Non-IP multiprotocol for vehicular communications

Abstract

Ao longo dos últimos anos, todo o ambiente relacionado com o transporte tem sido alvo de grande avanço tecnológico. Por consequência, os veículos estão a ser equipados com melhor e mais avançada tecnologia do mercado. Para além disso, o crescimento e ambição em aspectos relacionados com a segurança na estrada e por serviços que melhorem o conforto, bem como a qualidade de condução, estão a levar ao interesse dos grandes construtores em criar um ambiente de cooperação e conectividade entre veículos. Nesta dissertação, é explorado o trabalho relevante que tem sido feito nesta área de redes veiculares, em particular nas indicações dadas pelas normas WAVE (IEEE 1609.x) e ISO CALM. É feito um levantamento das suas vantagens e desvantagens, e analisadas algumas implementações e conclusões apresentadas em projectos relacionados. De modo a alcançar o objectivo de implementar e integrar uma alternativa, escalável e modular para a camada de rede e transporte, uma solução baseada em multiprotocolo não-IP foi desenvolvida. Esta ideia surge no âmbito da tentativa de convergência entre normas e o objectivo de desenvolver e implementar uma estratégia global para este tipo de situações. Todo o trabalho feito neste âmbito é integrado com outros projectos de dissertação (desenvolvidos também sob o projecto HEADWAY/ICSI) na área da segurança e verificação de mensagens, e suporte para aplicaço (faciliteis layer). Os diferentes módulos foram posteriormente migrados para um single board computer (Linux-based e de baixo consumo, Raspeberry PI) que é responsável pela configuração e trocas de dados entre a aplicação gráfica (smartphone) e a plataforma DSRC desenvolvida especificamente para comunicações veiculares a 5.9 GHz. De modo a testar e avaliar o desempenho do sistema, foram realizados alguns testes, dentre os quais destacam-se: geração e envio de mensagens CAM ao longo da pilha protocolar e verificação da integridade dos dados e restrições temporais, e teste da metodologia multiprotocolo (troca em simultâneo de mensagens de dois tipos de estrutura de dados). Foram também realizados testes, tendo em conta o overhead e latência introduzida por cada modulo que compõe o sistema, variando o tamanho das mensagens.

Over the last few years, transport systems experienced a great technological advancement. As a consequence, vehicles are increasingly equipped with more electronic features as on board computing devices. Moreover, the growth of related aspects such the provision of road safety or infotainment and increase driver comfort led to growing interest by the manufacturers and consumers for connectivity between vehicles. This dissertation explores the relevant work done in the area of networking for vehicular environments, in particular projects that followed IEEE 1609.x standards namely WAVE Short Message Protocol (WSMP) or FAST protocol from ISO CALM. A survey was made to understand the strengths and weakness of each one, and also it was analysed some implementation descriptions by other related projects. Towards the objective to implement an uniform, modular and scalable solution that satisfy the critical requirements characteristic of this kind of environments, an alternative based on a multi protocol network stack communication was designed. This idea emerges in parallel with the efforts made by standardization entities, in direction to a global standard and uniform deployment. All work done in network and transport layer was integrated with other projects (also developed under HEADWAY/ICSI project) such as security verification, encryption and application support functions. It was also integrated all modules in a Linux based machine (in this case it was used Raspberry PI) that support all the configuration and data flow between HMI/smartphone and the DSRC platform responsible for 5.9 GHz communication. In order to evaluate the performance of the system, it was tested in some scenarios such as CAM dispatch and subsequent verification of data integrity and time constraints, multiprotocol methodology test (exchange at same time of two different type of message structure), overhead and latency introduced by each module for different size of payloads.