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Redes VeicularesAndré Gomes Regino

Carlos Victor Dantas Araújo

Disciplina: Gerência em Redes

Professor: Edmundo Roberto Mauro Madeira

Sumário● Introdução

○ O que diferencia uma Rede Veicular?

● Arquitetura

● Mudanças na nomenclatura

● WAVE

● Componentes

● Aplicações e Projetos

● Desafios

● Considerações Finais

IntroduçãoRedes veiculares, diferenças,

estruturação e etc

O que são redes veiculares?● Redes formadas por veículos automotores e equipamentos fixos (geralmente

localizados nas margens das ruas ou estradas);

● Se comunicam através de interfaces sem fio;

● Tem intuito de minimizar/resolver alguns dos problemas vistos no trânsito,

principalmente relacionado a:

○ Segurança

○ Assistência aos motoristas e passageiros

● Utilizada também para fornecer entretenimento.

Ad hoc puro, infraestruturado e híbrido



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


O que diferencia uma rede veicular?● Topologia geograficamente restrita

○ Restrita a direção das rodovias

○ Obstáculos em regiões urbanas que dificultam a transmissão

● Particionamento e grande escala

○ Topologias unidirecionais, logo conectividade ponta-a-ponta dificulta de acordo com a distância

○ As redes podem abranger muitos veículos numa área enorme

● Mobilidade previsível

○ O posicionamento e a velocidade dos nós são, normalmente, previsíveis

○ Movimento restritos às pistas e a velocidade também

● Consumo de energia

○ Veículos conseguem providenciar energia suficiente para os dispositivos de conexão com a rede,

assim o protocolo não precisa se preocupar com gastos desnecessários

● Dependência dos nós

○ Dinamicidade da rede



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


ARQUITETURAV2X - Vehicle to Everything

Arquitetura● Vehicle to Vehicle (V2V)

○ Pontos móveis em uma estrada (veículos)

○ Comunicação entre veículos através de um ou mais nós

○ Retransmissão via rede sem fio

○ Baixo alcance e dependente da densidade de veículos na rede

○ Baixo custo

○ Independe de infraestrutura externa

Arquitetura● Vehicle to Infrastructure (V2I)

○ Pontos fixos em estradas

○ Aumentar a cobertura e propagação das mensagens

○ Cada ponto fixo a x metros encarece a solução em rede veicular

● Híbrida

○ Junção de V2V com V2I

○ Poucos RSUs são posicionados para melhorar conectividade

○ RSUs podem ser posicionados estrategicamente em cruzamentos

ArquiteturaTransmissão de um veículo para qualquer sistema que possa afetá-lo ou vice-versa



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


Mudanças na nomenclatura● Vehicular Ad hoc Networks (VANET)

○ Até 300 metros de distância para conexão entre veículos

○ Em outubro de 2002, a FCC (Federal Communication Transmission) alocou 75MHz do espectro de

frequência

○ Principais protocolos utilizados são: DRS, VTIP e 802.11p

Mudanças na nomenclatura● Dedicated Short Range Communications (DSRC)

○ Rede dedicada a curto e médio alcance

○ Utiliza uma série de protocolos específicos

○ Em 1999 os EUA alocou 75 MHz de espectro e a Europa 30 MHz

○ A partir de 2008, ambas com 5.9 GHz

○ Ainda é muito usada na Europa e no Japão

Mudanças na nomenclatura● Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE)

○ Redes onde os veículos são capazes de trocar informações entre si e nós especialmente alocados ao

longo das estradas e rodovias

○ Comunicação V2V

○ Banda de frequência de 5,9 GHz

○ Largura de banda de 75 MHz

○ Alcance aproximado de mil metros



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


WAVEProtocolo e Arquitetura

WAVE“The communication between vehicles, or between a vehicle and an RSU is achieved through a wireless medium called WAVE.

This method of communication provides a wide range of information to drivers and travellers and enables safety applications to enhance road safety and provide a comfortable driving.”

AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.

“WAVE supports an environment in which vehicles can be moving at 200 km/h, covering a communication range of 300 m to 1000 m with a data rate of more than 27 Mbps.

AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.

WAVE● Wireless Access to Vehicular Environment

● Tem como objetivo garantir padronização das diversas maneiras de se estabelecer

comunicação em redes veiculares

● 6 documentos

Documento IEEE 802.11

IEEE 802.11p

IEEE P1609.1

IEEE P1609.2

IEEE P1609.3

IEEE P1609.4

Intuito Wi-fi “padrão”

Definição das camadas físicas e de enlace

Definição da comunicação entre RSUs e OBUs *

Segurança Definição das camadas de rede e transporte

Definição da utilização dos canais



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


ComponentesOBUs e RSUs

OBUsMontado de maneira on board nos veículos (OBUs - On Board Units)

Composto por:

● Resource Command Processor

● Interface de comunicação com outros OBUs ou RSUs

Algumas funções:

● Roteamento geográfico

● Transferência confiável de mensagens

● Segurança na transferência de dados

● Mobilidade

RSUs● Dispositivo geralmente fixado no acostamento das pistas (roadside unit)

● Se comporta como um servidor, provendo memória e rede wireless em locais

estratégicos e densos

● Pode trabalhar como:

Sinalizador de segurança





Aumento de range da rede através do repasse de mensagens





“Provedor” de internet

OBUs e RSUs



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


Aplicações e Projetos

Segurança, entretenimento e

assistência.

SegurançaAplicações e Projetos

Segurança no Trânsito● Aumento de segurança no trânsito tem sido um dos principais incentivos ao

desenvolvimento de redes veiculares;

● Visam reduzir o número e a gravidade dos acidentes através de troca de

informação entre os veículos;

● As informações podem ser apresentadas ao motorista ou acionar um sistema ativo

de segurança;

● Impõe requisitos mais estritos de latência, confiabilidade e as aplicações devem ser

robustas a inserção de mensagens falsas e lidar com informações conflitantes.

Segurança no Trânsito● Muitos acidentes podem envolver veículos parados, lentos ou desgovernados

○ Solução: emprego de mensagens periódicas indicando posicionamento, velocidade e direção dos

veículos

○ Solução: utilização de mensagens assíncronas disparadas somente quando um mecanismo de

emergência é ativado

● Cooperative Collision Avoidance (CCA) ¹:

○ Exemplo de aplicação que utiliza uma abordagem cooperativa para evitar colisões

○ Envia uma mensagem em múltiplos saltos avisando aos motoristas da ocorrência de uma situação

de emergência

○ Também utilizada nos casos onde o motorista não possui visão completa, tais como neblina ou

chuvas intensas

1. M. R. Hafner, D. Cunningham, L. Caminiti and D. Del Vecchio, "Cooperative Collision Avoidance at Intersections: Algorithms and Experiments," in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 14, no. 3, pp. 1162-1175, Sept. 2013.

Segurança no Trânsito● Em casos onde o acidente não pôde ser evitado o envio de mensagens pode:

○ Alertar veículos próximos a colisão e evitar que a situação se agrave com mais envolvidos

○ Acelerar o chamado de serviços de emergência, dispensando intervenção humana

● Em casos onde três ou mais veículos se deslocam na via expressa:

○ Se o primeiro veículo frear bruscamente, os demais veículos só terão conhecimento da situação de

perigo quando o veículo imediatamente à sua frente frear

○ A propagação da informação está condicionada a atenção dos motoristas

○ Tempo de reação varia de 0,7 a 1,5 segundos ²

○ Sistema de avisos poderia alertar todos os veículos com pequeno atraso e possibilitar maior tempo

para redução da velocidade

2. Green, M. (2000). “How long does it take to stop?” Methodological analysis of driver perception-brake times. Transportation Human Factors, 2(3):195–216.

EntretenimentoAplicações e Projetos

Entretenimento para passageiros● A maioria das aplicações de entretenimento propostas para redes veiculares está

associada ao acesso à internet em qualquer lugar e momento;

● Dentre as principais aplicações, destacam-se os serviços de troca de mensagens

instantâneas, troca de músicas e filmes e distribuição de áudio e vídeo.

● Preferência por utilizar sistemas peer-2-peer ao invés de client-server;

● O acesso a internet, por essas aplicações, só é possível através de pontos fixos de

interconexão ligados a uma infraestrutura cabeada;

○ Esses nós físicos também pertencem a rede veicular e são chamados de gateways.

Entretenimento para passageiros● Car-to-Car (C2C): a ideia básica é que os veículos troquem pedaços de arquivos

desejados entre si, como no protocolo BitTorrent.

○ BitTorrent em sua forma tradicional não é bom para redes sem fio

○ Diferença da topologia da rede física e da rede sobreposta pode aumentar o número de saltos das

comunicações

● Protocolo SPAWN (Nandan et al.) é adaptado a redes sem fio

○ Mecanismos diferentes do BitTorrent para descoberta e seleção de novos pares

○ Mecanismo diferente para encaminhamento de pedaços de arquivos

Entretenimento para passageiros● CarTorrent é uma extensão do SPAWN onde as mensagens de atualização são

limitadas a k saltos de distância e podendo solicitar arquivos à outros nós da rede

○ Foi implementado e validado em redes reais

● CodeTorrent é o protocolo onde um nó só escolhe vizinhos imediatos como

parceiros e os nós trocam quadros codificados e não mais pedaços de arquivos

● V3 é um sistema para difusão de vídeo ao vivo V2V

○ A requisição inicial não é enviada para um gateway às margens da via

○ Grande desafio dado a grande frequência de particionamento da rede

○ Implementa a estratégia de armazenar-transportar-e-encaminhar

Assistência ao motorista

Aplicações e Projetos

Assistência ao motorista● A principal finalidade das aplicações de assistência ao motorista é auxiliar a

condução do veículo fornecendo informações úteis

○ Avisos de estacionamento

○ Disseminação de informações de vias

○ Controle de tráfego

○ Auxílio a cruzamentos

○ Condução conjunta de veículos

○ Localização em mapa

○ Aumento de visibilidade

○ Veículos sem condutor humano

Exemplos de Características

● Segurança

○ Alta prioridade

○ Latência baixa

● Eficiência de Tráfego

○ Baixa prioridade

○ Latência alta

● Entretenimento


○ Latência alta




○ Latência alta

● Entretenimento


○ Latência alta

● Segurança

○ Alta prioridade

○ Latência baixa


● Entretenimento


○ Latência alta



○ Latência alta

● Segurança

○ Alta prioridade

○ Latência baixa



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


DESAFIOS

Desafios● Oscilação e extinção de sinal por distância e/ou interferência

● Conectividade baixa, dada a alta mobilidade e, por consequência, a “vida útil” do

link entre dois nós

● Diâmetro reduzido

● Overhead ao introduzir segurança x Falta de segurança

● Protocolo de roteamento que minimize perdas de pacotes, ainda que a rede seja

densa

● Protocolo de roteamento que entregue rapidamente mensagens emergenciais

● Ruas x rodovias

● Segurança ( rastreamento de veículos, mensagens falsas)

Disseminação de Dados● Rede esparsa

○ Cenário com poucos veículos

○ Problema de desconexão

○ Solução: usar RSUs

● Rede densa

○ cenário com muitos veículos

○ Broadcast Storm

○ Solução: transmissão unicast



● Arquitetura


● WAVE

● Componentes


● Desafios


http://www.youtube.com/watch?v=WGCzzRO-q6o

PERGUNTAS?

PerguntaSegundo os autores

Quais são os desafios de segurança (computacional, e não de

trânsito) em redes veiculares?

BARSKAR, Raju; CHAWLA, Meenu. Vehicular ad hoc networks and its applications in diversified fields. International Journal of Computer Applications, v. 123, n. 10, 2015.

DOI: 10.5120/ijca2015905510

Link: https://pdfs.semanticscholar.org/241e/09e5d354aa16b6a4e385a855a25d4e62d2fe.pdf

Referências

[1] M. R. Hafner, D. Cunningham, L. Caminiti and D. Del Vecchio, "Cooperative Collision Avoidance at Intersections: Algorithms and Experiments," in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 14, no. 3, pp. 1162-1175, Sept. 2013.

[2] AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.

[3] WANGHAM, Michelle S. et al. Segurança em Redes Veiculares: Inovações e Direções Futuras. Minicursos do XIV Simpósio Brasileiro em Segurança da Informação e de Sistemas Computacionais.

[4] https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2014_2/bruno/introducao.html - Redes Veiculares - Acessado em 20 de maio de 2019

[5] PENTTINEN, Jyrki TJ. 5G Explained: Security and Deployment of Advanced Mobile Communications. Wiley, 2019.

[6] Green, M. (2000). “How long does it take to stop?” Methodological analysis of driver perception-brake times. Transportation Human Factors, 2(3):195–216.

[7] KAKKASAGERI, M. S.; MANVI, S. S. Information management in vehicular ad hoc networks: A review. journal of network and computer Applications, v. 39, p. 334-350, 2014.

[8] LI, Fan; WANG, Yu. Routing in vehicular ad hoc networks: A survey. IEEE Vehicular technology magazine, v. 2, n. 2, p. 12-22, 2007.

https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2014_2/bruno/introducao.html

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