Documentacion Completa de Los Protocolos

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID FACULTAD DE INFORMATICA

ESTUDIO COMPARATIVO DE PROTOCOLOSDE ENCAMINAMIENTO EN REDES VANET Trabajo Fin De Carrera

` AUTOR:HELENE DOUMENC TUTOR:JOSE MAR PENA IA JUNIO DE 2008

AgradecimientosNo es fcil agradecer en pocas palabras a todas las personas que han hecho a posible que se lleve a cabo este proyecto de n de carrera. Pero todos los que no menciono se saben aludidos. En primer lugar y en un plano personal quiero agradecer a mis padres todo los esfuerzos y sacricios que han hecho para que pueda llegar ser la persona que soy hoy en d y para que pueda cumplir con mis ambiciones. a Tambin agradecerles a mis hermanos, Nicolas y Dalila, la comprehensin y e o el apoyo recibido a lo largo de todos esos aos. n Es necesario mencionar a mis compaeros de universidad que son mis amin gos y que me han acompaado todos esos aos en los buenos y en los malos n n momentos. Doy las gracias a Benji, Rita, Rmi All`gre, Rmi Cazenave. Ese e e pero poder ayudaros como me habis ayudado. e En un plan profesional quiero agradecer a mi tutor en Telefnica, Ivn o a Lequerica Roca. Ha hecho posible la realizacin de este proyecto, me ha apoo yado para que pueda integrarme en la empresa y gracias a sus consejos y directivas me ha enseado mucho. No puedo olvidar tampoco a mis compan neros de trabajo que me han ayudado siempre que lo pod y que me han an permitido trabajar en un ambiente agradable. Pienso en particular en Miguel que adems de compaero es amigo. a n En ultimo lugar he de reconocer que he aprendido mucho de mis profesores en la universidad, tanto en Francia como en Espa. Gracias a M. Titli para n ayudarme a cumplir mi deseo de obtener un doble t tulo. Ha hecho posible que pueda estudiar Espaa y en parte gracias a l estoy viviendo una de n e las experiencias ms enriquecedora de mi vida. En Madrid, conoc a Jos a e Mar Pea que me ayud en un momento crucial de cambio, siempre estuvo a n o presente para resolver cualquier problema o duda. Es tambin mi tutor de e proyecto en la universidad y he de agradecerle su dedicacin y apoyo a lo o largo de mis estudios en la Politcnica. e

Indice general 1. OBJETIVOS Y MOTIVACION 1.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . o 1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Requisitos de la solucin propuesta . o 1.3.1. Requisitos de la plataforma de 1.3.2. Requisitos de topolog . . . . a 1.4. Descripcin de los cap o tulos . . . . . 1 1 2 3 3 4 4 7 7 7 8 9 12 12 12 13 17 20 30 30 36 36 37 37 38 39 40 41 42 43 46 46

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . simulacin o . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

2. ESTADO DEL ARTE 2.1. Redes VANETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1. Caracter sticas . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2. Desaf . . . . . . . . . . . . . . . . . . os 2.1.3. Tecnolog inalmbricas usadas en redes as a 2.1.4. NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Protocolos de encaminamiento . . . . . . . . . . 2.2.1. Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.2.2. Clasicacin . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.2.3. Protocolos Broadcast . . . . . . . . . . . 2.2.4. Protocolos unicast . . . . . . . . . . . . 2.2.5. Protocolos multicast . . . . . . . . . . . 2.2.6. Protocolos geocast . . . . . . . . . . . . 2.3. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1. Ataques en redes VANETs . . . . . . . . 2.3.2. Control de accesso . . . . . . . . . . . . 2.3.3. Sistemas de deteccin de intrusos . . . . o 2.3.4. Seguridad en el encaminamiento . . . . . 2.3.5. Cifrado y gestin de claves . . . . . . . . o 2.4. Servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1. Sevicios para la seguridad vial . . . . . . 2.4.2. Servicios para la administracin . . . . . o 2.4.3. Servicio de utilidad y entretenimiento . . 2.5. Calidad de servicio . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1. Modelos de calidad de servicio . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . VANETs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

i

INDICE GENERAL

Estudio comparativo de protocolos de encaminamiento en redes VANET

2.5.2. Sealizacin para la reserva de recursos . . . . . . . . . 47 n o 2.5.3. Calidad de servicio ligada al encaminamiento . . . . . . 47 3. Especicacin de escenarios o 3.1. Escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1. Escenario 1: VANET pura . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2. Escenario 2: Comunicacin VANETs pura a travs de o e nodos intermedios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3. Escenario 3: Comunicacin entre dos veh o culos con red de respaldo UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4. Escenario 4: Comunicacin entre un veh o culo y la infraestructura vial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Indicadores de rendimiento de red . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Protocolos unicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2. Protocolos geocast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 . 49 . 49 . 50 . 51 . . . . 52 53 53 54 57 57 58 59 61 61 61 62 63 64 65 65 65 66

4. Plataforma de simulacin o 4.1. Componientes Software de la plataforma de simulacin . . . . o 4.1.1. Ns2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2. MObility model generator for VEhicular networks (MOVE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.3. Simulation for Urban mobility (SUMO) . . . . . . . . . 4.1.4. Tracegraph y Parse Java . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Procesos de simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 4.3. Instalacin de la plataforma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 4.3.1. ns2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2. SUMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3. MOVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Modicaciones al cdigo de ns2 . . . . . . . . . . . . . . . . . o 4.4.1. Protocolos geocast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2. Respaldo UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Resultado de las simulaciones 5.1. Comunicacin entre dos veh o culos . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1. Comunicaciones unicast en circuito urbano . . . . . . 5.1.2. Comunicaciones unicast en autopista . . . . . . . . . 5.1.3. Conclusiones generales de la comparativa de protocolos unicast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Comunicacin entre un veh o culo y la infraestructura vial. Difusin de mensajes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 5.2.1. Protocolos geocast en circuito urbano . . . . . . . . . 5.2.2. Protocolos geocast en autopista . . . . . . . . . . . . 5.2.3. Conclusiones generales de la comparativa de protocolos geocast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69 . 69 . 71 . 79 . 88 . 89 . 90 . 95 . 98

ii

INDICE GENERAL


5.3. Comunicaciones VANET con respaldo UMTS . . . . . . . . 5.3.1. Comunicaciones en circuito urbano . . . . . . . . . . 5.3.2. Comunicaciones en autopista . . . . . . . . . . . . . 5.3.3. Conclusiones generales de la comparativa entre los escenarios de VANET pura y los con respaldo UMTS .

. 98 . 98 . 102 . 105

6. Conclusiones 107 6.1. Logros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 6.2. Futuras l neas de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 A. GLOSARIO DE ACRONIMOS 111

Bibliograf a

113

iii

INDICE GENERAL


iv

Indice de guras2.1. Problema del terminal escondido . . . . . . . . 2.2. Mejoras de MPR frente a Blind-Flooding . . . . 2.3. Mecanismo NES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Mecanismo de CDS . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Mecanismo de descubrimiento de rutas en DSR 2.6. Ejemplos de Expected Zone . . . . . . . . . . . 2.7. LAR con nodo origen fuera de la RZ . . . . . . 2.8. Esquema de funcionamiento de TORA . . . . . 2.9. Esquema de LBM-box . . . . . . . . . . . . . . 2.10. Esquema de LBM-step . . . . . . . . . . . . . . 2.11. Funcionamiento de GEOTORA . . . . . . . . . 2.12. Esquema GEOGRID . . . . . . . . . . . . . . . 2.13. Zonas de forwarding GAMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 18 19 20 22 25 26 27 31 32 33 34 35

3.1. Escenario de comunicaciones VANET puras . . . . . . . . . 3.2. Escenario de comunicaciones VANET puras con nodos intermedios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Escenario de comunicaciones VANET con respaldo UMTS . 3.4. Escenario de comunicaciones V2I . . . . . . . . . . . . . . . 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. Esquema de mdulos Ns2 . . o Menu del MOVE . . . . . . . Mapas generados por MOVE . Proceso de simulacin . . . . o Arquitectura UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 50 . 51 . 52 . 53 . . . . . . . . . . . . . 59 60 60 62 66 72 73 73 76 77 77 78 82

Porcentaje de xito unicast UDP en circuito urbano e Retardo unicast UDP en circuito urbano . . . . . . Overhead unicast UDP en circuito urbano . . . . . Througput unicast TCP en circuito urbano . . . . . Porcentaje de xito unicast TCP en circuito urbano e Retardo unicast TCP en circuito urbano . . . . . . Overhead unicast TCP en circuito urbano . . . . . Porcentaje de xito unicast UDP en autopista . . . e

v

INDICE DE FIGURAS


5.9. Retardo unicast UDP en autopista . . . . . . . . . . . . . . 5.10. Overhead unicast UDP en autopista . . . . . . . . . . . . . . 5.11. Througput unicast en autopista . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12. Porcentaje de xito unicast TCP en autopista . . . . . . . . e 5.13. Retardo unicast TCP en autopista . . . . . . . . . . . . . . 5.14. Overhead unicast TCP en autopista . . . . . . . . . . . . . . 5.15. Esquema geocast en circuito urbano . . . . . . . . . . . . . . 5.16. OSDR en protocolos geocast en circuito . . . . . . . . . . . . 5.17. Overhead en protocolos geocast en circuito . . . . . . . . . . 5.18. Bajada de prestaciones de LBM-Box con densidades de trco a bajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.19. Esquema geocast en autopista . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.20. OSDR en protocolos geocast en autopista . . . . . . . . . . . 5.21. Overhead en protocolos geocast en autopista . . . . . . . . . 5.22. Pdfr en circuito urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.23. Overhead en circuito urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.24. Retardo en circuito urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.25. Pdfr en autopista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.26. Overhead en autopista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.27. Retardo en autopista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

82 83 86 86 87 87 91 93 93 94 95 97 97 100 101 101 103 104 104

vi

Cap tulo 1 OBJETIVOS Y MOTIVACION1.1. Introduccin o

Las redes inlambricas han revolucionado los intercambios de datos y dea nido un nuevo paradigma, el del Always On-Always Connected. Dentro de este paradigma, las comunicaciones en entornos veh culares abren un nuevo campo de investigacin en la comunidad cient o ca. La forma ms comn de considerar las redes inalmbricas es aquella en la a u a cual los clientes mviles se conectan a una estacin base (BS) que controla las o o comunicaciones. Esta BS cubre una cierta rea de cobertura en la cual todos a los clientes que controla pueden comunicarse entre s El alcance a clientes de . otras redes se hace a travs de un segmento generalmento jo. Los clientes son e capaces de desplazarse y de cambiar de BS sin corte de cobertura mediante un proceso llamado handover. Las comunicaciones ad-hoc, y ms precisamente las comunicaciones VAa NETs (Vehicular Ad-Hoc Network) plantean nuevos retos. En este tipo de redes no existe infraestructura de red sino que se compone de los propios nodos mviles autnomos comunicndose entre s por enlaces inalmbricos. En o o a a este entorno desaparece el control centralizado de la red que proporcionaba la BS. Los nodos deben asumir responsabilidades de encaminamiento y de mantenimiento de la red.El control de red est distribuido entre los mismos a nodos. A esos nuevos retos de control de red se suman las caracter sticas de topolog del entorno veh as cular.Las caracter sticas de las redes veh culares son en general hostil al intercambio de trco. El proceso de encaminamiento no se a puede asumir de la misma manera que en las redes clsicas. Es necesario que a cada nodo por separado y todos en su conjuntos sean capaces de proporcionar un mecanimo dinmico de encaminamiento. Este encaminamiento multihop a

1

CAP ITULO 1. OBJETIVOS Y MOTIVACION


se basa en las capacidades de cada nodo. Los protocolos de encaminamiento clsicos no sirven en ese entorno ya que no estn preparados para variaciones a a de topolog puede que no converjan.En tal entorno, el env de paquetes a, o entre nodos se vuelve todo un reto.

1.2.

Objetivos

El WG IETF MANET [W1] ha permitido la creacin de varios protocolos o de encaminamiento para el entorno veh cular como estndares. A pesar de a esos esfuerzos an existe mucho trabajo por realizar.El objetivo de este trau bajo es proporcionar una comparativa del rendimiento de los diferentes protocolos de encaminamiento para las comunicaciones entre veh culos, tambin e conocidas como vehicule-to-vehicule Communications (V2V) o Vehicular Ad Hoc Networks (VANET).

Para llevar a cabo este estudio comparativo nos centraremos en primer lugar en denir una plataforma de simulacin que nos permita simular escenao rios reales de comunicaciones VANET. Una vez implementada la plataforma de simulacin ser necesario especicar escenarios de comunicaciones para o a las simulaciones Esos escenarios nos permitirn obtener resultados emp a ricos del rendimiento de los protocolos de encaminamiento en redes VANET que sean unicast o multicast. La plataforma a denir constar tambin de un enlace de respaldo soa e bre tecnolog UMTS. Gracias a un proceso de monitarizacin continua del a o estado de los enlaces de comunicaciones de la red, cada equipo decidir en a cada momento en que enlace se debe mandar la informacin, bien por el eno lace VANET o bien por el enlace de respaldo UMTS. Si el escenario implica comunicacin con el exterior y que no se llega a una pasarela con acceso a o Internet por la VANET, se mandar por el enlace de respaldo celular; en el a resto de los casos se usarn comunicaciones VANET. a Los escenarios se vern simulados en caso de que se disponga del enlace a de respaldo UMTS por un lado y por otro lado los mismos escenarios sern a probados en comunicaciones VANET pura. Este hecho nos permitir coma probar si la introduccin de un enlace de respaldo celular mejora de forma o signicativa los resultados en cuanto al rendimiento de los protocolos. En cada estudio se harn comparativas de los diferentes protocolos con a indicadores como el porcentaje de xito, el retardo extremo a extremo, el e overhead... Esta comparativa de indicadores se mostrar de forma grca. a a Por ultimo , a la luz de esos indicadores y grcas podremos concluir y a discutir sobre el mejor rendimiento de un protocolo que otro en escenarios espec cos.

2



1.3.

Requisitos de la solucin propuesta o

En este apartado se describen los requisitos m nimos a los cuales se deber a ajustar la solucin propuesta para resolver el problema previamente planteao do. Dada la multitud de propuesta en cuanto a programas de simulacin de o red y la variedad de escenarios posibles se tendr que denir de manera cona creta los requisitos de la solucin contemplada. De un lado, se comentarn los o a requisitos que la plataforma de simulacin debe cumplir para proporcionar o un entorno able para las simulaciones. Por otro lado, se denirn requisitos a de topolog de redes para cada escenario. a

1.3.1.

Requisitos de la plataforma de simulacin o

Para cumplir de manera satisfactoria los requisitos de este proyecto la plataforma de simulacin debe presentar caracter o sticas espec cas. Estos requisitos son: - Los diferentes programas que componen la plataforma deben ser libres y de cdigo abierto. Este requisito es fundamental por dos razones. Prio mero, por razones econnomicas obvias;el carcter libre del cdigo nos o a o libera de la necesidad de pagar licencias. Por otro lado, es necesario que sea de cdigo abierto para temas de exibilidad a la hora de modicar o partes del cdigo si fuese necesario para alcanzar nuestros objetivos de o simulaciones. - Es necesario tener implementado en el simulador todos los protocolos elegidos para la comparativa. - Es necesario disponer de herramientas que nos permitan especicar de forma rpida los escenarios que nos proponemos simular. Esas herraa mientas nos deben proporcionar la posibilidad de denir patrones de movimiento de los veh culos, de variar el nmero de nodos...etc. u - Es necesario que el simulador proporcione indicadores de rendimiento de red o en el caso de que no sea posible debe proporcionar trazas para permitir la extraccin de los valores de tales indicadores. o - A partir de los indicadores o de las trazas obtenidas ser necesario a disponer de una herramienta que permita representar de forma grca a los valores de los indicadores. - Es util que el simulador disponga de un animador grco. Esta herra a mienta muestra de forma grca y dinmica como se ha producido la a a simulacin, los movimientos de los nodos, los paquetes perdidos...etc. o Ese requisito no es esencial sino deseable ya que no proporciona una forma ms visual de ver los ujos de red. a

3



1.3.2.

Requisitos de topolog a

El objetivo nal de ese proyecto es obtener una comparativa de los protocolos de encaminamineto en entornos vehiculares, por lo cual los escenarios a denir deben ser aproximaciones de la situaciones reales de este entorno. Por lo tanto se han elegido dos topolog t as picas: un circuito urbano y una autopista, cada una con tres densidades de trco diferentes. a Circuito urbano Este circuito debe tener unas caracter sticas las ms cercanas a un tramo a de v real. a - Un unico sentido de circulacin con dos carriles. o - Velocidades absolutas de los veh culos entre 50 y 80 km/h. - Curvas cerradas (90 grados). Autopista Al igual que en el caso del circuito urbano se debe considerar situaciones las ms realistas posibles. Sin embargo, considerar una autopista en su intea gralidad nos llevar a un consumo de tiempo y de memoria considerable. Por a lo tanto, consideraremos un tramo bastante signicativo de las comunicaciones intercambiadas en ese entorno y aproximaremos el comportamiento total considerando que corresponde a la suma de los comportamientos individuales simulados. Los requisitos son los siguientes: - 3 Kms de recorrido. - Dos sentidos de circulacin prximos entre s con dos carriles por sentio o , dos. Cada sentido separado por una mediana de 10 metros de longitud. - Velocidades absolutas de los veh culos entre 100 y 120 Km/h. - Tramos muy uniformes, sin fuertes pendientes y con radios de curvatura muy elevados.

1.4.

Descripcin de los cap o tulos

En el cap tulo 2 nos ocuparemos de describir los avances en el campo de las redes VANETs hasta la fecha de hoy. Describiremos las caracter sticas principales de las VANETs, las tecnolog implicadas en su desarrollo y los as aspectos a investigar. Nos detendremos con particular atencin en describir o

4



los protocolos de encaminamiento que se han desarrollado para este tipo de redes, dado que este tema es el eje central de nuestro proyecto. Por n, describiremos los principales servicios que se esperan desarrollar sobre las redes veh culares. En el tercer cap tulo deniremos los escenarios de comunicacin a simular. o Es decir estudiaremos que pruebas queremos llevar a cabo. En segundo lugar, deniremos indicadores para poder comparar los resultados de las pruebas consideradas. El cap tulo 4 se centra en la plataforma de simulacin que hemos desarroo llado para llevar a cabo este proyecto. Se describen los programas utilizados, sus instalaciones y el funcionamiento de la plataforma de simulacin. Lueo go, se detallan las modicaciones efectuadas al cdigo fuente original para la o perfecta adecuacin a nuestros objetivos. o En el cap tulo 5, presentaremos los resultados a las simulaciones realizadas. A partir de los escenarios denidos en el cap tulo 3, nos centraremos primero en una comparativa de los protocolos unicast, seguido de un estudio de los protocolos geocast para acabar nalmente con un estudio de un red VANEt con respaldo UMTS. Intentaremos demostrar que la introduccin de un enlace o de respaldo UMTS es una mejora signicativa para la red VANET. Finalmente, en un ultimo cap tulo nos detendremos para resumir los logros obtenidos en este proyecto. Examinaremos los objetivos cumplidos y los benecios aportados al campo de las VANETs. Miraremos tambin al futuro e heciendo mencin de las l o neas de trabajo a explorar en un futuro a medio o largo plazo.

5



6

Cap tulo 2 ESTADO DEL ARTEEn este cap tulo vamos a intentar dar una visin general de los desaf o os que plantean las VANETs e expondremos algunas de sus aplicaciones. Siendo muy conscientes de la envergura de la investigacin actual sobre estos temas, o y de las limitaciones de cantidad de informacin que podemos aportar, nos o limitaremos a una exposition muy supercial, y quedar muchos temas por an abordar en particular en cuanto a seguridad y calidad de servicio. El unico aspecto que trataremos de manera ms detallada es el encaminamiento en a redes VANETs por ser directamente vinculado con nuestro proyecto.

2.1.

Redes VANETs

Las redes VANETs son un caso particular de las redes ad-hoc (Mobile Adhoc Network (MANET)) enfocadas a entornos vehiculares. Se trata de un conjunto de nodos que se comunican entre s mediante enlaces inlambricos a sin la necesidad de una infraestructura de red ja. Cada nodo acta como u router y tiene capacidades de encaminamiento para redirigir paquetes hac a su destino.

2.1.1.

Caracter sticas

Veamos a continuacin el conjunto de caracter o sticas de estas redes: - Autonom Cada nodo es un nodo autnomo con capacidad de procea. o sado de la informacin que se intercambia en la red. El control de la o red no depende de una infraestructura externa sino que se distribuye en todos los nodos de la red siendo as ms tolerante a fallos. a - Encaminamiento distribuido. De la misma manera que son autonmos, o los nodos deben ser capaces de encaminar informacin, deben tener cao

7

CAP ITULO 2. ESTADO DEL ARTE


pacidades de router. Por lo tanto, es necesario denir nuevos protocolos de encaminamiento capaces de soportar esa caracter stica. - Topolog de red variable. En una MANET los nodos se pueden mover a de forma arbitraria. Esa caracter stica se debe matizar en el caso de las VANETs ya que los veh culos suelen seguir un cierto patrn de movio miento, por ejemplo siguiendo las curvas de un circuito urbano. An as u , los veh culos se mueven de forma ms rpida que un terminal en una a a red mvil clsica. Debido a esa variabilidad de posicin se pueden proo a o ducir prdidas importantes de paquetes. Sern necearios mecanismos e a que detecten estas circunstancias y minimicen sus efectos. - Capacidad variable de los enlaces. Esta caracter stica tiene cabida en todas las comunicaciones inalmbricas, pues es intr a nseca al medio de transmisin pero sus efectos se agravan ms en las MANETs. Esto se o a debe a que cada nodo acta como router y la informacin atreviesa u o mltiples enlaces inmbricos. u a - Terminales limitados. En la mayor de los casos los nodos de este tipo a de redes sern terminales ligeros embarcados en veh a culos con capacidades limitadas de procesamiento, comunicacin y alimentacin por o o lo que es primordial que los algoritmos utilizados optimicen estos tres recursos.

2.1.2.

Desaf os

Las caracter sticas de las redes VANETs y ms generalmente de las MAa NETs abren un nuevo campo de investigacin para la comunidad cient o ca ya que no se han resueltos muchos de los problemas que plantean ese tipo de redes. Veamos a continuacin una serie de temas que quedan abiertos a la o investigacin: o - Encaminamiento. Existe una movilidad constante en las redes VANETs, lo que supone cambios extremadamente rpidos de la topolog a a de la red e implica una necesidad de recongurar las tablas de encaminamiento presentes en cada nodo. En este estudio expondremos con detalles las propuestas de soluciones que se han dado para paliar ese problema. - Seguridad. Para poder acceder a una red cableada, un usuario tiene que tener acceso f sico al cable. Sin embargo, las comunicaciones inlambria cas, ya que usan el aire como canal de comunicacin, son dbiles en o e cuanto a consideraciones de seguridad. Ese problema se ve agravado en las VANETs ya que no existe infraestructura que pueda centralizar los servicios de seguridad, como puede ser la autenticacin de usuarios o

8



o el cifrado de los paquetes por ejemplo. Se sigue investigando para proporcionar mecanismos de seguridad a ese tipo de redes. - Calidad de servicio (QoS). La calidad de servicio en redes cableadas se proporciona mediante mecanismos de reserva de recursos. Sin embargo, la reserva de recursos se complica con la variabilidad de la topolog de a las VANETs. Adems ninguna red puede prescendir de QoS ya que las a aplicaciones de tiempo real como la videoconferencia o el videostreaming exigen un nivel alto de QoS. Actualmente existen propuestas, sin embargo muchas de ellas son tericas, simuladas o implementadas con o pocos nodos, y ninguna de ella aporta una solucin denitiva. o - Consumo de potencia. Hemos destacado previamente el carcter ligero a de muchos terminales de la red, por lo cual es importante optimizar los procesos de comunicacin y procesamiento para garantizar un bao jo consumo de energ Este recurso depende mucho de la tecnolog a. a usada.

2.1.3.

Tecnolog inalmbricas usadas en redes VAas a NETs

En este aparto se detallan tecnolog inalmbricas susceptibles de dar as a soporte a redes VANETs. Tencolog IEEE 802.11 a Ms conocida como WiFi, se basa en el estndar IEEE 802.11. Opera en a a bandas libres. Las versiones b y g se han extendido mucho hasta el punto de que la mayor de los equipos porttiles y PDAs la traen incorporada de a a serie. Tiene un alcance de unas centenares de metros y un ancho de banda de hasta 54 Mbps, dependiendo de la versin del estndar. La nueva versin, o a o 802.11n pretende aumentar las tasas de transferencia hasta un 500Mps. La seguridad forma parte de los protocolos desde el principio y fue mejorada en la revisin 802.11i o 802.11p Tambin conocida como Wireless Access for the Vehicular Environment e (WAVE), est en proceso de estandarizacin y ser la encargada en un futua o a ro de soportar las comunicaciones vehiculares. WAVE es una evolucin del o estndar IEEE 802.11a con modicaciones a nivel f a sico y MAC para mejorar su comportamiento en el entorno vehicular y dar soporte a sistemas de transporte inteligente (Itelligent Transportation Systems (ITS)).Asimismo, WAVE ser la base sobre la que se desarrollar el DSRC (Dedicated Short a a

9



Range Communications), otro proyecto de estandarizacin impulsado por el o ministerio de transporte de EE UU y por un nmero importante de fabriu cantes de la industria automvil, cuyo objetivo es crear una red nacional de o comunicaciones vehiculares. El propsito del proyecto es denir un estndar o a para las comunicaciones V2V y las comunicaciones con la infraestructura vial (V2I) que se puede instalar en semforos o paneles de informacin, por ejema o plo. La fecha de publicacin de la primera versin del estndar est prevista o o a a para Abril 2009. WAVE pretende aumentar las tasas de trasferencia a corto alcance, tipicamente entre 100 y 500m. La tcnica de modulacin se basa en IEEE802.11a, e o utilizando OFDM pero con tasas de transmisin de 3, 4.5, 6, 9, 12, 18, 24 y o 27 Mbps en canales de 10MHz. Utiliza 52 sub-portadas moduladas utilizando BPSK, QPSK, 16-QAM, o 64-QAM. En cuanto a la canalizacin, la norma dene 7 canales no solapados de o 10MHz en la banda de 5.9 GHz: 6 canales de servicio (SCH) y uno de control (CCH). El CCH est utilizado como canal de referencia para realizar una pria mera deteccin de los veh o culos cercanos como paso previo al establecimiento de las comunicaciones. Al mismo tiempo, dicho canal se usa para anunciar los servicios disponibles en canales SCH (acceso a Internet, descarga de contenidos..etc.) El canal CCH se usa para la transmisin en modo broadcast o de mensajes de seguridad vial. Este contenido es prioritario sobre los dems a trcos y se transmite en el canal CCH con una tasa de datos de 6Mbps, coa rrespondiente a una modulacin QPSK con un ratio de codicacin de 1 \ 2. o o En la capa MAC, WAVE se basa en las deniciones del IEEE802.11 usando una tcnica de acceso basada en CSMA/CA (Carrier Sense Multiple with e Collision Avoidance). Sin embargo, CSMA/CA no logra solucionar el problema del trminal escondido. e

Figura 2.1: Problema del terminal escondido Como podemos observar en la gura 2.1, la estacin 1 y la estacin 3 o o intentan mandar trco al mismo instante a la estacin 2, ya que no se esa o cuchan, no tienen alcance la una a la otra. Se produce entonces colisiones de paquetes. El problema del terminal escondido surge siempre cuando dos nodos se hallan fuera del alcance radio entre ellos e intentan mandar informacin a un mismo nodo en un mismo instante. Para tratar ese problema se o implementa un mecanismo de intercambio de mensajes RTS/CTS (Requestto-Send/Clear-to-send ). Antes de mandar datos, la estacin 1 manda una o

10



trama RTS al destino para indicar que desea mandar trco. La estacin 2 a o recibe el RTS e informa al resto de los nodos a su alcance que va a reservar el canal para la comunicacin con la estacin 1. De esta forma la estacin 3 o o o queda informada que tiene que esperar antes de mandar paquetes. Podr an darse casos de colisiones de paquetes RTS, sin embargo el efecto ser redua cido ya que se tratan de paquetes de pequeo tamao (hasta 2347 octetos). n n Este mecanismo evita colisiones pero introduce una sobrecarga de trco a en la red y retardo en las transmisiones. Por esas razones, WAVE no implementa RTS/CTS en el canal CCH por transmitir en modo broadcast. Como consecuencia, todos los nodos que utilizan el canal de control estn sujetos a al problema del terminal escondido, incrementando el riesgo de prdidas de e paquetes y de congestin de canal. o Bluetooth Tambin conocido como 802.15.1. Es la tecnolog ms extendida en cuanto e a a a comunicaciones inalmbricas personales (wPAN ). Hay varias clases depena diendo de su alcance y consumo de potencia, alcanzando tasas de 2Mbps y rangos de hasta 100m. Opera en banda libre y sus mecanimos de seguridad son sucientemente robustos. UWB Ultra Wide Band es un estndar basado en 802.15.3 que funciona emitiena do a muy baja potencia en un espectro enorme. Su alcance es muy limitado (

Documentacion Completa de Los Protocolos

Documents

Transcript of Documentacion Completa de Los Protocolos