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

Interference-aware multipath video streaming in vehicular environments

The multipath transmission is one of the suitable transmission methods for high data rate oriented communication such as video streaming. Each video packets are split into smaller frames for parallel transmission via different paths. One path may interfere with another path due to these parallel transmissions. The multipath oriented interference is due to the route coupling which is one of the major challenges in vehicular traffic environments. The route coupling increases channel contention resulting in video packet collision. In this context, this paper proposes an Interference-aware Multipath Video Streaming (I-MVS) framework focusing on link and node disjoint optimal paths. Specifically, a multipath vehicular network model is derived. The model is utilized to develop interference-aware video streaming method considering angular driving statistics of vehicles. The quality of video streaming links is measured based on packet error rate considering non-circular transmission range oriented shadowing effects. Algorithms are developed as a complete operational I-MVS framework. The comparative performance evaluation attests the benefit of the proposed framework considering various video streaming related metrics

Handoff management for infotainment services over vehicular networks

Intelligent Transportation Systems (ITS) has impulsed the vehicular communications at the present time. The vehicular communications field is a hot research topic and is attracting a great interest in the automotive industry and telecommunications. There are essentially two main lines of work: (1) communication services related to road safety and traffic information; and (2) information and entertainment services, also named infotainment services. These latter services include both transmitting multimedia (voice over IP, streaming, on-line gaming, etc.) and classic data services (e-mail, access to private networks, web browsing, file sharing, etc.). In this thesis we will focus on these infotainment services because further research in this immature research field is necessary and, until nowadays, the main effort of the research community regarding vehicular communication has been focused on road safety and traffic information. Vehicular nodes need to be reached from the Internet and vice versa to be able to access to infotainment services. While vehicles move along the road infrastructure, they change their wireless point of attachment to the network. During this process, connectivity breaks down until the vehicle is connected again to a new road side unit in its area. This disconnection causes a disruption in the communications. Fast handoffs are a crucial requirement for vehicular networks to avoid long disruption times, since the high speed of vehicular nodes involves suffering a lot of handoffs during an Internet connection. This thesis is focused on Vehicular-to-Infrastructure (V2I) real-time infotainment services. The main contributions of this thesis are: i) a new testing framework for V2I communications to be able to test infotainment services in an easy way; ii) the analysis of the deployability of infotainment video services in vehicular networks using mobility protocols; and iii) the development of a new TCP architecture that will provide a better performance for all TCP-based infotainment services in a vehicular scenario with handoffs. In this thesis, firstly, we propose a new testing framework for vehicular infotainment applications. This framework is a vehicular emulation platform that allows testing real applications installed on Linux virtual machines. Using emulation, we are able to evaluate the performance of real applications with real-time requirements, so we can test multimedia applications used to offer infotainment services in vehicular scenarios in a straightforward way. Secondly, using the testing framework implemented in the first part of the thesis, we have done a performance evaluation of an infotainment service. Among these services, we think that video on demand services on highways will be interesting for users, and generate revenue to network operators. So we evaluated how network-layer handoffs can limit the deployment of a video streaming service. According to the results obtained, driving at high speeds will be an issue for a correct playback of video content, even using fast handoffs techniques. Finally, we developed a new TCP architecture to enhance performance during handoffs. Most of the non-safety services on ITS rely on the Transport Control Protocol (TCP), one of the core protocols of the Internet Protocol Suite. However there exists several issues related to TCP and mobility that can affect to TCP performance, and these issues are particularly important in vehicular networks due to its high mobility. Using new IEEE 802.21 MIH services, we propose a new TCP architecture that is able to anticipate handoffs, permitting to resume the communication after a handoff, avoiding long delays caused by TCP issues and adapting the TCP parameters to the new characteristics of the network. Using the architecture proposed, the performance of TCP is enhanced, getting a higher overall throughput and avoiding TCP fairness issues between users.Els Sistemes de Transport Intel·ligents (ITS) han impulsat les comunicacions vehiculars en l'actualitat. Les comunicacions vehiculars és un camp d'investigació de moda, i està atraient un gran interès en la indústria automobilística i de les telecomunicacions. En el camp de les comunicacions vehiculars, hi ha principalment dues línies de treball: (1) serveis de comunicacions relacionats amb la seguretat viària i la informació del trànsit; i (2) serveis d'informació i entreteniment, també anomenats serveis d'infotainment. Aquests últims inclouen tant serveis multimèdia (veu sobre IP, streaming, jocs on-line, etc.), com serveis clàssics de dades (correu electrònic, accés a xarxes privades, navegació web, compartir arxius, etc.). En aquesta tesi ens centrarem en aquests serveis d'infotainment ja que és necessari aprofundir en la investigació per aquests tipus de serveis, ja que, fins avui, els esforços de la comunitat científica en el camp de les comunicacions vehiculars s'ha centrat en els serveis relacionats amb la seguretat viària i la informació del trànsit. Els nodes vehiculars necessiten tenir connexió a Internet per a poder tenir accés als serveis d'infotainment. Mentre els vehicles estan en moviment a través de la xarxa viària, els vehicles han d'anar canviant el punt de connexió sense fils amb la xarxa. Durant aquest procés de canvi de punt de connexió, anomenat handoff, es perd la connectivitat fins que el vehicle es reconnecta a un altre punt de connexió viària prop de la seva àrea. Aquesta desconnexió causa interrupcions en les comunicacions. Uns handoffs ràpids són bàsics a les xarxes vehiculars per a evitar llargs períodes d'interrupció durant les comunicacions, ja que la gran velocitat a la que es mouen els nodes vehiculars significa un gran nombre de handoffs durant una connexió a Internet. Aquesta tesi es centra en serveis d'infotaiment en temps real per a comunicacions Vehicle-a-Infraestructura (V2I). Les principals contribucions d'aquesta tesi son: i) un nou marc de proves per a les comunicacions (V2I) per a poder provar serveis d'infotainment d'una manera fàcil; ii) l'anàlisi de la viabilitat del desplegament de serveis d'infotainment de vídeo en xarxes vehiculars utilitzant protocols de mobilitat IP; i iii) el desenvolupament d'una nova arquitectura TCP que proporciona un millor funcionament per a tots aquells serveis d'infotainment basats en el protocol TCP en un escenari vehicular amb handoffs. En aquesta tesi, primer proposem un nou marc de proves per a aplicacions vehiculars d'infotainment. Aquest marc és una plataforma d'emulació vehicular que permet provar aplicacions reals instal·lades en màquines virtuals Linux. Utilitzant l'emulació, som capaços d'avaluar el rendiment d'aplicacions reals amb característiques de temps real. D'aquesta manera es poden avaluar aplicacions multimèdia utilitzades per oferir serveis d'infotainment d'una forma senzilla en escenaris vehiculars. Segon, utilitzant el marc de prova implementat en la primera part de la tesi, hem avaluat el rendiment d'un servei d'infotainment. Entre aquest tipus de servei, creem que els serveis de vídeo sota demanda en autopistes/autovies serà interessant pels usuaris i generarà beneficis per als operadors de la xarxa. Per tant, hem avaluat com els handoffs a nivell de la capa de xarxa poden limitar el desplegament d'un servei de streaming de vídeo sota demanda. D'acord amb els resultats obtinguts, conduir a grans velocitats podria ser un problema per a poder reproduir un vídeo correctament, tot i utilitzar tècniques de handoffs ràpids. Finalment, hem desenvolupat una nova arquitectura TCP per a millorar el rendiment del protocol durant els handoffs. La majoria dels serveis d'infotainment utilitzen el Protocol de Control de Transport (TCP), un dels principals protocols de la pila de protocols d'Internet. Però existeixen forces problemes relacionats amb l'ús de TCP i la mobilitat que n'afecta el rendiment, i aquests problemes són particular

Mobile Ad-Hoc Networks

Being infrastructure-less and without central administration control, wireless ad-hoc networking is playing a more and more important role in extending the coverage of traditional wireless infrastructure (cellular networks, wireless LAN, etc). This book includes state-of the-art techniques and solutions for wireless ad-hoc networks. It focuses on the following topics in ad-hoc networks: vehicular ad-hoc networks, security and caching, TCP in ad-hoc networks and emerging applications. It is targeted to provide network engineers and researchers with design guidelines for large scale wireless ad hoc networks