Different technologies in vehicular networks : multihoming and network coding

Abstract

Com o surgimento de notícias relacionadas com carros autónomos, torna-se óbvio que as Redes Veiculares vão ter um papel chave num futuro muito próximo. Para além disso, estas redes podem ser utilizadas para fornecer serviços de entretenimento para os passageiros dos veículos (Internet sem recurso a tecnologia celular). Os maiores desa os relacionados com este tipo de redes estão associados com a extrema mobilidade que os nós têm, as constantes quebras de ligação e as perdas de tráfego devido à degradação do sinal das redes wireless, que num ambiente repleto de obstáctulos como é uma cidade, são uma constate. Outro desa o/oportunidade é possibilitar que este tipo de redes tirem partido de todos os recursos disponíveis, isto é, como hoje em dia as cidades estão repletas de redes wireless, os nós têm de ter inteligência de selecionar a/as rede/redes que fazem sentido, e encaminhar o tráfego através dessas mesmas redes, tendo em conta a carga de cada rede. O objetivo desta dissertação vai ser resolver/minorar os problemas acima descritos. Em primeira instância, e com o objetivo de aumentar a e ciência de uma VANET já desenvolvida no nosso grupo, foi criado um gestor de conectividade do tráfego de uplink, que é capaz de diferenciar o tráfego, e depois dividido através das redes de acesso, tendo em conta a carga de cada uma. Isto é suportado quer quando o carro tem acesso direto à infraestrutura ou quando tem acesso indireto (quando existe outro carro a agir com midle-man). Para melhorar a performance da VANET em momentos de quebra de ligação, foi criada uma mensagem de perda de ligação que, quando o sinal da ligação se aproxima para níveis considerados maus informa a unidade responsável por dividir o tráfego pelas redes de acesso, que determinada ligação é má, e não é para ser usada. Por m, para resolver o problema das perdas relacionadas com as ligações sem os, optou-se por utilizar o network coding. O maior desa o foi tornar a utilização do network coding transparente para o protocolo de mobilidade. Por outras palavras, criar um programa que, de forma independente, trata de todos os aspetos relacionado com a codi cação/descodi cação e deixar para o protocolo de mobilidade os aspetos relacionados com a gestão da mobilidade. Para validar todo o trabalho feito, foram realizados testes de laboratório (gestor de ligações de uplink e network coding) e testes de reais (mensagem de perda de ligação). Os testes de laboratório mostraram que o tráfego de uplink é dividido com sucesso, e que o gestor de conetividade envia o tráfego para as redes de acesso tendo em conta a carga de cada uma, quer em single, quer em multi-hop. Relativamente aos testes reais, foi demonstrado que a mensagem de perda de ligação permite diminuir perdas associadas ao processe de handovers. Por m, relativamente ao network coding foi possível concluir que este permite recuperar de perda de pacotes. Além disto, foi demostrado que esta implementação suporta mobilidade e multihoming quer em single quer em multi-hop.

ehicular networks will have a key role in a near future. Furthermore, these networks can be utilized to provide entertainment services (Internet) to the car passengers. The greater challenges related with this kind of networks are associated with the high mobility that the nodes have, the constant drop of connectivity and to the tra c losses due the signal degradation of the wireless networks, due to the huge amount of obstacles presented in the city. Another challenge/opportunity is the possibility of these networks to take advantage of all the available resources available. Nowadays the cities have networks available almost everywhere, the nodes must have intelligence to select the network/networks that make sense, and manage the routing through those networks, taking into account the load of each access network. The objective of this dissertation will be to solve/reduce the problems described above. At the rst instance, the objective is to improve the vehicular network already developed in our group, that already has a multihoming framework that allows the downlink tra c to be divided through the available networks, in a way that optimizes the network performance. In order to also provide multihoming in uplink, in this dissertation it was developed an uplink connection manager that can di erentiate the tra c and route that tra c through di erent access networks at the same time, taking into account the load of each network. This can be done in single and multi-hop. In order to improve the multihoming framework, it was developed a message that informs the entity responsible for dividing the tra c that the connections with bad signal quality should not be used to route tra c. This will allow that entity to route the tra c through the other available networks with a good signal quality, avoiding packet losses that would occur due bad signal quality and connection losses. Finally, in order to recover from packet losses due to bad network signal quality, it was used network coding. The greatest challenge was to create a network coding approach, that was transparent to the mobility protocol, that, in an independent way manages all the aspects related to the encoding/ decoding and leave to the mobility protocol the management of all the mobility related aspects. It were also developed two algorithms that nd the con gurations to the encoding process. One of the algorithms will try to ensure the maximum packet loss recovery, and the other will try to assure a packet loss lower than a threshold, with the minimum overhead possible. In order to evaluate all the work done in this dissertation, it were performed laboratory tests (uplink manager and network coding) and real world tests (disconnect message). These tests show that the uplink manager is able to di erentiate tra c, and route through di erent access networks at the same time, taking into account the load of each network (in single and multi-hop). The tests related with the disconnect message show that this message removes the packet loss that would normally occur in the handover mechanisms. Finally, the network coding tests show that the network coding can be used to recover from packet loss, even in a vehicular network with multihoming and in single/multi-hop. Moreover, it was possible to conclude that the two developed algorithms accomplish all the proposed objectives.