Support mechanisms for deterministic MAC in IEEE 802.11p

Abstract

Transportation systems play an extremely important role in modern society. A huge research e ort has been devoted to this eld in the past few years making them safer cleaner and more e cient, originating the so-called Intelligent Transportation Systems (ITS). While some of the enabling technologies are entering their mature phase, there are still many open problems that must be solved before such systems can be e ectively leveraged. Specifically, the medium access is regarded as being one of the most challenging issues to solve in order to provide dependable wireless communications in vehicular networks [BUSB09]. The standard protocols have been shown to fail in addressing this issue and some possible solutions are being proposed, but despite the di culty of correctly modelling the channel dynamics, most work on MAC protocols for real-time vehicular communications has been performed under simulated environments, using simplistic assumptions that do not necessarily hold in a read environment. The implementation of a deterministic MAC scheme is hampered by the fact that commercial devices do not allow modi cations to the standard MAC mechanism, and the development of a device from scratch to implement one Medium Access Control (MAC) scheme is an extremely laborious endeavour. However, over the last few years, the IT2S platform for vehicular communication has been developed and is now in a stage that allows implementation and testing of new solutions for the vehicular communications environment. It is a exible platform that allows modi cation to be made in any layer of the communication stack and therefore suited to be adapted for the implementation of new MAC schemes. This work presents an overview of MAC mechanisms capable of providing deterministic real-time access and assesses the features a communications device must include in order to allow the implementation of these mechanisms. It then proposes an implementation of such as device based on the existing IT2S plaform. A exible solution was obtained that allows all the studied MAC schemes to be implemented purely in software, with no modi cations required to the hardware mechanisms, lowering the needed amount of skills required to perform a working implementation of a novel MAC scheme. The performance of the solution was also found to be appropriate for the required uses. It is now possible to create test beds for new MAC schemes and perform more concrete and accurate analysis of their performance.

Os meios de transporte têm um papel preponderante na sociedade moderna. Muito esforço de investigação tem sido dedicada e este campo nos últimos anos, com vista a tornar estes meios mais limpos, seguros e eficientes, originado os chamados Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS). Enquanto algumas das tecnologias base estão já prontas a ser utilizadas, ainda existem problemas a ser resolvidos antes de se poder utilizar todo o potencial destes sistemas. Um problema específico, o acesso ao meio, é atualmente considerado um dos mais desa antes em termos de investigação e que detém ainda uma quantidade interessante de problemas a ser resolvidos para que se possa depender de comunicações sem fios em ambientes veiculares. Estudos provaram que os protocolos standard nãoo resolvem este problema e têm sido propostas soluções, Mas apesar da dificuldade de modelar corretamente a dinâmica do canal, a maior parte das análises tem sido realizada em ambientes de simulação, com assunçõess simplistas que não correspondem necessariamente ao ambiente real. A implementação de um mecanismo de acesso ao meio determinístico é dificultada pelo facto de que os dispositivos comerciais não permitem modificações aos mecanismos standard e o desenvolvimento de um dispositivo de raiz que implemente o mecanismo proposto ser extremamente trabalhoso. No entanto,ao longo dos últimos anos tem sido desenvolvida a plataforma de comunicações veiculares IT2S, que atingiu agora uma fase que permite a sua utilização para implementar e testar novas soluções para ambientes veiculares. Trata-se de uma plataforma flexível que permite a realização de modificações em qualquer camada da pilha protocolar, portanto passível de ser adaptada para a implementação de novos mecanismos de acesso ao meio. Este trabalho apresenta uma perspetiva alargada dos mecanismos de acesso ao meio determinísticos propostos na literatura e estuda quais as características necessárias que um dispositivo de comunicação precisa fornecer para os poder implementar. Segue-se então uma proposta de implementação de um tal dispositivo, baseada na plataforma IT2S. Foi possível obter uma solução flexível o suficiente para implementar todos os mecanismos estudados recorrendo apenas a software, sem necessidade de alterações ao hardware, baixando a fasquia da dificuldade na criação de uma implementação prática de um mecanismo de acesso ao meio. A solução foi testada e a desempenho considerada adequada para as possíveis utilizações. É agora possível criar bancadas de teste para novos mecanismos de acesso ao meio e executar análises mais concretas e precisas da sua desempenho.