Protocolo de comunicação em grupo confiável e de tempo real para aplicações de coordenação veicular sobre redes veiculares Ad Hoc

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Autor(a) principal: Pereira, Marcela Alves
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFBA
Texto Completo: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38925
Resumo: (VANETs, Vehicular Ad hoc Networks) constituem um tipo específico de redes móveis cujos nós são veículos capazes de enviar e receber mensagens diretamente entre si usando enlaces de comunicação sem fio. Essas redes oportunizam a criação de diversas aplicações distribuídas sem a dependência de uma infraestrutura específica para a comunicação entre os veículos. Em ambientes urbanos e rodovias, as VANETs têm sido vistas como uma oportunidade na construção de Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS, Intelligent Transportation Systems), voltados não apenas para a melhoria da fluidez, segurança e bem-estar no trânsito, mas também na redução da emissão de poluentes. Todavia, muitas aplicações distribuídas para ITS requerem que grupos de veículos coordenem suas ações de forma consistente, confiável e com restrições temporais. Contudo, em VANETs constituídas em ambientes urbanos e rodovias, os veículos trafegam por vias que demarcam um padrão de mobilidade e que apresentam uma estrutura de comunicação altamente dinâmica. Portanto, as VANETs são propensas a mudanças constantes em sua topologia, desconexões frequentes na comunicação entre veículos e perdas de mensagens nos meios de comunicações. Por isso, atender aos requisitos de coordenação veicular em aplicações distribuídas de ITS baseado em VANETs é um desafio. Nesse contexto, este trabalho propõe o Protocolo para Comunicação Veicular Confiável Baseado em Blocos Causais (VCBP, Vehicular Causal Block Protocol) para dar suporte aos requisitos de coordenação veicular em aplicações distribuídas de ITS baseados em VANETs. O protocolo de comunicação em grupo proposto oferece facilidade na difusão de mensagens com garantias de entrega confiável, com restrições temporais e ordenação causal e total das mensagens. O VCBP foi implementado e avaliado em um ambiente de simulação de redes veiculares e o seu desempenho foi comparado com outros protocolos disponíveis na literatura. Os resultados mostram que o VCBP oferece mais garantias na entrega das mensagens, com uma taxa de entrega de mensagens semelhante ou superior às demais abordagens avaliadas.
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Contudo, em VANETs constituídas em ambientes urbanos e rodovias, os veículos trafegam por vias que demarcam um padrão de mobilidade e que apresentam uma estrutura de comunicação altamente dinâmica. Portanto, as VANETs são propensas a mudanças constantes em sua topologia, desconexões frequentes na comunicação entre veículos e perdas de mensagens nos meios de comunicações. Por isso, atender aos requisitos de coordenação veicular em aplicações distribuídas de ITS baseado em VANETs é um desafio. Nesse contexto, este trabalho propõe o Protocolo para Comunicação Veicular Confiável Baseado em Blocos Causais (VCBP, Vehicular Causal Block Protocol) para dar suporte aos requisitos de coordenação veicular em aplicações distribuídas de ITS baseados em VANETs. O protocolo de comunicação em grupo proposto oferece facilidade na difusão de mensagens com garantias de entrega confiável, com restrições temporais e ordenação causal e total das mensagens. O VCBP foi implementado e avaliado em um ambiente de simulação de redes veiculares e o seu desempenho foi comparado com outros protocolos disponíveis na literatura. Os resultados mostram que o VCBP oferece mais garantias na entrega das mensagens, com uma taxa de entrega de mensagens semelhante ou superior às demais abordagens avaliadas.Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) constitute a specific type of mobile ad hoc network in which nodes are vehicles capable of sending and receiving messages directly between each other using wireless communication links, enabling the creation of several distributed applications without the dependence on a specific infrastructure for vehicle communication. In urban and highway environments, VANETs have been seen as an opportunity in the development of Intelligent Transportation Systems (ITS), aiming not only to improve traffic flow, security, and well-being but also to reduce pollutant emissions. However, many distributed applications for ITS require groups of vehicles to coordinate their actions consistently, reliably, and with temporal constraints. Nevertheless, in VANETs formed in urban and highway environments, vehicles travel along pathways exhibiting a mobility pattern and highly dynamic communication structure. Therefore, network topology changes, communication link disconnections, and message losses are frequent in a VANET. Hence, meeting the requirements for vehicle coordination in distributed ITS applications based on VANETs represents a challenge. In this context, this work proposes the Vehicular Causal Block Protocol (VCBP) to support the vehicle coordination requirements in distributed ITS applications based on VANETs. The proposed group communication protocol offers the facility of message multicast with guarantees of reliable delivery, temporal constraints, and causal and total ordering of messages. VCBP has been implemented and evaluated in a vehicular network simulation environment, and its performance has been compared with other protocols available in the literature. The results show that VCBP can provide enhanced message delivery guarantees with a message delivery rate similar to or better than other evaluated approaches.FAPESBporUniversidade Federal da BahiaPrograma de Pós-Graduação em Mecatrônica da UFBA (PPGM) UFBABrasilInstituto de Computação - ICVehicular Ad Hoc NetworksDistributed SystemsGroup CommunicationReal-timeReliable MulticastMecatrônica, Ciência da Computação, EletrônicaRedes Veiculares Ad HocSistemas DistribuídosComunicação em GrupoTempo RealDifusão ConfiávelProtocolo de comunicação em grupo confiável e de tempo real para aplicações de coordenação veicular sobre redes veiculares Ad HocMestrado Acadêmicoinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionSá, Alírio Santos dehttps://orcid.org/0000-0002-4721-6082http://lattes.cnpq.br/8529510757160217Sá, Alírio Santos deMacedo, Raimundo José de AraújoCordeiro, Weverton Luishttps://lattes.cnpq.br/2087488233839902Pereira, Marcela AlvesALVES, R. S. et al. Redes Veiculares: princípios, aplicações e desafios. Minicursos do Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, SBRC, p. 17–24, 2009; COULOURIS, G. et al. Sistemas Distribuídos-: Conceitos e Projeto. Porto Alegre, Brasil: Bookman Editora, 2013;CRISTIAN, F. Understanding fault-tolerant distributed systems. Communications of the ACM, ACM, New York, NY, USA, v. 34, n. 2, p. 56–78, February 1991. ISSN 0001- 0782. Disponível em: ⟨http://doi.acm.org/10.1145/102792.102801⟩. Acesso em: October, 4, 2021.; JIANG, D.; CHEN, Q.; DELGROSSI, L. Optimal data rate selection for vehicle safety communications. In: Proceedings of the Fifth ACM International Workshop on VehiculAr Inter-NETworking. New York, NY, USA: Association for Computing Machinery, 2008. (VANET ’08), p. 30–38. ISBN 9781605581910. Disponível em: ⟨https://doi.org/10.1145/ 1410043.1410050⟩; LAMPORT, L. Time, clocks, and the ordering of events in a distributed system. Communications of the ACM, ACM, v. 21, n. 7, p. 558–565, 1978; LIMA, G.; MACÊDO, R. A. A robust causal order protocol. 11th Symposium on Com- puter Architecture and High Performance Computing(SBAC-PAD’99), v. 11, 1999reponame:Repositório Institucional da UFBAinstname:Universidade Federal da Bahia (UFBA)instacron:UFBAinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALmarcela-alves-202311-dissertacao.pdfmarcela-alves-202311-dissertacao.pdfDissertação do Mestradoapplication/pdf3063433https://repositorio.ufba.br/bitstream/ri/38925/1/marcela-alves-202311-dissertacao.pdf7d5ca6e38a5ac4517342ab45790432a2MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1720https://repositorio.ufba.br/bitstream/ri/38925/2/license.txtd9b7566281c22d808dbf8f29ff0425c8MD52open accessri/389252024-01-26 09:48:10.094open accessoai:repositorio.ufba.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://192.188.11.11:8080/oai/requestopendoar:19322024-01-26T12:48:10Repositório Institucional da UFBA - Universidade Federal da Bahia (UFBA)false
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