Токар Любов Олександрівна, Мартинчук Олександр Олександрович, Соловйов Павло Володимирович

Дослідження алгоритмів кластеризації у транспортній системі за технологією Vehicular Ad Hoc Networks

Розглянуто актуальне питання підвищення якості дорожнього руху в транспортних мережах VANET. Показано, що один із ефективних підходів для збільшення масштабованості мережі та надійності з’єднань в мережах VANET – це використання алгоритмів кластеризації. Кластеризація покращує загальну стабільність та продуктивність мережі завдяки об’єднанню транспортних вузлів у кластери за певними умовами, що ефективно знизить навантаження в мережі. Дослідження алгоритмів ABCА і МОСА спрямоване на отримання результатів, що підтверджують загальну мету кластеризації – групування транспортних одиниць у кластери впродовж тривалого часу. В дослідженні основну увагу приділено знаходженню ключових показників продуктивності транспортної мережі VANET: тривалості служби кластера, часу життя членів кластера, кількості кластерів. Для оцінки змін завантаженості в мережі зібрано статистичні дані про кількість клас-терів і транспортних вузлів у різні моменти часу при зміні щільності транспортного потоку. Проведено оцінку результатів дослідження шляхом аналізу метрик, які відзначають особливості роботи транспортних вузлів в мережі – інтенсивності обміну службовими повідомленнями між вузлами в мережі для порівняння та оцінки ефективності алгоритмів кластеризації. Відмічено, що збільшення кількості транспортних вузлів впливає на загальний обсяг трафіку та можливості формування кластерів з прийнятними параметрами. Показано, що вибір алгоритму залежить від пріоритетів проєкту та характеристик мережі в будь-який час транспортної обстановки. Практичне значення результатів полягає в успішному формуванні стабільних кластерів і можливості міжкластерних обмінів службовими повідомленнями між транспортними вузлами для підтримки зв’язку, що сприяє ефективній організації трафіку в реальному часі. Надано рекомендації щодо використання алгоритмів кластеризації МОСА та ABCА в різних умовах транспортного потоку. Показано, що алгоритмом МОСА забезпечується можливість формування стабільної групи кластерів на автострадах або магістралях, а алгоритм ABCА демонструє більш стабільну роботу у міському середовищі.

Ключові слова: транспортний потік, транспортний вузол, кластеризація, алгоритм, щіль-ність.

Tokar Liubov, Martynchuk Oleksandr, Soloviov Pavlo

Investigation of Clustering Algorithms in a Transportation System Employing Vehicular Ad Hoc Network Technology

The current issue of improving the quality of road traffic in VANET transport networks is considered. It is shown that one effective approach to increas-ing network scalability and connection reliability in VANET networks is the use of clustering algorithms. Clustering improves the network’s overall stability and performance by combining transport nodes into clusters under certain conditions, effectively reducing network load. The study of ABCA and MOCA algorithms aims to obtain results that confirm the general goal of clustering: grouping transport units into long-lasting clusters. The study focuses on identifying key performance indicators for the VANET transport network: cluster service life, cluster member lifetime, and the number of clusters. To assess changes in network load, statistical data on the number of clusters and transport nodes at different points in time when the transport flow density changed were collected. The results of the study were evaluated by analyzing specific metrics characterizing the operation of transport nodes in the network. The intensity of service message exchange between network nodes was analyzed to compare and assess the effectiveness of clustering algorithms. It was noted that an increase in the number of transport nodes affects the total traffic volume and the possibility of forming clusters with acceptable parameters. It was shown that the choice of algorithm depends on the project’s priorities and network characteristics at any given time in the transport situation. The practical significance of the results lies in the successful formation of stable clusters and the possibility of inter-cluster service message exchanges between transport nodes to maintain communication, thereby contributing to the effective real-time organization of traffic. Recommendations are given for the use of the MOSA and ABCA clustering algorithms in different traffic flow conditions. The MOSA algorithm enables the formation of a stable group of clusters on highways, whereas the ABCA algorithm demonstrates more stable operation in an urban environment.

Keywords: traffic flow, transport node, clustering, algorithm, density.