Towards a network management solution for vehicular delay-tolerant networks

Vehicular networks appeared as a new communication solution where vehicles act as a communication infrastructure, providing data communications through vehicle-to-vehicle (V2V) or vehicle-to-infrastructure (V2I) communications. Vehicular Delay-Tolerant Networks (VDTNs) are a new disruptive network architecture assuming delay tolerant networking paradigm where there are no end-to-end connectivity. In this case the incial node transmits the data to a closed node, the data will be carried by vehicles, hop to hop until the destination. This dissertation focuses on a proposal of a network management solution, based standard protocol Simple Network Management Protocol (SNMP) to VDTN networks. The developed solution allows control a VDTN netowork through a Network Management System (NMS) with the objective to detect and, if it’s possible, anticipate, possible errors on network. The research methodology used was the prototyping. So, it was built a network management module to the laboratorial prototype, called VDTN@Lab. The system built include a MIB (Management Information Base) placed in all vehicular network nodes. The solution was built, demonstrated, validated and evaluated their performance, being ready for use.As redes veiculares foram desenhadas para permitir que os veículos possam transportar dados criando assim um novo tipo de redes, caracterizando-se por dois tipos de comunicação: comunicações veículo-para-veículo (V2V) ou comunicações veículo-parainfra-estrutura (V2I). Redes veiculares intermitentes (do Inglês Vehicular Delay-Tolerant Networks - VDTNs) surgiram como uma nova arquitectura de rede de dados onde os veículos são utilizados como infra-estruturas de comunicação. As VDTNs caracterizam-se por serem redes veiculares baseadas no paradigma de comunicações intermitentes. Nas redes VDTN não existe uma ligação permanente extremo a extremo entre o emissor e o receptor. Neste caso, o nó inicial transmite os dados para um nó que esteja junto dele e assim sucessivamente, os dados vão sendo transportados pelos veículos, salto a salto até ao destinatário final. Esta dissertação centra-se na proposta de uma solução de gestão de rede, baseada no protocolo estandardizado Simple Network Management Protocol (SNMP) para redes VDTN. A solução construída permite controlar uma rede VDTN através de um sistema de gestão de rede (do Inglês Network Management System - NMS) com o objectivo de detectar e, se possível antecipar, possíveis erros na rede. A metodologia de investigação utilizada foi a prototipagem. Assim, foi construído um módulo de gestão de redes para o protótipo laboratorial, chamado VDTN@Lab. O sistema construído inclui uma MIB (Management Information Base) que é colocada em todos os nós de uma rede veicular, tanto fixos como móveis. A solução foi construída, demonstrada, validade e avaliado o seu desempenho, estando assim pronta para ser utilizada

Performance of management solutions and cooperation approaches for vehicular delay-tolerant networks

A wide range of daily-life applications supported by vehicular networks attracted the interest, not only from the research community, but also from governments and the automotive industry. For example, they can be used to enable services that assist drivers on the roads (e.g., road safety, traffic monitoring), to spread commercial and entertainment contents (e.g., publicity), or to enable communications on remote or rural regions where it is not possible to have a common network infrastructure. Nonetheless, the unique properties of vehicular networks raise several challenges that greatly impact the deployment of these networks. Most of the challenges faced by vehicular networks arise from the highly dynamic network topology, which leads to short and sporadic contact opportunities, disruption, variable node density, and intermittent connectivity. This situation makes data dissemination an interesting research topic within the vehicular networking area, which is addressed by this study. The work described along this thesis is motivated by the need to propose new solutions to deal with data dissemination problems in vehicular networking focusing on vehicular delay-tolerant networks (VDTNs). To guarantee the success of data dissemination in vehicular networks scenarios it is important to ensure that network nodes cooperate with each other. However, it is not possible to ensure a fully cooperative scenario. This situation makes vehicular networks suitable to the presence of selfish and misbehavior nodes, which may result in a significant decrease of the overall network performance. Thus, cooperative nodes may suffer from the overwhelming load of services from other nodes, which comprises their performance. Trying to solve some of these problems, this thesis presents several proposals and studies on the impact of cooperation, monitoring, and management strategies on the network performance of the VDTN architecture. The main goal of these proposals is to enhance the network performance. In particular, cooperation and management approaches are exploited to improve and optimize the use of network resources. It is demonstrated the performance gains attainable in a VDTN through both types of approaches, not only in terms of bundle delivery probability, but also in terms of wasted resources. The results and achievements observed on this research work are intended to contribute to the advance of the state-of-the-art on methods and strategies for overcome the challenges that arise from the unique characteristics and conceptual design of vehicular networks.O vasto número de aplicações e cenários suportados pelas redes veiculares faz com que estas atraiam o interesse não só da comunidade científica, mas também dos governos e da indústria automóvel. A título de exemplo, estas podem ser usadas para a implementação de serviços e aplicações que podem ajudar os condutores dos veículos a tomar decisões nas estradas, para a disseminação de conteúdos publicitários, ou ainda, para permitir que existam comunicações em zonas rurais ou remotas onde não é possível ter uma infraestrutura de rede convencional. Contudo, as propriedades únicas das redes veiculares fazem com que seja necessário ultrapassar um conjunto de desafios que têm grande impacto na sua aplicabilidade. A maioria dos desafios que as redes veiculares enfrentam advêm da grande mobilidade dos veículos e da topologia de rede que está em constante mutação. Esta situação faz com que este tipo de rede seja suscetível de disrupção, que as oportunidades de contacto sejam escassas e de curta duração, e que a ligação seja intermitente. Fruto destas adversidades, a disseminação dos dados torna-se um tópico de investigação bastante promissor na área das redes veiculares e por esta mesma razão é abordada neste trabalho de investigação. O trabalho descrito nesta tese é motivado pela necessidade de propor novas abordagens para lidar com os problemas inerentes à disseminação dos dados em ambientes veiculares. Para garantir o sucesso da disseminação dos dados em ambientes veiculares é importante que este tipo de redes garanta a cooperação entre os nós da rede. Contudo, neste tipo de ambientes não é possível garantir um cenário totalmente cooperativo. Este cenário faz com que as redes veiculares sejam suscetíveis à presença de nós não cooperativos que comprometem seriamente o desempenho global da rede. Por outro lado, os nós cooperativos podem ver o seu desempenho comprometido por causa da sobrecarga de serviços que poderão suportar. Para tentar resolver alguns destes problemas, esta tese apresenta várias propostas e estudos sobre o impacto de estratégias de cooperação, monitorização e gestão de rede no desempenho das redes veiculares com ligações intermitentes (Vehicular Delay-Tolerant Networks - VDTNs). O objetivo das propostas apresentadas nesta tese é melhorar o desempenho global da rede. Em particular, as estratégias de cooperação e gestão de rede são exploradas para melhorar e optimizar o uso dos recursos da rede. Ficou demonstrado que o uso deste tipo de estratégias e metodologias contribui para um aumento significativo do desempenho da rede, não só em termos de agregados de pacotes (“bundles”) entregues, mas também na diminuição do volume de recursos desperdiçados. Os resultados observados neste trabalho procuram contribuir para o avanço do estado da arte em métodos e estratégias que visam ultrapassar alguns dos desafios que advêm das propriedades e desenho conceptual das redes veiculares

From MANET to people-centric networking: Milestones and open research challenges

In this paper, we discuss the state of the art of (mobile) multi-hop ad hoc networking with the aim to present the current status of the research activities and identify the consolidated research areas, with limited research opportunities, and the hot and emerging research areas for which further research is required. We start by briefly discussing the MANET paradigm, and why the research on MANET protocols is now a cold research topic. Then we analyze the active research areas. Specifically, after discussing the wireless-network technologies, we analyze four successful ad hoc networking paradigms, mesh networks, opportunistic networks, vehicular networks, and sensor networks that emerged from the MANET world. We also present an emerging research direction in the multi-hop ad hoc networking field: people centric networking, triggered by the increasing penetration of the smartphones in everyday life, which is generating a people-centric revolution in computing and communications