Post on 28-Dec-2020
Redes VeicularesAndré Gomes Regino
Carlos Victor Dantas Araújo
Disciplina: Gerência em Redes
Professor: Edmundo Roberto Mauro Madeira
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
IntroduçãoRedes veiculares, diferenças,
estruturação e etc
O que são redes veiculares?● Redes formadas por veículos automotores e equipamentos fixos (geralmente
localizados nas margens das ruas ou estradas);
● Se comunicam através de interfaces sem fio;
● Tem intuito de minimizar/resolver alguns dos problemas vistos no trânsito,
principalmente relacionado a:
○ Segurança
○ Assistência aos motoristas e passageiros
● Utilizada também para fornecer entretenimento.
Ad hoc puro, infraestruturado e híbrido
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
O que diferencia uma rede veicular?● Topologia geograficamente restrita
○ Restrita a direção das rodovias
○ Obstáculos em regiões urbanas que dificultam a transmissão
● Particionamento e grande escala
○ Topologias unidirecionais, logo conectividade ponta-a-ponta dificulta de acordo com a distância
○ As redes podem abranger muitos veículos numa área enorme
● Mobilidade previsível
○ O posicionamento e a velocidade dos nós são, normalmente, previsíveis
○ Movimento restritos às pistas e a velocidade também
● Consumo de energia
○ Veículos conseguem providenciar energia suficiente para os dispositivos de conexão com a rede,
assim o protocolo não precisa se preocupar com gastos desnecessários
● Dependência dos nós
○ Dinamicidade da rede
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
ARQUITETURAV2X - Vehicle to Everything
Arquitetura● Vehicle to Vehicle (V2V)
○ Pontos móveis em uma estrada (veículos)
○ Comunicação entre veículos através de um ou mais nós
○ Retransmissão via rede sem fio
○ Baixo alcance e dependente da densidade de veículos na rede
○ Baixo custo
○ Independe de infraestrutura externa
Arquitetura● Vehicle to Infrastructure (V2I)
○ Pontos fixos em estradas
○ Aumentar a cobertura e propagação das mensagens
○ Cada ponto fixo a x metros encarece a solução em rede veicular
● Híbrida
○ Junção de V2V com V2I
○ Poucos RSUs são posicionados para melhorar conectividade
○ RSUs podem ser posicionados estrategicamente em cruzamentos
ArquiteturaTransmissão de um veículo para qualquer sistema que possa afetá-lo ou vice-versa
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
Mudanças na nomenclatura● Vehicular Ad hoc Networks (VANET)
○ Até 300 metros de distância para conexão entre veículos
○ Em outubro de 2002, a FCC (Federal Communication Transmission) alocou 75MHz do espectro de
frequência
○ Principais protocolos utilizados são: DRS, VTIP e 802.11p
Mudanças na nomenclatura● Dedicated Short Range Communications (DSRC)
○ Rede dedicada a curto e médio alcance
○ Utiliza uma série de protocolos específicos
○ Em 1999 os EUA alocou 75 MHz de espectro e a Europa 30 MHz
○ A partir de 2008, ambas com 5.9 GHz
○ Ainda é muito usada na Europa e no Japão
Mudanças na nomenclatura● Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE)
○ Redes onde os veículos são capazes de trocar informações entre si e nós especialmente alocados ao
longo das estradas e rodovias
○ Comunicação V2V
○ Banda de frequência de 5,9 GHz
○ Largura de banda de 75 MHz
○ Alcance aproximado de mil metros
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
WAVEProtocolo e Arquitetura
WAVE“The communication between vehicles, or between a vehicle and an RSU is achieved through a wireless medium called WAVE.
This method of communication provides a wide range of information to drivers and travellers and enables safety applications to enhance road safety and provide a comfortable driving.”
AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.
“WAVE supports an environment in which vehicles can be moving at 200 km/h, covering a communication range of 300 m to 1000 m with a data rate of more than 27 Mbps.
AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.
WAVE● Wireless Access to Vehicular Environment
● Tem como objetivo garantir padronização das diversas maneiras de se estabelecer
comunicação em redes veiculares
● 6 documentos
Documento IEEE 802.11
IEEE 802.11p
IEEE P1609.1
IEEE P1609.2
IEEE P1609.3
IEEE P1609.4
Intuito Wi-fi “padrão”
Definição das camadas físicas e de enlace
Definição da comunicação entre RSUs e OBUs *
Segurança Definição das camadas de rede e transporte
Definição da utilização dos canais
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
ComponentesOBUs e RSUs
OBUsMontado de maneira on board nos veículos (OBUs - On Board Units)
Composto por:
● Resource Command Processor
● Interface de comunicação com outros OBUs ou RSUs
Algumas funções:
● Roteamento geográfico
● Transferência confiável de mensagens
● Segurança na transferência de dados
● Mobilidade
RSUs● Dispositivo geralmente fixado no acostamento das pistas (roadside unit)
● Se comporta como um servidor, provendo memória e rede wireless em locais
estratégicos e densos
● Pode trabalhar como:
Sinalizador de segurança
RSUs● Dispositivo geralmente fixado no acostamento das pistas (roadside unit)
● Se comporta como um servidor, provendo memória e rede wireless em locais
estratégicos e densos
● Pode trabalhar como:
Aumento de range da rede através do repasse de mensagens
RSUs● Dispositivo geralmente fixado no acostamento das pistas (roadside unit)
● Se comporta como um servidor, provendo memória e rede wireless em locais
estratégicos e densos
● Pode trabalhar como:
“Provedor” de internet
OBUs e RSUs
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
Aplicações e Projetos
Segurança, entretenimento e
assistência.
SegurançaAplicações e Projetos
Segurança no Trânsito● Aumento de segurança no trânsito tem sido um dos principais incentivos ao
desenvolvimento de redes veiculares;
● Visam reduzir o número e a gravidade dos acidentes através de troca de
informação entre os veículos;
● As informações podem ser apresentadas ao motorista ou acionar um sistema ativo
de segurança;
● Impõe requisitos mais estritos de latência, confiabilidade e as aplicações devem ser
robustas a inserção de mensagens falsas e lidar com informações conflitantes.
Segurança no Trânsito● Muitos acidentes podem envolver veículos parados, lentos ou desgovernados
○ Solução: emprego de mensagens periódicas indicando posicionamento, velocidade e direção dos
veículos
○ Solução: utilização de mensagens assíncronas disparadas somente quando um mecanismo de
emergência é ativado
● Cooperative Collision Avoidance (CCA) ¹:
○ Exemplo de aplicação que utiliza uma abordagem cooperativa para evitar colisões
○ Envia uma mensagem em múltiplos saltos avisando aos motoristas da ocorrência de uma situação
de emergência
○ Também utilizada nos casos onde o motorista não possui visão completa, tais como neblina ou
chuvas intensas
1. M. R. Hafner, D. Cunningham, L. Caminiti and D. Del Vecchio, "Cooperative Collision Avoidance at Intersections: Algorithms and Experiments," in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 14, no. 3, pp. 1162-1175, Sept. 2013.
Segurança no Trânsito● Em casos onde o acidente não pôde ser evitado o envio de mensagens pode:
○ Alertar veículos próximos a colisão e evitar que a situação se agrave com mais envolvidos
○ Acelerar o chamado de serviços de emergência, dispensando intervenção humana
● Em casos onde três ou mais veículos se deslocam na via expressa:
○ Se o primeiro veículo frear bruscamente, os demais veículos só terão conhecimento da situação de
perigo quando o veículo imediatamente à sua frente frear
○ A propagação da informação está condicionada a atenção dos motoristas
○ Tempo de reação varia de 0,7 a 1,5 segundos ²
○ Sistema de avisos poderia alertar todos os veículos com pequeno atraso e possibilitar maior tempo
para redução da velocidade
2. Green, M. (2000). “How long does it take to stop?” Methodological analysis of driver perception-brake times. Transportation Human Factors, 2(3):195–216.
EntretenimentoAplicações e Projetos
Entretenimento para passageiros● A maioria das aplicações de entretenimento propostas para redes veiculares está
associada ao acesso à internet em qualquer lugar e momento;
● Dentre as principais aplicações, destacam-se os serviços de troca de mensagens
instantâneas, troca de músicas e filmes e distribuição de áudio e vídeo.
● Preferência por utilizar sistemas peer-2-peer ao invés de client-server;
● O acesso a internet, por essas aplicações, só é possível através de pontos fixos de
interconexão ligados a uma infraestrutura cabeada;
○ Esses nós físicos também pertencem a rede veicular e são chamados de gateways.
Entretenimento para passageiros● Car-to-Car (C2C): a ideia básica é que os veículos troquem pedaços de arquivos
desejados entre si, como no protocolo BitTorrent.
○ BitTorrent em sua forma tradicional não é bom para redes sem fio
○ Diferença da topologia da rede física e da rede sobreposta pode aumentar o número de saltos das
comunicações
● Protocolo SPAWN (Nandan et al.) é adaptado a redes sem fio
○ Mecanismos diferentes do BitTorrent para descoberta e seleção de novos pares
○ Mecanismo diferente para encaminhamento de pedaços de arquivos
SPAWN
Entretenimento para passageiros● CarTorrent é uma extensão do SPAWN onde as mensagens de atualização são
limitadas a k saltos de distância e podendo solicitar arquivos à outros nós da rede
○ Foi implementado e validado em redes reais
● CodeTorrent é o protocolo onde um nó só escolhe vizinhos imediatos como
parceiros e os nós trocam quadros codificados e não mais pedaços de arquivos
● V3 é um sistema para difusão de vídeo ao vivo V2V
○ A requisição inicial não é enviada para um gateway às margens da via
○ Grande desafio dado a grande frequência de particionamento da rede
○ Implementa a estratégia de armazenar-transportar-e-encaminhar
Assistência ao motorista
Aplicações e Projetos
Assistência ao motorista● A principal finalidade das aplicações de assistência ao motorista é auxiliar a
condução do veículo fornecendo informações úteis
○ Avisos de estacionamento
○ Disseminação de informações de vias
○ Controle de tráfego
○ Auxílio a cruzamentos
○ Condução conjunta de veículos
○ Localização em mapa
○ Aumento de visibilidade
○ Veículos sem condutor humano
Exemplos de Características
● Segurança
○ Alta prioridade
○ Latência baixa
● Eficiência de Tráfego
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
● Entretenimento
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
Exemplos de Características
● Eficiência de Tráfego
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
● Entretenimento
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
● Segurança
○ Alta prioridade
○ Latência baixa
Exemplos de Características
● Entretenimento
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
● Eficiência de Tráfego
○ Baixa prioridade
○ Latência alta
● Segurança
○ Alta prioridade
○ Latência baixa
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
DESAFIOS
Desafios● Oscilação e extinção de sinal por distância e/ou interferência
● Conectividade baixa, dada a alta mobilidade e, por consequência, a “vida útil” do
link entre dois nós
● Diâmetro reduzido
● Overhead ao introduzir segurança x Falta de segurança
● Protocolo de roteamento que minimize perdas de pacotes, ainda que a rede seja
densa
● Protocolo de roteamento que entregue rapidamente mensagens emergenciais
● Ruas x rodovias
● Segurança ( rastreamento de veículos, mensagens falsas)
Disseminação de Dados● Rede esparsa
○ Cenário com poucos veículos
○ Problema de desconexão
○ Solução: usar RSUs
● Rede densa
○ cenário com muitos veículos
○ Broadcast Storm
○ Solução: transmissão unicast
Sumário● Introdução
○ O que diferencia uma Rede Veicular?
● Arquitetura
● Mudanças na nomenclatura
● WAVE
● Componentes
● Aplicações e Projetos
● Desafios
● Considerações Finais
PERGUNTAS?
PerguntaSegundo os autores
Quais são os desafios de segurança (computacional, e não de
trânsito) em redes veiculares?
BARSKAR, Raju; CHAWLA, Meenu. Vehicular ad hoc networks and its applications in diversified fields. International Journal of Computer Applications, v. 123, n. 10, 2015.
DOI: 10.5120/ijca2015905510
Link: https://pdfs.semanticscholar.org/241e/09e5d354aa16b6a4e385a855a25d4e62d2fe.pdf
Referências
[1] M. R. Hafner, D. Cunningham, L. Caminiti and D. Del Vecchio, "Cooperative Collision Avoidance at Intersections: Algorithms and Experiments," in IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 14, no. 3, pp. 1162-1175, Sept. 2013.
[2] AL-SULTAN, Saif et al. A comprehensive survey on vehicular ad hoc network. Journal of network and computer applications, v. 37, p. 380-392, 2014.
[3] WANGHAM, Michelle S. et al. Segurança em Redes Veiculares: Inovações e Direções Futuras. Minicursos do XIV Simpósio Brasileiro em Segurança da Informação e de Sistemas Computacionais.
[4] https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel879/trabalhos_vf_2014_2/bruno/introducao.html - Redes Veiculares - Acessado em 20 de maio de 2019
[5] PENTTINEN, Jyrki TJ. 5G Explained: Security and Deployment of Advanced Mobile Communications. Wiley, 2019.
[6] Green, M. (2000). “How long does it take to stop?” Methodological analysis of driver perception-brake times. Transportation Human Factors, 2(3):195–216.
[7] KAKKASAGERI, M. S.; MANVI, S. S. Information management in vehicular ad hoc networks: A review. journal of network and computer Applications, v. 39, p. 334-350, 2014.
[8] LI, Fan; WANG, Yu. Routing in vehicular ad hoc networks: A survey. IEEE Vehicular technology magazine, v. 2, n. 2, p. 12-22, 2007.
OBRIGADO!