Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks

Tesis por compendioProducts related with Intelligent Transportation Systems (ITS) are becoming a reality on our roads. All car manufacturers are starting to include Internet access in their vehicles and to integrate smartphones directly from the dashboard, but more and more services will be introduced in the near future. Connectivity through "vehicular networks" will become a cornerstone of every new proposal, and offering an adequate quality of service is obviously desirable. However, a lot of work is needed for vehicular networks to offer performances similar to those of the wired networks. Vehicular networks can be characterized by two main features: high variability due to mobility levels that can reach up to 250 kilometers per hour, and heterogeneity, being that various competing versions from different vendors have and will be released. Therefore, to make the deployment of efficient services possible, an extensive study must be carried out and adequate tools must be proposed and developed. This PhD thesis addresses the service deployment problem in these networks at three different levels: (i) the physical and link layer, showing an exhaustive analysis of the physical channel and models; (ii) the network layer, proposing a forwarding protocol for IP packets; and (iii) the transport layer, where protocols are proposed to improve data delivery. First of all, the two main wireless technologies used in vehicular networks where studied and modeled, namely the 802.11 family of standards, particularly 802.11p, and the cellular networks focusing on LTE. Since 802.11p is a quite mature standard, we defined (i) a propagation and attenuation model capable of replicating the transmission range and the fading behavior of real 802.11p devices, both in line-of-sight conditions and when obstructed by small obstacles, and (ii) a visibility model able to deal with large obstacles, such as buildings and houses, in a realistic manner. Additionally, we proposed a model based on high-level performance indicators (bandwidth and delay) for LTE, which makes application validation and evaluation easier. At the network layer, a hybrid protocol called AVE is proposed for packet forwarding by switching among a set of standard routing strategies. Depending on the specific scenario, AVE selects one out of four different routing solutions: a) two-hop direct delivery, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO), c) greedy georouting, and d) store-carry-and-forward technique, to dynamically adapt its behavior to the specific situation. At the transport layer, we proposed a content delivery protocol for reliable and bidirectional unicast communication in lossy links that improves content delivery in situations where the wireless network is the bottleneck. It has been designed, validated, optimized, and its performance has been analyzed in terms of throughput and resource efficiency. Finally, at system level, we propose an edge-assisted computing model that allows reducing the response latency of several queries by placing a computing unit at the network edge. This way, traffic traversal through the Internet is avoided when not needed. This scheme could be used in both 802.11p and cellular networks, and in this thesis we decided to focus on its evaluation using LTE networks. The platform presented in this thesis combines all the individual efforts to create a single efficient platform. This new environment could be used by any provider to improve the quality of the user experience obtainable through the proposed vehicular network-based services.Los productos relacionados con los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) se están transformando en una realidad en nuestras carreteras. Todos los fabricantes de coches comienzan a incluir acceso a internet en sus vehículos y a facilitar su integración con los teléfonos móviles, pero más y más servicios se introducirán en el futuro. La conectividad usando las "redes vehiculares" se convertirá en la piedra angular de cada nueva propuesta, y ofrecer una calidad de servicio adecuada será, obviamente, deseable. Sin embargo, se necesita una gran cantidad de trabajo para que las redes vehiculares ofrezcan un rendimiento similar al de las redes cableadas. Las redes vehiculares quedan definidas por sus dos características básicas: alto dinamismo, pues los nodos pueden alcanzar una velocidad relativa de más de 250 km/h; y heterogeneidad, por la gran cantidad de propuestas diferentes que los fabricantes están lanzando al mercado. Por ello, para hacer posible el despliegue de servicios sobre ellas, se impone la necesidad de hacer un estudio en profundidad de este entorno, y deben de proponerse y desarrollarse las herramientas adecuadas. Esta tesis ataca la problemática del despliegue de servicios en estas redes a tres niveles diferentes: (i) el nivel físico y de enlace, mostrando varios análisis en profundidad del medio físico y modelos derivados para su simulación; (ii) el nivel de red, proponiendo un protocolo de difusión de la información para los paquetes IP; y (iii) el nivel de transporte, donde otros protocolos son propuestos para mejorar el rendimiento del transporte de datos. En primer lugar, se han estudiado y modelado las dos principales tecnologías inalámbricas que se utilizan para la comunicación en redes vehiculares, la rama de estándares 802.11, en concreto 802.11p; y la comunicación celular, en particular LTE. Dado que el estándar 802.11p es un estándar bastante maduro, nos centramos en crear (i) un modelo de propagación y atenuación capaz de replicar el rango de transmisión de dispositivos 802.11p reales, en condiciones de visión directa y obstrucción por pequeños obstáculos, y (ii) un modelo de visibilidad capaz de simular el efecto de grandes obstáculos, como son los edifcios, de una manera realista. Además, proponemos un modelo basado en indicadores de rendimiento de alto nivel (ancho de banda y retardo) para LTE, que facilita la validación y evaluación de aplicaciones. En el plano de red, se propone un protocolo híbrido, llamado AVE, para el encaminamiento y reenvío de paquetes usando un conjunto de estrategias estándar de enrutamiento. Dependiendo del escenario, AVE elige entre cuatro estrategias diferentes: a) entrega directa a dos saltos, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraz, y d) una técnica store-carry-and- forward, para adaptar su comportamiento dinámicamente a cada situación. En el plano de transporte, se propone un protocolo bidireccional de distribución de contenidos en canales con pérdidas que mejora la entrega de contenidos en situaciones en las que la red es un cuello de botella, como las redes inalámbricas. Ha sido diseñado, validado, optimizado, y su rendimiento ha sido analizado en términos de productividad y eficiencia en la utilización de recursos. Finalmente, a nivel de sistema, proponemos un modelo de computación asistida que permite reducir la latencia en la respuesta a muchas consultas colocando una unidad de computación en el borde de la red, i.e., la red de acceso. Este esquema podría ser usado en redes basadas en 802.11p y en redes celulares, si bien en esta tesis decidimos centrarnos en su evaluación usando redes LTE. La plataforma presentada en esta tesis combina todos los esfuerzos individuales para crear una plataforma única y eficiente. Este nuevo entorno puede ser usado por cualquier proveedor para mejorar la calidad de la experiencia de usuario en los servicios desplegados sobre redes vehiculares.Els productes relacionats amb els sistemes intel · ligents de transport (ITS) s'estan transformant en una realitat en les nostres carreteres. Tots els fabri- cants de cotxes comencen a incloure accés a internet en els vehicles i a facilitar- ne la integració amb els telèfons mòbils, però en el futur més i més serveis s'hi introduiran. La connectivitat usant les xarxes vehicular esdevindrà la pedra angular de cada nova proposta, i oferir una qualitat de servei adequada serà, òbviament, desitjable. No obstant això, es necessita una gran quantitat de treball perquè les xarxes vehiculars oferisquen un rendiment similar al de les xarxes cablejades. Les xarxes vehiculars queden definides per dues característiques bàsiques: alt dinamisme, ja que els nodes poden arribar a una velocitat relativa de més de 250 km/h; i heterogeneïtat, per la gran quantitat de propostes diferents que els fabricants estan llançant al mercat. Per això, per a fer possible el desplegament de serveis sobre aquestes xarxes, s'imposa la necessitat de fer un estudi en profunditat d'aquest entorn, i cal proposar i desenvolupar les eines adequades. Aquesta tesi ataca la problemàtica del desplegament de serveis en aquestes xarxes a tres nivells diferents: (i) el nivell físic i d'enllaç , mostrant diverses anàlisis en profunditat del medi físic i models derivats per simular-lo; (ii) el nivell de xarxa, proposant un protocol de difusió de la informació per als paquets IP; i (iii) el nivell de transport, on es proposen altres protocols per a millorar el rendiment del transport de dades. En primer lloc, s'han estudiat i modelat les dues principals tecnologies sense fils que s'utilitzen per a la comunicació en xarxes vehiculars, la branca d'estàndards 802.11, en concret 802.11p; i la comunicació cel · lular, en partic- ular LTE. Atès que l'estàndard 802.11p és un estàndard bastant madur, ens centrem a crear (i) un model de propagació i atenuació capaç de replicar el rang de transmissió de dispositius 802.11p reals, en condicions de visió directa i obstrucció per petits obstacles, i (ii) un model de visibilitat capaç de simular l'efecte de grans obstacles, com són els edificis, d'una manera realista. A més, proposem un model basat en indicadors de rendiment d'alt nivell (ample de banda i retard) per a LTE, que facilita la validació i l'avaluació d'aplicacions. En el pla de xarxa, es proposa un protocol híbrid, anomenat AVE, per a l'encaminament i el reenviament de paquets usant un conjunt d'estratègies estàndard d'encaminament. Depenent de l'escenari , AVE tria entre quatre estratègies diferents: a) lliurament directe a dos salts, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraç, i d) una tècnica store-carry-and- forward, per a adaptar-ne el comportament dinàmicament a cada situació. En el pla de transport, es proposa un protocol bidireccional de distribució de continguts en canals amb pèrdues que millora el lliurament de continguts en situacions en què la xarxa és un coll de botella, com les xarxes sense fils. Ha sigut dissenyat, validat, optimitzat, i el seu rendiment ha sigut analitzat en termes de productivitat i eficiència en la utilització de recursos. Finalment, a nivell de sistema, proposem un model de computació assistida que permet reduir la latència en la resposta a moltes consultes col · locant una unitat de computació a la vora de la xarxa, és a dir, la xarxa d'accés. Aquest esquema podria ser usat en xarxes basades en 802.11p i en xarxes cel · lulars, si bé en aquesta tesi decidim centrar-nos en la seua avaluació usant xarxes LTE. La plataforma presentada en aquesta tesi combina tots els esforços indi- viduals per a crear una plataforma única i eficient. Aquest nou entorn pot ser usat per qualsevol proveïdor per a millorar la qualitat de l'experiència d'usuari en els serveis desplegats sobre xarxes vehiculars.Báguena Albaladejo, M. (2017). Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85333TESISCompendi

RDT : un protocolo de transporte para redes inalámbricas basado en Raptor Codes

Báguena Albaladejo, M. (2010). RDT : un protocolo de transporte para redes inalámbricas basado en Raptor Codes. http://hdl.handle.net/10251/10163.Archivo delegad

Desarrollo de un protocolo para entrega fiable de datos en entornos inalámbricos basado en Raptor Codes

Diseño, implementación y evaluación del rendimiento de un protocolo de comunicación para redes inalámbricas. El protocolo propuesto usa códigos Raptor para enviar la información, así como técnicas extremo-a-extremo para la detección del ancho de banda disponible en el canal. Se presenta un diseño básico y un diseño avanzado, junto con el conjunto de pruebas que evalúan la eficiencia de ambos diseños.Báguena Albaladejo, M. (2011). Desarrollo de un protocolo para entrega fiable de datos en entornos inalámbricos basado en Raptor Codes. http://hdl.handle.net/10251/15677Archivo delegad

Recent developments on hadron interaction and dynamically generated resonances

In this talk I report on the recent developments in the subject of dynamically generated resonances. In particular I discuss the gamma p -> K-0 Sigma+ and gamma n -> K-0 Sigma(0) reactions, with a peculiar behavior around the K*(0)Lambda threshold, due to a 1/2(-) resonance around 2035 MeV. Similarly, I discuss a BES experiment, J/psi -> eta K*(0) (K) over bar*(0) decay, which provides evidence for a new h(1) resonance around 1830 MeV that was predicted from the vector-vector interaction. A short discussion is then made about recent advances in the charm and beauty sectors

Assessing the Impact of Obstacle Modeling Accuracy on IEEE 802.11p Based Message Dissemination

© ACM 2013. This is the author's version of the work. It is posted here for your personal use. Not for redistribution. The definitive Version of Record was published in ACM, In Proceedings of the third ACM international symposium on Design and analysis of intelligent vehicular networks and applications (pp. 123-128). http://dx.doi.org/10.1145/2512921.2512929Deploying real IEEE 802.11p vehicular network testbeds is a challenging but difficult option for most researchers. In these cases, the research community relies on simulation tools to test their protocols. However, since simulation accuracy is a critical issue, real testbed results should be used as a reference to improve simulation behavior. Our proposal adjusts common propagation models to mimic samples taken from real environments, and it uses a building aware model to achieve as much accuracy as possible in urban scenarios. We evaluate the performance differences obtained with this model against other usual simulation schemes, like line-ofsight propagation models, models where no building blockage is taken into account, and models where propagation is only allowed along streets, achieving differences of up to 70% in some measurements. Going a step further, the model is used to study the radio propagation behavior along different city layouts, showing that the actual building layout is one of the key factors affecting protocol performance in urban environments.This work was partially supported by the Ministerio de Ciencia e Innovación, Spain, under Grant TIN2011-27543-C03-01, and by the Ministerio de Educación, Spain, under the FPU program, AP2010-4397.Báguena Albaladejo, M.; Tavares De Araujo Cesariny Calafate, CM.; Cano Escribá, JC.; Manzoni, P. (2013). Assessing the Impact of Obstacle Modeling Accuracy on IEEE 802.11p Based Message Dissemination. ACM. https://doi.org/10.1145/2512921.2512929

A Tool Offering Steady-State Simulations for VANETs

[EN] Without realistic vehicle mobility patterns, the evaluation of communication protocols in vehicular networks is compromised. Moreover, in order to ensure repeatability and fairness in vehicular simulations, researchers require simulation tools that allow them to have a complete control of simulations. In this paper we present VACaMobil, a Mobility Manager for the OMNeT++ simulator which offers a way to create complex scenarios with realistic vehicular mobility by allowing to define the desired average number of vehicles, along with its upper and lower bounds, which are maintained throughout the simulation. We compare VACaMobil against other commonly used methods which also generate and manage vehicular mobility. Results expose some flaws of those basic tools, and shows that VACaMobil behaves significantly better. The harmful impact on communication protocols when using common tools is also quantified, revealing VACaMobil as a necessity for current research.This work was partially supported by the Ministerio de Economía y Competitividad, Spain, under Grants TIN2011-27543- C03-01 and BES-2012-052673, by the Ministerio de Educación, Spain, under the FPU program, AP2010-4397, AP2009-2415, and by the Universitat Politècnica de València under project ABATIS (PAID-05-12).Báguena Albaladejo, M.; Martínez Tornell, S.; Torres Cortés, Á.; Calafate, CT.; Cano Escribá, JC.; Manzoni, P. (2013). A Tool Offering Steady-State Simulations for VANETs. Recent Patents on Telecommunications. 2(2):102-112. http://hdl.handle.net/10251/40658S1021122

VACaMobil: VANET Car Mobility Manager for OMNeT++

©2013 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.The performance of communication protocols in vehicular networks highly depends on the mobility pattern. Therefore, one of the most important issues when simulating this kind of protocols is how to properly model vehicular mobility. In this paper we present VACaMobil, a VANET Car Mobility Manager for the OMNeT++ simulator which allows researchers to completely define vehicular mobility by setting the desired average number of vehicles along with its upper and lower bounds. We compare VACaMobil against other common methods employed to generate vehicular mobility. Results clearly show the advantages of the VACaMobil tool when distributing vehicles in a real scenario, becoming one of the best mobility generators to evaluate the performance of different communication protocols and algorithms in VANET environments.This work was partially supported by the Ministerio de Economía y Competitividad, Spain, under Grants TIN2011-27543-C03-01 and BES-2012-052673, and by the Ministerio de Educación, Spain, under the FPU program, AP2010-4397, AP2009-2415.Báguena Albaladejo, M.; Tornell, SM.; Torres Cortés, Á.; Tavares De Araujo Cesariny Calafate, CM.; Cano Escribá, JC.; Manzoni, P. (2013). VACaMobil: VANET Car Mobility Manager for OMNeT++. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICCW.2013.6649393

Combined analysis of the pn -> d pi(+)pi(-) and pn -> pn pi(+)pi(-) cross sections and implications for the interpretation of the pn -> d pi(+)pi(-) data

We use recent data that show a narrow peak around root s = 2.37 GeV in the pn -> d pi(+)pi(-) cross section, with about double strength at the peak than in the analogous pn -> d pi(0)pi(0) reaction, and, assuming that it is due to the excitation of a dibaryon resonance, we evaluate the cross section for the pn -> pn pi(+)pi(-) reaction, with the final pn unbound but with the same quantum numbers as the deuteron. We use accurate techniques to determine the final state interaction in the case of the pn forming a deuteron or a positive energy state, which allow us to get the pn -> pn pi(+)pi(-) cross section with pn in I = 0 and S = 1, that turns out to be quite close or saturates the experimental pn -> pn pi(+)pi(-) total cross section around root s = 2.37 GeV, depending on the angular momentum assumed. This poses problems to the assumption of the dibaryon hypothesis, which could be rendered more restrictive with future precise data on the pn -> pn pi(+)pi(-) reaction

Signature of an h(1) state in the J/psi -> eta h(1) -> eta K*(0)(K)over-bar*(0) decay

The BES data on the J/psi -> eta K*(0)(K) over bar*(0) reaction show a clear enhancement in the K*(0)(K) over bar*(0) mass distribution close to the threshold of this channel. Such an enhancement is usually a signature of an L = 0 resonance around threshold, which in this case would correspond to an h1 state with quantum numbers I-G(J(Pc))= 0(-)(1(+-)). A state around 1800 MeV results from the interaction of the K*TC* using the local hidden gauge approach. We show that the peak observed in J/psi -> eta K*(0)(K) over bar*(0) naturally comes from the creation of this h(1) state with mass and width around 1830 MeV and 110 MeV, respectively. A second analysis, model independent, corroborates the first result, confirming the relationship of the enhancement in the invariant mass spectrum with the h(1) resonance