Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En g in eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   5 ,  Octo ber   201 9 , pp.  3531 ~3 541   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 5 . pp3531 - 35 41          3531       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Modelin g and an alys i s of IEE E  1609.4 MA C in the  p re s ence  of  error - p rone chan nels       Ak r am A. Al mohamme di 1 , Nor  K . No or din 2 , A. Sali 3 , F az ir ulhi sy am  H as him 4 ,     Wah e b  A.   Jab ba r 5 ,   Sabri  S ae ed 6   1 ,2,3,4 Depa rtment   of  Com pute r and   Com m unic at ion   Engi n ee ring ,   U nive rs it i   Putra   Malay si a ,   Malay si a   2 ,3,4 W ire le ss   and   Photonic s Net w orks L abor a torat or y ,   Unive rsiti Putra   Ma lay sia ,  Malay s ia   5 Facul t y   of Engi nee ring   T ec hnol o g y ,   Univer si ti  Malay s ia Paha n g,   Mal a y s ia   6 Depa rtment of  Com m unic at ion   S y stems   Engi n e eri ng ,   T ai z   Univ ersity ,  T ai z - Yem en       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ju l   1 9 , 2 01 8   Re vised  A pr   4 ,  201 9   Accepte d  Apr   15 , 201 9       Vehic ul ar  Ad  H oc  Networks  (V AN ET s)  have   b e en  dev el oped   to  improve  the  safe t y ,   comfort  and  eff ic i ency   o f  drivi ng   on  th e  roa d.   The  IE EE   1609. 4  is   a   standa rd  intend ed  to  support  m ult i - cha nn el   i n  VA NETs.   The se  cha nne ls   inc lud e  one  control  cha nnel   for  safe t y   applic at ion s  and  six  servic e  cha nne ls   for  servic e   appli ca t ions.  How ever,  the r e  is  sti ll   no  comprehe nsi ve  anal y s is  for  the   av era g e   del a y   and  s y st em  throughput   of  IEE E  1609 . 4  MA C  in   VA NETs  conside ring  err or - pro ne  cha nn el   und er  non - saturate d   condi ti ons.   In  thi s pa per ,   we   propose  an  anal y t ical  m odel s ba sed  on  1 - D a nd  2 - D Markov  cha in   to  evalua t e  th e  pe rform anc e  ana l y sis  o f  I EE E   1609. 4 - b ase d  M AC  i n   the   pr ese nce  of  err or - prone   cha n nel s.  B eside s,  fr ee z ing  of  the   b a ck - off  t imer   is  ta ken   int o   con sidera t ion  to  p ro vide   a n  a cc ur at e   esti m at ion   of  acce ss   to  th e   cha nne l .   Th e  sim ula ti on  resul t s  have   bee n  c arr ie d  out  to  v al id at e  th e   ana l y t ical  resul ts  of  o ur  m odel .   The   result s  show   tha t  the   pe rform anc e  of  our   m odel   outpe rfor m s  the   exi sting  m odel   in  te rm s  of  pac ke t  delive r y   ra ti o  and   ave rag e  dela y   of   safe t y   pac k et s  o ver   CCH,  and  s y stem  throughput   of  servic e   pac ke ts ove r   SC Hs .   Ke yw or d s :   B ack - off freezi ng tim er   Error - pron e  cha nn el s   IEEE 1 609.4   Perfo rm ance an al ysi s     V A NETs     Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Akram  A . Alm oh am m edi   Dep a rtm ent o f C om pu te r  an d C omm un ic at io n  Syst em s En gi ne erin g,   Un i ver sit i P utr a Ma la ysi a,   43300 Se rd a ng , Mal ay sia .   Em a il :  akr am a 2810@ gm ai l.c om       1.   INTROD U CTION   Re centl y,  with  inc reasin g  the  po pu la ti on,   the  num ber   of   reg ist ere d  veh ic le s  has  dr am at ic ally  increase d  ov e r  a ll   the  world,   a nd   t his  le ads  t o  a  high  rate  of   traff ic   acci de nt s  on  the  ro a ds .  In   orde r  to  pr e ven t   su c h  acci den ts ,  an  I ntell igent   Tran s portat io n  Syst em s  (I TSs)   are  nee de d.   I TSs  ty pica ll y  has  the  abili ty   to   i m pr ove  the  qu al it y,  eff ect ive ness  a nd  sa fety   of  t he  fu t ur e   tr ans portat ion   syst e m s.  Howe ve r,   VANET s  are   the  key  com po ne nt   of   ITSs  w hich  integ rate  w irel ess  netw orks  into  ve hicle s.  V AN E Ts  suppo rt  three  ty pes  of   com m un ic at ion s  incl ud i ng  V ehicl e - to - Ve hi cl e  (V2V),  Ve hicle - to - I nfrast ru ct ur e  (V2 I) ,   and  Hy br id   Ve hicular  (HV)   c omm un ic at ion s.  T he  a pp li cat io ns   of   VANETs   are  di vid ed   into   tw o  cat egories,  sa f et y  app li cat ions  an d  serv ic e   ap plica ti on s.   Saf et y  app li cat io ns   a re   us e d  t o  noti fy  dr i ver s   ab ou t  the   crit ic al   s it uation  i n  a dvance .   On   t he  ot her   hand,   ser vice  app li c at io ns   ar e  us e d  f or   im pro ving  dri ving  com fo rt  a nd   the  eff ic ie nc y  of  trans portat ion.   As  a  re su lt ,  s afety   app li cat ion s   are  delay - sensiti ve  an d  hav e  a  hi gh e r  pr i or it y,  w hile  serv ic e   app li cat io ns   ar e  thr oughput - s ensiti ve  a nd   ha ve  lo wer  pri ori ty .  The  US   Fe der al   C omm un ic at ion s  Com m issi on   (F CC )  has  al lo cat ed  a  fr eq ue ncy  band  of  5. 9  G Hz  in  a  total   ban dwidt h  of  75   M Hz  unde r  DS RC   to  suppo rt   7 - c ha nn el s  ea ch  of  w hich  is  10   MHz  wi de  an d  the  guar d  ba nd  is  5  MHz  wi de.  These  cha nn el s  are  functi onal ly   div ide d  int o  one   co ntr ol  cha nn el   (CCH _178),  an d  up  to   six  are  se rv ic e  c ha nn el s   (S C Hs )  [ 1 - 3] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3531   -   35 4 1   35 32   The  CC H  is  e xc lusively   us e d  to  broa dcast  sa fety - crit ic al   ap plica ti on s  a nd   regular  tra ff ic s ,  w hile  the  six  oth e r   channels,  SC Hs,   are  ded ic at ed  to  trans f er  serv ic e  da ta   app li cat ions.  W ire le ss  Access  in  Ve hicular  En vironm ent  (W A VE )  has  been   desi gn e d  for  V ANETs   based   on  the   IEEE  802.1 1p  an d  I EEE  1609. x  sta nd a rds  fam i ly .  The  IE EE  802.1 1p   sta nda rd   s uppo rts  both  the  ph ysi cal   (P H Y )  an d  m e diu m   acce ss  con t ro l   (MAC)   la ye rs   of  D SRC .  T he  I EEE  1609 .4   is  t he  sta ndar d  (legacy)   intende d  t o  s uppo rt  m ulti - chan nel  op e rati on  in  V AN E Ts  [ 1 - 3].  The  re peati ng  synch ronizat io n  inter vals  (S I )   a m on g  the  ch ann el s  to  tra nsm it  the  pack et s  a re  10 0  ms ,  an d  eac h  SI   is  e ve nly  div ide d  int o  50   ms  for   CC H  I nter val  (C CHI)   a nd  5 0  ms   SC H  In te r val  (S CH I )   as s how n  i n  F ig ure   1  [ 1 - 5].           Figure  1. Mult i - ch a nnel  MAC  operati on i n V AN E Ts - IEEE   1609. 4       Fo r   SC Hs  re s erv at io n  i n  IE EE  16 09.4,  ve hicle   ( prov i de r)   i niti al ly   br oa dcasts  WAVE  Se r vice  Adve rtisem ent  ( WSA)   pac ke t  on  the   CC H   durin g  C C HI  to  a dverti se  it s   ser vice  a nd  s el ect   an  a ppr opriat e  SCH  f or  this  s erv ic e.  If  ot her  ve hicle s  ( us er s)  intere st  to  join  t he  se rv ic e ,  w hich  is   ad ve rtise d  by  a  p r ov i der,   will   rep ly   by  Re qu est   f or  Se rv ic e  (RF S).  T hen,  the  pr ov i der   rep li es  the   us ers  by  Ac knowl ed gm ent  (A C K)   ei ther  f or   acce ptance  or   re j e ct ion .  Ty pical ly ,  pack et s  coll isi on   m ay  occu r  if  m or e  than  one  ve hicle   sta rts   transm itti ng   a  pack et   sim ultan eo us ly   within   the  sa m e  t i m e  slot.  W he rea s,  transm issi on  err or  m ay  m a nifest  du e  t o  the  co m plex  con diti on   o f  a  wirele ss  cha nn el   in  VANETs  s uc h  as  path  loss ,  therm al   no ise ,  channel   fad i ng, or  i nter fer e nce  from  o ther radi o resources .   The  pr i nciple  a naly sis  of  IEE E  802.1 1  Distr ibu te d  Co ordin at ion   F unct ion  (D CF )  was  int r oduce d  by  Bi anch i  [ 6].  Bi anch i  propo sed  2 - D  M a r kov  C hain   m od el   t o  a naly ze  the  perf orm ance  of  M AC  DC F   m echan ism   by   com pu ti ng   t he   thr oughput,  assum ing   sat urat ed  traf fic  an d  er ror  f ree  c ha nn el .  Seve ral  works   su c h  as  [7 - 9]  f ollow e d  Bi anc hi’s  m od el   by  analy zi ng   the  t hro ughput  an d  delay   of   IEE E  802.1 1  DCF   under  sat ur at ed  tra ff i c  ta kin g  into  c on si der at io n  f r a m e  retry  l i m i t s,  error - pr on e  channels  an d  f reezin g  of   the  back - off  tim er.  Un li ke  sat ur at e d  tr aff ic ,  the  anal yt ic al  m od el   fo r  the  th rou ghpu t  an d  delay   of   IE EE  802.1 1  DC F   perform ance  un de r  no n - sat urat ed  tr aff ic   wa s  stud ie d  by  [ 10 - 11 ] .  F or   th e  broad cast   an al ysi s  in  VA N ETs ,   sever al   wor ks   su c h  as  [ 12 - 14]   hav e  e valuat ed  the  sat ur at i on   pe rfor m ance  of   sa fety   m e ssages  broa dca st  in  VANETs   to   c al culat e  the  t hro ughput  a nd   delay   f or  e m erg ency  a nd   r ou ti ne   m ess ages.   Dif fer e nt   fro m   broa dcast  analy sis  in  VA NE Ts,  the  un ic ast   per f or m ance  analy sis  of   IEE E  802.11p  in  the  pr e sence  of  hid de n  te rm inals  unde r  both  sat ur a te d  an d  unsat ur at e d  traf fics   was  prese nted  in  [ 15] .  Th e  analy ti cal   mo del  of  VANETs  incl ud i ng   bo t h  broad ca st  and   unic ast   analy sis  fo r  sa fety   and   ser vice  app l ic at ion s,  res pe ct ively ,   base d  on  Ma r kov  c hain   m od el   we re  int rodu ce d  i n  [ 16] .   The  a utho rs  i n  [ 16]   analy ze d  the  pe rfor m ance  of   IEEE  80 2.11p  base d  MAC  unde r  no n - sat urat ed  traff ic   an d  erro r  fr ee  c ha nn el s .  The  pe rfor m ance  m etr ic s  of  delay ,  pac ket  de li ver y  rati o  a nd  syst em   thro ughput  were  in vestigat ed   in  [ 16 ] .  The   aut hors  in   [ 17 - 18 ]   offe re d  the  analy ti cal   stud y  of  the  IE EE  16 09.4  M AC  in   V ANE Ts  un der  no n - sat ur at ed   c ondi ti on .  T he  pe rfor m ance  m et rics  of   delay ,  pack et   deliv ery  rati o  and   s yst e m   through pu t  we re  stu died  in  [17 - 18] .  Howe ver,  fr ee zi ng   of   the b ac k - off  ti m er and  er r or - pro ne  c hannels  w e re  no t t a ken into c onside ra ti on  in  [1 7].    Our  m od el   is  e xtensi on   of   the   existi ng   m od el   in  [1 7].  Fr eez ing   of  the  bac k - off  ti m er  with   the  M/ M/ 1   qu e ue   an d  e rro r - pro ne  c hanne ls  are  ta ken  int o  c onside red  in  our  m od el .   Takin g  t hese  e lem ents  into  a ccoun t   will   pr ovide  a n  accu rate  est im at ion   of   acce ss  to  the  cha nn el   and   al so   a void  the  overesti m at ion   of   the  s yst e m   thr oughput.  H ow e ve r,   t his  pa per   f ocuses  on  a naly zi ng  tw o  ty pes   of  tra f fics;   safety   a nd  se rv ic e  t raffic s  with   higher  a nd  lo wer   pr i or it ie s  resp ect ively .  1 - D  a nd   2 - D  Ma rkov   c hain  are  em plo ye d  to  m od el   the  back - off   proce dures  f or  each  traff ic   ty pe  in  the  pr e sence  of  erro r - pro ne  cha nne ls  und er  no n - s at ur at ed  c ondi ti on s .   Gau s sia n  wirel ess  er ror  c ha nnel   is  ad op te d  i n  this   m od el ,  in  wh ic h  a  c ons ta nt  cha nnel   bi t  error  rate  (BER)  is   su pp os e d  to  be   identifie d  in  a dv a nce  a nd  ea ch  bit  has  t he  s a m e  bit  error   pro ba bili ty .  The  perf or m ance  m et ric   PD R,  av e ra ge  delay   of   safety   app li cat ion s  a nd   syst em   through pu t  of  ser vi ce  app li cat ions  are  inv est igat ed  in   this pa per to  ev al uate the  perf or m ance an al y sis of the  I EE E  1609.4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Ele c &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Mo deling a nd  analysis  of I E E E 16 09.4 MAC  in  the   pre senc e o f err or - pro ne   . ..   ( Akra m  A . A lmoh amme di)   3533   2.   ANALYTI C A L MO DEL   2.1.   Multi - priorit y  tr an smissi on   mod el   This  analy ti cal  m od el   con sid ers  the  I EEE  1609. 4  sta ndar d  sp eci ficat ion s   fo r  the  safety   and   se rv i c e   a pp li cat io ns   as   disp la ye d  in  Fig ure   1.   T he r e  are  n   ve hicle s  in  the  netw ork  c onte ndin g  to  acce ss  th e  c hannel  base d  on  the  E DCA  schem e.  All  ve hicle s  ar e  in  t he  tra ns m issi on   ra ng e   of   each  ot her   a nd   the re  a re  no  hidde n  te rm inals  in  the  syst e m .  Ho w ever,  acco rd i ng  to  the  IE EE  1609. 4  sta ndar d,   safety   an d  WSAs  pac kets   are  on ly   transm itted  over  CC H  durin g  CC HI   as  sh own  in  Fi g ure   1.   I f  safety   or   WSAs  pac kets   arr ive  at   MAC  la ye r  durin g  t he  SC HI   at   rate  ,  t hey  ha ve  t o  queue  at   M AC  la ye r  buf fer  wait ing   f or   t he  s ub seq uen t  CC HI   to  be   transm itted.  T hu s ,  under  he avy  traf fic,  m any  pac kets  will   be  que ue d  at   MAC  la ye r  buf fer   wa it ing   f or  transm issi on   at   the  be ginnin g  of  the   ne xt  C CHI.  T his  will   increa se  c olli sio n  a nd  delay   of  tran sm i tt ed  safety  pack et s ,  an d  de crease  the  PDR   and  acco rd i ng ly   the  pe rform ance  of  V A NETs  will   be  degra ded.  T he  crit ic al   so luti on  t o  ac hieve  a  reli a ble  dissem inati on   of  safety   pa cket  on   the  road  is  t o  m it ig at e  the  c onflic t  whe n  acce ssing   t h e  CC H.   Th us ,  in   order   to  m itigate  the  colli sion   pro ba bili ty   o ver   CC H ,  the  con si der e d  a pp l ic at io n  la ye r  has   to   sc hedule  t he  generate d  pac kets  to  ar rive   at   M AC  la ye r  with   Po iss on  m ann e r  by  delay in g  a  tim e   of  SCH I  ( 50  ms ) .  Me a ning  that  there   will   be  t w o  qu e ue s  with   the  sa m e  arr ival  rat e    duri ng  the   CC HI.   The  total   of  tw o  in dep e ndent  Po iss on   proces s  with  rate    is  2 .  The re by,  the  pac ket  ar riv al   rate  fo r  sa fet y  and  WSAs  tra ff ic   durin g  t he  CC HI   a re  de no te d  by     an d   ,  resp ect ively ,  a nd  they   f ollo w  the  Po iss on   distrib ution.   Let   ( )   be  the   ra nd om   pr oces s  re pr ese ntin g  th e  back - off  ti m er   value   ( 0 , 1 , 2 , … , − 1 )   at   tim e   slot   ,  w hile  The   back - off  sta te   process  is  denoted  by  ( ).  ,   a nd     are  the  transm issio n  fail ur e  pro ba bi li ty   and   t he  prob a bili ty   of   at   le ast   on e  pac ket   in  the  buff e r   for  a  sa f et y  app li cat io n,   r e sp ect ively .  T he   sta te  transiti on   dia gra m  o f  the  1 - D M arkov  c hain for the sa fety  ap pli cat io ns  pr oc ess is shown i n  Fig ure   2. Th e n on - nu ll  tra ns it io n pro bab il it ie s are  g ive n by:     { (   |   0 )   =     / ,                                       0   ≤     ≤   −   1 (   |     )   = ,  ,                                             1   ≤     ≤   − 1 (   |   + 1 )   =   1 − ,  ,             0   ≤     ≤   − 2   (1)     Her e ,  the  non - nu ll   tra ns it ion   pro bab il it ie s  de sc ribe  the  una vaila bili ty   of   s afety   pack et s  t ran sm issi on   in the b uffer,  he nce c hangi ng  the stat ion i nto i dle  ( )   sta te  after  s uccess fu l t ra ns m issi on  is as  foll ow s;     { (   |     0 )   =   1 −                                                                                               (   |   )   =   1 −                                                                                               (   |   )   =   / ,                       0   ≤     ≤   −   1     (2)     .       Figure  2. Ma r kov chai n  m od e l of safety  a pp l ic at ion s       Let   ,   =   → ∞ P   { ( ) = }   f or  ∈ ( 0 , − 1 )   be  the   sta ti on ary  distrib ution   of  the  1 - D  Ma rkov  chai n,  w her e     is  the  con te ntion  wi ndow  of  safet y  process .   F rom   the  Ma rko v  chain   m od el   in   Fig ure   2, we  c an get:     = ( 1 − ) , 0 + ( 1 − )   (3)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3531   -   35 4 1   3534   = 1 − , 0   (4)     , = − 1 1 − ,  , 0              1   ≤ ≤   −   1   (5)     Ther e f or e,   by  us in g  th e  no r m al iz ation   c onditi on   1 = + ∑ , − 1 = 0   f or  sta ti on a ry  distri buti on ,  we  ca n deri ve  , 0 as foll ows :     , 0 =   2 ( 1 − ,  ) 2 ( 1 − ,  ) + ( − 1 )   (6)     Let     be   the  t ra ns m issi on   pro ba bili ty   of   sa fety   app li cat io ns   that  a  ve hicle   can  tra ns m it   in  a  ra ndom  chosen  tim e slot. T he v e hicle  can o nly t ran s m it  w hen  t he b ack - off  ti m e cou nte r  is ze ro ( , 0 ).       = , 0 =   2 ( 1 − ,  ) 2 ( 1 − ,  ) + ( − 1 )   (7)     To  a naly ze   ,  le t  ( )   an d  ( )   be  the  ra ndom   va riables  repre sentin g  the   ba ck - off  sta ge   ( 0 , 1 , 2 , … , )   an d  the   val ue   of  the   bac k - off  ti m er  ( 0 , 1 , 2 , … , , − 1 )   for   a  gi ven  sta ti on  at   ti m e  slo t  ,   resp ect ively .   T ypic al ly ,  the  m axim u m   value  of  the  bac k - off   tim er  reli es  on  the   back - off   sta ge;  the reb y,   these   rand om  v ar ia bl es are  not i nde pende nt.     , = { 2 i , 0 ,                                                             ≤ ′ 2 ′ , 0 ,                                                           > ′   (8)     w he re  , 0   is  the  init ia l  con te ntio n  wi ndow  siz e,  , 0 = (  + 1 ) ,   an d  ′   is  the  m axi m u m   nu m ber   of  tria ls  befor e  t he  pac ket  is  dro pped  acc ord ing   to   , ′ = 2 ′ , 0 = ( ,  + 1 ) .  T he  va lue  of    ′   is   assum ed  to   be   5.  T he  m axi m u m   value   of  bac k - off   sta ges   is  de no te d  by   .  T he   tra ns m issi on   fail ur e   pr obabili ty   ,     is  const ant  a nd  in dep e ndent   in  t his  a naly sis.  S o,   t he  t wo - dim ensio nal  ( ( ) , ( ) )  pro cesses   are  a naly zed  her e   with   a  di screte - tim e  Ma rko v  c hain  at   w hich  t he  c ha nn el   sta te   ch ang e s,  as   sho wn  in   Fig ure   3. The  s ta te  o f  t his  pro cess is  denoted  b y  ( , ).  T hu s , the  non - nu ll  tra nsi ti on   prob a bili ti es are g i ve n b y     {         ( ,   |   , + 1 )   =   1 − ,  , 0   ≤     ≤   , − 2 ,         0   ≤     ≤ ( ,   |   , )   =   ,  ,                                                   1   ≤     ≤   , − 1 ,         0   ≤     ≤ ( ,   | − 1 , 0 )   =   , / , ,                           0   ≤     ≤   , − 1 ,         1   ≤     ≤ ( 0 ,   | , 0 )   = ( 1 −   , ) / , 0 ,               0   ≤     ≤   , 0 − 1 ,         0   ≤     ≤ ( 0 ,   | , 0 )   = 1 / , 0 ,                                         0   ≤     ≤   , 0 − 1 ,                                                         (9)     Her e ,  the  no n - nu ll   tra ns it ion   pro bab il it ie s  descr ibe  the  una vaila bili ty   of   pa cket  transm issi on s  i n  the   buff e r w hich  is  r e directed  into  idle sta te   ( )   after a s uccess f ul tran sm issi on .     {     (   |   , 0 )   =   ( 1 − , ) ( 1 − ) , 0   ≤     ≤     −   1   (   |   , 0 )   =   1 −                                                                                                                   (   |   )   =   1 −                                                                                                                             ( 0 ,   |   )   =   / , 0 ,                                 0   ≤     ≤   , 0 −   1     (10)     Let   , ,   =   → ∞ { ( ) = , ( ) = }   be  the   sta ti on ary  di stribu ti on  of   t he  Ma r kov  c hain ,   wh e re   ∈ ( 0 , ) , ∈ ( 0 , , − 1 ) . F irst,  note that :     , − 1 , 0   . , =   , , 0   →   , , 0 =   ,   . , 0 , 0             0   <   i   ≤   m   (11)     , , 0 = , , − 1 , 0         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Ele c &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Mo deling a nd  analysis  of I E E E 16 09.4 MAC  in  the   pre senc e o f err or - pro ne   . ..   ( Akra m  A . A lmoh amme di)   3535   Du e   to  the   cha in  re gu la riti es,  for  eac h  k  ∈ ( 1 , , − 1 ) ,  the   sta ti on ary  distrib ution   of  idle   an d  bac k - off  sta te s  o f  servic e p ac kets a r e d e no te d by      and   , ,   an d  cal c ulate d  as  foll ows:     , , = , − , ( 1 − ,  ) { ( 1 − , ) ∑ , , 0 + , , 0 +           = 0 − 1 = 0   ,   . , − 1 , 0                                                                                           0   <   ≤     (12)     o r     , , = , − , 1 ( 1 − ,  ) , , 0                  0   ≤     ≤   ,             1   ≤     ≤   , −   1   (13)     = ( 1 − ) ( 1 − ) ∑ , , 0 + ( 1 − ) , , 0 + ( 1 − ) − 1 = 0   (14)           Figure  3. Ma r kov chai n  m od e l of ser vice a ppli cat ion s       By   us in g  the   norm al iz ation   c onditi on  1 = ∑   = 0 ∑ , ,   , − 1 = 0 +     for  st at ion a ry d ist rib ution,  th e n  , 0 , 0   is gi ven b y     , 0 , 0 = { 2 ( 1 − , ) ( 1 − ,  ) ( 1 − 2 , ) £ ,       ≤ ′ 2 ( 1 − , ) ( 1 − ,  ) ( 1 − 2 , ) ¥ ,       > ′   (15)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3531   -   35 4 1   3536   w he re:     £ = ( 1 − 2 , ) ( 1 − 2 ,  ) ( 1 − , + 1 ) +   , 0 ( 1 − , ) ( 1 − ( 2 , ) + 1 ) + 2 ( 1 − , ) ( 1 − ,  ) ( 1 − 2 , ) ( 1 − )   (16)     a nd:     ¥ = ( 1 − 2 , ) ( 1 − 2 ,  ) ( 1 − , + 1 ) +   , 0 ( 1 − ) ( 1 − ( 2 , ) ′ + 1 ) + 2 ′ , 0 , ′ + 1 ( 1 − , − ′ ) ( 1 − 2 , ) + 2 ( 1 − , ) ( 1 − ,  ) ( 1 − 2 , )   (17)     Let     be   the  t ra ns m issi on   pro bab il it y  of  ser vice  ap plica ti ons   t hat  a  veh ic le   can  tra ns m it  a  ser vice   pack et  in  a  ra ndom  ch os e n  ti m e slot. Th e ve hicle  can  only  tran sm it   the pac ket when  t he  b ack - off  tim e  counter   is zero  ( , i , 0 ) rega r dless  of the  ba ck - off  sta ge.     = ∑ , , 0 = 0 =   , 0 , 0 1 − , + 1 1 − ,   (18)     2.2.   Failure     and c olli sion     p ro babi li ties   The  tra ns m issio n  fail ur e  pro bab il it ie s  ,   a nd   ,   of   s afety   and   se r vi ce  pack et s  a r e  resp ect i vely   der i ved as  fo ll ow s:     { , = 1 − ( 1 − ,  ) ( 1 − ,  ) , = 1 − ( 1 − ,  ) ( 1 − ,  )   (19)     w he re  ,    an d  ,    de no te  t he pr oba bili ty  o f  f ram e error f or safety  and se rv ic e  pa ckets,  res pecti vely .     { ,  = 1 − ( 1 − ,  _  )                                                                                                                       ,  = 1 − ( 1 − ,  _  ) ( 1 − ,  _  ) ( 1 − ,  _  )   (20)     wh e re   ,  _  , ,  _  , ,  _  , a nd   ,  _    denote  the   F ram e  Error  Ra te   (F E Rs)  for   safety   a nd   WSA/R FS/AC K  fr am es  err or ,  resp ect iv el y.  The  pro ba bili ty   of   these  er rors  can  be  c ompu te d  from   bit   err or   pro bab il it y (i.e . BER)     as  fo ll ow s  [9]:     {         ,  _  = 1 − ( 1 −  )          ,  _  = 1 − ( 1 −  )     ,  _  = 1 − ( 1 −  )        ,  _  = 1 − ( 1 −  )         (21)     w he re   ,  , a nd      repre sents  the  siz e   of   safety   and   W S A/RF S/ACK  fr am es  res pecti vely .   The pr obabili ti es of c olli sion   for  sa fety   ,    an d serv ic e  ,    pac ket s ar e  res pecti ve ly  d efine d  as  foll ows:     { ,  = 1 − ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ,  = 1 − ( 1 − ) − 1 ( 1 − )   (22)     t hen ,     { , = 1 − ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − ,  ) , = 1 − ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − ,  )   (23)     Fr om   ( 7) ,   ( 18) ,  a nd  ( 23),  we   can   s olv e  t he   tw o  unknow n  va riable s,   , , ,   a nd   ,   by   us i ng   nu m erical   te chn iq ues  in  orde r  to  cal culat e  t he  tra ns m issi o n  an d  fail ur e  pro bab il it ie s  fo r  sa fety   an d  serv ic e   app li cat io ns   re sp ect ively .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Ele c &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Mo deling a nd  analysis  of I E E E 16 09.4 MAC  in  the   pre senc e o f err or - pro ne   . ..   ( Akra m  A . A lmoh amme di)   3537   2.3.   Ti me  analysis  fo r  safet y  and  WSA t r an smi ssion   In   e ver y  tim e  s lot  durin g  the   con te ntio n - ba sed  MAC  sche m e  (CCH),   the   sta te   of   the  chan nel  co ul d  be  i dle    , ,  suc ces sfu l   tra ns m issio n,  c olli sion  tr ansm issi on   or  fail ur e   tra ns m i ssion  du e   t o  t he  fram e  err or .  Th us , t he pr ob abili ti es o f  c ha nn el   sta te s ar e  expresse d b y ( 24).     {                          , = ( 1 − ) ( 1 − )                                                                                                                                                                                                   ,  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − ,  _  )                                                                                                                 ,  _  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ,  _                                                                                                                          ,  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − , _  ) ( 1 − ,  _  ) ( 1 − ,  _  ) ,  _  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ,  _                                                                                                                        ,  _  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − ,  _  ) ,  _                                                                  ,  _  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − ) ( 1 − ,  _  ) ( 1 − ,   ) ,  _           , = 1 −  , = 1 − ( 1 − ) ( 1 − )                                                                                                                                         , = ( 1 − ) ( 1 − ( 1 − ) − ( 1 − ) − 1 )                                                                                                           , = ( 1 − ) ( 1 − ( 1 − ) − ( 1 − ) − 1 )                                                                                                            , =  , − ,  − ,  − , − ,                                                                                                                                           (24)     w he re   ,    a nd   ,    re pr es ent  t he  su cces sfu l   tra ns m issio n  pro bab il it ie s  of  sa fety   an d  ser vice  pac kets ,   resp ect ively .  ,  _  ,   ,   ,   ,  _    a nd  ,  _    de no te   t he   uns uccess fu l   tra nsm issi on   pro bab il it ie s  of  sa fety   an d  W SA /R FS/AC K  pack et s   due  t o  the  fr am es  error.  T he  busy  c hannel  pro bab i li ty   is   denoted   by    , .  Th e  transm issi on   pro bab il it y  of   a  safety   pac ket  with  c olli sion   cause d  by  sa fe ty   pack et s  only   is  d en oted   by   , .  The  tra ns m issio n  pro ba bili ty   of   a  ser vice  pa cket  with  c olli sion   ca us e d  by  serv ic e  pac ket s   on ly   is   denot ed  by   , .  T he  t r ansm issi on   prob a bili ty   of  a   pac ket   with   colli sion  cau s ed  by  safety   and   serv ic e  pac kets .   Now,   le t     ,   deno te s   the  idle  slo t  durati on.    ,    and   ,    rep re sent  the   su ccess fu l  tra ns m issi on   tim e  of   safety   an d  se rv ic e  pa ckets,  res pecti vely .    ,   an d   ,   de no te   t he  tra nsm issi on   tim e  of   safety   an d  serv ic e   pac ket s  with   colli s ion,  resp e ct ively .  ,  _  , ,  _  ,   ,  _  ,   an d  ,  _    de no te   the  un s ucces sf ul  tr ansm issi on   ti m es  of  sa fety   an d  WAS/R FS/ A CK  pac kets  du e  to   f ram es  error.   ,    ,   ,  and      are  the  ti m e  du rati on  t o  tra ns m it   saf et y,  and   WSA /R FS/ACK  pa ckets  res pecti ve ly .    ,    ,   and      are  the  ti m e  durati on  of   SI F S,  DIFS  a nd  EI FS  res pe ct ively .    is  the  pro pag at io n  de la y.    is  the  idle   tim e slot. Thus , th e t ran sm issio n t i m e w it h  a doptio n broa dc ast  and  un ic ast   m echan ism s is cal culat ed by     {              , =    =                                                                                                     ,  = , = ,  _  =  + +                         ,  =  +  +  + 3   + 2   +   , =  +   +                                                                                                       ,  _  =  +   +                                                                             ,  _  =  +   +  + 2   +                   ,  _  = ,                                                                                                                          (25)     Howe ver,  ass um ing   that  the  serv ic e  data  pa cket  siz e  is  c on sta nt,  the n  t he  ti m e  slot  du rati on  to   transm it  a ser vi ce data  pack et  over  the  SCH  base d on the c on te ntion - f ree  MAC schem e is ex pr e ssed  b y     {  _  ,  ℎ = ℎ +  +  + 2 +     +     _  ,  ℎ = ℎ +  + +                                                                _  ,  ℎ = ,  _                                                                                                                (26)     w he re    _  ,  ℎ   de no te s   the  s ucc ess f ul  transm issi on   t i m e  of   se rv ic e   data  pac ket  over   SCH .   _  ,  ℎ   is  t he   un s ucces sf ul  transm issi on   ti m e  of   a  se r vice  data  pack et   over  SCH  due  to  fr am e  error.  ℎ =  ℎ  +  ℎ    is  the   pac ket  head e r.   =  / ,  w here     represe nts  t he  payl oa d  of  the  se r vice  data   pac ket ,   and  R   is  t he  transm issi on   da ta   rate.    ,  ,    a nd      are   P HY - la ye r  de pende nt,   an d  the   f ram e  transm issi on s  in  the  un it   of   Or t hogonal  Fr e q ue ncy  Di visio n  Mult ip l exin g  ( OFDM )  sym bo ls  are   giv en   by (2 7)   [ 19 ] :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3531   -   35 4 1   3538   {                  =   ⌈ +  +  ⌉  =   ⌈ +  +  ⌉  =   ⌈ +  +   ⌉  =   ⌈ +  +    ⌉  =   ⌈ +  +  ⌉   (27)     w he re     , ,  , a nd      de no te   t he  durati on  of   a  transm issi on   sy m bo l,  OF D M  PHY  la ye r  serv ic e   fiel d  siz e,  OFDM  P HY   la ye r  ta il   fiel ds   siz e,  an d  t he  nu m ber   of   e nc oded  bites  pe r  one  sym bo l.  I n  order  t o  fig ur e  ou t t he s yst e m  thr oug hput a nd   delay , t he  durati on  of the log ic al   ti m e slots       per   sta te  in  the ch a nne l   is require d  a nd  g ive n by:        =  ,  , + ,  ,  + ,  ,  + , , + , , + ,  _  ,  _  + ,  _  ,  _  + ,  _  ,  _  + ,  _  ,  _  +  , ma x   ( , , , )   (28)     In   t his  m od el ,  the  P oisson  distr ib ution  m od el   is  as su m ed,   i n  w hich   the  inter  a rr i va l  tim e  i s   expo nen ti al ly   distrib uted.  T he n,  f r om   the  a ver a ge   du rati on  of  t he   lo gical   tim e  slot    ,  t he   loa d  eq uatio n  of  qu e ue p roba bili ty ,    a nd     for  sa fety  an d ser vice a ppli cat ion s  is  g i ven res pecti vel y by [ 10] :     { = 1 − − 2    = 1 − − 2      (29)     The  pack et   del ivery  rati o  (PDR)  of   t he  saf et y  app li cat ion  is  der i ved   a s  the  pro ba bili ty  of   ha ving  a   su ccess fu l  tra nsm issi on   du rin g  a  giv e n  ti m e  slot  over  t he  a ver a ge  nu m ber  of   ve hicle s  tra ns m itti ng   pac ke ts  in  a g e ner ic  ti m e  slot;      = ,  = ( 1 − ) − 1 ( 1 − )   (30)     The  a ver a ge  ti m e  slot  of   a   s afety   pac ket  to   exec ute  the  ba ck - off  is  giv e n  by     ( − 1 ) 2 .  T her e by,   the  aver a ge   total   s erv ic e   ti m e  [ ]   of  a   safety   pac ke t,  wh ic h  e xperi ences   the   a verage  bac k - off  durati on,  ca n  be   est i m at ed  by     = [ ] = ( − 1 ) 2 ∗    (31)     In   t his  m od el ,  each  veh ic le   is   m od el le d  as  a n  M/ M/ 1  que ue   with  a n  in fin it ive  buff e r  siz e,  ser vice  rate   ,  a nd  t he  pack et   ar rival   rate   2 .  In  1609. 4  sta ndar d,  th e  CC HI  a nd  S CHI   ha ve   the   sam e  du rati on   (50  m s  fo r  eac h  inter val) ,  the reb y,  t he  ave ra ge  ar rive d  pac kets  are  e qual .   Howe ver,  safe t y  pack et s  w hi ch  are   gen e rated  d uri ng  SC HI h a ve  to d el ay  b y    ℎ .   Th eref or e ,  t he   av erag e  d el ay  o f  saf et y packets   [ ]   incl ud i ng   qu e uing a nd tr ansm issi on  d el ay s is expres se d by     [ ] = 2 ( 1 − 2 ) + ,  +   ℎ 2   (32)     Howe ver,  the  r et ry  lim it   is  con side red   i n  the   m od el   analy sis  of   the  WSAs   pack et s  in  or de r  to  m ee t   the  I EEE  802. 11p  sp eci ficat ion s .  Th us ,   the   m axi m u m   back - off  sta ge  f or  the  WSA  packet   to  be  tr ansm it te d  in  this  m od el   is  de no te d  by  m .  If   the   WSA  pac ket  faces   m   colli sion s  in  t he  pr e vious  sta ge s,  a nd  there f ore  thi s   pack et   will   be   dro pp e d  if  it   exp e riences   an oth e r  colli sio n.  The n,   the  W SA   pack et   dro p  pr ob a bili ty   ,    expresse d by   ,  = , + 1   (33)     Fo r  se rv ic e  ap plica ti on s,  wh e n  the  ve hicle s  su ccess fu ll y  ex change  the  WSA  pac kets  ov e r   CC H,   they   will   tun e  to  th e  sel ect ed  SCH  duri ng   SC H I  to  trans fer   se rv ic e  data.  T he   m axi m u m   time  that  veh ic le s  us e  to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   Ele c &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Mo deling a nd  analysis  of I E E E 16 09.4 MAC  in  the   pre senc e o f err or - pro ne   . ..   ( Akra m  A . A lmoh amme di)   3539   exch a nge  se rv i ce  data  is  one  SCHI   ( 50   m s).  In   t his  m od el ,  the  SCH I  is  di vid ed  i nto   Q  transm issi on   slots.   In it ia ll y,  veh ic le s  hav e  t o  e xc hange  WSA  pack et s  over  CC H  duri ng   C CHI  to   ch oose   su it able  tra nsm issi on   slot  f or   t heir  serv ic e  data  tr ansm issi on   ov er  SC Hs.   T hu s,  the  a ve rag e   num ber   of  WSA  pack et s   ,    su ccess fu ll y t r ansm itted over t he  CC H  du rin g  the  CC H I  is  cal culat ed by:     ,  =  ℎ  × ,    (34)     Accor ding  to  the  1609. 4  sta nd a r d,   the  num ber   of   ser vice  channel  is  six,  th us ,  th e  m axi m u m   transm issi on   s lots  can  be  ut il iz ed  is   6Q .   Finall y,  the  aggre gate  thr ough pu t  of   t he   serv ic e  pac ke ts  ,   is evaluate d by co ns ide rin g  th e num ber  of se le ct ed  tran sm is sion sl ots,  and  thu s , it can  b e   est i m at ed  by [17 ] ,     = min   [ ,  , 6 ]   (35)       3.   MO DEL V AL IDA TI ON   We  us e  M ATL AB  to   car ry  out  the  nu m erical  resu lt s,  wh il e  the  extensi ve  s i m ulati on s  are  cond ucte d  to  validat e  the  pro po se d  a naly ti cal   m od el   us ing   NS - 2.3 4.   T he  sim ulati on   scenari o  inclu de s  100  ve hicle s  with   a  GP S  a nd  a  si ng le - ra dio   WA VE  c omm un icati on   de vice.  T he  s peed   of  ve h ic le s  is  60  km /h.  The  value   of   bit   error   rate     f or  the  cha nn el   c onditi on   is  as s um ed  to  be   10 − 5 ,  wh ic h  is  one  of   t he  m os t  aff ect ed  a nd  sensiti ve  valu es  f or   t he  c ha nn el   BER   i n  a  com par at ive ly   no isy ,  c hannel  fa ding  a nd  unreli able  wireless  env i ro nm ent  [ 20 - 21 ] .  The   t ypic al   par am et ers  values   f or  bo t h  a naly ti cal   m od el   an d  sim ulati on s   are   su m m arized   i n  Table  1   as   ob ta ine d  f r om   [1 7].  T he  safety   pack et   arr ival  rate    is  var ie d  up  to  10 0  pa cket s/sec ond  ( pp s) ,  wh il e  the  ser vice  pa cket  ar rival  ra te     and   t he  num ber   of  ve hi cl es  n  are  fix ed ,     = 50    a nd   = 30    ℎ  .  Per form ance  m et rics  su ch  a s  aver a ge  d el ay   and   P DR  of   safety   pack et s,   as w el l as t he n et work thro ughput  of se rv ic e  pack et s  are  i nv est igate d  in  thi s secti on.       Table  1.   Pa ram et ers  v al ues   Para m eters   v alu e   Para m eters   v alu e   Nu m b e r  o f  CCH   1   δ   1  µs   Nu m b e r  o f  SCHs   6      1 6  bits   Tr an s m iss io n  data  rate  f o r  each ch an n el   6  M b p s     6  bits   MAC head er   2 7 2  bits        10 − 5   PHY head er   1 2 8  bits       (µs)   4   Service pack et siz e   8 0 0 0  bits      24   Saf ety  pack et size   8 0 0  bits     8   W SA   8 0 0  bits   , 0   16   RFS   1 6 0  bits   Sh o rt  retry li m it   5   ACK   1 1 2  bits   Lon g  r etry li m it   7   SIFS   1 6  µs   Nu m b e r  o f  tr an s m i ss io n  slo ts  Q   6   Ti m e  slo t σ   9  µ s   Frequ en cy   5 .9 GHz   DIFS   3 4  µs       10 - 1 0 0  p p s       Figure  4  dis play s  the  perfor m ance  of  th e  IEEE   16 09.4  MAC  in  V ANETs  under  vari ou s   safety   pack et   ar rival  rate   .  In  fa ct ,  t he   val ue  of  c olli sion   pro ba bili ty   increases   wi th  inc reasin g  the  pac ket  a rr iv al   rate  or  t he  num ber   of  ve hicle s  in  t he  netw ork.  The   rea son  for  t his  ca n  be  at trib uted   t o  the   fact   that   in  t he   heav y  pac ket  arr ival  rate  (tr aff ic   loa d),  m or e  broa dcasti ng  pac kets  ar e  exc hange d,   le ading  to  a  high e r   colli sion   pro ba bili ty .  In   a dd it ion ,  due   to  t he   la ck  of  ACK   and  ex pone nt ia l  back - off  m echan ism s  in  s afet y  pack et s  br oad c ast ,  veh ic le s  with  broa dcast   m od e  at tem pt s  to  transm i t  a   pack et   after  the  la st  pack et   bein g  broa dcasted  co ns ta ntly ,  w hich   resu lt s  in  high er  colli sion   pr obabili ty .  Accor ding  to  these  f act s,  we  obser ve  the  PD R  of  sa fety   pack et s  i n  Fi g ure   4(b)   a nd  the  thr ough pu t   of   se r vice  pa ckets  in  Fi g ure   4(d)   dec reas e  with  increasin g  the  pack et   a rr ival  rat  in  the  ne tw ork.   We  al so   no ti ce  in  Fi g ure   4( c )  that  the   W S A  pac kets   dro p  pro bab il it y  sig nif ic antly   inc r eases  wit h  inc reasin g  sa fety   pac ket  a rr iva l  rate.  Fig ure   4( a )  s hows   th at   the   aver a ge  delay   of  sa fety   pac kets  inc reases   li near ly   with   increa sin g  pa cket  ar rival  ra te .    T his  obse rv at io n  exp la in s  t hat  the  a ver a ge   s erv ic e   tim e  [ ] =   is   directl y  propo rtion al   to   the  pac ket  ar r ival  rate.   Ex plici tl y,  as  the  pack et   a rr i va l  rate  inc reas es,  the   pac kets   queue   an d  ser vice  tim e  incre ase  as  well   an d  this  certai nly  le ad  to  longer  delay   fo r  pa ckets  to  be  tran sm i tted.   I n  ad diti on,  with  m or e  safety   pa ckets   bein g  broa dcasted,  t he  bac k - off  ti m e  occu rs  m or e  fr e quently   and   t he  overal l  back - off  ti m e  increases  f or  each   veh ic le  i n  the  net work due t o m or e fr e qu e nt  fr eezi ng  of the   back - off  ti m er.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :   3531   -   35 4 1   3540       Figure  4. Per f orm ance an al ysi s of the  I E EE  1609. 4 ,   = 50    a nd   = 30    ℎ        Figure  4  cl ea rly   sh ows  that  the  res ults  of  th e  propose d  m od el   outpe rfor m   the  res ults  of   the  existi ng   m od el ,  al tho ug h  the  BER   is  consi der e d  in  t he  pro posed  m od el .  T his  is  due  to  the  f reez ing   of  the  bac k - off   tim er  m echan ism   th at   is  ta ken   into  co ns i derat ion   in  the  pr opos e d  m od el .  This  m echan i sm   al ways  keep s  the   veh ic le s aw a re  o f  the c hannel  stat us  to  app ly  the f reezin g of t he  back - off  ti m er w he n  ther e is a colli sion  in  the  channel  to  re duce  the  colli sion   pro bab il it y,  especial ly   when  the  pac ket  arr ival  rate  inc reases  in  the  ne twork .  In   a dd it io n,   th e  si m ulati on   resu lt s  in  Figure   4  are  cl os e  to  the  analy ti cal   resu lt s,  w hich  va li date  the  accuracy  of the  pro pose d  m od el .       4.   CONCL US I O N     This  pa per   ha s  propose d  an al yt ic al  m od el s  based   on  1 - D  an d  2 - D  M arko v  chain  for  safety   an d  serv ic e  a ppli cat ion s,  res pecti ve ly ,  to  eval uate  the  pe rfo rm ance  of  the  IEEE   1609. 4  M AC  in  in  t he  pr ese nc e  of   error   pron e  c ha nn el s .    The  r esult  disp la ys  the  eff ect   of  th e  pack et   ar riva l  rate  on   the  ne twork  perfor m ance .  The  net work   pe rfor m ance  de gr a des  with  i nc reasin g  the  sa fety   pack et   arri val  rate.  The  s tud y  al so   sho w s  that  the  res ults  of  the  pr opos e d  m od el   ou t perf orm   the  resu lt s  of  the  e xisti ng   m od el   in  te rm s   of   a ve rag e  del ay   an d  PD R  of safety   pack et s  over  C CH,  a nd  ne tw ork  thro ughput  of ser vice  packet s over   SCHs .       REFERE NCE S     [1]   “ IEE E  Stand ard   for  W ire le ss   Acc ess  in  Veh ic u la r  Env ironment s  (W AV E) - Mult i - cha nn el   Oper a ti on, ”   IE EE   Std   1609. 4 - 2010,   (R evi sion o f   IE EE   Std 1609. 4 - 2006 ),   2011 .   [2]   A.  A.  Alm ohamm edi ,   e t  a l . ,  “ An  Adapti v e  Mult i - Channe l   As signm ent   and  Coord ina ti on   Scheme  for  IEEE  802 . 11   P/1609.4  in   Vehi cul ar   Ad - Hoc  N et works , ”   IEEE Access ,   vol .   6 ,   p p.   2781 - 2802 ,   2 018.   [3]   A.  A.  Alm oham m edi ,   et   al . ,  “ An  ac cur at e  p erf o rm anc e  anal y s is  of  h y brid  eff i cient  and  r el i abl e  MA C  protoc ol   i n   VA NET  under   non - satura t ed  co ndit ions, ”   Inte rn ati onal  Journal  of  El e ct ri cal   an d  Computer  Engi nee ring ,   vol.   7,   p p .   999 ,   2017 .   [4]   W .   A.  Jabba r,   et al . ,  “ MEQS A - O LSRv2:  A Mult ic riteria - B ase d  Hy brid  Mult ipa th P rotoc ol  for  Energ y - E fficie nt  an d   QoS - Aw are   Data   Rou ti ng  in  M AN ET - W SN   Co nver gence  Scen ari os  of  IoT , ”   I EE E  Acce ss ,   vo l.   6 ,   pp.   76546 - 76572,   2018 .   [5]   W .   A.  Jabba r,   e t  al . ,  “ Design  a nd  Im ple m ent at i on  of  IoT - Base d  A utomati on  Sy stem  for  Sm art  Hom e ,”   in  201 8   Inte rnational   Sy mpos ium  on  Networ ks,   Compute rs   and  Comm uni cat ions ( ISNCC) ,   pp .   1 - 6 ,  2018 .   [6]   G.  Bia n chi ,   “ Perform anc e  an aly s is of   the   IEEE  8 02. 11  dis tri bu te d   coor dination  fu nct ion , ”   I EE E   Jo urnal  on  select e d   areas i n  commu nic ati ons ,   vol .   1 8,   pp .   535 - 547 ,   2000.   [7]   H.  W u,   et   al . ,  “ Perform anc e  of  rel i abl e  tra n sport  protoc o l  over   IEEE  802 . 11  wire l ess   LAN:  ana l y s is  a nd  enha nc ement, ”   in  INFOCOM  2002.   Tw ent y - F irst  Annual   Jo int   Confe ren ce  of  the   IEEE   Computer  and   Comm unic ati ons Soc i et i es.   Proceedi ngs.  I EEE ,   pp .   599 - 607 ,  2002 .   [8]   F.  Dane shgar an,  et  al . ,  “ Saturati on  throughput  a naly s is  of  I EEE  802. 11  in   th e  pr ese nce  of  non   id ea l   tra nsm ission   cha nne l and  c apture  ef fects, ”   IE E E  transact ions o n  Comm unic ati o ns,  vol. 56, 2008 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.