Un nuovo protocollo MAC per reti interveicolari ibride
Autore
Giorgio Spagnardi - Università degli Studi di Pisa - [2004-05]
Documenti
Abstract
L’aumento dell’intensità del traffico nelle strade urbane ed extra urbane rende critico il problema della sicurezza stradale. I costi derivanti sono distribuiti sull’intera collettività. Infatti, le spese per il mantenimento del sistema sanitario nazionale e i premi assicurativi sono, direttamente o indirettamente, sostenuti da tutti i cittadini. Tuttavia, nonostante l’introduzione di nuovi strumenti legislativi e tecnologici a disposizione delle forze dell’ordine la situazione rimane drammatica. La domanda che ci poniamo è: “Come può aiutarci la tecnologia informatica a rendere più sicuri i nostri spostamenti sulle strade?” La ricerca scientifica, affrontata dal mondo accademico ma anche da aziende private, su un particolare tipo di reti wireless, le reti ad-hoc, costituisce un imprescindibile punto di partenza per sviluppare un nuovo sistema dedicato all’aumento della sicurezza stradale. In particolare, si tratta di produrre una proposta di pila protocollare per le comunicazioni interveicolari che lavori su una rete ibrida, né puramente ad-hoc né completamente infrastrutturata.
Se è vero che sui sistemi di comunicazione interveicolare esiste della letteratura scientifica è altrettanto vero che le reti ibride interveicolari sono una novità assoluta. Questo tipo di rete è idealmente formata da una infrastruttura fissa e da una rete mobile wireless, entrambe che si sviluppano in concomitanza della rete viaria. L’infrastruttura fissa è composta da un insieme eterogeneo di nodi, distinti in base ai compiti a cui sono preposti: ogni nodo può servire da punto di accesso ad internet, da semplice ripetitore, da sensore o avere tutte queste funzionalità. La parte mobile wireless della rete ibrida contiene i cosiddetti terminali mobili, cioè dei veicoli equipaggiati con computer general purpose e sensori di varia natura. Le reti interveicolari ibride presuppongono un approccio diverso nei confronti dei problemi di accesso al mezzo e di trasporto dei pacchetti, proprio a causa delle peculiari caratteristiche dell’ambiente stradale. Le soluzioni presenti in letteratura sono specifiche per le reti ad-hoc, perciò non direttamente usabili in un contesto così particolare. L’obbiettivo primario di questa tesi è di progettare un nuovo protocollo di accesso al mezzo specifico per le reti interveicolari ibride. Sarà, dunque, di primaria importanza stabilire cosa sia una rete interveicolare ibrida nonché quali problemi deve affrontare e risolvere. Dopo un attento esame dei protocolli mac per reti wireless ad-hoc, abbiamo ideato un protocollo che assomiglia ad un reservation alhoa senza il controllore centrale. Il nostro protocollo si basa su uno schema a slot temporali in cui l’informazioni sulla suddivisione degli slot è ricavata dal segnale di sincronizzazione GPS. Gli slot sono raggruppati in frame virtuali. Ogni terminale mobile possiede un solo slot riservato in un frame virtuale ma ha la possibilità di prenotarne altri, purché non siano riservati da altri terminali mobili. Nel suo slot riservato, ogni terminale emette il proprio IST, una struttura di dati che contiene le informazioni essenziali al funzionamento del protocollo. La dimensione dello IST è pesantemente influenzata dalla cardinalità del vicinato del terminale mobile che lo diffonde. Per questo motivo, il nostro protocollo è dotato di un meccanismo di regolazione della potenza di trasmissione. Inoltre, il protocollo dovrà supportare le alte velocità di spostamento dei veicoli garantendo una bassa quantità di collisioni, dei brevi tempi di consegna e la capacità di operare in reti con una elevata densità di nodi senza un eccessivo degrado delle prestazioni.
Il primo capitolo della tesi costituisce una introduzione alle reti interveicolari ibride. Individueremo uno scenario applicativo, proporremo un’architettura di rete ed esamineremo le problematiche e gli obbiettivi dello sviluppo di un protocollo di accesso al mezzo specifico per lo scenario esposto. Il primo capitolo è da considerarsi sperimentale perché, in letteratura, non abbiamo trovato alcun materiale che descrivesse, in modo organico e puntuale, né la topologia della rete né una pila protocollare adatta. Il capitolo due espone due studi riguardo le tecniche di broadcast, esamina alcuni protocolli di accesso al mezzo e le più rappresentative tecniche di controllo della topologia. La fase di progettazione teorica del protocollo è il terzo capitolo. Nel capitolo quattro troviamo la descrizione del modello di traffico veicolare usato nelle simulazioni; la descrizione di come abbiamo esteso GeNeSi (il simulatore creato dal Dott. Nidito) con il supporto per le reti wireless e con il modello di traffico veicolare; i risultati delle simulazioni.
Se è vero che sui sistemi di comunicazione interveicolare esiste della letteratura scientifica è altrettanto vero che le reti ibride interveicolari sono una novità assoluta. Questo tipo di rete è idealmente formata da una infrastruttura fissa e da una rete mobile wireless, entrambe che si sviluppano in concomitanza della rete viaria. L’infrastruttura fissa è composta da un insieme eterogeneo di nodi, distinti in base ai compiti a cui sono preposti: ogni nodo può servire da punto di accesso ad internet, da semplice ripetitore, da sensore o avere tutte queste funzionalità. La parte mobile wireless della rete ibrida contiene i cosiddetti terminali mobili, cioè dei veicoli equipaggiati con computer general purpose e sensori di varia natura. Le reti interveicolari ibride presuppongono un approccio diverso nei confronti dei problemi di accesso al mezzo e di trasporto dei pacchetti, proprio a causa delle peculiari caratteristiche dell’ambiente stradale. Le soluzioni presenti in letteratura sono specifiche per le reti ad-hoc, perciò non direttamente usabili in un contesto così particolare. L’obbiettivo primario di questa tesi è di progettare un nuovo protocollo di accesso al mezzo specifico per le reti interveicolari ibride. Sarà, dunque, di primaria importanza stabilire cosa sia una rete interveicolare ibrida nonché quali problemi deve affrontare e risolvere. Dopo un attento esame dei protocolli mac per reti wireless ad-hoc, abbiamo ideato un protocollo che assomiglia ad un reservation alhoa senza il controllore centrale. Il nostro protocollo si basa su uno schema a slot temporali in cui l’informazioni sulla suddivisione degli slot è ricavata dal segnale di sincronizzazione GPS. Gli slot sono raggruppati in frame virtuali. Ogni terminale mobile possiede un solo slot riservato in un frame virtuale ma ha la possibilità di prenotarne altri, purché non siano riservati da altri terminali mobili. Nel suo slot riservato, ogni terminale emette il proprio IST, una struttura di dati che contiene le informazioni essenziali al funzionamento del protocollo. La dimensione dello IST è pesantemente influenzata dalla cardinalità del vicinato del terminale mobile che lo diffonde. Per questo motivo, il nostro protocollo è dotato di un meccanismo di regolazione della potenza di trasmissione. Inoltre, il protocollo dovrà supportare le alte velocità di spostamento dei veicoli garantendo una bassa quantità di collisioni, dei brevi tempi di consegna e la capacità di operare in reti con una elevata densità di nodi senza un eccessivo degrado delle prestazioni.
Il primo capitolo della tesi costituisce una introduzione alle reti interveicolari ibride. Individueremo uno scenario applicativo, proporremo un’architettura di rete ed esamineremo le problematiche e gli obbiettivi dello sviluppo di un protocollo di accesso al mezzo specifico per lo scenario esposto. Il primo capitolo è da considerarsi sperimentale perché, in letteratura, non abbiamo trovato alcun materiale che descrivesse, in modo organico e puntuale, né la topologia della rete né una pila protocollare adatta. Il capitolo due espone due studi riguardo le tecniche di broadcast, esamina alcuni protocolli di accesso al mezzo e le più rappresentative tecniche di controllo della topologia. La fase di progettazione teorica del protocollo è il terzo capitolo. Nel capitolo quattro troviamo la descrizione del modello di traffico veicolare usato nelle simulazioni; la descrizione di come abbiamo esteso GeNeSi (il simulatore creato dal Dott. Nidito) con il supporto per le reti wireless e con il modello di traffico veicolare; i risultati delle simulazioni.
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