Estudi de les prestacions dels protocols d'encaminament geogràfics i topològics per a Vehicular ad-hoc Networks

Estudi i avaluació de les característiques i les prestacions de les xarxes de vehicles (VANETs) en entorns urbans.[ANGLÈS] VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) are an emerging new technology which integrates the capabilities of new generation wireless networks to vehicles. It includes a variety of applications such as co-operative traffic monitoring, control of traffic flows, blind crossing, prevention of collisions, nearby information services and real-time detour routes computation. Another important application for VANETs is providing Internet connectivity to vehicular nodes while on the move, so that passengers can download music, send emails, book a restaurant or play games. Because of the high nodes mobility and unreliable channel conditions, VANETs have unique characteristics which pose many challenging research issues. This work is mainly focused on a key networking problem: routing protocol for VANETs. The main requirement of routing protocols is to achieve minimal communication time with minimum consumption of network resources. Many routing protocols have been developed for MANETs (Mobile Ad-hoc Networks), such as AODV (Ad-hoc On demand Distance Vector) and DSR (Dynamic Source Routing). However, VANETs differ from MANETs by their highly dynamic topology. A number of studies have been done to simulate and compare the performance of those routing protocols in various traffic conditions in VANETs. Simulation results showed that MANET routing protocols suffer from poor performances because of the characteristics of fast vehicle's movement, dynamic information exchange and relative high speed of mobile nodes. This text aims to continue the work of Roger Calzada in his final degree thesis. In that thesis, AODV was the routing protocol used during the simulation process to evaluate its performance over VANETs. The conclusion of the thesis was that AODV is not the best routing protocol to handle high mobility of nodes and short duration of routes. He proposed as future work the evaluation of existing routing protocol which considers car position, trajectories or speeds gathered via GPS (Global Positioning System) that could lead to better results. To consider the vehicle network, people can intuitively think to use the geographical position information to decide the route. Most position based routing algorithms base forwarding decision on location information. GSR (Geographical Source Routing) is a promising routing technique for VANETs and recently several routing protocols have been proposed based on it. For example, GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) is one of the best known position-based protocols in literature. Basically, our project is divided in two parts: first, we make a state of the art related to the VANETs in order to find the most appropriate and recommended mobility generator and network simulator reported in literature. We also include at the end of this part the description of GPSR routing protocol. Second, from the research done in the previous part, we use VanetMobiSim as a mobility generator due to its variety models that could be tested; and NS2 as a network simulator for being one of the most used by many authors and also due to its compatibility with VanetMobiSim. Using these tools, VanetMobiSim and NS2, we carry out a performance evaluation of two routing protocols (AODV and GPSR) over VANETs. We give different values to parameters such as the number of nodes, speed, transmission range and different propagation models. Finally, we analyze and discuss the benefits of GPSR compared to AODV in vehicular scenarios.[CASTELLÀ] VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) son una emergente nueva tecnología que integra las capacidades de la nueva generación de redes wireless con los vehículos. Incluye una gran variedad de aplicaciones tales como la monitorización cooperativa del trafico, el control del tránsito, la asistencia en cruces ciegos, la prevención de colisiones, la búsqueda de información de servicios cercanos y el cálculo en tiempo real de rutas entre otras muchas. Otra aplicación importante para VANETs es la de proveer de conexión a Internet a los vehículos mientras se mueven, de manera que el pasajero puede descargar música, enviar emails, reservar un restaurante o jugar a videojuegos. Debido a la alta movilidad de los nodos y a las poco fiables condiciones del canal, las redes VANET tienen unas características únicas que plantean muchas cuestiones que son un reto para la investigación. Este trabajo está principalmente centrado en la clave del diseño e implementación de redes: el protocolo de enrutado para VANETs. El requerimiento principal para un protocolo de enrutado es lograr establecer una comunicación en el mínimo tiempo posible con el mínimo consumo de recursos de la red. Muchos protocolos de enrutado se han desarrollado para MANETs (Mobile Ad-hoc Networks), tales como ADV (Ad-hoc On demand Distance Vector) y DSR (Dynamic Source Routing). Sin embargo, las redes VANET difieren de las MANET en el alto dinamismo de su topología. En un gran número de estudios se han simulado y comparado las prestaciones de estos protocolos de enrutado en diferentes condiciones de tráfico para VANETs. Los resultados de las simulaciones han mostrado que los protocolos de enrutado propios de MANET sufren de pobres prestaciones debido a las características de alta velocidad de movimiento y dinamismo en el intercambio de información provocado por la alta velocidad de los nodos móviles. Este texto pretende continuar con el trabajo iniciado por Roger Calzada en su proyecto final de carrera. En este trabajo, AODV fue el protocolo de enrutado utilizado durante el proceso de simulación para evaluar las prestaciones sobre VANETs. La conclusión a la que se llegó fue que AODV no era el mejor protocolo de enrutado para manejar la alta movilidad de los nodos y la corta duración de las rutas. Él propuso como trabajo futuro la evaluación de otros protocolos de enrutado existentes que tienen en cuenta la posición de los vehículos, las trayectorias y sus velocidades vía GPS (Global Positioning System) que podrían conducir a unos mejores resultados. Al considerar las redes de vehículos, la gente puede pensar de forma intuitiva en el uso de la información de la posición geográfica para decidir la ruta. La mayoría de los algoritmos de enrutado basados en la posición basan su decisión de reenvío en la localización del vehículo. GSR (Geographical Source Routing) es una prometedora técnica de enrutado para VANETs y recientemente se han propuesto muchos protocolos de enrutado basados en ella. Por ejemplo, GPSR (Greedy Perimeter Statless Routing) es uno de los más conocidos protocolos basados en la posición de la literatura. Nuestro proyecto se divide básicamente en dos partes: una primera parte donde hacemos un resumen del estado actual de las redes VANET con el objetivo de encontrar el más apropiado y recomendado generado de patrones de movilidad y simulador de red del que se informa en la literatura. También incluimos al final de este apartado la descripción del protocolo de enrutado GPSR. En la segunda parte, como consecuencia de la investigación de la primera parte, usamos VanetMobisim como generador de patrones de movimiento debido a la gran variedad de modelos que se pueden utilizar; y NS2 como simulador de red por ser uno de los más utilizados por muchos autores y también debido a su compatibilidad con VanetMobisim. Usando estas herramientas, VanetMobisim y NS2, llevamos a cabo una evaluación de las prestaciones de dos protocolos de enrutado (AODV y GPSR) sobre VANETs. Para ello variamos los valores de diferentes parámetros tales como el número de nodos, la velocidad, el rango de transmisión y el modelo de propagación. Finalmente, analizamos y examinamos los beneficios de GPSR comparado con AODV en escenarios de vehículos.[CATALÀ] VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) són una emergent i nova tecnologia que integra les capacitats de la nova generació de xarxes wireless amb els vehicles. Inclou una gran varietat d'aplicacions com poden ser la monitorització cooperativa del tràfic, el control del trànsit, l'assistència en encreuaments cecs, la prevenció de col·lisions, la recerca d'informació de serveis propers i el càlcul en temps real de rutes entre moltes altres. Una altra aplicació important per a VANETs és la de proveir de connexió a Internet als nodes vehiculars mentre es mouen, de forma que el passatger pot descarregar música, enviar emails o jugar a videojocs. Degut a l'alta mobilitat dels nodes i a les poc fiables condicions del canal, les xarxes VANET tenen unes característiques úniques que plantegen moltes qüestions que són un repte per a la recerca. Aquest treball està principalment centrat en la clau del disseny i implementació de les xarxes: el protocol d'encaminament per a VANETs. El requeriment principal per a un protocol d'encaminament és aconseguir establir una comunicació en el mínim temps possible amb el mínim consum de recursos de la xarxa. Molts protocols d'encaminament s'han desenvolupat per MANETs (Mobile Ad-hoc Networks), com ara AODV (Ad-hoc On demand Distance Vector) i DSR (Dynamic Source Routing). No obstant això, les xarxes VANET difereixen de les MANET en l'alt dinamisme de la seva topologia. En un gran nombre d'estudis s'han simulat i comparat les prestacions d'aquests protocols d'encaminament en diferents condicions de tràfic per VANETs. Els resultats de les simulacions han mostrat que els protocols d'encaminament propis de MANET pateixen de pobres prestacions degut a les característiques d'alta velocitat de moviment i dinamisme en l'intercanvi d'informació provocat per l'alta velocitat dels nodes mòbils. Aquest text pretén continuar el treball iniciat per Roger Calzada en el seu projecte final de carrera. En aquest treball, AODV va ser el protocol d'encaminament utilitzat durant el procés de simulació per avaluar les prestacions sobre VANETs. La conclusió del projecte va ser que AODV no era el millor protocol d'encaminament per gestionar l'elevada mobilitat dels nodes i la curta duració de les rutes. Ell va proposar com a treball futur l'avaluació d'altres protocols d'encaminament existents que tenen en compte la posició dels vehicles, les trajectòries i les seves velocitats via GPS (Global Positioning System) que podrien conduir a uns millors resultats. Al considerar les xarxes de vehicles, la gent pot pensar de forma intuïtiva en la utilització de la informació de la posició geogràfica per decidir la ruta. La majoria dels algorismes d'encaminament basats en la posició basen la decisió de reenviament en la localització del vehicle. GSR (Geographical Source Routing) és una prometedora tècnica d'encaminament per VANETs i recentment s'han proposat molts protocols d'encaminament basats en ella. Per exemple, GPSR (Greedy Perimeter Statless Routing) és un dels protocols més coneguts basats en la posició de la literatura. El nostre projecte es divideix bàsicament en dos parts: una primera part on fem un resum de l'estat actual de les xarxes VANET amb l'objectiu de trobar el més apropiat i recomanat generador de patrons de mobilitat i simulador de xarxa del que s'informa a la literatura. També incloem al final d'aquesta part la descripció del protocol d'encaminament GPSR. En la segona part, com a conseqüència de la recerca de la primera part, utilitzem VanetMobisim com a generador de patrons de moviment degut a la gran varietat de models que es poden utilitzar; i NS2 com a simulador de xarxa per ser un dels més utilitzats per molts autors i també per la seva compatibilitat amb VanetMobisim. Utilitzant aquestes eines, VanetMobisim i NS2, portem a terme una avaluació de les prestacions de dos protocols d'encaminament (AODV i GPSR) sobre VANETs. Per això variem els valors de diferents paràmetres com ara el número de nodes, la velocitat, el rang de transmissió i el model de propagació. Finalment, analitzem i examinem els beneficis de GPSR comparat amb AODV en escenaris de vehicles