Performance Evaluation of Vehicular Ad Hoc Networks using simulation tools

Recent studies demonstrate that the routing protocol performances in vehicular networks can improve using dynamic information on the traffic conditions. WSNs (Wireless Sensor Networks) and VANETs (Vehicular Ad Hoc Networks) are exactly related with this statement and represent the trend of wireless networks research program in the last years. In this context, a new type of network has been developed: in fact, HSVN (Hybrid Sensor and Vehicular Network) let WSNs and VANETs cooperate through dynamic information data exchanges with the aim to improve road safety, and especially to warn the driver and the co-pilot of any event occurred in the road ahead, such as traffic jam, accidents or bad weather. The results will be immediate: less accidents means more saved lives, less traffic means a pollution decrease, and from the technological point of view, this communication protocol will open the door to attractive services, such as downloading of multimedia services or internet browsing, that means easier, safer and more comfortable trips. It is out of doubt that speaking about cars and road technology developments, the market and the interests about this field increase exponentially. Recent projects such as CVIS [1] and COMeSafety [2], focused on improving the road driving, and are the concrete demonstration that this entire context can get soon very close to reality. Owing to their peculiar characteristics, VANETs require the definition of specific networking techniques, whose feasibility and performance are usually tested by means of simulation. Starting from this point, this project will present a HSVN platform, and will also introduce and evaluate a communication protocol between VANETs and WSNs using the NCTUns 6.0 [3] simulator. We will particularly analyze the performances of 2 types of Scenarios developed during our project. Both of them are in an urban context, but we will extract different useful results analyzing the packet losses, the throughput and the end-to-end packet delay

Simulation Framework for Cooperative Adaptive Cruise Control with Empirical DSRC Module

Wireless communication plays a vital role in the promising performance of connected and automated vehicle (CAV) technology. This paper proposes a Vissim-based microscopic traffic simulation framework with an analytical dedicated short-range communication (DSRC) module for packet reception. Being derived from ns-2, a packet-level network simulator, the DSRC probability module takes into account the imperfect wireless communication that occurs in real-world deployment. Four managed lane deployment strategies are evaluated using the proposed framework. While the average packet reception rate is above 93\% among all tested scenarios, the results reveal that the reliability of the vehicle-to-vehicle (V2V) communication can be influenced by the deployment strategies. Additionally, the proposed framework exhibits desirable scalability for traffic simulation and it is able to evaluate transportation-network-level deployment strategies in the near future for CAV technologies.Comment: 6 pages, 6 figure, 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Societ

Performance Evaluation of Vehicular Ad Hoc Networks using simulation tools

Recent studies demonstrate that the routing protocol performances in vehicular networks can improve using dynamic information on the traffic conditions. WSNs (Wireless Sensor Networks) and VANETs (Vehicular Ad Hoc Networks) are exactly related with this statement and represent the trend of wireless networks research program in the last years. In this context, a new type of network has been developed: in fact, HSVN (Hybrid Sensor and Vehicular Network) let WSNs and VANETs cooperate through dynamic information data exchanges with the aim to improve road safety, and especially to warn the driver and the co-pilot of any event occurred in the road ahead, such as traffic jam, accidents or bad weather. The results will be immediate: less accidents means more saved lives, less traffic means a pollution decrease, and from the technological point of view, this communication protocol will open the door to attractive services, such as downloading of multimedia services or internet browsing, that means easier, safer and more comfortable trips. It is out of doubt that speaking about cars and road technology developments, the market and the interests about this field increase exponentially. Recent projects such as CVIS [1] and COMeSafety [2], focused on improving the road driving, and are the concrete demonstration that this entire context can get soon very close to reality. Owing to their peculiar characteristics, VANETs require the definition of specific networking techniques, whose feasibility and performance are usually tested by means of simulation. Starting from this point, this project will present a HSVN platform, and will also introduce and evaluate a communication protocol between VANETs and WSNs using the NCTUns 6.0 [3] simulator. We will particularly analyze the performances of 2 types of Scenarios developed during our project. Both of them are in an urban context, but we will extract different useful results analyzing the packet losses, the throughput and the end-to-end packet delay

Contribution to design a communication framework for vehicular ad hoc networks in urban scenarios

The constant mobility of people, the growing need to be always connected, the large number of vehicles that nowadays can be found in the roads and the advances in technology make Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) be a major area of research. Vehicular Ad hoc Networks are a special type of wireless Mobile Ad hoc Networks (MANETs), which allow a group of mobile nodes configure a temporary network and maintain it without the need of a fixed infrastructure. A vehicular network presents some specific characteristics, as the very high speed of nodes. Due to this high speed the topology changes are frequent and the communication links may last only a few seconds. Smart cities are now a reality and have a direct relationship with vehicular networks. With the help of existing infrastructure such as traffic lights, we propose a scheme to update and analyse traffic density and a warning system to spread alert messages. With this, traffic lights assist vehicular networks to take proper decisions. This would ensure less congested streets. It would also be possible that the routing protocol forwards data packets to vehicles on streets with enough neighbours to increase the possibility of delivering the packets to destination. Sharing updated, reliable and real-time information, about traffic conditions, weather or security alerts, increases the need of algorithms for the dissemination of information that take into account the main beneffits and constraints of these networks. For all this, routing protocols for vehicular networks have the difficult task to select and establish transmission links to send the data packets from source to destination through multiple nodes using intermediate vehicles efficiently. The main objective of this thesis is to provide improvements in the communication framework for vehicular networks to improve decisions to select next hops in the moment to send information, in this way improving the exchange of information to provide suitable communication to minimize accidents, reduce congestion, optimize resources for emergencies, etc. Also, we include intelligence to vehicles at the moment to take routing decisions. Making them map-aware, being conscious of the presence of buildings and other obstacles in urban environments. Furthermore, our proposal considers the decision to store packets for a maximum time until finding other neighbouring nodes to forward the packets before discarding them. For this, we propose a protocol that considers multiple metrics that we call MMMR (A Multimetric, Map-Aware Routing Protocol ). MMMR is a protocol based on geographical knowledge of the environment and vehicle location. The metrics considered are the distance, the density of vehicles in transmission range, the available bandwidth and the future trajectory of the neighbouring nodes. This allows us to have a complete view of the vehicular scenario to anticipate the driver about possible changes that may occur. Thus, a node can select a node among all its neighbours, which is the best option to increase the likelihood of successful packet delivery, minimizing time and offering a level of quality and service. In the same way, being aware of the increase of information in wireless environments, we analyse the possibility of offering anonymity services. We include a mechanism of anonymity in routing protocols based on the Crowd algorithm, which uses the idea of hiding the original source of a packet. This allowed us to add some level of anonymity on VANET routing protocols. The analytical modeling of the available bandwidth between nodes in a VANET, the use of city infrastructure in a smart way, the forwarding selection in data routing byvehicles and the provision of anonymity in communications, are issues that have been addressed in this PhD thesis. In our research work we provide contributions to improve the communication framework for Vehicular Ad hoc Networks obtaining benefits toenhance the everyday of the population.La movilidad constante de las personas y la creciente necesidad de estar conectados en todo momento ha hecho de las redes vehiculares un área cuyo interés ha ido en aumento. La gran cantidad de vehículos que hay en la actualidad, y los avances tecnológicos han hecho de las redes vehiculares (VANETS, Vehicular Ad hoc Networks) un gran campo de investigación. Las redes vehiculares son un tipo especial de redes móviles ad hoc inalámbricas, las cuales, al igual que las redes MANET (Mobile Ad hoc Networks), permiten a un grupo de nodos móviles tanto configurar como mantener una red temporal por si mismos sin la necesidad de una infraestructura fija. Las redes vehiculares presentan algunas características muy representativas, por ejemplo, la alta velocidad que pueden alcanzar los nodos, en este caso vehículos. Debido a esta alta velocidad la topología cambia frecuentemente y la duración de los enlaces de comunicación puede ser de unos pocos segundos. Estas redes tienen una amplia área de aplicación, pudiendo tener comunicación entre los mismos nodos (V2V) o entre los vehículos y una infraestructura fija (V2I). Uno de los principales desafíos existentes en las VANET es la seguridad vial donde el gobierno y fabricantes de automóviles han centrado principalmente sus esfuerzos. Gracias a la rápida evolución de las tecnologías de comunicación inalámbrica los investigadores han logrado introducir las redes vehiculares dentro de las comunicaciones diarias permitiendo una amplia variedad de servicios para ofrecer. Las ciudades inteligentes son ahora una realidad y tienen una relación directa con las redes vehiculares. Con la ayuda de la infraestructura existente, como semáforos, se propone un sistema de análisis de densidad de tráfico y mensajes de alerta. Con esto, los semáforos ayudan a la red vehicular en la toma de decisiones. Así se logrará disponer de calles menos congestionadas para hacer una circulación más fluida (lo cual disminuye la contaminación). Además, sería posible que el protocolo de encaminamiento de datos elija vehículos en calles con suficientes vecinos para incrementar la posibilidad de entregar los paquetes al destino (minimizando pérdidas de información). El compartir información actualizada, confiable y en tiempo real sobre el estado del tráfico, clima o alertas de seguridad, aumenta la necesidad de algoritmos de difusión de la información que consideren los principales beneficios y restricciones de estas redes. Así mismo, considerar servicios críticos que necesiten un nivel de calidad y servicio es otro desafío importante. Por todo esto, un protocolo de encaminamiento para este tipo de redes tiene la difícil tarea de seleccionar y establecer enlaces de transmisión para enviar los datos desde el origen hacia el destino vía múltiples nodos utilizando vehículos intermedios de una manera eficiente. El principal objetivo de esta tesis es ofrecer mejoras en los sistemas de comunicación vehicular que mejoren la toma de decisiones en el momento de realizar el envío de la información, con lo cual se mejora el intercambio de información para poder ofrecer comunicación oportuna que minimice accidentes, reduzca atascos, optimice los recursos destinados a emergencias, etc. Así mismo, incluimos más inteligencia a los coches en el momento de tomar decisiones de encaminamiento de paquetes. Haciéndolos conscientes de la presencia de edificios y otros obstáculos en los entornos urbanos. Así como tomar la decisión de guardar paquetes durante un tiempo máximo de modo que se encuentre otros nodos vecinos para encaminar paquetes de información antes de descartarlo. Para esto, proponemos un protocolo basado en múltiples métricas (MMMR, A Multimetric, Map-aware Routing Protocol ) que es un protocolo geográfio basado en el conocimiento del entorno y localización de los vehículos. Las métricas consideradas son la distancia, la densidad de vehículos en el área de transmisión, el ancho de banda disponible y la trayectoria futura de los nodos vecinos. Esto nos permite tener una visión completa del escenario vehicular y anticiparnos a los posibles cambios que puedan suceder. Así, un nodo podrá seleccionar aquel nodo entre todos sus vecinos posibles que sea la mejor opción para incrementar la posibilidad de entrega exitosa de paquetes, minimizando tiempos y ofreciendo un cierto nivel de calidad y servicio. De la misma manera, conscientes del incremento de información que circula por medios inalámbricos, se analizó la posibilidad de servicios de anonimato. Incluimos pues un mecanismo de anonimato en protocolos de encaminamiento basado en el algoritmo Crowd, que se basa en la idea de ocultar la fuente original de un paquete. Esto nos permitió añadir cierto nivel de anonimato que pueden ofrecer los protocolos de encaminamiento. El modelado analítico del ancho de banda disponible entre nodos de una VANET, el uso de la infraestructura de la ciudad de una manera inteligente, la adecuada toma de decisiones de encaminamiento de datos por parte de los vehículos y la disposición de anonimato en las comunicaciones, son problemas que han sido abordados en este trabajo de tesis doctoral que ofrece contribuciones a la mejora de las comunicaciones en redes vehiculares en entornos urbanos aportando beneficios en el desarrollo de la vida diaria de la población

セルラーネットワークにおける無線LANオフロードのためのネットワーク選択方式に関する研究

早大学位記番号:新7456早稲田大

On The Security And Quality Of Wireless Communications In Outdoor Mobile Environment

The rapid advancement in wireless technology along with their low cost and ease of deployment have been attracting researchers academically and commercially. Researchers from private and public sectors are investing into enhancing the reliability, robustness, and security of radio frequency (RF) communications to accommodate the demand and enhance lifestyle. RF base communications -by nature- are slower and more exposed to attacks than a wired base (LAN). Deploying such networks in various cutting-edge mobile platforms (e.g. VANET, IoT, Autonomous robots) adds new challenges that impact the quality directly. Moreover, adopting such networks in public outdoor areas make them vulnerable to various attacks (regardless of the attacker motive). Therefore, the quality and security of the communications cannot be neglected especially when developing outdoor wireless applications/networks. While some wireless applications and platforms aim to provide comfort and infotainment, others are more critical to protect and save lives. Thus, the need for mobile broadband connections has been increased to accommodate such applications. The FCC took the first step to regulate and assure the quality when using these technologies by allocating spectrums and issuing standards and amendments (e.g. IEEE802.11a, b, g, n, and p) to deliver reliable and secure communications. In this dissertation, we introduce several problems related to the security and quality of communications in outdoor environments. Although we focus on the ISM-RF bands UHF and SHF (licensed and unlicensed) and their applications when solving quality and security issues nevertheless, the concept of propagating signals through the air for communications remain the same across other ISM bands. Therefore, problems and their solutions in this work can be applied to different wireless technologies with respect to environment and mobility

Diseño de una ciudad inteligente para redes vehiculares

English: road safety has become a main issue for governments and car manufacturers in the last twenty years. The development of new vehicular technologies has favored companies, researchers and institutions to focus their efforts on improving road safety. During the last decades, the evolution of wireless technologies has allowed researchers to design communication systems where vehicles participate in the communication networks. Thus, the concept of Intelligent Transportation Systems (ITS) appeared. This concept is used when talking about communication technologies between vehicles and infrastructure that improve transport safety, its management, environmental performance, etc. Due to the high economic cost of real-life tests and experimentation, the use of simulators becomes really useful when developing ITS. Nonetheless, simulators not always include all the capabilities needed to simulate these kinds of networks. Thus, in this project the NCTUns simulator is modified in order to add new capabilities that allow users simulate ITS. Furthermore, smart city scenarios are simulated in order to evaluate how the use of these networks allows real-time statistic collection and calculation, and how modifications made in NCTUns work.Castellano: la seguridad en la carretera se ha convertido en un problema principal para gobiernos y fabricantes de automóviles en los últimos años. El desarrollo de nuevas tecnologías vehiculares ha permitido a compañías, investigadores e instituciones a centrar sus esfuerzos para mejorar la seguridad vial. Durante las últimas décadas, la evolución de la tecnología de comunicación inalámbrica ha permitido a investigadores el diseño de sistemas de comunicación en los cuales los vehículos forman parte de la red de comunicación. De esta forma, se creó el concepto de Sistema de Transporte Inteligente (STI), concepto utilizado al hablar sobre las tecnologías de comunicación entre vehículos e infraestructura, que mejoran la seguridad vial en el transporte, su mejor gestión, eficiencia medioambiental, etc. Debido al alto coste económico de probar STI en situaciones reales, el uso de simuladores es realmente útil a la hora de desarrollar este tipo de sistemas. Así, en este proyecto el simulador NCTUns ha sido modificado con el objetivo de añadir nuevas posibilidades al simulador que ayuden a diseñar STI. Además, un escenario de una ciudad inteligente ha sido simulado con el objetivo de evaluar como el uso de estas redes permite la recolección y el cálculo de estadísticas en tiempo real, además de comprobar cómo funcionan los cambios realizados en el simulador.Català: la seguretat a la carretera ha esdevingut un problema principal pels governs i pels fabricants d'automòbils en els últims anys. El desenvolupament de noves tecnologies de vehicles ha afavorit a les empreses, els investigadors i les institucions que centrin els seus esforços a millorar la seguretat viària. Durant les últimes dècades, l'evolució de les tecnologies sense fils ha permès als investigadors a dissenyar sistemes de comunicació on els vehicles poden participar en les xarxes de comunicació. D'aquesta manera, es crea el concepte de Sistema de Transport Intel·ligent (STI), concepte utilitzat en parlar sobre les tecnologies de comunicació entre vehicles i infraestructura que milloren la seguretat vial en el transport, la seva millor gestió, l'eficiència mediambiental, etc. A causa de l'alt cost econòmic de provar STI en situacions reals, l'ús de simuladors és realment útil a l'hora de desenvolupar STI. Així, en aquest projecte el simulador NCTUns ha estat modificat amb l'objectiu d'afegir noves possibilitats al simulador que ajudin a dissenyar STI a futurs usuaris. A més, un escenari d'una ciutat intel·ligent ha estat simulat amb l'objectiu d'avaluar com l'ús de la xarxa permet la recol·lecció i el càlcul d'estadístiques en temps real, a més de comprovar com funcionen els canvis realitzats en el simulador

Internet Traffic based Channel Selection in Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Networks

Wireless Mesh Networks(WMNs) are the outstanding technology to facilitate wireless broadband Internet access to users. Routers in WMN have multiple radio interfaces to which multiple orthogonal/partially overlapping channels are assigned to improve the capacity of WMN. This paper is focused on channel selection problem in WMN since proper channel selection to radio interfaces of mesh router increases the performance of WMN. To access the Internet through WMN, the users have to associate with one of the mesh routers. Since most of the Internet Servers are still in wired networks, the major dominant traffic of Internet users is in downlink direction i.e. from the gateway of WMN to user. This paper proposes a new method of channel selection to improve the user performance in downlink direction of Internet traffic. The method is scalable and completely distributed solution to the problem of channel selection in WMN. The simulation results indicate the significant improvement in user performance

Performance evaluation of Vehicular Ad Hoc Networks over high speed environment using NCTUns

Català: Cada any aproximadament un milió dues-centes mil persones moren en accidents de trànsit. D'aquesta dada es desprèn que els accidents de trànsit són la quarta causa de mortalitat al món. Degut a això, un gran nombre de governs i els majors fabricants de vehicles del món estan invertint temps i diners en recerca i desenvolupament per millorar la seguretat a les carreteres. Amb aquest objectiu, apareix el concepte de VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. Una VANET està basada en vehicles i estacions base intel·ligents que comparteixen informació a través de comunicacions inalàmbriques. Aquest intercanvi de dades podria tenir un gran impacte en la seguretat viària i la qualitat en la conducció però a més a més seria una nova font d' entreteniment mòbil. La millora en seguretat implicaria una reducció en el nombre d'accidents i les comunicacions inalàmbriques usades en mobilitat permetrien una optimització del transport. L'evolució de les VANETs en els últims anys i les seves aplicacions útils a les carreteres són les principals raons per dur a terme aquest projecte. El gran suport a aquest tipus de xarxes inalàmbriques sembla indicar que les VANETs són les xarxes del futur en entorns mòbils. En relació al projecte, el primer problema observat és que el protocol que s'usa específicament en VANETs (802.11p) només està disponible en pocs simuladors de xarxa i està en fase de desenvolupament. Per tant, la majoria de les funcions no estan implementades i això fa que el protocol no sigui madur. En conseqüència, es va triar un protocol àmpliament usat com és 802.11b per fer les proves en el simulador NCTUns. L?objectiu del projecte és avaluar el funcionament de VANETs usant el protocol 802.11b i el protocol d?encaminament AODV en un escenari d?autopista. Ajustant diferents paràmetres com el nombre de cotxes, la seva velocitat i el seu rang de cobertura és possible obtenir variacions en les mesures de pèrdues, throughput i retard extrem-a-extrem en la xarxa. El resultat final és que les mesures permeten saber quines són les comunicacions que es produeixen a la xarxa per cadascuna de les configuracions i la seva incidència en les condicions de conducció.Castellano: Cada año cerca de un millón doscientas mil personas fallecen en accidentes de tráfico. De este dato se desprende que los accidentes de tráfico son la cuarta causa de mortalidad en el mundo. Debido a esto, un gran número de gobiernos y los mayores fabricantes de vehículos del mundo están invirtiendo tiempo y dinero en investigación y desarrollo para mejorar la seguridad en las carreteras. Con este objetivo, aparece el concepto de VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. Una VANET se basa en vehículos y estaciones base inteligentes que comparten información por medio de comunicaciones inalámbricas. Este intercambio de datos podría tener un gran impacto en la seguridad vial y en la calidad de la conducción pero además sería una nueva fuente de entretenimiento móvil. La mejora en la seguridad implicaría una reducción en el número de accidentes y las comunicaciones inalámbricas utilizadas en movilidad permitirían optimizar el transporte. La evolución de las VANETs en los últimos años y sus aplicaciones útiles en las carreteras son las principales razones para llevar a cabo este proyecto. El gran apoyo a este tipo de redes inalámbricas parece indicar que las VANETs son las redes del futuro en entornos móviles. En relación al proyecto, el primer problema observado es que el protocolo específicamente utilizado en VANETs (802.11p) sólo está disponible en pocos simuladores de red y se encuentra en fase de desarrollo. Por lo tanto, la mayoría de funciones no están implementadas y esto hace que el protocolo no sea maduro. En consecuencia, se escogió un protocolo ampliamente utilizado como es 802.11b para realizar las pruebas en el simulador NCTUns. El objetivo del proyecto es evaluar el funcionamiento de VANETs utilizando el protocolo 802.11b y el protocolo de encaminamiento AODV en un escenario de autopista. Ajustando diferentes parámetros como el número de coches, su velocidad y su rango de cobertura es posible obtener variaciones en las medidas de pérdidas, throughput y retardo extremo-a-extremo en la red. El resultado final es que las medidas permiten saber cuáles son las comunicaciones que se producen en la red para cada una de las configuraciones y su incidencia en las condiciones de conducción.English: Every year about 1.2 million people die because of traffic accidents [1]. This means that traffic accidents are the fourth cause of mortality in the world. Therefore, several governments and the most important car manufacturers are investing time and money on research and development in order to improve road safety. At this respect, appears the concept of VANET: Vehicular Ad-hoc NETwork. A VANET is based on smart cars and base-stations that share information via wireless communications. This interchange of data may have a great impact on safety and driving quality but also could be another source of mobile entertainment. This improvement on safety would imply reducing the number of accidents. In addition, the use of wireless communications in mobility would lead to an optimization of transport. The evolution of VANETs in the last years and their useful applications on the road has been the main reason to develop this project. The great support of many people to this type of wireless networks suggests that VANETs are the networks of the future in mobile environments. Regarding the project, the first problem encountered is that the network protocol specially designed for VANETs, IEEE 802.11p, is only available in a few of the network simulators and is on phase of development. This fact means that most of the functions are not implemented so it cannot be considered as a mature protocol. As a consequence, a widely used protocol as IEEE 802.11b was chosen and all the tests were performed on NCTUns simulator. So the purpose of this project is to evaluate the performance of VANETs by using 802.11b protocol and AODV routing protocol in a highway scenario. By adjusting different parameters like number of cars, their speed and their range of coverage, variations on measures of loss ratio, throughput and end-to- end delay were detected on the network. Finally, the measures help to know about network communications for each of the cases and their incidence on driving conditions