An Investigation into the Performance Evaluation of Connected Vehicle Applications: From Real-World Experiment to Parallel Simulation Paradigm

A novel system was developed that provides drivers lane merge advisories, using vehicle trajectories obtained through Dedicated Short Range Communication (DSRC). It was successfully tested on a freeway using three vehicles, then targeted for further testing, via simulation. The failure of contemporary simulators to effectively model large, complex urban transportation networks then motivated further research into distributed and parallel traffic simulation. An architecture for a closed-loop, parallel simulator was devised, using a new algorithm that accounts for boundary nodes, traffic signals, intersections, road lengths, traffic density, and counts of lanes; it partitions a sample, Tennessee road network more efficiently than tools like METIS, which increase interprocess communications (IPC) overhead by partitioning more transportation corridors. The simulator uses logarithmic accumulation to synchronize parallel simulations, further reducing IPC. Analyses suggest this eliminates up to one-third of IPC overhead incurred by a linear accumulation model

Efficient channel allocation and medium access organization algorithms for vehicular networking

Due to the limited bandwidth available for Vehicular Ad-hoc Networks (VANETs), organizing the wireless channel access to efficiently use the bandwidth is one of the main challenges in VANET. In this dissertation, we focus on channel allocation and media access organization for Vehicle-to-Roadside Units (V2R) and Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications. An efficient channel allocation algorithm for Roadside Unit (RSU) access is proposed. The goal of the algorithm is to increase system throughput by admitting more tasks (vehicles) and at the same time reduce the risk of the admitted tasks. The algorithm admits the new requests only when their requirements can be fulfilled and all in-session tasks\u27 requirements are also guaranteed. The algorithm calculates the expected task finish time for the tasks, but allocates a virtual transmission plan for the tasks as they progress toward the edges of the RSU range. For V2V mode, we propose an efficient medium access organization method based on VANETs\u27 clustering schemes. In order to make this method efficient in rapid topology change environment like VANET, it\u27s important to make the network topology less dynamic by forming local strongly connected clustering structure, which leads to a stable network topology on the global scale. We propose an efficient cluster formation algorithm that takes vehicles\u27 mobility into account for cluster formation. The results of the proposed methods show that the wireless channel utilization and the network stability are significantly improved compared to the existing methods

Smart Vehicles, Technologies and Main Applications in Vehicular Ad hoc Networks

Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs) belong to a subcategory of traditional Mobile Ad hoc NETworks (MANETs). The main feature of VANETs is that mobile nodes are vehicles endowed with sophisticated “on-board” equipments, traveling on constrained paths (i.e., roads and lanes), and communicating each other for message exchange via Vehicle-to-Vehicle (V2V) communication protocols, as well as between vehicles and fixed road-side Access Points (i.e., wireless and cellular network infrastructure), in case of Vehicle-to-Infrastructure (V2I) communications. In this chapter we will introduce the state-of-the-art of recent technologies used in vehicular networks, specifically for smart vehicles, which require novel functionalities such as data communications, accurate positioning, control and decision monitoring

Soluciones para la autenticación y gestión de subredes en manets y vanets

En los últimos años las redes inalámbricas están ganando cada vez más popularidad conforme sus prestaciones aumentan y se descubren nuevas aplicaciones. Dichas redes permiten a sus usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar físicamente conectados. Además, ofrecen una gran flexibilidad a un bajo coste ya que en general no hay necesidad de usar instalaciones cableadas lo que implica que sean fácilmente desplegables. Es por eso que resultan muy útiles en entornos donde es muy costoso instalar infraestructuras fijas, como son entornos militares, agrícolas, situaciones de emergencia, etc. Las redes móviles ad-hoc o MANETs (Mobile Ad-hoc NETworks) son un tipo de red inalámbrica, distribuida y sin autoridad central en las que los nodos son móviles. El comportamiento de una MANET es en muchos aspectos similar al de una red Peer-TO-Peer (P2P) pues en ambos casos los nodos de la red reciben y envían información de forma descentralizada. La gestión de las MANETs conlleva muchas dificultades ya que por ejemplo su topología cambia constantemente debido a la movilidad de los nodos y a la inexistencia de una infraestructura fija. Las redes ad-hoc vehiculares o VANETs (Vehicular Ad-hoc NETworks) pueden considerarse un subconjunto de las MANETs en las que los nodos móviles son vehículos. En su definición clásica, las VANETs permiten comunicar información no solo entre las unidades a bordo u OBUs (On Board Units) situadas en los vehículos, sino también con la infraestructura de la carretera o RSU (Road Side Unit). El objetivo principal de estos sistemas es proporcionar un mejor conocimiento de las condiciones de las carreteras a los conductores para reducir el número de accidentes y lograr que la conducción sea más cómoda y fluida, reduciendo con ello la cantidad de CO2 que los vehículos expulsan a la atmósfera. Las redes ad-hoc son especialmente vulnerables a varios tipos de ataques, tanto activos como pasivos. Por ejemplo, un atacante puede intentar emular a un nodo legítimo y capturar paquetes de datos y de control, destruir tablas de encaminamiento, etc. En particular, los efectos de los ataques a las VANETs pueden ser muy destructivos, ya que pueden llegar incluso a causar muertes. Por este motivo, el propósito fundamental de la presente Tesis es la propuesta de nuevas herramientas que permitan proteger las redes móviles ad-hoc contra diferentes ataques, asegurando en la medida de lo posible que la generación de información, así como su retransmisión se realizan correctamente. Para ello, se proponen y analizan aquí nuevos esquemas de autenticación y gestión de subredes en MANETs y VANETs. Hay que destacar que las simulaciones juegan un papel fundamental en este trabajo ya que permiten analizar y evaluar el comportamiento de las propuestas realizadas a gran escala y en diversas condiciones. En particular, gran parte de los algoritmos diseñados en esta Tesis han sido simulados con el simulador de redes NS-2 y el simulador de tráfico SUMO. También son de gran interés en esta Tesis las implementaciones de algunas de las propuestas en dispositivos reales, ya que no sólo permiten evaluar su comportamiento en entornos reales, sino descubrir problemas que las simulaciones no detectan, y obtener datos reales para alimentar simulaciones a gran escala. Las implementaciones en dispositivos reales se han llevado a cabo en particular en la plataforma Windows Mobile usando Visual Studio 2008. Como resultado práctico de este trabajo, y en colaboración con otras investigaciones, surge VAiPho (VANET in Phones), que es una herramienta para la asistencia a la conducción. VAiPho permite crear una red vehicular real utilizando únicamente teléfonos móviles inteligentes, sin necesidad de instalar ningún tipo de infraestructura ni en los vehículos ni en la carretera. VAiPho cuenta ya con varias aplicaciones en entornos urbanos, tales como la detección de atascos, plazas de aparcamiento libres y vehículo aparcado. Dicha herramienta es el producto de la implementación de una patente presentada

A secured privacy-preserving multi-level blockchain framework for cluster based VANET

© 2021 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. Existing research shows that Cluster-based Medium Access Control (CB-MAC) protocols perform well in controlling and managing Vehicular Ad hoc Network (VANET), but requires ensuring improved security and privacy preserving authentication mechanism. To this end, we propose a multi-level blockchain-based privacy-preserving authentication protocol. The paper thoroughly explains the formation of the authentication centers, vehicles registration, and key generation processes. In the proposed architecture, a global authentication center (GAC) is responsible for storing all vehicle information, while Local Authentication Center (LAC) maintains a blockchain to enable quick handover between internal clusters of vehicle. We also propose a modified control packet format of IEEE 802.11 standards to remove the shortcomings of the traditional MAC protocols. Moreover, cluster formation, membership and cluster-head selection, and merging and leaving processes are implemented while considering the safety and non-safety message transmission to increase the performance. All blockchain communication is performed using high speed 5G internet while encrypted information is transmitted while using the RSA-1024 digital signature algorithm for improved security, integrity, and confidentiality. Our proof-of-concept implements the authentication schema while considering multiple virtual machines. With detailed experiments, we show that the proposed method is more efficient in terms of time and storage when compared to the existing methods. Besides, numerical analysis shows that the proposed transmission protocols outperform traditional MAC and benchmark methods in terms of throughput, delay, and packet dropping rate