Content distribution in vehicular networks with filtering mechanisms

Abstract

Conectividade representa uma grande necessidade da população desde o início dos tempos. As pessoas têm, logo à partida, um desejo de estarem ligadas entre si e ao resto do mundo. Tal não mudou nos tempos actuais, especialmente na era das novas tecnologias onde conectarse com alguém está apenas a uns cliques de distância. Do ponto de vista de engenheiros da área das telecomunicações, este rápido desenvolvimento nas comunicações sem fios tem sido especialmente marcante. Devido a esta constante necessidade de comunicação, as VANETs (Vehicular Ad-Hoc Networks) atraem actualmente um interesse significativo. Esse interesse deve-se ao facto de as redes veiculares não só poderem ser usadas para uma condução potencialmente mais segura, como também poderem proporcionar aos passageiros o acesso à Internet. As redes veiculares têm características específicas face a outro tipo de redes, tais como o número elevado de veículos ou nós, rotas imprevis íveis e a constante perda de conectividade entre os mesmos, revelando vários desafios que propõem estudos para os solucionar. A solução encontrada para a conectividade intermitente prende-se com o uso de DTNs (Delay-Tolerant Networks) cuja arquitectura assegura a entrega de informação mesmo quando não há conhecimento do percurso completo que esta deve percorrer. Esta Dissertação de Mestrado foca-se no estudo da disseminação de conteúdo não-urgente via uso de DTNs, assegurando que esta mesma disseminação é feita no menor espaço de tempo possível e com o mínimo congestionamento possível na rede. Actualmente, embora a entrega de informação já seja efectuada na rede num espaço de tempo satisfatório, as estratégias implementadas forçam um congestionamento (overhead ) considerável na rede. Para combater este efeito, foi desenvolvida uma estratégia de disseminação através do uso de Bloom Filters, uma estrutura de dados capaz de eliminar a maior parte dos acessos desnecessários à memória, assegurando a um nó a existência de um pacote específico, com uma certa probabilidade, de entre toda a informação que os seus vizinhos contêm. Esta estratégia foi implementada no software de DTNs mOVERS Emulator, desenvolvido pelo Instituto de Telecomunicações de Aveiro (IT) e pela Veniam® e posteriormente testada no mesmo. O emulador utilizado simula uma rede veicular com base em informação recolhida da rede veicular da cidade do Porto. Após análise dos resultados obtidos, foi concluído que a nova estratégia de disseminação proposta, denominada FILTER, cumpriu o principal objectivo proposto, nomeadamente, a redução do overhead na rede veicular, com uma pequena perda de taxa de entrega da informação. Para trabalho futuro, é aconselhável realizar um estudo mais extenso em métodos relacionados com utilidade da informação para optimizar essa mesma taxa de entrega.

Connectivity represents one of people's great needs since the beginning of times. From the start, people have a desire to be connected to each other and to the rest of the world. Such has not changed in modern times, especially in the era of new technologies where connecting with someone is only a few clicks away. From the point of view of engineers in the area of telecommunications, this fast development in wireless communications has been especially outstanding. Due to this constant need for communication, VANETs (Vehicular Ad- Hoc Networks) are currently attracting signi cant attention. Such attention is due to the fact that vehicular networks may be used for, not only potentially safer driving, they also provide its users with Internet access. Vehicular Networks have speci c characteristics when compared to other types of networks, such as the high number of vehicles or nodes, unpredictable routes and the constant loss of connectivity between these nodes, thus revealing several challenges which propose studies to solve them. The solution found for the intermittent connectivity involves the use of DTNs (Delay-Tolerant Networks) whose architecture ensures the delivery of information even without knowledge of the whole path it must travel. This Masters Dissertation focuses on the study of non-urgent content dissemination through the use of DTNs, ensuring that this same dissemination is done within the shortest time frame and with the minimum congestion possible in the network. Currently, though the information delivery is already performed in the network with a satisfactory time frame, the implemented strategies force considerable congestion in the network. To overcome this e ect, a dissemination strategy was developed through the use of Bloom Filters, a data structure capable of eliminating most of the unnecessary access to memory, by ensuring a node the existence of a speci c packet, with a certain probability, from among all the information its neighbours contain. This strategy was implemented in the DTN software mOVERS, developed by Instituto de Telecomunicações in Aveiro (IT) and Veniam® and posteriorly tested in the same emulator. The emulator used simulates a vehicular network with information gathered from the vehicular network in the city of Porto. After the analysis of the obtained results, it was concluded that the new proposed dissemination strategy, named FILTER, has ful lled its primary objective, namely, the reduction of the vehicular network's overhead, with a small loss in the delivery rate of the information. For future work, it is advisable to perform a more extensive study in methods related to the information's usefulness to a neighbour to optimize such delivery rate.