E E   802 . 11n  s tanda r d  ope r a tes   in  the  2. 4 - GH z   a nd  5 - GH z   b a nds   a nd  pr ovides   good  c ov e r a ge   a c r os s   the  home  a nd  of f ice   f o r   e ve r yda y  f unc ti ons   that  do  not   r e quir e   e xtens ive  a mount s   of   ba ndwi dth  s uc h  a s   br ows ing  the  I nter ne t  a nd  mana ging  s mar t  home  pr oduc ts   [ 26,   28] .   At  thi s   point ,   802. 11n  de vi c e s   ha ve   be c ome  ke y  e na bler s   of   s mar t  li ving  a ppli c a ti ons .   M a ny  of   the  I oT   de vice s   a va il a ble  now,   f r om  we a r a bles   to  tele vis ions ,   ha ve   a dopted   thi s   s tanda r d.   Als o,   i t  o f f e r s   a   longer   r e a c h   r e lative   to   thos e   of   p r e c e ding   wir e les s   tec hnologi e s   a nd  c a n  s uppor t   many   c li e nt   de vice s   without   s a c r if icing   s ignal  s tr e ngth .   Als o,   the  powe r - s a ving   f e a tur e   e ns ur e s   longer   s lee p  pe r iods   a nd   r e duc e s   t he   ne e d  f or   de vice s   to   c omm unica te  with   in f r a s tr u c tur e   too   f r e que ntl y.     4. 2.     I E E E   802. 11ad   T he   802 . 11a d  s pe c if ica ti on  f or   the   wir e les s   tr a ns m is s ion  of   da ta   ( or igi na ll y  f or   video - s tr e a ms )   in   the  60 - GH z   ba nd  pr ovides   s pe e ds   in  the  mul ti gigabi t  r a nge   [ 29 ] .   I n   the  r a nge   a r ound  60   GH z ,   a n  un li c e ns e d   f r e que nc y  ba nd   be twe e n  57   a nd  64   GH z   is   a v a i lable   that   pe r mi ts   h igher   c ha nne l  ba ndwidths   f or   gr e a ter   thr oughput  a nd  c a n  p r ovide  global   a va il a bil it y  a nd   a void  the  ove r c r owde d  2. 4 - GH z   a nd  5 - GH z   ba nds .   I n   f a c t,   it   c a n  s uppor t  da ta  r a tes   of   up  to   8  Gbit/ s   a nd  ope r a te  a t  dif f e r e nt  modes - f or   e xa mpl e ,   du r ing  e ne r g y - s a ving   mode  f or   ba tt e r y - ope r a ted  de vice s   a nd  high - pe r f or manc e   mode  f or   ve r y  high   thr oughput .     One   of   it s   a nti c ipate d  a ppli c a ti ons   is   it s   us e   in   s mall - c e ll   ba c kha ul  [ 30] .   B a c kha ul  is   the   tr a ns mi s s ion  li nk  be twe e n  the  s mall  c e ll   a nd  the  mobi le  ne two r k  c ontr oll e r .   S mall - c e ll   c ontr oll e r s   c a n  be   de ploye d  in  the  s tr e e ts   ( e . g. ,   lamppos ts ,   s tr e e tl ight s ) ,   whe r e   their   de ploym e nt  c os t  is   s mall  a s   c ompar e d  with  that  of   opti c a l  f ibr e .   Anothe r   a dva ntage   is   their   s mall  wa ve lengt hs   ( a ppr oxim a tely  5  mm ) .   T he s e   m a ke   it   pos s ibl e   to  us e   c ompac t  a nd  c ompetit ive   a ntenna s   or   a ntenna   a r r a ys   f or   be a mf or m ing,   whic h  c a n   be   us e d  to  bo th  f oc us   powe r   to   the   r e c e iver   a nd  he lp   in   opt im izing   po we r   a t   the   r e c e iver .   F u r ther ,   be a mf o r mi ng   c a n  p r ovide  the  ne c e s s a r y  a ntenna   ga in  to  c o mpens a te  f or   the  high   f r e e - s pa c e   pa s s   los s .   T his   e f f icie ntl y  he lps   in   ove r c omi ng  int e r f e r e nc e   dur ing   tr a ns mi s s ion  in  r e a l - ti me.   How e ve r ,   thi s   r a nge   a ls o  ha s   it s   dis a dva ntag e s .   F or   e xa mpl e ,   the  f ield  a tt e nua ti on  in  thi s   ba nd  is   ve r y  high,   toppi ng  68  dB   a f te r   1   m  a nd  e ve n  90  dB   a f ter   10  m  of   tr a ve ll ing  [ 31] .   None thele s s ,   the  hig h  de gr e e   of   a tt e nua ti on  c a n  a ls o  be   s e e n  a s   a n  a dva ntag e   be c a us e   the  tr a ns mi s s ion  typi c a ll y  take s   plac e   withi n  a   li mi ted  r a nge   ( withi n   4  m) ,   whic h  mea ns   that  int e r f e r e nc e   f r om  a djac e nt   tr a ns mi s s ions   is   mor e   unli ke ly;   a s   s uc h,   the  tr a ns mi s s ion  be c omes   mor e   s e c ur e .     4. 3.     I E E E   802. 11ac   T hr ough  the  us e   o f   M I M O  a ntenna   tec hnology,   th is   s tanda r d  c a n  r e duc e   e r r or   a nd   boos t  the  s pe e d.   T he   I E E E   802 . 11a c   s tanda r d  s uppor ts   da ta  r a tes   of   up  to  3. 4 6   Gbps   a nd  s uppor ts   40  M Hz ,   80  M Hz   a nd     160  M Hz   c ha nne l  ba ndwidths   a s   c ompar e d  with  jus t  the  20  M Hz   a nd  40  M Hz   ba ndwidths   s upp or ted  by  802. 11n.   F ur the r ,   802. 11a c   s uppor ts   up   to  e ight   s pa ti a l  s tr e a ms   in   c ontr a s t  with   the   maximum   of   f ou r   s uppor ted  with  802. 1 1n.   T he   P HY   da ta  s ubc a r r ie r s   a r e   modul a ted  us ing  binar y  pha s e - s hif t  ke ying,   qu a dr a tur e   pha s e - s hif t  ke ying,   16 - qua dr a tur e   a mpl it ude   modu lation  ( QA M ) ,   64 - QA M   a nd  256 - QA M   [ 32] .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:  2088 - 8708       A   he ter oge ne ous   s hor t - r ange   c omm unication  plat for m  for   int e r ne t  of  v e hicle s   ( N as e r   Z ae r i )   2169   4. 4.     I E E E   802. 11ax   T his   s tanda r d  de li ve r s   im pr ove ments   a nd   ne w  f e a tur e s   that   e na ble  W i - F i  de vice s   to   ope r a te   e f f icie ntl y  in   the  de ns e s t  a nd  mos t   dyna mi c   c on ne c ti vit y  s e tt ings .   I E E E   802 . 11a x  a ll ows   e nter p r is e s   a nd   s e r vice   pr ovider s   to  s uppor t  ne w  a nd  e mer gin g  a ppli c a ti ons   on  the  s a me  W L AN   inf r a s tr uc tur e   while  de li ve r ing  a   higher   g r a d e   of   s e r vice   to  older   a ppli c a ti ons   [ 33] .   T his   s c e na r io  s e ts   the  s tage   f or   ne w  bus ines s   models   a nd  incr e a s e d  W i - F i  a dopti on   a nd  a ls o  powe r s   mor e   pr e dicta ble   pe r f or manc e   f or   a dva nc e d   a ppli c a ti ons   s uc h  a s   4K  video,   ult r a – high - de f ini ti on,   a nd  I o T .   F lexible  wa k e - up  ti me  s c he duli ng  lets   c li e nt  de vice s   s lee p  much  longer   than   with  802 . 11a c   a n d  wa ke   up  to  les s   c ontention,   e xtending  the   ba tt e r y  li f e   of   s mar tphones ,   I oT   a nd   other   de vice s .   T he   P HY   da t a   s ubc a r r ier s   in   I E E E   802. 11a x   a r e   modul a ted  us i ng  1024 - QA M .   I E E E   802 . 11a x  a c hieve s   it s   be ne f it s   by   hig hli ghti ng  the  f oll owing  d im e ns ions :   −   Or thogonal  f r e que nc y  divi s ion   mul ti ple   a c c e s s   ( OFDM A) ,   whic h   e f f e c ti ve ly   s ha r e s   c ha nne ls   to   incr e a s e   the  ne twor k  e f f icie nc y  a nd  lowe r   late nc y  f or   both  upli nk   a nd  downlink   tr a f f ic  in  h igh - de mand  e nvir onments   [ 34]     −   M ult i - us e r   M I M O,   whic h  a ll ows   mor e   downlink   d a ta  to  be   tr a ns f e r r e d  a t   one   t im e ,   e na bli ng  a c c e s s   point s   to  c onc ur r e ntl y  ha ndle   mor e   de vice s   −   160 - M Hz   c ha nn e l  us e   c a pa bil it y,   whic h  incr e a s e s   the  ba ndwidth  ne e de d  to  de li ve r   gr e a ter   pe r f or m a nc e   with  low  late nc y   −   T r a ns mi t  be a mf or mi ng,   whic h  e na bles   higher   da ta  r a tes   a t  a   given  r a nge   to  inc r e a s e   ne twor k  c a pa c it y   −   R obus t  high - e f f icie nc y  s ignalli ng  f or   be tt e r   ope r a ti on  a t  a   s igni f ica ntl y  lowe r   r e c e ived - s ignal - s tr e ngth - indi c a ti on   ( R S S I )   Of   thes e ,   OFDM A  is   e s pe c ially  be ne f icia l  f or   c onduc ti ng  mul ti ple  s hor t   tr a ns mi s s ions   in  wide   c ha nne ls   s inc e   many  da ta  tr a ns mi s s ions   f oll ow  the  s a me  P HY   he a de r   a nd  c ha nne l  a c c e s s   ti meout.   M or e ove r ,   OFDM A  a ll ows   be tt e r   c oping  with  f a ding   a nd,   im pr ove s   the  s pe c tr a l  powe r   de ns it y.   T he   e f f ic ienc y  of   OFDM A  de pe nds   upon  how  the  a c c e s s   point   s c h e dules   c ha nne l  r e s our c e s   a mong  the  dif f e r e nt  s tati ons   a nd  on  how  it   c onf igur e s   other   tr a ns mi s s ion  pa r a mete r s ,   s uc h  a s   the  tr a ns mi s s ion  powe r .   T a ble  1  s umm a r i s e s   s om e   im por tant  c ha r a c ter is ti c s   of   W i - F i  ve r s ions   includ ing  the  e a r li e r   ve r s ions - na mely,   802. 11a /b/ g .   C C K,   whic h  s tands   f or   c ompl e menta r y  c ode   ke ying,   wa s   a   s hor t - li ve d  de viation  that  e xis ted  pr ior   to  the  huge   a dva nc e ments   r e a c he d  by  OFDM   in  late r   ve r s ions .       T a ble  1 .   W i - F i  ve r s ions   S ta nda r d   Y e a r   B a nd/ G H z   M odul a ti on me th od   H ig he s t  modul a ti on or de r   H ig he s t  c ode  r a te   802.11a   1999   5   O F D M   64 - QAM   3/ 4   802.11b   1999   2.4   CCK   Q P S K   1/ 2   802.11g   2003   2.4   O F D M   64 - QAM   3/ 4   802.11n   2009   2.4/ 5   O F D M   64 - QAM   5/ 6   802.11a d   2012   60   O F D M   64 - QAM   13/ 16   802.11a c   2014   5   O F D M   256 - QAM   5/ 6   802.11a x   2019   2.4/ 5   O F D M   1024 - QAM   5/ 6       5.   S YST E M   AR CHI T E CT UR E   Dif f e r e nt  f r om  ge ne r ic  wir e les s   s e ns or   ne twor ks ,   int r a - ve hicle   wir e les s   s e ns or   ne twor ks   s ho w   unique  c ha r a c ter is ti c s   that  pr ovide   the   s pa c e   f or   opti mi s a ti on.   F or   e xa mpl e ,   the  s e ns or s   in   int r a - ve hicle   ne twor ks   a r e   s tationar y  s o  that   the  ne twor k   topo logy  doe s   not  c ha nge   ove r   ti me.   Als o,   thes e   s e ns or s   a r e   typi c a ll y  c onne c ted  thr ough  one   hop,   whic h  yiel ds   a   s im ple  s tar - topol ogy.   F ur ther ,   with  th is   a r r a nge ment,   ther e   is   no  e ne r gy   c ons tr a int   f o r   s e ns or s   ha ving  wi r e d  c onn e c ti ons   to  the  ve hicle   powe r   s ys tem.   A  typi c a l  I oV   a r c hit e c tur e   c ons is ts   of   the   f oll owin g  thr e e   laye r s :    −   T he   pe r c e pti on   laye r ,   whic h  c ontains   a ll   s e ns or s   withi n  the  ve hicle   that  ga ther   da ta  a nd   de tec t  s pe c if ic  e ve nts   of   int e r e s t;   it   a ls o   boa s ts   R F I D,   s a tel lite - pos it ioni ng  pe r c e pti on,   r oa d - e nvir onment   pe r c e pti on,   ve hicle - pos it ion  pe r c e pti on  a nd  other - objec t - plac e ment  pe r c e pti on  c a pa bil it ies .   −   T he   ne twor k   laye r ,   whic h   is   the   c omm unica ti o n  laye r   that  e ns ur e s   c onne c ti vit y   to   c omm unica ti ons   ne twor ks   s uc h  a s   3G/4G/5G , W iM a x,   W L AN ,   W i - F i  a nd  B luetooth.   −   T he   a ppli c a ti on   laye r ,   whic h  is   r e s pons ibl e   f o r   s tor a ge ,   a na lys is ,   pr oc e s s ing  a nd  de c is ion - making  c onc e r ning  dif f e r e nt   r is k   s it ua ti ons   s uc h  a s   tr a f f ic   c onge s ti on  a nd  ba d   we a ther ;   it   a ls o   e nc ompas s e s   s mar t  a ppli c a ti ons ,   tr a f f ic   s a f e ty,   e f f icie nc y  a nd  mu lt im e dia - ba s e d  inf otainment  c omponents .   W e   he r e in  pr opos e   a   s ys tem  that  is   c ompos e d  of   t wo  mi c r opr oc e s s or s   ( Ar duino  a nd  R a s pbe r r y  P i  3)   moni tor e d  by   a n  Andr oid - ba s e d  platf or m .   I n  th i s   a r r a nge ment,   both   mi c r op r oc e s s or s   a nd  the  a s s oc iate d   f unc ti ons   a r e   gove r ne d   by   wir e les s   c omm unica ti on  s ys tems   us ing  W i - F i   a nd  B luetooth   tec hnolo gies .   I n   a ddit ion,   the  s ys tem  is   c onne c ted  to   a   touchs c r e e n  moni tor   a nd   a   mi c r ophone   to  mi nim is e   d r ivi ng   di s tr a c ti on  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   11 ,   No.   3 ,  J une   2021  :    2165   -   2177   2170   a nd  e a s e   c a r   c ontr ol  via  the  us e   of   voice .   F igu r e   1  s hows   the  pr opos e d  ve hicle   c omm unica ti o n  s ys tem   a r c hit e c tur e .   As   de mons tr a ted  in   F igu r e   1 ,   e a c h  one   of   the  two   mi c r oc ontr oll e r s   c ontr ols   c e r tain  f unc ti ona li ti e s .   T he   R a s pbe r r y  P i  3   mi c r op r oc e s s or ,   s hown  in   F igu r e   2 ,   us e s   S a ms ung’ s   ( S e oul ,   S outh   Kor e a )   S 5  C P U  1 . 2 - GH z   64 - bit   plus   1  GB   of   R AM   a nd  e na bles   B luetooth  a nd  W i - F i  c onne c ti ons .   T his   p r oc e s s or   r e quir e s   a   powe r   a da pter   to  f e e d  it   with   a   s tea dy  2. 5 - A  c ur r e nt  f or   pr ope r   pe r f o r manc e .   M e a nwhile,   the   R a s pbe r r y  P i  c ontr ol  s ys tem  c ons is ts   of   the  S DK   li br a r y,   whic h  pr ovides   s uppor t  f or   a ll   Andr oid  a uto  f e a tur e s .   Als o,   it   p r ovides   s uppor t  f o r   the   a s ync hr onous   mec ha nis ms   inher e nt  in  c omm unica ti on,   mul ti media ,   us e r   input   a nd  g r a phica l  int e r f a c e   a c ti ons .   T he   s ys tem  us e s   Ope nS S L   f or   e nc r ypti ng   c omm unica ti on.   T he   R a s pbe r r y  P i   mi c r oc ontr oll e r   c ont r ols   a nd   s uppor t s   c omponents   of   the   ve hicle ’ s   buil t - in   inf otainmen t  s ys tem  s uc h  a s   a udio,   phone   c a ll s   a nd  na vigation .           F igur e   1 .   T he   pr opos e d  ve hicle   s ys tem  c omm unica ti on  a r c hit e c tur e             F igur e   2 .   R a s pbe r r y  P i   3  mi c r opr oc e s s or       T he   other   mi c r op r oc e s s or   is   the  Ar duino   one .   Ar duino,   s hown   in  F igur e   3 ,   is   a n  ope n - s our c e   c omput e r   ha r dwa r e   a nd  s of twa r e   platf o r m   that  s uppor ts   the  de s ign  a nd   c r e a ti on   of   mi ni - c ontr o ll e r s   [ 5] .   F ur ther ,   it   e na bles   B luetooth   a nd  W i - F i  c onne c ti o ns .   T he   Ar dui no   mi c r op r o c e s s or   is   c onne c ted  to   a   r e lay   a s   s hown  in  F igur e   4   that  c ontr ols   the  e lec tr ica l  c ir c uit   boa r d.   T his   boa r d  is   c onne c ted  to  a   12 - V  ba tt e r y.   T he   igni ti on  wir e   a nd  ve hicle   windows ’   e lec tr icity   wir e s   a r e   c onne c ted  to  thi s   boa r d   a s   we ll .     T he   r e lay  u s e d  in  thi s   de s ign  wa s   a   f our - c ha nne l  r e lay  modul e .   I n   thi s   a r r a nge ment,   the   s witching  mec ha nis m  is   de ployed  out  with  the  he lp  of   a n  e lec tr omagne t.   T he   r e lay  c a r ds   a r e   c onne c ted  to  a c t  a s   a n  H - br idge  dr ive.   One   e nd  of   the  r e lay  c a r d  is   c onne c t e d  to  the  mi c r oc ontr ol ler   a nd  the  other   e nd  is   c on ne c ted  to   the  ter mi na ls   of   the   mot or   o f   the  window   in   the   c a r   a r m .   T he   f or wa r d ,   s top  a nd   r e ve r s e   mot ion s   of   the   window  a r e   c ontr ol led  us ing  the   r e lay   c a r d,   i. e . ,   t he   s upply  volt a ge   to   the  mot or   c a n  be   c ha nge d  in   e it he r   of   the  dir e c ti ons ,   c a us ing  c lockw is e   a nd  a nti - c lockw is e   mot ions   of   the  mot o r .   F ur ther ,   the   s ys tem  is   c on ne c ted   to  a n  800× 480   dis play  a s   s hown  in   F igur e   5  via  a n  a da pter   boa r d,   whic h  ha ndles   powe r   a n d  s ignal  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:  2088 - 8708       A   he ter oge ne ous   s hor t - r ange   c omm unication  plat for m  for   int e r ne t  of  v e hicle s   ( N as e r   Z ae r i )   2171   c onve r s ion.   T he   touchs c r e e n   dis play  s uppor ts   a n  o n - s c r e e n  ke yboa r d  f or   f ull   f unc ti ona li ty   without   a   phys ica l  ke yboa r d  or   mous e .   F inally ,   a   mi c r ophone   is   c onn e c ted  to  the  s ys tem  to  e na ble  ha ndli ng   voice   c omm a nds .             F igur e   3 .   Ar duino   mi c r op r oc e s s or           F igur e   4 .   T he   e lec tr ica l  r e lay   us e d  in  the  A r duino  boa r d  c onne c ti on             F igur e   5.   800× 480  dis play  us e d  in   s ys tem  c ontr ol       6.   E XP E RI M E NT AL   RE S U L T S   AN D  DI S CU S S I ON   W e   be ga n  thi s   inves ti ga ti on  by   ins talli ng  the   c or r e s ponding  ope r a ti ng   s ys tem  on  the   two   mi c r opr oc e s s or s .   R e ga r ding  the   R a s pbe r r y  P i  3 ,   the   R a s pbian  ope r a ti ng  s ys tem  c omes   p r e ins talled  with   P ython,   S c r a tch,   S onic  P i   a nd  J a va .   As   f o r   th e   Ar duino  mi c r op r oc e s s or ,   it   is   c onf igur e d   us ing  the  C   pr ogr a mm ing  langua ge .   S e ve r a l  f unc ti ona li ti e s   we r e   c ode d  a nd  im pleme nted.   F ir s t,   the  s ys tem  wa s   c onf igur e d  to   ha ndle   a ll   noti f ica ti ons ,   c a ll s   a nd   e mer ge nc y  c a ll s .   I f   a   c a ll   is   r e c e ived,   the  s ys t e m  will   a utom a ti c a ll y  r e ply   with   a   pr e s e t  mes s a ge .   Als o,   it   c a n   ha ndle  many   popular   a ppli c a ti ons   s uc h   a s   Google   Ha ngouts ,   F a c e book  mes s e nge r   a nd  W ha ts App .   S e c ond,   the  s ys tem  c a n  be   s ync hr onis e d  with  th e   mobi le  phone   to   mi gr a te   the  us e r ’ s   c ontac ts ,   c a lenda r s ,   m us ic  li br a r y   a nd  s a ve d  loca ti ons .   T hir d ,   a   na vigatio n  s ys tem  ha s   be e n  launc he d  on   the   s ys tem,   whe r e   the   d r iv e r   c a n   us e   Google   M a ps   in  a n   e a s y  manne r   th r ou gh  voice   c ontr ol.   T he   voice   c ontr ol   e na bles   the   d r iver   to   e nter   ne w   de s ti na ti ons ,   s e t   f a vour i te  a dd r e s s e s ,   s top  r oute   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   11 ,   No.   3 ,  J une   2021  :    2165   -   2177   2172   guidanc e   a nd  s e t  up  a uto - na vigation.   I n  a ddit ion ,   c he c king  a nd  r e a din g   e mails   a nd  S M S   text   mes s a ge s   is   a c c ompl is he d  in  a   s im il a r   manne r .   T he   a bove me nti one d  f unc ti ona li ti e s   a r e   c ontr oll e d  r e mot e ly  th r ough  a n   int e r f a c e   us ing  a   touchpa d/m obil e   phone   via  the  B luetooth  802. 15  tec hnology.   F ur the r mor e ,   the  s ys tem  is   c onf igur e d  to   c ontr ol  the  f oll owing   f unc ti ons   r e mo tely  us ing  the  W i - F i  802 . 11  tec hnology:     −   S tar ti ng  a nd  tur ning   of f   the  e ngine  r e mot e ly  witho ut  a   ke y   −   Unloc king  /l oc king  the  doo r s   −   P ull ing  windows   up  a nd   down   M or e ove r ,   the  s ys tem  e na bles   the  u s e r   to  s e t  a   pa s s wor d  of   his / he r   c hoice   to  ke e p  the  s ys tem   pr otec ted.   A  thef t  a lar m   is   int e gr a ted  int o  the  s ys tem  that  a ler ts   whe n  a n  unus ua l  a c ti vit y   is   s e ns e d  or   whe n  a   wr ong  pa s s wor d  is   a tt e mpt e d  to  unlock  the  s ys te m.   T o  a c hieve   thi s ,   the  c a r   igni ti on  wi r e   is   c onne c ted  to  the  on - bo a r d  diagnos ti c s   ( OB D)   po r t   of   the  c a r .   I f   a   c or r e c t  pa s s wor d  is   e nter e d,   then   the  s ys tem  will   ve r if y  it   a nd  a n  a c knowle dge ment  ( AC K)   is   s e nt.   He nc e ,   a   wir e les s   c onne c ti on  is   e s tablis he d  be twe e n  the  two   c ontr ol   unit s   a nd  the   r e mot e   c ons ole  c a n   pe r f or m   the   f u nc ti ons   a c c or dingl y.   T he   s ys tem  int e r f a c e   f o r   the   Ar duino   f unc ti ons   is   s hown  in  F igu r e   6 .             F igur e   6.   S ys tem  int e r f a c e   f o r   the  A r duino  f unc ti o ns       T o  tes t  the  vis ibi li ty   of   the  s ys tem  a nd  a s s e s s   it s   p e r f or manc e ,   we   c onduc ted  e xtens ive  e xpe r im e ntal   s tudi e s ,   f oc us ing  on  the  th r e e   mos t  im po r tant  pa r a mete r s   in  a ny  w ir e les s   c omm unica ti on  s ys tem - that  is ,   we   s tudi e d  the  s ignal  s tr e ngth ,   downloa d   s pe e d  a nd   late nc y.   T he   pe r f or manc e   of   a   wi r e les s   c omm unica ti on  s ys tem,   including  the   s ys tem  a t  ha nd ,   is   tec hnica ll y  e va luate d  by   a s s e s s ing  how  e f f icie nt  thes e   pa r a mete r s   c a n  pe r f or m  in  r e a l - li f e   pr a c ti c a l  s c e na r ios .   W it h   r e s pe c t  to  r a dio - f r e que nc y,   s ignal  s tr e ngth  r e f e r s   to  the   tr a ns mi tt e r   powe r   output   a s   r e c e ived   by  a   r e f e r e nc e   a ntenna   a t   a   dis tanc e   f r om   the  t r a ns mi tt ing  a nte nna .   F o r   ve r y - low - powe r   s ys tem s ,   s uc h  a s   mobi le   phone s ,   s ignal  s tr e ngth  is   us ua ll y  e xpr e s s e d  in   dB m,   whic h  s tands   f or   de c ibels   r e lative   to   a   mi ll iwa tt .   T he   s ignal   s tr e ngth  r e qui r e d  f or   opti mal   pe r f o r manc e   va r ies   a c c or ding  to   many  f a c tor s   s uc h  a s   ba c kgr ound  nois e   in  the  e n vir onment,   the  a mount   o f   c li e nts   on   the  ne twor k ,   wha t  the  de s ir e d  da ta  r a tes   a r e   a nd  wha t   a ppli c a ti ons   will   be   us e d.   M or e ove r ,   ne twor k   s pe e d  is   mea s ur e d  by  how   m uc h  da ta  the  c onne c ti on  c a n   downloa d  ( downloa d   s pe e d)   or   upload  ( up load  s pe e d)   pe r   s e c ond.   I t  i ndica tes   the  tot a l  maximum   da ta - c a r r ying  c a pa c it y  of   the   ne twor k  in   opti mum   c ondit ions .   Ge ne r a ll y,   a   li tt le   ove r   ha lf   o f   thi s   c a pa c it y   is   c ons umed   by   mana ge ment  a nd   c ontr ol  t r a f f ic .   T he   r e maining  c a pa c it y   is   a va il a bl e   f or   us e r   da ta.   T his   c a pa c it y   is   r e f e r r e d   to   a s   thr oughput  a nd  is   us ua ll y  e xpr e s s e d  in  bit s   pe r   s e c ond  ( bit /s ) .   F or   mos t  a ppli c a ti ons ,   ha ving  f a s t  downloa d  s pe e d s   r e f lec t  to  a   f a r   e xtent  the  s uc c e s s f ul  im pleme ntation  of   the  ne twor k.   T his   is   much  m or e   r e a dil y  a ppa r e nt  in  c omm on  a c ti vit ies   s uc h  a s   wa tching  s tr e a mi ng   tele vis ion,   downloa ding   mus ic  a nd   br ows ing   the  I nter ne t.   T he   thr oughput  of   a   wi r e les s   L AN   is   li nke d  to  many   other   f a c tor s   including  the  da ta - c a r r ying  c a pa c it y,   loca l   int e r f e r e nc e ,   e nvir on ment  ( obs tr uc ti ons ) ,   e qui pment  s e tup  ( including  a ntenna   or ienta ti on)   a nd  the  tr a ns mi s s ion  powe r .   F ur the r mor e ,   the   late nc y   r e f e r s   to   the   a mount   of   de lay   ( o r   ti me)   it   take s   to  s e nd  inf or mation  f r om  one   point   to   the  ne xt.   L a tenc y  is   us ua ll y  mea s ur e d  in  mi ll is e c onds   ( ms )   a nd  is   a ls o  r e f e r r e d   to  ( dur ing  s pe e d  tes ts )   a s   a   ping  r a te.   One   o f   the   major   r e a s ons   f or   poor   late nc y  is   nonopti mal  ge ogr a phy,   a lt hough  other   i mpor tant  r e a s ons   that  may  a f f e c t   th e   late nc y  includ e   the  t r a ns mi s s ion  media   a nd   pa c ke t  s ize .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:  2088 - 8708       A   he ter oge ne ous   s hor t - r ange   c omm unication  plat for m  for   int e r ne t  of  v e hicle s   ( N as e r   Z ae r i )   2173   I n  mea s ur ing   the  a bove mentioned   pa r a mete r s ,   w e   us e d  va r ious   mobi le  a ppli c a ti ons   a s   s hown   in   T a ble  2 .   F ur ther ,   we   ha ve   c ons ider e d  va r ious   s c e na r ios   a s   pa r t   o f   thi s   r e s e a r c h.   S pe c if ica ll y ,   we   c onduc ted  the  mea s ur e ments   in  e ight   dif f e r e nt   ge ogr a phic a l  loca ti ons ,   in c ludi ng  s ome  ur ba n  a nd   s ubur ba n  one s .   M or e ove r ,   we   ope r a ted   the  s ys tem  on   va r ious   tr a f f ic  a ppli c a ti ons ,   including  voice   ove r   in ter ne t  pr otocol   ( VoI P ) ,   video - wa tching,   we b  s ur f ing   a nd  s e ndi ng  e mails .   T he   dur a ti on  t im e   r e qui r e d  f o r   e a c h  s e s s ion   r e a dings   s e tu p  wa s   be twe e n  one   a nd  th r e e   hour s   a nd  20  to   60   dif f e r e nt  r e a dings   we r e   take n  in   e a c h  s e s s ion.   T he   r e a dings   we r e   r e pe a ted  thr e e   ti mes   f o r   e a c h  l oc a ti on  ove r   a   one - mont h  s pa n  ti me  a nd  the  a ve r a ge   of   the  r e a dings   wa s   c ons ider e d  to  r e pr e s e nt  the  f inal  r e a d ings .        T a ble  2 .   E xpe r i menta l  s c e na r io  pa r a mete r s   P a r a me te r s   D e s c r ip ti on   A ppl ic a ti ons  us e d   Wi - F i  S pe e d T e s t,  O pe n S ig na l,  W i - F i  S ig na l  M e t e r ,  N e twor k S ig na l  I nf or ma ti on   W ir e le s s  t e c hnol ogi e s   Wi - Fi   S ta nda r d   I E E E  802.11   F r e que nc y ba nds   2.4 G H z , 5 G H z   T r a f f ic  a ppl ic a ti on   V oI P , vi de o, H T T P , e ma il   S c e na r io   U r ba n, s ubur ba n   N umbe r  of  l oc a ti ons  ( te s t  a r e a s )   8   N umbe r  of  r e a di ngs  pe r  l oc a ti on   20 – 60   E xpe r im e nt a l  ti me  pe r  t e s t   1 – 3 hour s       F igur e   7   s hows   a n  e xa mpl e   of   a   s ignal  s tr e ngth   te s t  f or   a   s pe c if ic  a r e a .   F igu r e   8   s hows   the  a ve r a ge   r e a dings   of   the   s ignal  s tr e ngth   in   dB m  f o r   a ll   e ight   loca ti ons .   F ur ther ,   a n   e xa mpl e   of   a   downloa d  s pe e d  tes t  is   s hown  in  F igur e   9.   T he   a ve r a ge   downloa d  s pe e ds   f or   a ll   e ight   loca ti ons   a r e   given  in  F igur e   10.   F in a ll y,   the  c or r e s ponding  a ve r a ge   late nc y  is   given  in   F igu r e   1 1.           F igur e   7.   An  e xa mpl e   o f   a   s ignal  s tr e ngth  tes t  f or   a   s pe c if ic  a r e a           F igur e   8.   Ave r a ge   s ignal  s tr e ngth   ve r s us   dis tanc e   f or   the  e igh t   loca ti ons     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   11 ,   No.   3 ,  J une   2021  :    2165   -   2177   2174       F igur e   9.   An  e xa mpl e   o f   a   downloa d  s pe e d  tes t           F igur e   10 .  Ave r a ge   downloa ds   s pe e d  ve r s us   dis tanc e   f or   the   e ight   loca ti ons           F igur e   11.   Ave r a ge   late nc y  ve r s us   dis tanc e   f or   the  e ight   loca ti ons       Nota bly,   the  f oll owing  r e mar ks   s hould  be   c ons id e r e d  whe n  view ing  F igur e s   7  a nd  8.   T he   s ignal   s tr e ngth  va r ies   f r om   one   loca ti on  to   a nother   but ,   i n  ge ne r a l,   the  s ys tem  is   c a pa ble  of   r e c e ivi ng  s ign a ls   up  to  a lm os t  100  m.   C ontr oll ing  the  ve hi c le’ s   dif f e r e nt  a ppli c a ti ons   de pe nds   upon  the  d a ta  na tur e   of   e a c h  one   of   thes e   a ppli c a ti ons .   M or e   s pe c if ica ll y,   we   we r e   a bl e   to  s uc c e s s f ull y  ope r a te  a ll   the  s y s tem  f unc ti ona li ti e s   up  to  30  m,   whe r e   the   s tr e ngth  r e a c he s   a r ound  - 65  dB m.   T his   include s   na vigat ion,   VoI P   a nd  s tr e a mi ng  v i de o.   T he   c onne c ti on  wa s   r e li a ble  a nd  the  ti mely   de li ve r y  of   da ta  pa c ke ts   wa s   obs e r ve d.   F ur ther ,   the  s ignal  s tr e ngth   de c r e a s e s   to  a lm os t  - 80  dB m  a t  a   di s tanc e   of   6 0  m.   T hough  th is   leve l  of   s ignal  is   low,   s ome  ne c e s s a r y  a ppli c a ti ons   we r e   s ti ll   a ble  to  f unc ti on  r e li a bly ,   s uc h  a s   e mail,   we b  br ows ing  a nd  the  a bil it y  to  c a ll   t he   poli c e   a nd  e mer ge nc y  s e r vice s .   Of   c our s e ,   the   s ignal  s tr e ngth  de c r e a s e d  f u r ther   a s   the   dis tanc e   inc r e a s e d  f r om  he r e ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.