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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