In this paper we present the initial steps towards a model to relate the performance of vehicular networks, characterized by the packet loss rate and the delay, with the number of nodes or vehicles participating in the network. This model represents an initial step towards a context-aware system intended to modify the parameters of dissemination mechanisms or to use the most adequate ones, so that they improve the performance of the network. Our intention is to evaluate this proposal with several simulation scenarios where the contextaware mechanisms will be validated.
Segun datos de la Organizacion Mundial de la Salud (OMS) los accidentes de transito son la causa principal de muerte en el grupo de 15 a 29 an~os de edad [WHO15]. Mas del 90% de las muertes relacionadas con accidentes de transito se producen en pa ses de ingresos medios o bajos, a pesar de que estos cuentan aproximadamente con el 50% del parque automotriz mundial. La mitad de las personas que mueren por esta causa en todo el mundo son \usuarios vulnerables de la v a publica", es decir: peatones, ciclistas y motociclistas. Las redes vehiculares VANETs (Vehicular Ad-Hoc Networks ) han surgido como una de las soluciones mas prometedoras para reducir los accidentes de transito y mejorar la e ciencia en sistemas de transporte inteligentes (Inteligent Transportation Systems (ITS) [Fig01]). Estos sistemas pueden soportar una gran variedad de aplicaciones, que buscan dar solucion a problemas que surgen en el contexto del transporte vehicular [Bi16], que ademas, son producto de las sociedades modernas. En resumen, los grandes problemas asociados al transporte son: alta tasa de mortandad a causa de accidentes vehiculares, congestion de tra co en ciudades altamente pobladas, altas emisiones de CO2 [Als12] y peligro frente a condiciones climaticas adversas. Las redes vehiculares pueden ayudar a sopesar estos problemas, sin embargo, su implementacion posee aun grandes desaf os. Por lo cual, para que este tipo de tecnolog as sea un verdadero aporte, se necesita que su desempen~o sea robusto y e ciente, en concordancia a los requerimientos de cada aplicacion. Una de las aplicaciones mas prometedoras tiene relacion con la diseminacion de mensajes de alerta, para poder noti car de manera rapida y e ciente, eventos de importancia sobre el contexto vehicular (por ejemplo: colisiones, condiciones climaticas adversas, mal comportamiento de conductores, etc.), para que los conductores puedan tomar una decision oportuna para evitar posibles accidentes. Sin embargo estas aplicaciones tienen bajo rendimiento en escenarios en donde existen muchos veh culos o nodos, debido al mecanismo de comunicacion de broadcast que satura el canal y que produce problemas con la ventana de contencion en la capa MAC(Media Access Control ) de la familia de protocolos IEEE 802.11 [Oli09]. 2
Se buscara probar que: es posible utilizar los datos del desempen~o de la red vehicular ad-hoc, para modelar el escenario o contexto, en el cual se encuentran los nodos. De esta forma se puede de nir un mecanismo de toma de decisiones para diseminar la informacion y de esta manera aumentar la tasa de entrega de paquetes y disminuir el tiempo de retardo. As se puede aprovechar la misma informacion del nodo y no se sobrecargar a el canal de comunicacion, pues la informacion del desempen~o se puede realizar con comunicaciones ya existentes. 3 3.1
Los mecanismos mas utiles para nuestro trabajo son aquellos que utilicen el numero de vecinos. El trabajo se centrara en redes ad-hoc, en particular en la modalidad de comunicacion veh culo a veh culo (V2V). Por una parte estan aquellos que utilizan simple broadcast y ademas utilizan multi-hop [Ton10]. La gran mayor a de los protocolos utilizan la informacion de la posicion de veh culos adquirida por dispositivos GPS. Existe una propuesta de protocolo basada en la posicion relativa de los nodos, es decir solo hace necesario conocer la distancia entre nodos. Esto lo hace posible mediante la instalacion de antenas direccionales que entregan informacion geogra ca, facilitando ademas el esquema de comunicacion [Liu12]. Para poder atacar el problema de tener diversos escenarios en la topolog a de las redes VANETs, se han propuesto esquemas que apuntan a un \beaconing"1 dinamico, es decir en base al escenario que se tenga se de ne la frecuencia, potencia o canal. De acuerdo a la variables que estos modi can se pueden clasi car en los siguientes categor as: message frequency control (MFC), transmit power control (TPC), miscellaneous (Multichanel Switch), Hybrid (Combinacion de las anteriores) [Sha16]. Una propuesta innovadora tiene un enfoque hacia las mismas variables de estado de los nodos, utiliza la variacion de la aceleracion para adecuar la forma en que el mecanismo de \beaconing" se ejecuta [Seg15]. En este trabajo se han escogido dos protocolos para implementarlos en una simulacion con la cual sea posible realizar una comparacion entre el desempen~o de cada uno. A continuacion se detalla con mayor profundidad los protocolos seleccionados.
Se trata de un protocolo que da la prioridad de retransmision al nodo mas lejano del nodo de transmision. Para eso, el protocolo utiliza un tiempo de espera antes de retransmitir, que var a de acuerdo a la distancia entre los nodos. Cuando un nodo recibe un paquete, el nodo veri ca la identi cacion del paquete y realiza un \re-broadcast" con el \time slot" TSij asignado. Se obtiene de la 1Corresponde a la transmision periodica de un paquete (beacon) a todos los vecinos dentro del radio de transmision. En cierto sentido Beaconing corresponde a un Broadcasting periodico. Este mecanismo es ampliamente utilizado en aplicaciones de seguridad [Har09]. siguiente ecuacion: TSij = Sij . donde es el retraso estimado de un salto, que se re ere a la suma del retraso de propagacion y del retraso de acceso al medio. Sij es el numero asignado de \slot" que puede ser expresado como: Sij = NS 1 h min(DRij;R) i . Donde Di;j es la distancia relativa entre nodos, R corresponde al rango de transmision y se debe escoger NS en funcion de la densidad del tra co. Por ejemplo en [Seg15], se menciona que se puede tomar NS = 5 para un escenario congestionado mientras que NS = 3 para otros. Principalmente se ha escogido este protocolo porque soluciona el problema del \Broadcast Storm"[Tse02], y necesita unicamente la informacion sobre la posicion del nodo receptor, emisor y estimacion de la densidad para funcionar.
Este protocolo utiliza el mecanismos de beaconing de manera adaptativa, de manera que, en base al escenario en el cual se presenten los moviles (urbano o en autopista) el mecanismo escoge entre dos formas de supresion de broadcast, que ayudan a mejorar el desempen~o de la red de cada escenario. Ademas este mecanismo asigna ciertos roles a los veh culos, dependiendo de la posicion en el lugar de interes. Se ha escogido este protocolo principalmente porque actua de manera dinamica y el estudio se compara con otros mecanismos. 3.2
Los sistemas context-aware se caracterizan por ser conscientes o sensibles de la situacion (o contexto) en el cual se desarrollan, tanto en terminos f sicos, virtuales o entorno del usuario [Pos09]. Estos sistemas son capaces de adaptarse, explotando el conocimiento adquirido a traves de sensores, de otros nodos o de infraestructura dispuesta en la ruta. Se han estudiado diversos art culos y surveys [Vah16] donde utilizan este tipo de sistemas, para aplicaciones espec cas en VANETs. Dada la naturaleza dinamica de estas redes, estos sistemas son de gran ayuda para identicar ciertos escenarios. La estructura de cada mecanismo puede variar dependiendo del objetivo para el cual se implementa el sistema. Sin embargo es posible observar una estructura general para casi todas las aplicaciones desarrolladas, sus principales etapas son: adquirir datos del contexto, procesar los datos del contexto y realizar diseminacion inteligente. Se implementara una simulacion en el software Omnet++, correspondiente a una representacion de una interseccion, utilizando redes vehiculares y con los mecanismos de diseminacion escogidos. Se espera observar emp ricamente el desempen~o de la red, analizando las metricas de perdidas, colisiones y retardo en la entrega de paquetes. A partir de este analisis se espera construir un modelo que pueda relacionar la cantidad de veh culos con el desempen~o de la red.
Con la construccion del modelo se entrenara una red neuronal que se implementara en el software Matlab, cuya entrada sea el desempen~o de la red y como salida el numero de nodos en la vecindad del veh culo de interes. La produccion de la base de datos se realizara gracias a la simulacion implementada en el software Omnet++.
Los valores de la salida de la red neuronal, se utilizaran para variar los parametros de los mecanismo de diseminacion escogidos: [Wis07] Slotted-1-persistan y [Tia16] The tra c adaptive data dissemination (TrAD) protocol, ya que estos mecanismos utilizan el numero de nodos para su funcionamiento. Posteriormente se analizara su desempen~o caracterizado por la tasa de perdidas de paquete y retardo, para compararlo con el desempen~o de los mecanismos sin el sistema contextaware. Esto gracias a que el software Omnet++ permite hacer cambios sobre una simulacion establecida, en otras palabras, es posible retro-alimentar la simulacion con los valores obtenidos de la red neuronal. Un esquema del sistema se puede ver en la gura 1. 5
La forma con que se espera medir la densidad vehicular es innovadora y pude ser vista como un mecanismo que utiliza informacion de comunicaciones ya establecidas, para mejorar el desempen~o del esquema de diseminacion. Ademas puede ser expandida a otros ambitos de las redes moviles inalambricas, que necesiten una medicion de la densidad de nodos. Se espera que este sistema pueda mejorar el desempen~o de los mecanismos de diseminacion escogidos para que puedan adaptarse al escenario. 6
Este proyecto ha sido nanciado a traves del proyecto FONDECYT Iniciacion 11140045, Proyecto "RETRACT" ELAC 2015/T10-0761 y el Instituto de Sistemas Complejos de Ingenier a, ISCI (CONICYT: FB0816).