Introduction to Applying Vehicular  Networks for Reduced

Introduction to Applying Vehicular Networks for Reduced

Fuel Consumption and CO2 Emissions

These days  the detrimental effects of air pollutants and  concerns about  global  warming are being  increasingly reported by the  media.   In many  countries, fuel  prices  have  been  rising considerably.   In  western Canada, for  instance, the  gasoline   price  almost   doubled from about  53 cents/liter in  1998 to  109 cents/liter in  2010 (Wiebe,  2011).   In  terms  of the  air pollution problem, greenhouse gas (GHG) emissions from vehicles  are considered to be one of the  main  contributing sources.   Carbon dioxide (CO) is the  largest  component of GHG emissions.  For example, in Japan  in 2008, the amount of CO2  emissions from  vehicles  (200 million  ton)  is about  17 percent of the  entire  CO2  emissions from  Japan  (1200 million  ton) (Tsugawa & Kato, 2010). The Kyoto Protocol  aims to stabilize  the GHG concentrations in the atmosphere at a level  that  would prevent dangerous alterations to the  regional and  global climates  (OECD/IEA, 2009). As a result,  it is important to develop and  implement effective strategies to reduce fuel  expenditure and  prevent further increases in CO2  emissions from vehicles.

A significant amount of fuel consumption and  emissions can be attributed to drivers getting lost  or  not  taking  a very  direct  route  to  their  destination, high  acceleration, stop-and-go conditions, congestion, high  speeds, and  outdated vehicles.    Some  of these  cases  can  be alleviated by implementing Intelligent Transportation Systems  (ITS).

ITS is an integration of software, hardware, traffic engineering concepts,  and communication technology that can be applied to transportation systems to improve their efficiency and safety (Chowdhury & Sadek,  2003).  In ITS technology, navigation is a fundamental system that helps  drivers select the most  suitable path.  In (Barth et al., 2007), a navigation tool has been designed especially for minimizing fuel consumption and  vehicle  emissions.  A number of scheduling methods have  been  proposed to alleviate congestion (Kuriyama et al., 2007) as vehicles passing on an uncongested route often consume less fuel than the ones on a congested route  (Barth et al., 2007).

Various forms of wireless communications technologies have been proposed for ITS. Vehicular networks are  a promising research area  in ITS applications (Moustafa & Zhang, 2009), as drivers can be informed about  many  kinds  of events  and  conditions that  can impact  travel.

To exchange and  distribute messages, broadcast and  geocast  routing protocols have  been proposed for ITS applications (Broustis  & Faloutsos, 2008; Sichitiu  & Kihl, 2008) to evaluate network performance (e.g., message delays  and  packet  delivery ratio),  instead of evaluating the impact  of the protocols on the vehicular system (e.g., fuel consumption, emissions, and travel  time).

This  chapter studies the  impact  of using  a geocast  protocol in vehicular networks on  the vehicle  fuel consumption and  COemissions. Designing new  communication protocols that are suitable in applications, such as reducing vehicle  fuel consumption and  emissions, is out of this chapter ’s scope.  The purpose of this chapter is to:

•   Motivate researchers working in the  field  of communication to design economical and environmentally friendly geocast  (EEFG) protocols that  focus on minimizing vehicle  fuel consumption and emissions;

•   Demonstrate the ability to integrate fuel consumption and emission models with vehicular networks;

•  Illustrate how  vehicular networks can  be  used   to  reduce fuel  consumption and  CO2

emission in a highway and a city environment.

This research brings  together three  key areas  which  will be covered in Sections  2, 3, and  4. These areas are: (1) geocast protocols in vehicular networks; (2) vehicle fuel consumption and emission models;  and  (3) traffic  flow  models.  Section  5 will introduce two  scenarios where applying vehicular networks can reduce significant amounts of vehicle fuel consumption and COemissions.

Geocast protocols in vehicular networks

Geocast protocols provide the capability to transmit a packet  to all nodes  within a geographic region.    The geocast  region  is defined based  on  the  applications.  For instance, a message to alert  drivers about  congestion on  a highway may  be useful  to vehicles  approaching an upcoming exit prior  to the obstruction, yet unnecessary to vehicles  already in the congested area.   As shown in  Figure  1, the  network architectures for  geocast  in  vehicular networks can be Inter-Vehicle Communication (IVC), infrastructure-based vehicle communication, and Hybrid Vehicle Communication (HVC). IVC is a direct radio communication between vehicles without control  centers.   Thus,  vehicles  need  to be equipped with  network devices  that  are based on a radio technology, which is able to organize the access to channels in a decentralized manner (e.g., IEEE 802.11 and  IEEE 802.11p).  In addition, multi-hop routing protocols are required, in  order   to  forward the  message to  the  destination that  is  out  of  the  sender ’s transmission range.  In infrastructure-based vehicle  communication, fixed gateways are used for communication such  as access  points  in a Wireless  Local Area  Network (WLAN).  This network architecture could provide different application types  and large coverage. However, the  infrastructure cost  has  to  be  taken  into  account.   HVC  is an  integration of IVC with infrastructure-based communications.

The existing  geocast  protocols are classified based  on the forwarding types,  which  are either simple   flooding, efficient  flooding, or  forwarding without flooding (Maihöfer, 2004).   In this  chapter, geocast  protocols are  classified based  on performance metrics.   An  important goal of vehicular networks is to disseminate messages with  low latency  and  high  reliability. Therefore, most  existing  geocast  protocols for vehicular networks aim to minimize message

Geocast protocols aim to minimize message latency

Message latency can be defined as the delay of message delivery. A higher number of wireless hops  causes  an increase  in message latency.   Greedy forwarding can be used  to reduce the number of hops  used  to transmit a packet  from a sender to a destination. In this approach, a packet  is forwarded by a node  to a neighbor located  closer to the destination (Karp & Kung,

2000).  Contention period strategy can  potentially minimize message latency.   In reference (Briesemeister et al, 2000), when  a node  receives  a packet,  it waits  for a period of time before rebroadcast. This waiting time depends on the distance between the node  and  the sender; as such,  the waiting time  is shorter for a more  distant receiver.   The node  will rebroadcast the packet  if the waiting time expires  and the node  did not receive the same packet  from another node.  Otherwise, the packet  will be discarded.

Geocast protocols aim to increase the dissemination  reliability

One of the main problems associated with geocast routing protocols is that these protocols do not guarantee reliability, which  means  not all nodes  inside  a geographic area can be reached. Simple  flooding forwarding can  achieve  a high  delivery success  ratio  because  it has  high transmission redundancy since a node broadcasts a received packet to all neighbors. However, the  delivery ratio  will  be worse  with  increased network size.   Also,  frequent broadcast in simple flooding causes message overhead and collisions.  To limit the inefficiency of the simple flooding approach, directed flooding approaches have been proposed by

1.  Defining a forwarding zone;

2.  Applying a controlled packet  retransmission scheme  within the dissemination area.

Location  Based  Multicast (LBM) protocols are  based  on flooding by defining a forwarding zone.   In reference (Ko & Vaidya,  2000), two  LBM protocols have  been  proposed.  The first protocol defines the  forwarding zone  as  the  smallest rectangular shape  that  includes the sender and  destination region.    The  second  one  is a distance-based forwarding zone.    It defines the  forwarding zone  by the  coordinates of sender, destination region,  and  distance of  a  node   to  the  center   of  the  destination region.     An  intermediate node   broadcasts a received packet  only if it is inside  the forwarding zone.  Emergency Message  Dissemination for  Vehicular environment  (EMDV)  protocol requires the  forwarding zone  to  be  shorter

4                                                                                                                                                                                                                                                                                         Will-be-set-by-IN-TECH

than  the  communication range  and  to lie in the  direction of dissemination (Moreno,  2007). The forwarding range  is adjusted according to the  probability of reception of a single  hop broadcast message. In this case, high reception probability near the boundary of the range can be achieved.

A retransmission counter (RC) is proposed as a packet  retransmission scheme (Moreno,  2007). When  nodes  receive a packet,  they cache it, increment the RC and  start  a timer.  RC=0 means the  node  did  not  receive  the  packet  correctly.   The packet  will be rebroadcast if the  time  is expired. Moreover, the packet  will be discarded if the RC reaches  a threshold.

For small  networks, temporary caching  can potentially increase  the  reliability (Maihofer & Eberhardt, 2004). The caching  of geounicast packets  is used  to prevent the loss of packets  in case of forwarding failures. Another type of caching  is for geobroadcast which is used  to keep information inside  a geographical area alive for a certain  of time.

Geocast protocols aim to reduce vehicle fuel consumption and emissions

To the best of our  knowledge, all existing  protocols focus on improving the network-centric performance measures (e.g., message delay,  packet  delivery ratio,  etc.)  instead of focusing on improving the performance metrics  that  are meaningful to both  the scientific  community and the general public  (e.g., fuel consumption, emissions, etc.). The key performance metrics of this chapter are vehicle  fuel consumption and  COemissions. These metrics  can be called economical and environmentally friendly (EEF) metrics.

Improving the network metrics will improve the EEF metrics.  However, the existing protocols are  not  EEF because  their  delivery approach and  provided information are  not  designed to assist  vehicles  in reducing uneconomical and  environmentally unfriendly (UEF) actions. These actions  include

• Acceleration;

• High speed;

• Congestion;

• Drivers  getting lost or not taking  a very direct route  to their destination;

• Stop-and-go conditions;

• Idling  cars on the road;

• Choosing a  path  according to  a  navigation system that  later  becomes   congested and inefficient after committing to that path.

Fuel consumption and emission models

A  number of  research efforts  have  attempted to  develop vehicle  fuel  consumption and emission models. Due to their simplicity, macroscopic fuel consumption and  emission models have been proposed (CARB, 2007; EPA, 2002). Those models compute fuel consumption and emissions based  on average link speeds.  Therefore, they  do not consider transient changes in  a vehicle’s  speed  and  acceleration levels.    To overcome this  limitation, microscopic fuel consumption and  emission models have  been  proposed (Ahn  & Rakha,  2007; Barth  et al.,

2000), where a vehicle  fuel consumption and  emissions can be predicted second-by-second. An  evaluation study has  been  applied on  a macroscopic model  called  MOBILE6 and  two microscopic models:  the Comprehensive Modal  Emissions Model  (CMEM) and  the Virginia

Tech Microscopic model (VT-Micro) (Ahn & Rakha, 2007). It has been demonstrated that

the VT-Micro and CMEM models produce more reliable fuel consumption and emissions

estimates than the MOBILE6 (EPA, 2002). Figure 2 shows the link between transportation

models and fuel consumption and emissions estimates.

Microscopic models are well suited for ITS applications since these models are concerned with

computing fuel consumption and emission by tracking individual vehicles instantaneously.

The following subsections briefly describe the two widely used microscopic models.

CMEM model

The development of the CMEM began in 1996 by researchers at the University of California,

Riverside. The term “comprehensive” is utilized to reflect the ability of the model to

predict fuel consumption and emissions for a wide variety of vehicles under various

conditions. The CMEM model was developed as a power-demand model. It estimates about

30 vehicle/technology categories from the smallest Light-Duty Vehicles (LDVs) to class 8

Heavy-Duty Trucks (HDTs) (Barth et al., 2000). The required inputs for CMEM include vehicle

operational variables (e.g., second-by-second speed and acceleration) and model-calibrated

parameters (e.g., cold-start coefficients and engine-out emission indices). The cold-start

coefficients measure the emissions that are produced when vehicles start operation, while

engine-out emission indices are the amount of engine-out emissions in grams per one gram

of fuel consumed (Barth et al., 2000; UK, 2008). The CMEM model was developed using

vehicle fuel consumption and emission testing data collected from over 300 vehicles on three

driving cycles, following the Federal Test Procedure (FTP), US06, and the Model Emission

Cycle (MEC). Both second-by-second engine-out and tailpipe emissions were measured.

VT-Micro model

The VT-Micro model was developed using vehicle fuel consumption and emission testing data

obtained from an experiment study by the Oak Ridge National Laboratory (ORNL) and the

Environmental Protection Agency (EPA). These data include fuel consumption and emission

rate measurements as a function of the vehicle’s instantaneous speed and acceleration

levels. Therefore, the input variables of this model are the vehicle’s instantaneous speed

and acceleration. The model was developed as a regression model from experimentation

with numerous polynomial combinations of speed and acceleration levels as shown in the

following equation.

Example of using the VT-Micro model

Sample  model  coefficients  for estimating fuel consumption rates  for a composite vehicle  are introduced in Table 1. The composite vehicle was derived as an average across eight light-duty vehicles.  The required input parameters of the model  are:

•   Instantaneous speed  (km/h);

•   Instantaneous acceleration (km/h/s);

•  Model regression coefficient  for positive and negative acceleration as given in Table 1.

Consider a vehicle  started traveling. A microscopic traffic  model  has to be utilized in order to measure the vehicle  instantaneous speed  and  acceleration. Simulation of Urban  Mobility (SUMO)  has  been  used  in this  regard.  SUMO  is a microscopic traffic  simulation package developed by employees of the Institute of Transportation Systems  at the German Aerospace Center  (Krajzewicz  et al., 2002).

VT-Micro  model  has  a speed-acceleration boundary.   For  instance, at  speed  50 km/h, the maximum acceleration that can be used  in the model  is around 2.2 m/s2  (Ahn et al., 2002). In this example, the maximum vehicle speed, acceleration and deceleration are set to 50 km/h, 2 m/sand -1.5 m/s, respectively. The second-by-second speed  and acceleration are computed for the first 5 seconds of the vehicle’s trip as shown in Table 2. It is noticed that all accelerations are positive. By applying the input parameters to Equation 1, the fuel consumption estimates should be  as  demonstrated in  Table  2 and  Figure  3.   Clearly  from  the  table,  the  increase or decrease of the fuel consumption is based  on the speed  and  acceleration. Although fuel

Example of a cellular  automata model of car traffic

The model in this example is for a one-way street with one lane. The street is divided into cells. Each cell can be in one of two states  (s). The first state represents an empty cell, denoted “0″, while the second  state represents a cell occupied by a vehicle, denoted “1″. The movements of the vehicles  are simulated as they jump  from one cell to another (i → i + 1). The rule is that a vehicle  jumps  only if the next cell is empty. Consequently, the state of a cell is determined based  on the  states  of its neighbors.  In this  model,  each  cell has  two  neighbors: one to its direct right, and one to its direct left. The car motion rule and the grid configuration over one time step can be explained as in Table 3 and Table 4, respectively.

The fraction  of cars able to move  is the number of motions divided by the total  number of cars.  For instance, in Table 4 at t=0, the number of motions is similar  to the total  number of

Geocast in vehicular networks for optimum  reduction of vehicles’ fuel consumption and emissions

By means  of two  examples, we  show  how  vehicular networks can  be used  to reduce fuel consumption and  carbon  dioxide (CO) emission in a highway and  a city environment.  The first  example is in a highway environment with  the  fuel  consumption as the  performance metric (Alsabaan et al., 2010a). The second  example is in a city environment with considering the COemission as the performance metric  (Alsabaan et al., 2010b).

Highway  environment

Considering two  highways (Hwys)  and  an  accident occurred, this  example illustrates the necessity  of transmitting information to vehicles in order  for drivers to choose the economical path.  Simulation results demonstrate that significant amounts of fuel will be saved  if such an economical geocast (EG) protocol is used.

System model

Since this work  is quite  interdisciplinary, models from different areas  have  to be considered. The  system model   includes (1) traffic  model:    represents the  characteristics of  the  road network;   (2)  accident  model:     represents  the   characteristics  of  the   accident;    (3)  fuel consumption  and   emission  model:     estimates  the   amount  of  fuel   consumption and CO2   emissions from  vehicles;   (4) communication model:    represents the  communication components and technologies that can be used  for such an application.

Fuel Consumption and Emission Model:  The   VT-Micro   model    has   been   used    in   this example due  to  its  simplicity and  high  accuracy.   This  model   produces vehicle  fuel consumption and  emissions that  are  consistent with  the  ORNL  data.    The  correlation coefficient  between the ORNL  data  and  the model  predicted values  ranges from  92% to

99% (Ahn et al., 2002). A more detailed description of the model  is provided in Subsection

3.2.

Communication Model:  Assume the existence  of Inter-Vehicle Communication (IVC). Each vehicle  is  equipped with  an  Application Unit  (AU)  and  On-Board  Unit  (OBU).  It  is assumed in this study that the AU can detect the crash occurrence of its vehicle.  Moreover, it is assumed that the AU is equipped with  a navigation system. It is also assumed in this example that  the OBU is equipped with  a (short  range)  wireless communication device. A multi-hop routing protocol is assumed in  order  to  allow  forwarding of data  to  the destination that has no direct connectivity with the source.

In this example, the use of geographical positions for addressing and routing of data packet (geocast)  is assumed. The destination is addressed as all nodes  in a geographical region. Designing or proposing the communication protocols that are suitable in applications such as reducing fuel consumption is out  of the scope  of this example. The main  objective  of this example is to encourage communications researchers to propose protocols with a goal of minimizing vehicle fuel consumption.

Simulation study

The lengths of the highways and accident are shown in Figure 7. Hwy 1 and Hwy 2 are 4-lane one  direction.  For both  highways, the  free-flow speed  is 90 km/h.  One  of the  important road  segment characteristics is its basic saturation flow  rate  which  is the maximum number of vehicles  that  would have  passed the segment after one hour  per lane.  Another important characteristic is the speed  at the basic saturation flow or speed-at-capacity. In this study, the basic saturation flow rate per lane is 2000 vehicles  per hour  with speed  70 km/h.

Vehicles  enter  the  system uniformly in  terms  of the  vehicle  headway with  a rate  of 2500 vph/lane. For example, 2500 vehicles per hour uniformly depart from the origin between 9:00 and  9:10 am.  In this case, a total  of 864 vehicles  will be generated with  headway averaging

1.44 seconds.

The  simulator  used   in  this  study is  a  trip-based  microscopic traffic   simulator, named INTEGRATION.   The   INTEGRATION  model    is   designed  to   trace   individual   vehicle movements from  a vehicle’s  origin  to its destination at a deci-second level of resolution by

modeling car-following, lane changing, and  gap  acceptance behavior (Van, 2005a;b).  In this paper, the total fuel consumption has been computed in four different scenarios:

Scenario 1: All vehicles  traveled on Hwy  1 with no accident;

Scenario 2: All vehicles  traveled on Hwy  1 where an accident is happened;

Scenario 3: All vehicles  traveled on Hwy  2;

Scenario 4: Some vehicles  changed their route  from Hwy  1 to Hwy  2.

It is obvious that Hwy  1 is the best choice in terms  of distance, travel  time, fuel consumption, and emissions. However, if an accident happened on Hwy 1, it might not be the best choice for the drivers. Focusing on the fuel consumption, it is assumed that each vehicle has a navigation system that  advises drivers on route  selection  based  on minimizing trip  fuel consumption. Figure 8 shows  the impact  of increasing the number of traveling vehicles on the total vehicles’ fuel consumption. It is clear and  expected that Scenario  1 is most economical. Consequently, the  navigation system will  advise the  driver to travel  on Hwy  1.  However, if an  accident happened on Hwy 1, a significant amount of fuel can be wasted due to stop-and-go conditions and  congestion.  It can  be noticed from  Figure  8 that  Scenario  2 is more  economical than Scenario  3 in light  traffic  density.   Conversely, Scenario  3 becomes  more  economical than Scenario 2 with increasing traffic density.

Since   navigation   systems   are    not    aware   of   the    sudden   events    (e.g.,    accidents), vehicle-to-vehicle communications will be needed. With a focus on geocast,  two main  points have to be considered in order  to design an economical protocol:

Geocast region  The warning message has  to be delivered to the  region  so that  drivers can find a new path  to avoid  congestion.

Delivered Message   A warning message will be issued  once an accident occurs  in order  to alert nearby vehicles.  Based on the results shown in Figure 8, not all alert routes (i.e. routes with accident “Scenario 2″) consume more fuel than no alert routes “Scenario 3″. Therefore, we need  to define  when  the status  of the most economical route  will change  from Hwy  1 to Hwy  2 (this depends on the traffic density). Then, find a way to inform  the drivers.

Discussions

The important issues  that  have  to be taken  into account in designing an economical geocast protocol in this model  are as follows:

Calculating  the Desirable Number of Traveling Vehicles on Hwy 1The  desirable number of traveling vehicles  is 973 in this  study.  This number was  obtained from  the simulator. However, research is needed to be done  to estimate this  number.  This information can be used  in designing communication applications. Consequently, the geocast  packet  will contain  this information when  a geocast is performed. In conclusion, ITS applications and tools should be able to calculate  this kind of information and inject it to the geocast packet.

Traffic Density versus Fuel Consumption:  In many  cases the shortest path  in terms  of time or distance will also be the minimum fuel consumption. However, this is not true in several cases which  increase  traffic.  For instance, congestion will start if an accident happened. In this case, stop-and-go conditions will occur; thus,  more fuel will be consumed. Therefore, changing to another path  even  if it is longer  is preferred.  In addition, it is important to point  that in some cases, an accident might  happen on a highway, but the vehicles  do not need  to change  the path  since it is still the best in terms  of fuel consumption. This issue depends on the traffic density.

Defining the region of interest:  In this  work,  the  target  region  is 2 km  beyond the  nearest exit. However, the idea of region  of interest needs  to be investigated. In references (Rezaei et al., 2009a;b; Rezaei, 2009c), the region  of interest has been determined base on the type of warning messages and  traffic  density.  Moreover, two  metrics  have  been  defined to

City environment

This  example illustrates the  benefit  of transmitting the  traffic  light  signal  information to vehicles   for  CO2   emission reduction.    Simulation results  demonstrate  that  vehicle   COemission will be reduced if such an environmentally friendly geocast (EFG )protocol is used.

System model

Traffic Model:  As  shown in  Fig.   10, a vehicle’s  trip  initiates from  the  Origin  (O) to  the Destination (D). A street  segment with  length  L and  N-lanes  has been  considered.  This segment has four  static  Traffic Light Signals  (TLSs). The distance between each TLS and the  following one  is X.  Each TLS has  three  phases:   green,  yellow,  and  red.   The phase duration is T, T, and  Tr  for green,  yellow,  and  red,  respectively. The free-flow speed  of the street is Sm/s.

Fuel Consumption and Emission Model:  Similar to the example in Section 5.1, the VT-Micro model  has been used  in this example due to its simplicity and high accuracy.

Communication Model:  Assume that  TLSs and  the traveling vehicle  are equipped with  an On-Board Unit  (OBU). The  assumption that  the  OBU is equipped with  a (short  range) wireless communication device  is considered.  In addition to OBU, the traveling vehicle is equipped with  an Application Unit  (AU). It is assumed that  the AU is equipped with position data and map (e.g., GPS). Therefore, the vehicle knows its location and the location of TLSs. The TLSs are the transmitters, while the destination is addressed as all vehicles  in a Region of Interest (ROI).

Each TLS sends  a geocast  packet  within a transmission range  which  is equal  to the ROI. This packet is directed to vehicles approaching the signal.  The geocast packet is considered to contain  three types  of information:

1.  Type of the current phase  (either  green “g”, yellow “y”, or red “r”);

2.  Number of seconds to switch  from the current phase  (L, L, or L);

3.  Traffic light schedule, which  includes the full green, yellow, and red phase  time (T, T, and  T).

With these information, the vehicle calculates a recommended speed  (S) for the driver to avoid stopping at the TLS. Scan be calculated as the distance between the vehicle and the

Simulation study and discussions

The length  of the street and the distances between the TLSs are shown in Figure 11. The street has one lane and  is in one direction. The ROI is changeable from 0.5 to 4.5 km in increments of 0.5. The rest of the simulation parameters are specified in Table 5.

The simulator used  is INTEGRATION. In this example, the total vehicle’s COemission have been  computed at different ROIs.   We assume that  the  TLSs send  a packet  at the  moment when  the vehicle  entered the ROI. In this case, the distance between the vehicle  and  the TLS is almost  equal  to the ROI.

Figure  12 shows  the  impact  of the  length  of the  ROI on  the  amount of the  vehicle’s  COemission. With a large ROI, the vehicle will have more time to avoid  stops  and accelerations. Therefore, the amount of the vehicle’s COemission decreases with  increasing ROI as shown in the figure.

Figure  13 shows  how stopping time decreases as ROI increases for a vehicle that travels  from O to D. It is clear that in the absence  of communication between the TLSs and the vehicle, the vehicle will stop for around 75 seconds. This time would be shortened if the idea of vehicular networks is applied. It can be seen that the vehicle will keep passing all TLSs without stopping when  the geocast packet  can cover at least 1 km ahead of each TLS.

Consider that  the vehicle  travels  at the free-flow speed  if it is out of the ROI. After receiving the geocast packet from the TLS, the vehicle will recommend to the driver the environmentally friendly speed  as in Eqs. 3, 4, and  5. The goal of calculating this speed  is to have  the vehicle avoid  unnecessary stops,  useless  acceleration and high speed.

The vehicle  may avoid  a stop  by adapting its speed  to (S), such that  SRmin   ≤ SR  ≤ S. The vehicle will adjust  its speed  to SRmin  in order  to avoid  useless  high speed  if it is impossible for the vehicle  to avoid  stopping. The last goal is to alleviate vehicle  accelerations. This can be

achieved by calculating the Sas the maximum possible  speed  for the vehicle to pass the TLS with no stops.  As a result,  after passing the TLS, the vehicle will return to the free-flow speed with low acceleration.

Figure  14 shows  the impact  of the increase  of the ROI on the S. With no vehicular network, the vehicle is not aware of the TLS information; therefore, it travels  at the maximum allowed speed. At ROI = 0.5 km, the vehicle will realize  that stopping will happen. Consequently, the recommended speed  is reduced to SRmin . After that, the Swill increase  with increasing ROI.

Figure 15 shows  the benefit  of increasing the ROI to alleviate average vehicle acceleration. At

ROI = 0 and 0.5 km, the vehicle stops  at each TLS. Therefore, the average vehicle acceleration

Conclusions

This  chapter is  to  show  the  impact   of  vehicular networks on  vehicle  fuel  consumption and  CO2  emissions.   This  chapter also  aims  to  motivate researchers working in  the  field of communication to design EEFG protocols, and  demonstrate the  ability  to integrate fuel consumption and  emission models with  vehicular networks.   The  first  example was  in  a highway environment with  the fuel consumption as the performance metric.   This example illustrates the necessity  of sending information to vehicles  in order  for drivers to choose  an appropriate path  to a target  to minimize fuel consumption.  Simulation results demonstrate that  significant amounts of fuel  will  be saved  if such  an  EG protocol is used.   The second example was  in a city environment with  considering the  CO2  emission as the  performance metric.  This example illustrates the benefit  of transmitting the traffic light signal  information to vehicles  for fuel  consumption and  emission reduction.  Simulation results demonstrate that vehicle fuel consumption and COemissions will be reduced if such an environmentally friendly geocast protocol is used.