I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   2 6 6 8 ~ 2 6 7 4   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 9 i 4 . p p 2 6 6 8 - 2674           2668       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   An  i m pro v ed  CF - M AC   p ro toco l   for VANET       G h a s s a n   S a m a r a   C o m p u t e r   S c i e n c e   D e p a r tm e n t ,   F a c u l ty   o f   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y ,   Z a r q a   U n i v e r s i ty J o r d a n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J a n   17 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J an   2 0 ,   2 0 1 9   A cc ep ted   Mar   4 ,   2 0 1 9       V e h icu lar  A d   h o c   Ne tw o rk   (V A NET is  o n e   o f   th e   e m e r g in g   re se a r c h   a re a in   th e   m o b il e   c o m p u ti n g   f ield   w h i c h   is  c o n sid e re d   a f u tu re   tec h n o lo g y   a n d   p ro m isin g   to p ic i n   c o m p u ter sc ien c e   a n d   c o m p u ter n e tw o rk s.  W h ich   p ro v id e s   ro a d   sa f e t y ,   u p d a ted   traf f ic  in f o rm a ti o n ,   a n d   i n f o tain m e n t.   V A NET   c o n sists   o f   a   larg e   n u m b e o f   v e h icle m o v in g   in   h ig h   s p e e d w h il e   b ro a d c a stin g   im p o rtan in f o rm a ti o n   li k e   sa fe t y   a n d   c o n tro in f o rm a ti o n   w h ich   m u st  b e   se n t   w it h   h ig h   p rio r it y .   Cro w d e d   n e tw o rk li k e   V A NE T   h a v in g   m a n y   v e h icle s   c o m p e ti n g   to   re se rv e   th e   c h a n n e to   se n d   c rit ica i n f o rm a ti o n   w h ich   m a y   le a d   to   h ig h   c o ll isi o n   sc e n a rio s ,   a n d   th e re f o re ,   th e re   m u st  b e   a   p ro to c o t o   se n d   t h is   k in d   o f   in f o rm a ti o n   w it h   h ig h   re l iab il it y ,   lo w   d a ta  l o ss   a n d   w it h   n o   c o l li sio n .   In   th is  re se a rc h   a   c o ll isio n - f re e   p ro t o c o l   w il b e   p r o p o se d   to   m a n a g e   th e   c h a n n e a c c e ss   a m o n g   c o m p e ti n g   v e h icle to   e li m in a te  th e   c o ll isio n w h ich   o c c u ra p id ly   in   V A NET   e sp e c i a ll y   in   d e n se   situ a ti o n s,  t h e   p ro p o se d   p r o to c o h e re in a f ter  w il b e   c a ll e d   (I - M A C)  p r o to c o e x p e c ted   t o   e n h a n c e   th e   c h a n n e l   p e rf o r m a n c e ,   a c h iev e   lo a d   b a lan c in g ,   f a irn e ss ,   a n d   d e c re a se   m e ss a g e   lo ss   a n d   e n h a n c e   re li a b il it y ,   T h e   e v a lu a ti o n   c rit e ria  w il e x a m in e   th e   c h a n n e l   th ro u g h p u t,   m e ss a g e   d e la y ,   a n d   m e ss a g e   lo ss t h e   re su lt s   sh o w   th a t h e   o v e ra ll   ch a n n e p e rf o rm a n c e   w it h   re g a rd   to   c o ll isi o n   a n d   p a c k e lo ss   ra ti o   is  im p ro v e d .   K ey w o r d s :   CF - M AC   C o llis io n - f r ee   I - M A C   Me s s a g b r o ad ca s tin g   VANE T   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   G h ass an   S am a r a ,   C o m p u t e r   S ci en c e   D e p a r tm en t,   F a c u l ty   o f   I n f o r m at i o n   T e c h n o l o g y ,   Z a r q a   Un i v e r s ity   Z a r q a ,   J o r d a n .   E m ail:  g s a m ar a@ z u . ed u . j o       1.   I NT RO D UCT I O N     Veh ic u lar   ad   h o n et w o r k s   ( VANE T s )   is   an   im p o r tan r es ea r ch   f ield   f o r   I n telli g en T r an s p o r tatio n   S y s te m s   ( I T S).   B ased   o n   I E E E   8 0 2 . 1 1 p   [ 2 ] VA NE T   h as  it s   s p ec ial  w ir ele s s   r ad io s   ca lled   Ded icate d   Sh o r R an g C o m m u n icat io n   ( DS R C )   t h at  s u p p o r h i g h - s p ee d   co m m u n icatio n ,   h i g h   m o b il n o d es,  an d   h ig h   b an d w id t h .   T h US  Fed er al  C o m m u n icatio n   C o m m is s io n   ( F C C )   h as  al lo c ated   7 5 MH o f   t h s p ec tr u m   a 5 . 9   GHz   d ed icate d   f o r   v eh ic u lar   n et w o r k s .   V A NE T   ch an n el  is   d iv id ed   in to   s ev e n   c h an n el s   w it h   1 0   MH z   f o r   ea ch   [ 3 ] T h C h an n el  1 7 8   is   th C o n tr o C h a n n el  ( C C H )   f o r   th tr an s m is s io n   o f   e m er g en c y   an d   s tat u s   m es s ag e s   ( B ea co n ) .   T h o th er   ch an n els  ar Ser v ice  C h a n n el s   ( SC Hs),   w h er m o r i n f o r m at io n   tr an s f er s   a n d   s o m ap p licatio n s .   C h an n el  1 7 2   an d   C h an n el  1 8 4   ar e   u tili ze d   f o r   s af et y   ap p licatio n s   in   Veh icle - to - Ve h icle   ( V2 V)   co m m u n icatio n .     VANE T   ch an n el  i s   is o lated   i n t o   s ev en   1 0   MH ch a n n els  [ 3 ] .   T h C h an n el  1 7 8   is   th C o n tr o C h a n n el   ( C C H)   f o r   th e   tr a n s m is s io n   o f   cr is is   an d   s tat u s   m es s a g es ( B ea co n ) .   A lter n ativ e   c h a n n el s   ar Ser v ice  C h an n el s   ( SC Hs),   w h er m o r i n f o r m at io n   ex c h a n g e s   a n d   u n iq u ap p licatio n s .   C h an n el  1 7 2   an d   C h an n el   1 8 4   ar u s ed   in   th v e h icle  to   v e h icle  ( V2 V )   co r r esp o n d en ce   f o r   w ell  -   b e in g   ap p licatio n s .     Data   tr an s f er   r ate  ca n   r ea ch   5 4   Mb p s .   Ma n y   s i n g le - c h a n n el  [4 - 6]   MA C   p r o to co ls   h av b ee n   d ev elo p ed   f o r   VANE T ,     w h er all  v eh icl es  ar co m p eti n g   f o r   t h r eser v atio n   o f   s h ar ed   s i n g le  n et wo r k   co m m u n icatio n   ch an n el M A C   W ir eless   A cc e s s   in   Veh ic le  E n v ir o n m e n ts   ( W A VE )   u s e s   th C ar r ier   Sen s Mu ltip le  A cc e s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A n   imp r o ve d   C F - MAC p r o to co l fo r   V A N E T ( Gh a s s a n   S a ma r a )   2669   w it h   C o lli s io n   Av o id an ce   ( C SM A   C A )   s y s te m   to   im p le m e n co n te n tio n   -   b ase d   m u ltip le  ac ce s s .   As h i g h   co llis io n   in   d en s s it u atio n s   a n d   th is   lead s   to   th ch a n n el  to   co llap s q u ic k l y .     T h Veh icle  A d   -   h o Net w o r k   ( VA NE T )   is   an   ex tr e m el y   d y n a m ic  n et w o r k   co n s is ti n g   o f   lar g e   n u m b er   o f   co n n ec ted   m o b ile   v eh icles.   V A NE T   is   f o r m   o f   Mo b ile  A d   h o Net w o r k s   ( M A N E T ) ,   an d   it  h as   n o   ce n tr alize d   ac ce s s   p o i n t.  V ANE T   aim s   to   s u p p o r m a n y   a p p licatio n s   f o r   s a f et y ,   en ter tain m en t ,   a n d   tr af f i c   o p tim izatio n .   V A NE T   v eh icle s   u s u all y   eq u ip p ed   w it h   co m m u n icat io n   d ev ice  lik Glo b al  Po s itio n in g   S y s te m   ( GP S)  r ec eiv er ,   On - B o ar d   Un it   ( OB U) ,   an d   s et  o f   s tati o n ar y   u n i ts   alo n g   r o ad s ,   ca ll ed   R o ad   Sid Un it s   ( R SUs ) .   B ased   o n   OB an d   R SU,  VA NE T   h as t w o   k e y   co m m u n icat io n s : V eh icle - to - Veh i cle  ( V2 V)   in   w h ic h   v eh ic les  co m m u n icate   w i th   e ac h   o th er   o n   th e   m o v a n d   V eh icle - to - R SU   ( V2 R )   w h er t h m o v i n g   v e h icle  co m m u n icate   w it h   t h f i x ed   R SU.   Mo v in g   Ve h icle s   o n   th r o ad s   ar f o r m i n g   p lato o n   p h e n o m en o n ;   m a n y   v e h icle s   at  t h s a m lo ca tio n   m ea n   m o r co n te n tio n ,   d ela y ,   an d   p o s s ib l y   h i g h   co llis io n .     M an y   ap p licatio n s   h a v b ee n   d ev elo p ed   in   th r ec en t   y ea r s   ( e. g . ,   See  [ 7 ] )   g i v en   th id ea   o f   v eh icles  e x c h an g i n g   C o o p er ativ Aw ar en e s s   M ess a g es  ( C A M)   o r   b ea co n s ,   to   i m p r o v tr af f ic  ef f icien c y   a n d   s a f et y   o r   to   g i v i n f o tai n m e n t.  I n   p ar ticu lar   s it u atio n s   w h er d ela y   m es s ag d eli v er y   ca n   b h i g h l y   n ec e s s ar y .   O n o f   t h r ea s o n s   w h y   th I E E E   8 0 2 . 1 1 p   s tan d ar d izatio n   is   ad o p ted   o f   [8 ,   9]   is   th at  th b eh av io r   o f   th 8 0 2 . 1 1   f am il y   is   w e ll k n o w n .     B ea co n s   ar tr an s m i tted   w it h   t en   m ess a g e s   p er   s ec o n d   u s i n g   th C SM A   C B r o ad ca s t m e th o d   [ 1 0 ] I is   th u s   i m p o r tan to   p r o p er l y   m a n ag M A C   la y er   b eh av io r .   T h b ea c o n in g   m o d el  d esig n   w a s   p r esen ted   in   [ 1 1 ]   an d   en clo s ed   th en tire   s a tu r atio n   s p ec tr u m .   I E E E   8 0 2 . 1 1 ,   w as  d esi g n ed   f o r   w ir ele s s   L A ( W L A N) ,   an d   h as  t w o   d i s ad v a n tag e s   i n   it s   m ed iu m   ac ce s s   co n tr o ( MA C )   s u b la y er   m ec h an i s m   ( C SM A )   ca r r ier   s en s e   mu ltip le  ac ce s s as  it  m ig h ca u s d ela y   in   ch a n n el  ac ce s s ,   t h o th er   is s u is   th c h an n el  co llis io n .   A ll  v eh ic les   w it h i n   t h c h an n el  m u s t r eser v f o r   tr an s m i s s io n ,   p r o v id ed   th at  t h c h an n el  i s   b u s y   w it h   d if f er e n t b r o ad ca s t,  all  v eh icles  m u s w ait  u n til  t h i s   b r o ad ca s t e n d s .   T h MA C   p r o to co s h all  b u s ed   to   p r ev en o r   d etec t   co llis io n   b et w ee n   th n o d es  in   o r d er   to   r eser v th c h an n el ,   a n d   h e n ce   t h is   p r o to co d ec id es  w h o   is   g o in g   to   r e s er v t h c h a n n el   to   tr an s m it.   I n   ca r r ier   s en s s y s te m ,   s u c h   as  C SM A e ac h   s en d i n g   v e h icle  f ir s lis te n s   to   th ch an n el  to   s ee   w h e th er   its   id le  an d   n o   o t h er   v e h icle   is   c u r r en tl y   tr an s m itti n g ,   s o ,   i f   it  i s   i d le,   th v eh ic le  tr an s m its   d ir ec tl y ,   i n   t h m ea n ti m e,   an o th er   v e h icle  i s   li k el y   to   tr a n s m it ,   a n d   th is   r es u lt s   i n   ch a n n el  co lli s io n .     A d d itio n al l y ,   t h v e h icle  m a y   en co u n ter   lo n g   ch a n n el  ac ce s s   d elay s   w h ile  lis te n i n g   to   b u s y   c h a n n e l.   T h ese  t w o   ca s e s   o cc u r   m o s tl y   in   d en s s it u atio n s   a n d   in   n et w o r k s   li k V A NE T .   C SM A   i s   u s u all y   u tili ze d   b y   I E E E 8 0 2 . 1 1   an d   I E E E   8 0 2 . 3   E th er n et.   T h d ir ec im p le m e n tatio n   o f   t h s tan d ar d   p lu s   r ea s o n ab le  eq u ip m e n t   p r ices  is   o n o f   th r ea s o n s   f o r   w id u s f o r   W iFi   an d   E th er n et .   Du to   th is   W i - Fi  is   s o m et i m es  u s ed   in   n et w o r k s   th at  w er n o o r ig in a ll y   d esi g n ed   f o r A lth o u g h   C SM A   is   n o ad eq u ate  in   r ea lti m d u to   h ig h   d ela y s   i n   ac ce s s i n g   th ch a n n els e th er n et  en d ed   u p   b ein g   co m m o n l y   u s ed   in   th in d u s tr y   w h er m a n y   r ea l - ti m s y s te m s   w er n ee d ed .       Nev er th e less ,   th M AC   p r o b l e m s   ca n   b s o lv ed   th r o u g h   th u s o f   m o r n et w o r k   d ev ices  s u c h   a s   s w itc h es  an d   r o u ter s ;   t h er ef o r th n u m b er   o f   v e h icles  co m p etin g   f o r   th ch a n n e is   r ed u ce d ,   in   o th er   w o r d s ,   co llis io n s   ar d ec r ea s ed .   Ho w e v er ,   th er is   n o   s i m p le  s o lu tio n   in   th w ir eles s   d o m ai n   b ec au s all  v eh icle s   s h ar th w ir eles s   ch a n n el .   I n   ad d itio n ,   w h e n   u s in g   C SM A   i n   t h w ir eless   e n v ir o n m en t ,   v eh icle  ca n   j am   t h n et w o r k ;   ev e n   i f   th is   v eh icle  is   n o t d o in g   r ea l c o m m u n icatio n ,   h en ce ,   t h w i r eless   en v ir o n m e n t f o r   th ca r r ier   s en s s y s te m   i s   m o r lik e l y   to   h a v i n ter f er e n ce   a s   t h er w ill  b n o   ac ce s s   f o r   o th er   v eh icles  a s   lo n g   a s   t h tr an s m i s s io n   o n   t h e   ch an n el  i s   d etec ted .     T h I E E E   8 0 2 . 1 1 p   s tan d ar d ,   w h ic h   is   i n te n d ed   f o r   VANE T   en v ir o n m e n [ 1 2 ] ,   u tili ze s   C SM A   a s   it s   MA C   ac ce s s ,   d esp ite  t h k n o w led g t h at  C SM A   ca u s e s   h i g h   -   m o b ile  s y s te m s   i s s u es s o lu tio n   f o r   C SM d elay s   co u ld   b th e   u s o f   s el f   -   o r g a n ized   m u lt ip le  a cc ess   ti m d i v i s io n   ( ST DM A ) ,   d ec e n tr alize d ,   p r ed ictab l e,   MA C   p r o to co l w i th   li m ited   ch a n n el  ac ce s s   d ela y ,   m a k it s u itab le  to   r ea l - ti m e   VA NE T s .     T h p r o p o s ed   r esear ch   ai m s   t o   im p r o v t h co llis io n - f r ee   p r o to co C F - M A C   w h ic h   w as   p r o p o s ed   in   [ 1 ]   ai m in g   to   en h a n ce   ch a n n el  p er f o r m a n ce ,   ac h ie v lo ad   b alan ci n g ,   f air n e s s ,   an d   d ec r ea s m ess a g lo s s   an d   en h a n ce   r eliab ilit y .       2.   T H E   CF - M AC  P RO T O CO L   T h C -   MA C   p r o to co l w as i m p le m e n ted   in   [ 1 ] ,   an d   w o r k s   as f o llo w s On l y   v e h icle  to   v eh icle  V2 co m m u n icatio n   in f r astr u ct u r w il b en g ag ed ,   n o   r o ad s i d u n it s   [ 1 3 ] .   E ac h   v eh icle  cr ea tes  an   u p d ated   Neig h b o r   T ab le  ( N T )   co n tain in g   all  n eig h b o r in g   v e h icles  '   I an d   MA C   ad d r ess es ,   f r es h   i n f o r m atio n   ab o u t h e   s u r r o u n d in g   n et w o r k   is   p r o v id ed   b y   th r ec ei v ed   n ei g h b o r ' s   b ea co n s ,   s ee   tab le  1 .   A   d y n a m ic  T DM A   is   u s ed   to   m an a g th c h an n el  ac ce s s .   W ith   n o   C ar r ier   Sen s Mu lt ip le  A cc es s /   C o llis io n   Av o id an ce   C S M A / C A   to   d etec th co llis io n   an d   th tr an s m i s s io n   in   th ch a n n el  [ 1 3 - 15]   as  c o llis io n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 6 6 8 - 2674   2670   h ap p en s   a t h r ec ei v er ,   n o at   th s en d er .   P lato o n   s h ap p h e n o m e n o n   is   u s ed   [ 1 6 ]   an d   [ 1 7 ]   as  ad j ac en v e h icle s   s h ar i n g   co m m o n   ch a n n el  p r o p er ties ,   an d   s am n ei g h b o r   ta b le  w h ic h   in cl u d es  clo s v eh i cles  w h ic h   co n ten d   w it h   t h cu r r en n o d to   r eser v th ch a n n e l ,   s ee   F i g u r 1   f o r   th p lato o n   an d   T ab l 1   f o r   th Neig h b o r s   T ab le.       T ab le  1 .   Neig h b o r   t ab le  s tr u ctu r e   M A C   A d d r e ss   L o n g i t u d e   L a t i t u d e   00 - 1D - 0F - C3 - 01 - D3 - 1D - 0F   4 0 . 6 8 9 0 6 0     7 4 . 1 5 2 4 5 6   01 - 1D - 3D - C3 - 78 - F6 - 1D - 3D   4 0 . 3 4 4 5 3 6   7 4 . 3 4 1 2 3 1   02 - 1D - 0F - R6 - 42 - F2 - A1 - 33   4 1 . 7 5 2 3 7 0     7 5 . 0 0 0 0 4 0   03 - 1D - 0F - C3 - 77 - F7 - 11 - T8   4 2 . 6 0 1 0 2 1   7 4 . 7 5 3 5 2 7           Fig u r e   1 .   P lato o n   s h ap e       2 . 1 .   T he  CF - M AC  pro t o co l st eps   Veh icle s   cr ea te  I n itial B r o ad ca s t T ab le  ( I B T )   b ef o r s en d in g   m e s s a g t h I B T   is   o r d e r e d   ac co r d in g   to   th n ei g h b o r in g   v e h icle  M A C   ad d r ess ,   th M A C   ad d r ess   i s   ex tr ac ted   f r o m   lo ca NT ,   an d   f ir s s lo ts   ar g i v e n   p r io r ity   f o r   tr an s m is s io n ,   t h I B T   in itiato r   w ill   ad d   its   M AC   ad d r ess   at   th e   f ir s to   g et   t h h ig h e s p r io r it y ,   s ee   T ab le  2   w h ic h   ill u s tr ates t h I B T   s tr u ctu r e.       T ab le  2 .   I n itial  b r o ad ca s t ta b le   V e h i c l e   M A C   W T S   01 - 1D - 3D - C3 - 78 - F6 - 1D - 3D     02 - 1D - 0F - R6 - 42 - F2 - A1 - 33     00 - 1D - 0F - C3 - 01 - D3 - 1D - 0F     03 - 1D - 0F - C3 - 77 - F7 - 11 - T8         T h cr ea ted   I B T   w ill  b b r o ad ca s ted ,   s o   w h e n   all  n eig h b o r   v eh icles  r ec ei v t h I B T ,   th ey   w il k n o th eir   o r d er   f o r   tr an s m i s s io n th b en ef i o f   I B T   th at  all  n ea r b y   v e h icles  w ill  k n o w   ab o u t h eir   tu r n   an d   t h er w il l   b n o   co llis io n .   W h e n   v e h ic le  r ec eiv es  a n   I B T   f r o m   n ei g h b o r ,   it  w ill  r ea d   th   f ir s s l o MA C   to   id en ti f y   in itiato r ,   I f   th i s   v eh icle  w a n t s   to   s en d ,   r ep l y   to   th in itiato r   w it h   s m a ll  m es s a g ( W T S) ,   af ter   r ec eiv i n g   W T r ep ly   m e s s a g es  f r o m   n ei g h b o r s ,   th in itiato r   m o d if ie s   th I B T   b y   p lacin g   1   in   th v eh icle s’   W T S sl o t     f o r   ea ch   v eh ic le  m ad r ep l y ,   a f ter w ar d ,   b r o ad ca s ts   th I B T   to   th n e ig h b o r s ,   t h e n   all   th e   n ei g h b o r s   k n o w   w h o 's g o in g   to   s en d .   Fo r   d etails  o n   h o w   t h p r o to co w o r k s ,   s ee   f i g u r e s   2   an d   3 .   W h er v eh icle  0 1   in itiate s   an   I B T   an d   b r o ad ca s ts ,   v eh icle s   ( 0 0 ,   0 2 ,   0 3 )   r ep ly   i f   th e y   w a n to   tr an s m it  d u r in g   t h is   t i m s lo b y   s en d in g   W T m e s s a g e   to   v eh i cle  0 1 ,   s ee   F i g u r 3 .   T h v eh icle  w h ic h   h as  r eser v e d   th f ir s s lo at  I B T   an d   w h ic h   is   c u r r en t l y   t h i n it iato r   h as  t h s e n d in g   p r io r ity So   th i s   v e h icle  b eg i n s   to   s en d   its   m e s s a g e i n   t h s en m es s ag I B T   w il b p ig g y b ac k ed .   W h en   a   r ec eiv er   r ec eiv es   th m e s s a g e,   it  ex tr ac t s   it  to g eth er   w i th   th e   I B T .   T h I B T   w ill  s h o w   w h o   w i ll  s e n d   th m e s s a g e   n ex t.   All  v eh ic les  i n   t h n ea r b y   n e t w o r k   h av k n o w led g o f   th I B T   tr an s m is s io n   p r io r it y ,   s o   ea c h   v e h icl e   w il tr an s m it  in   its   t u r n   b y   w a itin g   f o r   t h v e h icle  t h at   lie s   b ef o r it  in   t h I B T   to   f in is h   th tr an s m is s io n ,   s e e   th B T   af ter   th o r d er in g   in   T ab le  3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A n   imp r o ve d   C F - MAC p r o to co l fo r   V A N E T ( Gh a s s a n   S a ma r a )   2671     Fig u r e   2 .   B r o a d ca s t t ab le       Fig u r e   3 .   W an t to   s en d       T ab le  3 .   B r o ad ca s T ab le   V e h i c l e   M A C   W T S   01 - 1D - 3D - C3 - 78 - F6 - 1D - 3D   1   02 - 1D - 0F - R6 - 42 - F2 - A1 - 33   0   00 - 1D - 0F - C3 - 01 - D3 - 1D - 0F   1   03 - 1D - 0F - C3 - 77 - F7 - 11 - T8   1       I n   th last   ex a m p le,   v e h icle  0 1   w ill  b eg i n   th tr a n s m is s io n ,   a n d   it  w ill  i n cl u d th f i n al  B T   ap p en d ed   ( p ig g y b ac k ed )   w it h   th tr an s m itted   m e s s a g e,   an d   v eh icle  0 0   w il w ai f o r   th f i n is h   o f   th tr an s m is s io n ,   at  th at  m o m en t,  v e h icle  0 3   is   w ait in g   f o r   v e h icle  0 0   tr an s m i s s io n ,   a f ter   t h f i n is h   o f   v e h ic le  0 3   tr an s m is s io n ,   th f ir s s lo t h at  h as  0   in   W T S   is   p er m i tted   to   tr an s m it  its   B T ,   an d   in   th is   w a y ,   v eh ic le  0 2   w ill   b eg in   tr an s m itti n g   its   B T   w h ic h   co n tai n s   f r es h   in f o r m atio n   ab o u t th v eh icles  n eig h b o r h o o d .   I n   ca s t h er is   n o   v e h icle  h as   0   in   its   W T S,  an y   v e h icle  i n s i d th B T   h as  m e s s a g to   s e n d   it  m u s t   co m p ete  w it h   th o th er   B T   v eh icles  t h at  w a n to   s en d ,   T h v eh ic le  w i ll  w a it  r an d o m   a m o u n o f   ti m w it h   Sh o r I n ter f r a m e   Sp ac in g   ( SI F S)   an d   Di s tr ib u ted   I n ter f r a m Sp ac in g   ( DI FS )   d u r i n g   co n te n tio n   ti m to   a v o id   co llis io n .   Fo r   n e w   v e h icle s   j o in in g   t h p lato o n   th m es s ag s h o u ld   b r ec eiv ed ,   an d   th e   n ei g h b o r s   s h o u ld   b e   co n tacte d   o n ce   t h e y   ar a s k e d   to   d o   s o   I ca n   n o s tar t sen d i n g   a s   s o o n   a s   it  e n ter s   th g r o u p ,   s o   it w ill  r ec eiv e   th tr an s m is s io n   f r o m   n ei g h b o r s ,   as  s o o n   a s   it  r ec ei v es  t h B T   an d   w an t   to   tr an s m i t,  it  w il i n clu d 1   i n   it s   W T S   s lo t a n d   w aits   f o r   its   t u r n   to   b eg in   tr a n s m it tin g .       3.   T H E   I - M AC  P RO T O CO L   A lt h o u g h   t h C -   M AC   h as  g o o d   r esu lts ,   i m p r o v e m e n t s   ar s till   p o s s ib le ,   th p r o p o s ed   I - MA C   w i ll   ad d   th f o llo w i n g :   T h in itiato r   m u s u s C ar r ier   Sen s Mu lti p le  A cc ess   ( C SM A )   b ef o r s en d in g   t h I B T ,   Sin ce   th er is   p o s s ib il it y   o f   s ev er al   v e h icles   s i m u lta n eo u s l y   s e n d i n g   I B T   an d   th u s   co lli s io n s   o c cu r s o ,   t h v eh ic le  w il li s ten   to   th c h a n n e b ef o r s en d in g   t h I B T ,   Usi n g   C S MA   is   r ea s o n ab le  in   th e   cu r r e n s itu a tio n   a s   t h v eh ic les  ar clo s a s   co n s eq u en ce   o f   t h p lato o n s ,   s o ,   if   t h ch an n el  i s   b u s y ,   v eh icle  w ill   wait  u n til  t h c h an n el   b ec o m e s   id le  b ef o r tr an s m is s io n .   I n   ad d itio n ,   m a n y   co llis io n s   o cc u r   if   th v e h icle  tr a n s m it s   i m m ed iatel y   w h e n   s en s i n g   a n   i d le  ch an n el ,   s o   f air n e s s   m eth o d   m u s t b ap p lied ,   an d   in   h er e,   DI FS   w ill b u s ed ,   DI FS   m ea n s   v eh icle  h as to   w ait  r an d o m   a m o u n o f   ti m   w h en   s e n s i n g   an   id le  c h a n n el   b ef o r s e n d in g ,   an d   t h is   is   lo n g er   th a n   SIFS,  As  t h u s o f   SI FS   in   cr o w d ed   n et w o r k   li k V ANE T ,   m an y   v e h icles  w ai v er y   s h o r an d   m o r th an   o n v e h ic le  s till   h a s   c h an ce   to   s to p   w aiti n g   a n d   s tar t tr an s m is s io n   s i m u l tan eo u s l y .   See  F ig u r 4   f o r   th I - M AC   p r o to co l f lo w ch ar t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 6 6 8 - 2674   2672       Fig u r 4 .   I - M A C   p r o to co l f lo w c h ar t       4.   SI M UL AT I O A ND  RE SU L T S   Ma tlab   R 2 0 1 8 b   w a s   u s ed   in   th is   p ap er   to   test   th co r r ec tn ess   o f   th p r o p o s ed   I   -   MA C   p r o t o co l ,   th p r o to co test ed   an d   co m p a r ed   w it h   t h C F - M AC   [ 1 ]   an d   DT MA C   [ 1 8 ] i n   t h I   -   M AC   i m p r o v ed   p r o to co l,   w h er th p r ec is e n v ir o n m en t   an d   all  th s i m u latio n   p ar a m e t er s   u s ed   i n   C -   M AC   a n d   DT MA C   w er ad o p ted .     4 . 1 .   Si m ula t io n p a ra m et er s   Hig h w a y   s ce n ar io s   w ith   t w o   lan es  o f   s ize  2 0 0 0 m   ×  2 0 m ,   in   b o th   d ir ec tio n s ,   th s p ee d   o f   th m o v i n g   v eh ic le  is   co n s ta n t ;   th s i m u la tio n   p ar am eter s   ar s u m m ar iz ed   in   T ab le   4 .   Nak ag a m p r o p ag atio n   m o d el  w as  u tili ze d   to   d is tr ib u te  t h n e t w o r k   n o d es  [ 1 7 ] .       T ab le  4 .   Sim u latio n   p ar a m eter s   S t r e e t   l e n g t h   2   k m   L a n e s   Tw o   l a n e s   S p e e d   1 2 0   k m / h   T r a n smissi o n   r a n g e   3 0 0   m   N u mb e r   o f   v e h i c l e   1 0 0   N e t w o r k   i n t e r f a c e   P h y / W i r e l e ssP h y Ex t   M A C   i n t e r f a c e   M a c / 8 0 2   1 1 Ex t   I n t e r f a c e   q u e u e   Q u e u e / D S R C   P r o p a g a t i o n   mo d e l   P r o p a g a t i o n / N a k a g a mi   N u mb e r   o f   T D M A   sl o t s/ f r a me s   10   T i me   sl o t   2 . 5 ms   A n t e n n a   t y p e   A n t e n n a / o mn i a n t e n n a   M i n i m u m   b e a c o n i n g   i n t e r v a l   1 0 0 ms   M a x i m u m   b e a c o n i n g   i n t e r v a l   5 0 0 ms       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2088 - 8708       A n   imp r o ve d   C F - MAC p r o to co l fo r   V A N E T ( Gh a s s a n   S a ma r a )   2673   A r ea   o cc u p an c y   ( A O)   p ar a m et er   w a s   u s ed   i n   [1 8 ] ,   w h ic h   i s   e q u al  to     N × R L × T   in   h ig h w a y   s ce n ar io ,   w h er e   is   th to tal  n u m b er   o f   ac ti v e   v eh ic les,  R   i s   t h co m m u n icat io n   r an g e,   L   i s   th le n g t h   o f   t h h ig h w a y ,   T   is   th e   n u m b er   o f   s lo t s   r eser v ed   f o r   e ac h   ar ea ,   th is   w i ll i n d icate   th d en s e   s it u atio n s ,   as t h ese  p r o to co ls   w er test ed   i n   h ig h   tr a f f ic  s ce n ar io s .   Fig u r 5   s h o w s   t h m er g i n g   co llis io n   r ates  o f   I - M A C ,   C F - M AC ,   an d   DT MA C .   A s   s h o w n   in   t h i s   Fig u r e,   I - M AC   ac h ie v es  les s   co llis io n   t h an   C F - M AC   an d   DT MA C   s tar ti n g   f r o m   AO  0 . 9   w h er I F - M AC   w o r k s   b etter   as  it  elim in a ted   th ch an ce   f o r   th co llis io n   to   s o m d eg r ee ,   f u r th er m o r e,   I - MA C   ac h ie v es  b etter   an d   co n s i s ten t p er f o r m an ce   i n   h ig h er   tr af f ic  s ce n ar io s   t h a n   C F - M AC ,   w h ich   m a k es  it   m o r r eliab le.   F o r   in s ta n ce ,   at  A =   1 ,   th e   IF - M AC   p r o to co ac h iev e s   i n   m er g i n g   co llis io n   r ate  o f   3 %,  C F - M AC   s co r es  9   w h ile  w h ic h   s h o ws  r ate  o f   2 2 ( w h ic h   m ea n s     th at  C F - M A C   is   h i g h er   in   c o llis io n   b y   6 %,  an d   DT MA C   i s   h ig h er   b y   1 9 %),   it  is   al s o   w o r t h   n o ti n g   th at   w h en   O A   =   1   m ea n s   t h at  t h ar e is   f u ll y   cr o w d ed .   T h ese  r esu lts   ca n   b ex p lai n ed   b y   t h f ac t th a CF - M AC   a n d   DT MA C   h av ac h ie v ed   h ig h er   r ate  o f   m er g i n g   co llis io n   co m p ar ed   to   I - M A C .   Fig u r 6   s h o w s   th ac ce s s   co lli s io n   r ates  o I - M AC ,   CF - M A C ,   an d   DT MA C .   As  s h o w n   i n   t h is   Fi g u r e ,   IF - M AC   ac h ie v es  s m aller   r ate  o f   ac ce s s   co llis io n s   t h an   C F - MA C   an d   DT MA C   s tar t in g   f r o m   A (   0 . 8 ) .   Fo r   in s ta n ce ,   at  AO  1 ,   th e   IF - MA C   p r o to co l a ch iev es a n   ac ce s s   co llis io n   r ate  o f   5 %,  C F - M A C   s co r es 9   w h ile   w h ic h   s h o w s   r ate  o f   7 1 ( w h ich   m ea n s     th at  C F - M AC   is   h ig h er   in   co llis io n   b y   4 %,  an d   DT MA C   is   h i g h er   b y   6 6 %),   w h ich   m ea n s   w h e n   t h ch a n n el  is   f u ll y   cr o w d ed   D T MA C   ca n to ler ate  t h c h an n el  ac ce s s   an d   m an y   v eh ic les tr an s m it a t t h s a m t i m e.           Fig u r e   5 .   T h r ate  o f   m er g in g   co lli s io n       Fig u r e   6 .   T h ac ce s s   co llis io n   r ate       T h p ac k et  lo s s   r ate s   o f   t h e   I - M AC ,   C F - M A C ,   a n d   DT MA C   p r o to co ls   ar s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   Fo r   A   0 . 8 ,   th I - M A C   o u t p er f o r m s   t h o th er   t w o   p r o to co ls ,   th i s   m ea n s   th a n o   p ac k e lo s s   f o r   th I - M AC   if   t h n et w o r k   is   d en s e   b elo w   t h A O   %0 . 9 ,   i f   t h n et w o r k   i s   f u ll y   cr o w d ed   A =   1 0 0 th en   j u s t   0 . 5 p ac k et   is   lo s t,  ,   w h i le  t h C F - M A C   s tar tin g   to   l o s p ac k ets  a A 0 . 7 ,   an d   w h e n   t h n e t w o r k   i s   f u ll y   cr o w d ed   i.e .   A 1 0 0 C F - M A C   s co r es 1 . 7 o f   p ac k et  lo s s   w h ic h   i s   m u c h   h i g h er   t h a n   th I - M AC ,   th DT MA C   s tar ti n g   to   lo s p ac k ets at  A 0 . 6 ,   an d   w h e n   th n et w o r k   is   f u ll y   cr o w d ed ,   i.e . ,   A 1 0 0 % D T M A C   s co r es 3 . 8 o f   p ac k et  lo s s   w h ich   is   to o   m u ch   h ig h er   t h a n   t h I - M A C .   I ca n   b s ee n   t h at   th e   p r o p o s ed   p r o t o co h as  t h lo w e s p ac k et  lo s s   r ate,   esp ec iall y   f o r   h ig h   A O,   d u to   its   ca p ab ilit y   to   d ea w it h   t h m er g i n g   co ll is io n   p r o b le m .             Fig u r e   7 .   T h r ate  o f   ac ce s s   co lli s io n   0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A r e a   o f   o ccu p a n cy   ( O A ) C o l l i si o n % M e rg i n g   C o l l i s i o n   R a t e     I - M A C C F- M A C D T M A C 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A r e a   o f   o ccu p a n cy   ( O A ) C o l l i si o n % Ac c e s s   C o l l i s i o n   R a t e     I - M A C C F- M A C D T M A C 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 A r e a   o f   o ccu p a n cy   ( O A ) P a ke t   l o ss% Pa k e t   L o s s   R a t e     I - M A C C F- M A C D T M A C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9   :   2 6 6 8 - 2674   2674   5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r o p o s es  n e w   I   -   M AC   p r o to co to   i m p r o v t h C -   M AC ,   t h is   p r o to co i s   ai m ed   at   co n tr o llin g   ch a n n el  ac ce s s   ( M AC ) ,   w h ic h   i n   t u r n   i m p r o v es  ch an n el  p er f o r m an ce   a n d   r eli ab ilit y   to   ac h iev a   co l lis io n - f r ee   n et w o r k T h r esu lt s   s h o w   t h at  t h I   -   M AC   r e s u lt s   i n   ter m s   o f   co llis io n   a n d   th p ac k et   lo s s   r atio   ar p er f o r m i n g   b etter   co m p ar e d   to   C -   M A C   a n d   DT MA C .       ACK NO WL E D G E M E NT   T h is   r esear ch   is   f u n d ed   b y   t h Dea n s h ip   o f   R e s ea r ch   a n d   Gr ad u a te  Stu d ies  i n   Z ar q U n i v er s it y ,   J o r d an .       RE F E R E NC E S   [1 ]   G .   S a m a ra ,   A n   Eff ici e n Co ll isi o n   F re e   P ro t o c o f o V A NET ,   In t.   J .   Co mp u t .   Ap p l. ,   v o l /i ss u e :   1 8 0 ( 16 ) ,   p p .   3 0 - 3 4 ,   2 0 1 8 .   [2 ]   L .   Ka i,   e a l. ,   R A M C:  A   RS U - a s siste d   m u lt i - c h a n n e c o o r d in a ti o n   M A p ro to c o f o V A NET ,   IEI C T ra n s. 2 0 1 1 .   [3 ]   T .   L u o ,   e a l. ,   CA M - M A C:  c o o p e ra ti v e   a s y n c h ro n o u m u lt i - c h a n n e M A p ro t o c o f o a d   h o c   n e tw o rk s,”   Ne two rk s S y st. ,   2 0 0 6 .   [4 ]   R.   Ya d u m u rth y   a n d   M .   S a d a sh iv a iah ,   Re li a b le  M A b ro a d c a st  p ro to c o i n   d irec ti o n a a n d   o m n i - d irec ti o n a tran sm issio n s f o v e h icu lar ad   h o c   n e tw o rk s,”   Pro c .   2 n d ,   2 0 0 5 .   [5 ]   L .   Zh o u ,   e a l. ,   Cro ss - lay e ra te  c o n tr o l,   m e d iu m   a c c e ss   c o n tro l   a n d   ro u ti n g   d e sig n   in   c o o p e ra ti v e   V AN ET ,   Co mp u t .   Co mm u n . ,   2 0 0 8 .   [6 ]   H.  M e n o u a r,   e a l. ,   A   su rv e y   a n d   q u a li tativ e   a n a ly sis  o f   M A p ro to c o ls  f o v e h icu lar  a d   h o c   n e tw o rk s ,   IEE W ire l.   Co mm u n . ,   2 0 0 6 .   [7 ]   R.   Ba ld e ss a ri,   e a l . ,   Ca r - 2 - c a c o m m u n ica ti o n   c o n so rti u m - m a n ife sto ,   2 0 0 7 .   [8 ]   I.   C.   S .   L .   M .   S tan d a r d s,  W irele ss   LAN  m e d iu m   a c c e ss   c o n tro ( M A C)  a n d   p h y sic a la y e r   (P HY sp e c if ic a ti o n s,”   IEE S t a n d .   8 0 2 . 1 1 - ,   1 9 9 7 .   [9 ]   ET S S tan d a r d ,   I n telli g e n T ra n s p o rt   S y ste m s (I T S );  Eu r o p e a n   p r o f il e   sta n d a rd   f o t h e   p h y sic a a n d   m e d iu m   a c c e s s   c o n tro lay e o f   In telli g e n T ra n sp o rt  S y ste m s o p e ra ti n g   in   t h e   5   G Hz   f re q u e n c y   b a n d ,   2 0 0 9 .   [1 0 ]   G .   S a m a ra   a n d   W .   A l - S a li h y ,   S e c u rit y   issu e s a n d   c h a ll e n g e s o f   v e h icu lar ad   h o c   n e tw o rk s (V A NET) ,   Ne T re n d s   In f. ,   2 0 1 0 .   [1 1 ]   P .   En g e lstad   a n d   O.  Øs terb ø ,   No n - sa tu ra ti o n   a n d   sa tu ra ti o n   a n a l y sis  o f   IEE 8 0 2 . 1 1   e   EDCA   w it h   sta rv a ti o n   p re d ictio n ,   Pr o c .   8 t h   ACM   I n t. ,   2 0 0 5 .   [1 2 ]   G .   S a m a ra   a n d   T .   A lh m ied a t,   I n t e ll ig e n Eme rg e n c y   M e ss a g e   Bro a d c a stin g   in   V A NET   Us in g   P S O,”  W o rld   Co mp u t.   S c i.   In f.   T e c h n o l .   J . ,   v o l /i ss u e :   4 ( 7 ) ,   p p .   2 2 2 1 - 7 4 1 ,   2 0 1 4 .   [1 3 ]   M .   V a n   Een e n n a a m   a n d   A .   Re m k e ,   A n   a n a l y ti c a m o d e f o b e a c o n in g   i n   V A NETs,   Co n f.   ( VNC),   2 0 1 2 .   [1 4 ]   S .   Yu e z h o n g y i,   Re li a b le  a n d   S e c u re   Ro u t in g   A DH OC  A lg o rit h m   Ba se d   o n   Co ll a b o ra ti v e   M o n it o r   No d e i n   V A NET S ,   In t.   J .   S e c u r.  I ts A p p l. ,   2 0 1 5 .   [1 5 ]   M .   Ra n i ,   T DMA   AN D F DMA   In teg ra ted   Hy b rid   M o d e f o r   Co m m u n ica ti o n   Op ti m m iza ti o n   in   V AN ET ,   IJ RE CE 2 0 1 5 .   [1 6 ]   M .   Ha d d e d ,   e a l. ,   A n   in f ra stru c tu re - f re e   slo a ss ig n m e n a lg o rit h m   f o re li a b le  b ro a d c a st  o f   p e rio d ic  m e ss a g e in   v e h icu lar ad   h o c   n e tw o rk s,”   VT Fa ll ,   2 0 1 6 .   [1 7 ]   G .   S a m a ra ,   A n   in telli g e n t   ro u ti n g   p r o to c o in   V A NET ,   In t.   J .   Ad   H o c   Ub iq u it o u C o mp u t. ,   v o l /i ss u e :   29 ( 1 /2 ) ,   p p .   7 7 ,   2 0 1 8 .   [1 8 ]   H.  A .   Om a r,   e a l. ,   V e M A C:  A   n o v e m u lt ich a n n e M A p r o to c o f o v e h icu lar  a d   h o c   n e tw o rk s,”   2 0 1 1   IEE E   Co n fer e n c e   o n   Co m p u ter   Co mm u n ica ti o n s W o rk sh o p s ( INFOCOM   W KS HPS ) ,   p p .   4 1 3 - 4 1 8 2 0 1 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.