The spectra of Manhattan street networks

AbstractThe multidimensional Manhattan street networks constitute a family of digraphs with many interesting properties, such as vertex symmetry (in fact they are Cayley digraphs), easy routing, Hamiltonicity, and modular structure. From the known structural properties of these digraphs, we determine their spectra, which always contain the spectra of hypercubes. In particular, in the standard (two-dimensional) case it is shown that their line digraph structure imposes the presence of the zero eigenvalue with a large multiplicity

The spectra of Manhattan street networks

The multidimensional Manhattan street networks constitute a family of digraphs with many interesting properties, such as vertex symmetry (in fact they are Cayley digraphs), easy routing, Hamiltonicity, and modular structure. From the known structural properties of these digraphs, we determine their spectra, which always contain the spectra of hypercubes. In particular, in the standard (two-dimensional) case it is shown that their line digraph structure imposes the presence of the zero eigenvalue with a large multiplicity

The multidimensional Manhattan networks

The $n$-dimensional Manhattan network $M_n$---a special case of $n$-regular digraph---is formally defined and some of its structural properties are studied. In particular, it is shown that $M_n$ is a Cayley digraph, which can be seen as a subgroup of the $n$-dim version of the wallpaper group $pgg$. These results induce a useful new presentation of $M_n$, which can be applied to design a (shortest-path) local routing algorithm and to study some other metric properties. Also it is shown that the $n$-dim Manhattan networks are Hamiltonian and, in the standard case (that is, dimension two), they can be decomposed in two arc-disjoint Hamiltonian cycles. Finally, some results on the connectivity and distance-related parameters of $M_n$, such as the distribution of the node  distances and the diameter are presented

CMD: A Multi-Channel Coordination Scheme for Emergency Message Dissemination in IEEE 1609.4

In the IEEE 1609.4 legacy standard for multi-channel communications in vehicular ad hoc networks(VANETs), the control channel (CCH) is dedicated to broadcast safety messages while the service channels (SCH's) are dedicated to transmit infotainment service content. However, the SCH can be used as an alternative to transmit high priority safety messages in the event that they are invoked during the service channel interval (SCHI). This implies that there is a need to transmit safety messages across multiple available utilized channels to ensure that all vehicles receive the safety message. Transmission across multiple SCH's using the legacy IEEE 1609.4 requires multiple channel switching and therefore introduces further end-to-end delays. Given that safety messaging is a life critical application, it is important that optimal end-to-end delay performance is derived in multi-channel VANET scenarios to ensure reliable safety message dissemination. To tackle this challenge, three primary contributions are in this article: first, a channel coordinator selection approach based on the least average separation distance (LAD) to the vehicles that expect to tune to other SCH's and operates during the control channel interval (CCHI) is proposed. Second, a model to determine the optimal time intervals in which CMD operates during the CCHI is proposed. Third, a contention back-off mechanism for safety message transmission during the SCHI is proposed. Computer simulations and mathematical analysis show that CMD performs better than the legacy IEEE 1609.4 and a selected state-of-the-art multi-channel message dissemination schemes in terms of end-to-end delay and packet reception ratio.Comment: 15 pages, 10 figures, 7 table

Quality of service aware data dissemination in vehicular Ad Hoc networks

Des systèmes de transport intelligents (STI) seront éventuellement fournis dans un proche avenir pour la sécurité et le confort des personnes lors de leurs déplacements sur les routes. Les réseaux ad-hoc véhiculaires (VANETs) représentent l'élément clé des STI. Les VANETs sont formés par des véhicules qui communiquent entre eux et avec l'infrastructure. En effet, les véhicules pourront échanger des messages qui comprennent, par exemple, des informations sur la circulation routière, les situations d'urgence et les divertissements. En particulier, les messages d'urgence sont diffusés par des véhicules en cas d'urgence (p.ex. un accident de voiture); afin de permettre aux conducteurs de réagir à temps (p.ex., ralentir), les messages d'urgence doivent être diffusés de manière fiable dans un délai très court. Dans les VANETs, il existe plusieurs facteurs, tels que le canal à pertes, les terminaux cachés, les interférences et la bande passante limitée, qui compliquent énormément la satisfaction des exigences de fiabilité et de délai des messages d'urgence. Dans cette thèse, en guise de première contribution, nous proposons un schéma de diffusion efficace à plusieurs sauts, appelé Dynamic Partitioning Scheme (DPS), pour diffuser les messages d'urgence. DPS calcule les tailles de partitions dynamiques et le calendrier de transmission pour chaque partition; à l'intérieur de la zone arrière de l'expéditeur, les partitions sont calculées de sorte qu'en moyenne chaque partition contient au moins un seul véhicule; l'objectif est de s'assurer que seul un véhicule dans la partition la plus éloignée (de l'expéditeur) est utilisé pour diffuser le message, jusqu'au saut suivant; ceci donne lieu à un délai d'un saut plus court. DPS assure une diffusion rapide des messages d'urgence. En outre, un nouveau mécanisme d'établissement de liaison, qui utilise des tonalités occupées, est proposé pour résoudre le problème du problème de terminal caché. Dans les VANETs, la Multidiffusion, c'est-à-dire la transmission d'un message d'une source à un nombre limité de véhicules connus en tant que destinations, est très importante. Par rapport à la diffusion unique, avec Multidiffusion, la source peut simultanément prendre en charge plusieurs destinations, via une arborescence de multidiffusion, ce qui permet d'économiser de la bande passante et de réduire la congestion du réseau. Cependant, puisque les VANETs ont une topologie dynamique, le maintien de la connectivité de l'arbre de multidiffusion est un problème majeur. Comme deuxième contribution, nous proposons deux approches pour modéliser l'utilisation totale de bande passante d'une arborescence de multidiffusion: (i) la première approche considère le nombre de segments de route impliqués dans l'arbre de multidiffusion et (ii) la seconde approche considère le nombre d'intersections relais dans l'arbre de multidiffusion. Une heuristique est proposée pour chaque approche. Pour assurer la qualité de service de l'arbre de multidiffusion, des procédures efficaces sont proposées pour le suivi des destinations et la surveillance de la qualité de service des segments de route. Comme troisième contribution, nous étudions le problème de la congestion causée par le routage du trafic de données dans les VANETs. Nous proposons (1) une approche de routage basée sur l’infonuagique qui, contrairement aux approches existantes, prend en compte les chemins de routage existants qui relaient déjà les données dans les VANETs. Les nouvelles demandes de routage sont traitées de sorte qu'aucun segment de route ne soit surchargé par plusieurs chemins de routage croisés. Au lieu d'acheminer les données en utilisant des chemins de routage sur un nombre limité de segments de route, notre approche équilibre la charge des données en utilisant des chemins de routage sur l'ensemble des tronçons routiers urbains, dans le but d'empêcher, dans la mesure du possible, les congestions locales dans les VANETs; et (2) une approche basée sur le réseau défini par logiciel (SDN) pour surveiller la connectivité VANET en temps réel et les délais de transmission sur chaque segment de route. Les données de surveillance sont utilisées en entrée de l'approche de routage.Intelligent Transportation Systems (ITS) will be eventually provided in the near future for both safety and comfort of people during their travel on the roads. Vehicular ad-hoc Networks (VANETs), represent the key component of ITS. VANETs consist of vehicles that communicate with each other and with the infrastructure. Indeed, vehicles will be able to exchange messages that include, for example, information about road traffic, emergency situations, and entertainment. Particularly, emergency messages are broadcasted by vehicles in case of an emergency (e.g., car accident); in order to allow drivers to react in time (e.g., slow down), emergency messages must be reliably disseminated with very short delay. In VANETs, there are several factors, such as lossy channel, hidden terminals, interferences and scarce bandwidth, which make satisfying reliability and delay requirements of emergency messages very challenging. In this thesis, as the first contribution, we propose a reliable time-efficient and multi-hop broadcasting scheme, called Dynamic Partitioning Scheme (DPS), to disseminate emergency messages. DPS computes dynamic partition sizes and the transmission schedule for each partition; inside the back area of the sender, the partitions are computed such that in average each partition contains at least a single vehicle; the objective is to ensure that only a vehicle in the farthest partition (from the sender) is used to disseminate the message, to next hop, resulting in shorter one hop delay. DPS ensures fast dissemination of emergency messages. Moreover, a new handshaking mechanism, that uses busy tones, is proposed to solve the problem of hidden terminal problem. In VANETs, Multicasting, i.e. delivering a message from a source to a limited known number of vehicles as destinations, is very important. Compared to Unicasting, with Multicasting, the source can simultaneously support multiple destinations, via a multicast tree, saving bandwidth and reducing overall communication congestion. However, since VANETs have a dynamic topology, maintaining the connectivity of the multicast tree is a major issue. As the second contribution, we propose two approaches to model total bandwidth usage of a multicast tree: (i) the first approach considers the number of road segments involved in the multicast tree and (ii) the second approach considers the number of relaying intersections involved in the multicast tree. A heuristic is proposed for each approach. To ensure QoS of the multicasting tree, efficient procedures are proposed for tracking destinations and monitoring QoS of road segments. As the third contribution, we study the problem of network congestion in routing data traffic in VANETs. We propose (1) a Cloud-based routing approach that, in opposition to existing approaches, takes into account existing routing paths which are already relaying data in VANETs. New routing requests are processed such that no road segment gets overloaded by multiple crossing routing paths. Instead of routing over a limited set of road segments, our approach balances the load of communication paths over the whole urban road segments, with the objective to prevent, whenever possible, local congestions in VANETs; and (2) a Software Defined Networking (SDN) based approach to monitor real-time VANETs connectivity and transmission delays on each road segment. The monitoring data is used as input to the routing approach

The Social Wellbeing of New York City's Neighborhoods: The Contribution of Culture and the Arts

This report presents the conceptual framework, data and methodology, and findings of a two-year study of culture and social wellbeing in New York City by SIAP with Reinvestment Fund. Building on their work in Philadelphia, the team gathered data from City agencies, borough arts councils, and cultural practitioners to develop a 10-dimension social wellbeing framework—which included construction of a cultural asset index—for every neighborhood in the five boroughs. The research was undertaken between 2014 and 2016.The social wellbeing tool enables a variety of analyses: the distribution of opportunity across the city;identification of areas with concentrated advantage, concentrated disadvantage, aswell as "diverse and struggling" neighborhoods with both strengths and challenges; and analysis of the relationship of"neighborhood cultural ecology" to other features of a healthy community

Adaptive Mechanisms to Improve Message Dissemination in Vehicular Networks

En el pasado, se han dedicado muchos recursos en construir mejores carreteras y autovías. Con el paso del tiempo, los objetivos fueron cambiando hacia las mejoras de los vehículos, consiguiendo cada vez vehículos más rápidos y con mayor autonomía. Más tarde, con la introducción de la electrónica en el mercado del automóvil, los vehículos fueron equipados con sensores, equipos de comunicaciones, y otros avances tecnológicos que han permitido la aparición de coches más eficientes, seguros y confortables. Las aplicaciones que nos permite el uso de las Redes Vehiculares (VNs) en términos de seguridad y eficiencia son múltiples, lo que justifica la cantidad y recursos de investigación que se están dedicando en los últimos años. En el desarrollo de esta Tesis, los esfuerzos se han centrado en el área de las Vehicular Ad-hoc Networks, una subclase de las Redes Vehiculares que se centra en las comunicaciones entre los vehículos, sin necesidad de que existan elementos de infraestructura. Con la intención de mejorar el proceso de diseminación de mensajes de alerta, imprescindibles para las aplicaciones relacionadas con la seguridad, se ha propuesto un esquema de difusión adaptativo, capaz de seleccionar automáticamente el mecanismo de difusión óptimo en función de la complejidad del mapa y de la densidad actual de vehículos. El principal objetivo es maximizar la efectividad en la difusión de mensajes, reduciendo al máximo el número de mensajes necesarios, evitando o mitigando las tormentas de difusión. Las propuestas actuales en el área de las VANETs, se centran principalmente en analizar escenarios con densidades típicas o promedio. Sin embargo, y debido a las características de este tipo de redes, a menudo se dan situaciones con densidades extremas (altas y bajas). Teniendo en cuenta los problemas que pueden ocasionar en el proceso de diseminación de los mensajes de emergencia, se han propuesto dos nuevos esquemas de difusión para bajas densidades: el \emph{Junction Store and Forward} (JSF) y el \emph{Neighbor Store and Forward} (NSF). Además, para situaciones de alta densidad de vehículos, se ha diseñado el \emph{Nearest Junction Located} (NJL), un esquema de diseminación que reduce notablemente el número de mensajes enviados, sin por ello perder prestaciones. Finalmente, hemos realizado una clasificacion de los esquemas de difusión para VANETs más importantes, analizando las características utilizadas en su diseño. Además hemos realizado una comparación de todos ellos, utilizando el mismo entorno de simulación y los mismos escenarios, permitiendo conocer cuál es el mejor esquema de diseminación a usar en cada momento