Uma Nova métrica baseada em oportunidades de transmissão para avaliação de estratégias de encaminhamento em redes veiculares

Abstract

Nas redes veiculares ad hoc (VANETs), a comunicação veículo a veículo (V2V) ocorre de forma oportunista devido à mobilidade frequente dos nós e ao tempo de contato intermitente. Nesse cenário, a avaliação de eficiência dos protocolos de encaminhamento pelo uso dos recursos existentes na rede é um desafio aberto, dadas as diferentes estratégias adotadas por tais protocolos para a escolha do próximo salto. Por meio da análise de dados de movimentação de veículos, este trabalho contribui para a análise da existência de oportunidades de transmissão com a utilização de um rádio, sua quantificação e classificação considerando as oportunidades como serial quando um veículo emissor só tem uma oportunidade para transmitir e oportunidade paralela quando o emissor tem duas ou mais oportunidades para transmitir. Foram avaliados quatro diferentes cenários, sendo três com os traços reais da mobilidade de táxis das cidades de Roma, San Francisco e Shanghai, e um com traços gerados aleatoriamente. Ainda, o alcance do sinal de rádio foi variado de 50 a 1.000 metros nos cenários avaliados. Além disso, a análise de inventário dos recursos de comunicação é feita através de três medidas: taxa de transmissão de dados, impacto de sobrecarga dos beacons, e eficiência de protocolos de encaminhamento - realizada através da métrica OpTs proposta. Este trabalho traz uma discussão sobre o impacto nos protocolos de encaminhamento pelo uso apropriado dessa métrica, e mostra que essa métrica pode ser usada para avaliação de eficiência de protocolos de encaminhamento ou para melhorar a qualidade do consumo de recursos em redes veiculares ad hoc. Essa métrica permite que os protocolos de encaminhamento de mensagem avaliem se são capazes de utilizar o máximo de recursos teórico disponíveis independentemente do cenário avaliado. Para Roma, San Francisco ou Shanghai, à medida que o alcance do sinal de rádio aumenta, a quantidade teórica máxima de recursos também aumenta. A avaliação também mostra, para os três cenários, que a sobrecarga de beacons não tem um impacto significativo sobre o inventário total de dados teóricos disponível. Ao aplicar a métrica MOpTs em protocolos de encaminhamento que utilizam diferentes estratégias para encaminhar as mensagens, foi possível observar que cada um desses protocolos consome recursos de forma diferente. A métrica também permite avaliar a eficiência geral de cada protocolo de encaminhamento em uma VANET ao medir o percentual de recurso que tal protocolo usou durante a interação entre os veículos. Com a aplicação da métrica é possível obter a eficiência de um protocolo de encaminhamento em relação ao seu consumo de recursos.

In ad hoc vehicle networks (VANETs), vehicle-to-vehicle (V2V) communication occurs opportunistically due to the frequent mobility of nodes and the intermittent contact time. In this scenario, assessing the efficiency of referral protocols by using existing resources on the network is an open challenge, given the different strategies adopted by such protocols for choosing the next step. Through the analysis of vehicle movement data, this work contributes to the analysis of the existence of transmission opportunities with the use of a single radio, its quantification and classification considering the opportunities as serial when a sending vehicle only has one opportunity to transmit and parallel opportunity when the issuer has two or more opportunities to transmit. Four different scenarios were evaluated, three with the real features of taxi mobility in the cities of Rome, San Francisco and Shanghai, and one with randomly generated features. Furthermore, the radio signal range was varied from 50 to 1,000 meters in the evaluated scenarios. In addition, the inventory analysis of the communication resources is done through three measures: data transmission rate, impact of overhead of the beacons, and efficiency of routing protocols - performed using the proposed OpTs metric. This paper discusses the impact on forwarding protocols for the appropriate use of this metric, and shows that this metric can be used to evaluate the efficiency of forwarding protocols or to improve the quality of resource consumption in ad hoc vehicular networks. This metric allows message forwarding protocols to assess whether they are able to use the maximum theoretical resources available regardless of the scenario assessed. For Rome, San Francisco or Shanghai, as the radio signal range increases, the maximum theoretical amount of resources also increases. The assessment also shows, for the three scenarios, that the overload of beacons does not have a significant impact on the total inventory of theoretical data available. When applying the metric OpTs in forwarding protocols that use different strategies to forward messages, it was possible to observe that each of these protocols consumes resources differently. The metric also allows to evaluate the general efficiency of each routing protocol in a VANET when measuring the percentage of resource that such protocol used during the interaction between the vehicles. With the application of the metric it is possible to obtain the efficiency of a routing protocol in relation to its consumption of resources.