A REAL-TIME INTEGRATING PLATFORM FOR COOPERATIVE ADAPTIVE CRUISE CONTROL. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Najood Report - 2024.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 4 June 2025. Download (5MB)

Arabic Abstract

في السنوات الأخيرة، برز نظام التحكم التعاوني في السرعة التكيفي (CACC) كتقنية محورية في أنظمة القيادة الذاتية، مما يمكّن المركبات من ضبط سرعاتها بشكل تعاوني للحفاظ على مسافات آمنة وتحسين تدفق حركة المرور. تعتمد هذه التقنية على نظام تثبيت السرعة التكيفي التقليدي (ACC) من خلال السماح للمركبات بالتواصل مع بعضها البعض، حيث تنشر المركبات معلومات السرعة الخاصة بها، وتشترك في معلومات السرعة التي تنشرها المركبات الأخرى. يوفر نموذج النشر/المشترك في الوقت الفعلي (RTSP) خصائص فصل فعالة للمشاركين في الشبكة من حيث الزمان والمكان والمزامنة، مما يجعله مناسبًا تمامًا لتطبيقات CACC. تعد البرمجيات الوسيطة لخدمة توزيع البيانات (DDS) معيارًا راسخًا في المجتمعات الأكاديمية والصناعية لدعم الأنظمة الموزعة في الوقت الفعلي استنادًا إلى نموذج النشر/الفرعي. تقدم DDS مجموعة غنية من سياسات جودة الخدمة (QoS)، مما يجعلها مرشحًا مثاليًا لتعزيز الاتصال في أنظمة CACC. من خلال دمج DDS في أنظمة CACC، يمكننا تحسين أدائها بشكل كبير من حيث دعم جودة الخدمة، وقابلية التوسع، وقابلية النقل، وقابلية التشغيل البيني. تقدم هذه الأطروحة دراسة حول تطوير منصة في الوقت الحقيقي تدمج الاتصالات داخل المركبات والمركبات لـ CACC باستخدام السيارات الآلية والبرمجيات الوسيطة DDS. تتضمن التجربة سيارتين آليتين: سيارة رائدة وسيارة تابعة. تنشر السيارة الرائدة معلومات سرعتها، بينما تشترك السيارة التابعة في هذه المعلومات وتقوم بتعديل سرعتها للحفاظ على مسافة متابعة آمنة. وتوضح التجربة فعالية نظام DDS في تمكين الاتصال في الوقت الفعلي بين السيارتين، مما يعرض إمكانية استخدامه في أنظمة CACC. يعالج البحث نقص البرامج الوسيطة في الوقت الفعلي الموجهة للمراسلة لـ CACC ويقترح استراتيجية النشر/الاشتراك لتمكين هذه التكنولوجيا. من خلال التجربة، يتم تقييم أداء نظام CACC في ظل سيناريوهات مختلفة، مع تلبية نتائج زمن الوصول باستمرار لمعايير الصناعة. يتم تنفيذ سياسات جودة الخدمة لضمان موثوقية النظام وكفاءته. بالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم ميزة تنبيه السلامة وحالة التصحيح لتعزيز سلامة القيادة عن طريق ضبط المسافة بين المركبات عند الضرورة. تتضمن الأطروحة أيضًا مراجعة واسعة النطاق للأدبيات التي تغطي جميع جوانب CACC، مما يجعلها مصدرًا قيمًا لمنشورات أبحاث المسح المستقبلية في هذا المجال. بشكل عام، يساهم هذا العمل في تطوير البرامج الوسيطة في الوقت الفعلي لتطبيقات الشبكات، لا سيما في سياق CACC باستخدام الروبوتات، مما يوفر رؤى ومنهجيات لمزيد من البحث والتطوير في هذا المجال

English Abstract

In recent years, Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) has emerged as a pivotal technology in autonomous driving systems, enabling vehicles to cooperatively adjust their speeds to maintain safe distances and improve traffic flow. This technology builds upon traditional Adaptive Cruise Control (ACC) by allowing vehicles to communicate with each other, where vehicles publish their speed information, and subscribe to the speed information published by other vehicles. The Real-time Publish\Subscriber (RTSP) model offers effective decoupling properties for network participants in time, space, and synchronization, making it well-suited for CACC applications. The Data Distribution Service (DDS) middleware is a well-established standard in the academic and industrial communities for supporting real-time distributed systems based on the pub/sub model. DDS offers a rich set of Quality of Service (QoS) policies, making it an ideal candidate for enhancing communication in CACC systems. By integrating DDS into CACC systems, we can significantly improve their performance in terms of QoS support, scalability, portability, and interoperability. This thesis presents a study on the development of a real-time platform integrating intra-vehicle and vehicular communication for CACC using robotic cars and the DDS middleware. The experiment involves two robotic cars: a leader car and a follower car. The leader car publishes its speed information, while the follower car subscribes to this information and adjusts its speed to maintain a safe following distance. The experiment demonstrates the effectiveness of DDS in enabling real-time communication between the two cars, showcasing its potential for use in CACC systems. The research addresses the lack of messaging-oriented real-time middleware for CACC and proposes a publish/subscribe strategy for enabling this technology. Through experimentation, the performance of the CACC system is evaluated under various scenarios, with latency results consistently meeting industry standards. QoS policies are implemented to ensure system reliability and efficiency. Additionally, a safety alert feature and a correction state is introduced to enhance driving safety by adjusting the distance between vehicles when necessary. The thesis also includes an extensive literature review covering all aspects of CACC, making it a valuable resource for future survey research publications in the field. Overall, this work contributes to the advancement of real-time middleware for networked applications, particularly in the context of CACC using robotics, offering insights and methodologies for further research and development in this area.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems Engineering
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	AL-MADANI, BASEM
Committee Members:	Felemban, Mohammad and Mahmoud, Ashraf S.
Depositing User:	NAJOOD ALSHAMMARI (g202009140)
Date Deposited:	04 Jun 2024 07:50
Last Modified:	04 Jun 2024 07:50
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142929