SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS

A finales de los años noventa, y al comienzo del nuevo milenio, las redes inalámbricas han evolucionado bastante, pasando de ser sólo una tecnología prometedora para convertirse en un requisito para las actividades cotidianas en las sociedades desarrolladas. La infraestructura de transporte también ha evolucionado, ofreciendo comunicación a bordo para mejorar la seguridad vial y el acceso a contenidos de información y entretenimiento. Los requisitos de los usuarios finales se han hecho dependientes de la tecnología, lo que significa que sus necesidades de conectividad han aumentado debido a los diversos requisitos de las aplicaciones que se ejecutan en sus dispositivos móviles, tales como tabletas, teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles o incluso ordenadores de abordo (On-Board Units (OBUs)) dentro de los vehículos. Para cumplir con dichos requisitos de conectividad, y teniendo en cuenta las diferentes redes inalámbricas disponibles, es necesario adoptar técnicas de Vertical Handover (VHO) para cambiar de red de forma transparente y sin necesidad de intervención del usuario. El objetivo de esta tesis es desarrollar algoritmos de decisión (Vertical Handover Decision Algorithms (VHDAs)) eficientes y escalables, optimizados para el contexto de las redes vehiculares. En ese sentido se ha propuesto, desarrollado y probado diferentes algoritmos de decisión basados en la infraestructura disponible en las actuales, y probablemente en las futuras, redes inalámbricas y redes vehiculares. Para ello se han combinado diferentes técnicas, métodos computacionales y modelos matemáticos, con el fin de garantizar una conectividad apropiada, y realizando el handover hacia las redes más adecuadas de manera a cumplir tanto con los requisitos de los usuarios como los requisitos de las aplicaciones. Con el fin de evaluar el contexto, se han utilizado diferentes herramientas para obtener información variada, como la disponibilidad de la red, el estado de la red, la geolocalizaciónMárquez Barja, JM. (2012). SCALABLE AND EFFICIENT VERTICAL HANDOVER DECISION ALGORITHMS IN VEHICULAR NETWORK CONTEXTS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17869Palanci

VANET-based optimization of infotainment and traffic efficiency vehicular services

The design, standardization and future deployment of vehicular communications systems have been driven so far by safety applications. There are two more aspects of the vehicular networking that have increased their importance in the last years: infotainment and traffic efficiency, as they can improve drivers’ experience, making vehicular communications systems more attractive to end-users. In this thesis we propose optimization mechanisms for both types of vehicular services. Infotainment services are related to the provision of classic IP applications, like browsing, reading e-mail or using social networks. Traffic efficiency services are those accessing new capabilities to the car-navigation systems, aiming at optimizing the usage of road infrastructures, reducing travel times and therefore minimizing the ecological footprint. Bringing infotainment services to the vehicular environment requires to comply with standard protocols and mechanisms that allow heterogeneous networks to be interconnected in the Internet. There are three main functionalities that have to be provided: i) address autoconfiguration, ii) efficient routing and iii) mobility management. Regarding infotainment services, this thesis proposes mechanisms tackling the abovenamed aspects: an overhearing technique to improve an already standardized address autoconfiguration protocol; a tree-based routing algorithm especially tailored for vehicleto- Internet communications and an optimized mobility management approach for vehicular environments. Regarding traffic efficiency, this thesis proposes two algorithms that make use of vehicular communication techniques to monitor and forecast short-term traffic conditions. We first improved our knowledge on drivers’ behavior by analyzing real vehicular data traces, and proposes a mixture model for the vehicles interarrival time. This outcome was used for validating the proposed infotainment optimization as well. All the algorithms and analytical models described in this thesis have been validated by simulations and/or implementations using standard hardware. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------El diseño, normalización y futuro despliegue de los sistemas de comunicación vehiculares han sido principalmente impulsados hasta el momento por las aplicaciones de seguridad vial. Hay dos aspectos adicionales de las redes vehiculares que han visto crecer su relevancia en los últimos años: los servicios de Infotainment y los de eficiencia del tráfico. Estos servicios pueden mejorar la experiencia de los conductores y hacer que los sistemas de comunicación vehiculares resulten más atractivos para los usuarios finales. En esta tesis, se proponen mecanismos de optimización para ambos tipos de servicios vehiculares. Los servicios de Infotainment están relacionados con la provisión de las clásicas aplicaciones IP tales como, navegar, acceder al correo electrónico, o a las redes sociales. Los servicios de eficiencia de tráfico permiten añadir nuevas funcionalidades a los sistemas de navegación con los objetivos de: optimizar el uso de las infraestructuras viarias, reducir los tiempos de viaje y consecuentemente, minimizar el impacto ambiental. Acceder a los servicios de Infotainment desde redes vehiculares conlleva cumplir con los protocolos y mecanismos estandarizados que permiten la interconexión de redes heterogéneas a Internet. Hay tres funcionalidades principales que tienen que ser proporcionadas: configuración automática de direcciones, encaminamiento eficaz y gestión de la movilidad. Esta tesis propone mecanismos para hacer frente a los tres aspectos mencionados: una técnica basada en overhearing que mejora un protocolo de configuración automática de direcciones ya estandarizado, un algoritmo de encaminamiento basado en árboles especialmente diseñado para las comunicaciones desde el vehículo a Internet y, un algoritmo de gestión de la movilidad optimizado para entornos vehiculares. En cuanto a los servicios de eficiencia de tráfico, esta tesis propone dos algoritmos que utilizando las técnicas de comunicación vehículo a vehículo permiten monitorizar y pronosticar a corto plazo las condiciones en el tráfico, como es el caso de posibles atascos. Todos los algoritmos y modelos analíticos descritos en esta tesis han sido validados a través de simulaciones y/o implementaciones usando hardware estándar