Performance improvement of packet delay in advanced public transportation system using multi path UDP on cellular environment

• Autorzy: Ardita Michael , Affandi Achmad , Suwadi , Endroyono

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.06.11

Warianty tytułu

PL

Poprawa wydajności opóźnień pakietów w zaawansowanym systemie transportu publicznego z wykorzystaniem wielościeżkowego protokołu UDP w środowisku komórkowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mobile wireless networks are now capable of carrying tens of Mbps of data. The development of mobile wireless network has also triggered the development of many mobile applications that can support the Intelligent Transportation System (ITS). Some mobile applications require a reliable wireless communication network in order to maintain real-time communication. However, the quality of mobile wireless link is affected by its propagation channel: its propagation environment and velocity of the mobile terminal. In order to enhance the reliability of mobile wireless communication channel, the use of multipath data link is introduced. At the moment, the existing multipath internet has not yet been applied to mobile wireless network. This paper proposes a data communication protocol using multipath User Datagram Protocol (MP-UDP) in order to shorten data transaction latency between mobile terminal and its server. The measurement results show that the use of MP-UDP could significantly improve the availability performance in poor wireless communication link. The field measurement using 4G-LTE (Long Term Evolution) network in the city of Malang has shown increasing availability of a 1 second time-out packet data communication link, from a 96% availability for a single UDP path towards a 98.9% availability for MP-UDP.

PL

Mobilne sieci bezprzewodowe mogą teraz przesyłać dziesiątki Mb/s danych. Rozwój mobilnej sieci bezprzewodowej przyczynił się również do powstania wielu aplikacji mobilnych, które mogą wspierać Inteligentny System Transportowy (ITS). Niektóre aplikacje mobilne wymagają niezawodnej bezprzewodowej sieci komunikacyjnej w celu utrzymania komunikacji w czasie rzeczywistym. Jednak na jakość mobilnego łącza bezprzewodowego wpływa jego kanał propagacji: środowisko propagacji i prędkość terminala mobilnego. W celu zwiększenia niezawodności mobilnego kanału komunikacji bezprzewodowej wprowadzamy zastosowanie wielościeżkowego łącza danych. W chwili obecnej istniejący wielościeżkowy internet nie został jeszcze zastosowany w mobilnej sieci bezprzewodowej. W artykule zaproponowano protokół transmisji danych wykorzystujący wielościeżkowy protokół datagramów użytkownika (MP-UDP) w celu skrócenia opóźnienia transakcji danych między terminalem mobilnym a jego serwerem. Wyniki pomiarów pokazują, że zastosowanie MP-UDP może znacząco poprawić wydajność dostępności w słabym łączu bezprzewodowym. Pomiary w terenie za pomocą sieci 4G-LTE (Long Term Evolution) w mieście Malang wykazały rosnącą dostępność jednosekundowego łącza transmisji danych pakietowych z limitem czasu, od 96% dostępności dla pojedynczej ścieżki UDP do 98,9% dostępności dla MP-UDP.

Słowa kluczowe

EN

wireless mobile networks; multipath Internet protocol; MP-UDP

PL

bezprzewodowa sieć komórkowa; wielościeżkowy protokół internetowy; wielościeżkowy UDP

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 6
• Strony: 56--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ardita Michael

• Department of Electrical Engineering - Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia
• Department of Electrical Engineering - Institut Teknologi Nasional Malang, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-1718-2299

autor

Affandi Achmad

• Department of Electrical Engineering - Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-9880-0422

autor

Suwadi

• Department of Electrical Engineering - Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0003-1900-9315

autor

Endroyono

• Department of Electrical Engineering - Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia

Bibliografia

• 1 M. Alsharif and R. Nordin, „Evolution towards fifth generation (5G) wireless networks: Current trends and challenges in the deployment of millimetre wave, massive MIMO, and small cells,” Telecommun Syst, vol 64, p. 617–637, 2017.
• 2 R. He, B. Ai, G. Wang, K. Guan, Z. Zhong, A. F. Molisch, C. Briso-Rodriguez and C. P. Oestges, „High-Speed Railway Communications: From GSM-R to LTE-R,” IEEE Vehicular Technology Magazine, vol 11, no 3, pp. 49-58, 2016.
• 3 Y. Zhang, Y. Li, W. Zhang, Z. Zhang and Z. Feng, „Omnidirectional Antenna Diversity System for High-Speed Onboard Communication,” Engineering, vol 11, pp. 72-79, 2022.
• 4 E. S. Lohan, R. Hamila, A. Lakhzouri and M. Renfors, „Highly efficient techniques for mitigating the effects of multipath propagation in DS-CDMA delay estimation,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol 4, no 1, pp. 149-162, 2005.
• 5 T. Watteyne, S. Lanzisera, A. Mehta and K. S. J. Pister, „Mitigating Multipath Fading through Channel Hopping in Wireless Sensor Networks,” in 2010 IEEE International Conference on Communications, Cape Town, South Africa, 2010.
• 6 T. Hwang, C. Yang, G. Wu, S. Li and G. Y. Li, „OFDM and Its Wireless Applications: A Survey,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 1694-1694, 2009.
• 7 Hwang, J. Kemp, E. Lerner-Lam, N. Neuerburg and P. Okunieff, „Advanced Public Transportation Systems: The State of The Art Update 2006,” U.S. Dept. of Transportation, 2006
• 8 J. Wahlstrom, I. Skog and P. Handel, „Smartphone-Based Vehicular Telematics: A Ten-Year Anniversary,” IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, pp. 2802-2825, 2017.
• 9 K. A. Hafeez, L. Zhao, B. Ma and J. W. Mark, „Performance Analysis and Enhancement of the DSRC for VANET's Safety Applications,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 3069-3083, 2013.
• 10 C. B. Ruban and B. Paramasivan, „VTD Protocol: A Cluster based Trust Model for Secure Communication in VANET,” International Journal of Intelligent Engineering and Systems, pp. 35-44, 2020.
• 11 S. Alam, S. Sulistyo, I. W. Mustika and R. Adrian, „Utility-Based Horizontal Handover Decision Method for Vehicle-to-Vehicle Communication in VANET,” International Journal of Intelligent Engineering and Systems, pp. 1-9, 2020.
• 12 M. Ardita, Suwadi, A. Affandi and Endroyono, „HTTP Communication Latency Via Cellular Network for Intelligent Transportation System Applications,” in International Conference on Information, Communication Technology and System (ICTS), Surabaya, Indonesia, 2016.
• 13 B. Wukkadada, K. Wankhede, R. Nambiar and A. Nair, „Comparison with HTTP and MQTT In Internet of Things (IoT),” in 2018 International Conference on Inventive Research in Computing Applications (ICIRCA), Coimbatore, India., 2018.
• 14 M. Li, et al., „Multipath Transmission for the Internet: A Survey,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, pp. 2887-2925, 2016.
• 15 E. C. Eze, S. Zhang, E. Liu and J. C. Eze, „Advances in Vehicular Ad-Hoc Networks (VANETs): Challenges and Road map for Future Development,” International Journal of Automation and Computing - Springer, vol 13, no 01, 2016.
• 16 G. Rémy, S. M. Senouci, F. Jan and Y. Gourhant, „LTE4V2X — Collection, dissemination and multi-hop forwarding,” in 2012 IEEE International Conference on Communications (ICC), Ottawa, 2012.
• 17 C. Metz, „IP QOS: traveling in first class on the Internet,” IEEE Internet Computing, vol 3, no 2, pp. 84-88, 1999.
• 18 J. H. Winters, J. Salz and R. D. Gitlin, „The impact of antenna diversity on the capacity of wireless communication systems,” IEEE Transactions on Communications, vol 42, noFebruary/March/April, pp. 1740-1751, 1994.
• 19 S. Ahn, J. Lee, B. Lim, H. Kwon, N. Hur and S. Park, „Multiantenna diversity gain in terrestrial broadcasting receivers onvehicles: A coverage probability perspective,” ETRI Journal, vol 43, no 2, pp. 400-413, 2021.
• 20 F. Castro, A. Martins, N. Capela and S. Sargento, „Multihoming for uplink communications in vehicular networks,” in 2017 Wireless Days, Porto, 2017.
• 21 T. Balan, D. Robu and F. Sandu, „Multihoming for Mobile Internet of Multimedia Things,” Mobile Information Systems - Hindawi, vol 2017, no 1, pp. 1-16, 2017.
• 22 A. Ford, C. Raiciu, M. Handley and O. Bonaventure, „RFC 6284 - TCP Extensions for Multipath Operation with Multiple Addresses,” IETF, 2013.
• 23 E. R. Steward, „RFC 4960 - Stream Control Transmission Protocol,” IETF, 2007.
• 24 Y. Chabanois, „Open MP-TCP Router, Official website,” [Online]. Available: https://openmptcprouter.com. [Data uzyskania dostępu: 14 10 2022].
• 25 M. Liyanage and A. Gurtov, „Secured VPN Models for LTE Backhaul Networks,” in 2012 IEEE Vehicular Technology Conference (VTC Fall), Quebec City, 2012.
• 26 E. V. Paxson, „RFC 6298 - Computing TCP’s Retransmission Timer,” IETF, 2011

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).