Distributed Data Management in Vehicular Networks Using Mobile Agents

En los últimos años, las tecnologías de la información y las comunicaciones se han incorporado al mundo de la automoción gracias a sus avances, y han permitido la creación de dispositivos cada vez más pequeños y potentes. De esta forma, los vehículos pueden ahora incorporar por un precio asequible equipos informáticos y de comunicaciones.En este escenario, los vehículos que circulan por una determinada zona (como una ciudad o una autopista) pueden comunicarse entre ellos usando dispositivos inalámbricos que les permiten intercambiar información con otros vehículos cercanos, formando así una red vehicular ad hoc, o VANET (Vehicular Ad hoc Network). En este tipo de redes, las comunicaciones se establecen con conexiones punto a punto por medio de dispositivos tipo Wi-Fi, que permiten la comunicación con otros del mismo tipo dentro de su alcance, sin que sea necesaria la existencia previa de una infraestructura de comunicaciones como ocurre con las tecnologías de telefonía móvil (como 3G/4G), que además requieren de una suscripción y el pago de una tarifa para poder usarlas.Cada vehículo puede enviar información y recibirla de diversos orígenes, como el propio vehículo (por medio de los sensores que lleva incorporados), otros vehículos que se encuentran cerca, así como de la infraestructura de tráfico presente en las carreteras (como semáforos, señales, paneles electrónicos de información, cámaras de vigilancia, etc.). Todos estas fuentes pueden transmitir datos de diversa índole, como información de interés para los conductores (por ejemplo, atascos de tráfico o accidentes en la vía), o de cualquier otro tipo, mientras sea posible digitalizarla y enviarla a través de una red.Todos esos datos pueden ser almacenados localmente en los ordenadores que llevan los vehículos a medida que son recibidos, y sería muy interesante poder sacarles partido por medio de alguna aplicación que los explotara. Por ejemplo, podrían utilizarse los vehículos como plataformas móviles de sensores que obtengan datos de los lugares por los que viajan. Otro ejemplo de aplicación sería la de ayudar a encontrar plazas de aparcamiento libres en una zona de una ciudad, usando la información que suministrarían los vehículos que dejan una plaza libre.Con este fin, en esta tesis se ha desarrollado una propuesta de la gestión de datos basada en el uso de agentes móviles para poder hacer uso de la información presente en una VANET de forma eficiente y flexible. Esta no es una tarea trivial, ya que los datos se encuentran dispersos entre los vehículos que forman la red, y dichos vehículos están constantemente moviéndose y cambiando de posición. Esto hace que las conexiones de red establecidas entre ellos sean inestables y de corta duración, ya que están constantemente creándose y destruyéndose a medida que los vehículos entran y salen del alcance de sus comunicaciones debido a sus movimientos.En un escenario tan complicado, la aproximación que proponemos permite que los datos sean localizados, y que se puedan hacer consultas sobre ellos y transmitirlos de un sitio cualquiera de la VANET a otro, usando estrategias multi-salto que se adaptan a las siempre cambiantes posiciones de los vehículos. Esto es posible gracias a la utilización de agentes móviles para el procesamiento de datos, ya que cuentan con una serie de propiedades (como su movilidad, autonomía, adaptabilidad, o inteligencia), que hace que sean una elección muy apropiada para este tipo de entorno móvil y con un elevado grado de incertidumbre.La solución propuesta ha sido extensamente evaluada y probada por medio de simulaciones, que demuestran su buen rendimiento y fiabilidad en redes vehiculares con diferentes condiciones y en diversos escenarios.<br /

Machine learning and blockchain technologies for cybersecurity in connected vehicles

Future connected and autonomous vehicles (CAVs) must be secured againstcyberattacks for their everyday functions on the road so that safety of passengersand vehicles can be ensured. This article presents a holistic review of cybersecurityattacks on sensors and threats regardingmulti-modal sensor fusion. A compre-hensive review of cyberattacks on intra-vehicle and inter-vehicle communicationsis presented afterward. Besides the analysis of conventional cybersecurity threatsand countermeasures for CAV systems,a detailed review of modern machinelearning, federated learning, and blockchain approach is also conducted to safe-guard CAVs. Machine learning and data mining-aided intrusion detection systemsand other countermeasures dealing with these challenges are elaborated at theend of the related section. In the last section, research challenges and future direc-tions are identified

MDP-based Vehicular Network Connectivity Model for VCC Management

Vehicular Cloud computing is a new paradigm in which vehicles collaboratively exchange data and resources to support services and problem-solving in urban environments. Characteristically, such Clouds undergo severe challenging conditions from the high mobility of vehicles, and by essence, they are rather dynamic and complex. Many works have explored the assembling and management of Vehicular Clouds with designs that heavily focus on mobility. However, a mobility-based strategy relies on vehicles' geographical position, and its feasibility has been questioned in some recent works. Therefore, we present a more relaxed Vehicular Cloud management scheme that relies on connectivity. This work models uncertainty and considers every possible chance a vehicle may be available through accessible communication means, such as vehicle-to-everything (V2X) communications and the vehicle being in the range of road-side units (RSUs) for data transmissions. We propose an markov-decisision process (MDP) model to track vehicles' connection status and estimate their reliability for data transmissions. Also, from analyses, we observed that higher vehicle connectivity presents a trace of repeated connection patterns. We reinforce the connectivity status by validating it through an availability model to distinguish the vehicles which support high availability regardless of their positioning. The availability model thus determines the suitability of the MDP model in a given environment

Federated Learning for 6G: Paradigms, Taxonomy, Recent Advances and Insights

Artificial Intelligence (AI) is expected to play an instrumental role in the next generation of wireless systems, such as sixth-generation (6G) mobile network. However, massive data, energy consumption, training complexity, and sensitive data protection in wireless systems are all crucial challenges that must be addressed for training AI models and gathering intelligence and knowledge from distributed devices. Federated Learning (FL) is a recent framework that has emerged as a promising approach for multiple learning agents to build an accurate and robust machine learning models without sharing raw data. By allowing mobile handsets and devices to collaboratively learn a global model without explicit sharing of training data, FL exhibits high privacy and efficient spectrum utilization. While there are a lot of survey papers exploring FL paradigms and usability in 6G privacy, none of them has clearly addressed how FL can be used to improve the protocol stack and wireless operations. The main goal of this survey is to provide a comprehensive overview on FL usability to enhance mobile services and enable smart ecosystems to support novel use-cases. This paper examines the added-value of implementing FL throughout all levels of the protocol stack. Furthermore, it presents important FL applications, addresses hot topics, provides valuable insights and explicits guidance for future research and developments. Our concluding remarks aim to leverage the synergy between FL and future 6G, while highlighting FL's potential to revolutionize wireless industry and sustain the development of cutting-edge mobile services.Comment: 32 pages, 7 figures; 9 Table

Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks

This book presents collective works published in the recent Special Issue (SI) entitled "Recent Developments on Mobile Ad-Hoc Networks and Vehicular Ad-Hoc Networks”. These works expose the readership to the latest solutions and techniques for MANETs and VANETs. They cover interesting topics such as power-aware optimization solutions for MANETs, data dissemination in VANETs, adaptive multi-hop broadcast schemes for VANETs, multi-metric routing protocols for VANETs, and incentive mechanisms to encourage the distribution of information in VANETs. The book demonstrates pioneering work in these fields, investigates novel solutions and methods, and discusses future trends in these field

Suporte a gerenciamento do trânsito baseado em computação na névoa para os sistemas de transporte inteligentes

Orientadores: Leandro Aparecido Villas, Daniel Ludovico GuidoniTese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O trânsito nos grandes centros urbanos contribui com problemas que vão desde diminuição da qualidade de vida e segurança da população até o aumento de custos financeiros às pessoas, cidades e empresas. Um dos motivos para um maior tráfego de veículos é o vertiginoso crescimento populacional dos centros urbanos. Além disso, o fluxo de veículos é prejudicado por situações adversas recorrentes nas vias, como o aumento súbito do tráfego durante os horários de pico, gargalos nas infraestruturas de transporte, e acidentes de trânsito. Com o avanço das tecnologias de comunicação, processamento e sensoriamento, os Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS) surgem como uma alternativa para mitigar esses problemas. A interoperabilidade dos ITS com novas tecnologias tais como as redes veiculares (VANETs) e computação em névoa, os tornam mais promissores e eficazes. As VANETs preveem que veículos possuam poder computacional e capacidade de comunicação sem fio com outros veículos e com as infraestruturas fixa de comunicação, assim, uma nova gama de serviços de segurança e entretenimento aos motoristas e passageiros podem ser desenvolvidas. Entretanto, estes tipos de serviços, em especial o de gerenciamento de trânsito, demandam uma análise contínua das condições de fluxo de veículos nas vias e um vasto recurso de rede e processamento, tornando o desenvolvimento de soluções para ITS mais complexo e de difícil escalabilidade. A computação em névoa é uma infraestrutura de computação descentralizada na qual dados, processamento, armazenamento e aplicações são distribuídos na borda da rede, assim, aumentando a escalabilidade do sistema. Na literatura, os sistemas de gerenciamento de tráfego não tratam de maneira adequada o problema de escalabilidade, implicando em problemas relacionados ao balanceamento de carga e tempo de resposta. Esta tese de doutorado propõe um sistema de gerenciamento de tráfego baseado no paradigma de computação em névoa, para detectar, classificar e controlar o congestionamento de tráfego. O sistema proposto apresenta um framework distribuído e escalável que reduz os problemas supracitados em relação ao estado da arte. Para tanto, utilizando da natureza distribuída da computação em névoa, a solução implementa um algoritmo de roteamento probabilístico que faz o balanceamento do tráfego e evita o problema de deslocamento de congestionamentos para outras regiões. Utilizando às características da computação em névoa, foi desenvolvida uma metodologia distribuída baseada em regiões que faz a coleta de dados e classificação das vias em relação às condições do trânsito compartilhadas pelos veículos. Finalmente, foi desenvolvido um conjunto de algoritmos/protocolos de comunicação que comparado com outras soluções da literatura, reduz a perda de pacotes e o número de mensagens transmitidas. O serviço proposto foi comparado extensivamente com outras soluções da literatura em relação às métricas de trânsito, onde o sistema proposto foi capaz de reduzir em até 70% o tempo parado e em até 49% o planning time index. Considerando as métricas de comunicação, o serviço proposto é capaz de reduzir em até 12% a colisão de pacotes alcançando uma cobertura de 98% do cenário. Os resultados mostram que o framework baseado em computação em névoa desenvolvido, melhora o fluxo de veículos de forma eficiente e escalávelAbstract: Traffic in large urban centers contributes to problems that range from decreasing the population¿s quality of life and security to increasing financial costs for people, cities, and companies. One of the reasons for increased vehicle traffic is the population growth in urban centers. Moreover, vehicle flow is hampered by recurring adverse situations on roads, such as the sudden increase in vehicle traffic during peak hours, bottlenecks in transportation infrastructure, and traffic accidents. Considering the advance of communication, processing, and sensing technologies, Intelligent Transport Systems (ITS) have emerged as an alternative to mitigate these problems. The interoperability of ITS with new technologies, such as vehicular networks (VANETs) and Fog computing, make them more promising and effective. VANETs ensure that vehicles have the computing power and wireless communication capabilities with other vehicles and with fixed communication infrastructures; therefore, a new range of security and entertainment services for drivers and passengers can be developed. However, these types of services, especially traffic management, demand a continuous analysis of vehicle flow conditions on roads and a huge network and processing resource, making the development of ITS solutions more complex and difficult to scale. Fog computing is a decentralized computing infrastructure in which data, processing, storage, and applications are distributed at the network edge, thereby increasing the system¿s scalability. In the literature, traffic management systems do not adequately address the scalability problem, resulting in load balancing and response time problems. This doctoral thesis proposes a traffic management system based on the Fog computing paradigm to detect, classify, and control traffic congestion. The proposed system presents a distributed and scalable framework that reduces the aforementioned problems in relation to state of the art. Therefore, using Fog computing¿s distributed nature, the solution implements a probabilistic routing algorithm that balances traffic and avoids the problem of congestion displacement to other regions. Using the characteristics of Fog computing, a distributed methodology was developed based on regions that collect data and classify the roads concerning the traffic conditions shared by the vehicles. Finally, a set of communication algorithms/protocols was developed which, compared with other literature solutions, reduces packet loss and the number of messages transmitted. The proposed service was compared extensively with other solutions in the literature regarding traffic metrics, where the proposed system was able to reduce downtime by up to 70% and up to 49% of the planning time index. Considering communication metrics, the proposed service can reduce packet collision by up to 12% reaching 98% coverage of the scenario. The results show that the framework based on Fog computing developed improves the vehicles¿ flow efficiently and in a scalable wayDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computaçã