Analisi di protocollo di broadcast per VANET

CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
Recentemente si è sviluppato un interesse crescente nell’esplorazione delle ca-
pacità di comunicazione dei sistemi di trasporto. I veicoli che percorrono una
strada possono formare una cosiddetta Vehicular Ad-hoc Network (VANET) sfrut-
tando la tecnologia wireless per comunicare tra di loro senza usare alcuna infra-
struttura prediposta. Infatti, è difficile pensare che tutte le strade possano essere
coperte da infrastrutture di comunicazione per connettere i veicoli tra loro e con
Internet. È altamente probabile, invece, che i veicoli possano costituire da soli
l’infrastruttura di comunicazione: una tale rete non solo potrebbe migliorare la
sicurezza del traffico in maniera efficiente ma permetterebbe anche l’esecuzione
di applicazioni personalizzate attraverso comunicazioni multi-hop tra i veicoli.
I veicoli moderni sono equipaggiati con diversi sensori, computer on-board e
dispositivi di comunicazione che si stanno rapidamente integrando gli uni con
gli altri. È facile prevedere che, in un prossimo futuro, la grande maggioranza
dei veicoli che viaggerà sulle strade avrà una configurazione simile a quella ap-
pena descritta. Al giorno d’oggi, cercare di ottenere dei vantaggi da questi tipi
di equipaggiamento per aumentare la sicurezza alla guida rappresenta un trend
emergente, sia dal punto di vista accademico che industriale.
La comunicazione nelle VANET è considerata una delle più promettenti tec-
nologie riguardanti l’Intelligence Transportation Systems (ITS), infatti sono state
effettuate diverse ricerche e sono stati avviati alcuni progetti industriali sulle VA-
NET, come in [CTC09], [SEV08], [NOW08], [ITS09] e [AHS08]. Trattandosi di
applicazioni facenti comunque parte del contesto delle Mobile Ad-hoc Networks
(MANET), le VANET condividono alcune caratteristiche comuni con le MANET,
come ad esempio la bandwith limitata, la comunicazione multi-hop tra nodi mobili
e la loro auto-organizzazione.
In confronto alle più generiche reti MANET, le VANET presentano fondamen-
talmente una mobilità più accentuata e legata a vincoli più stretti e una maggiore
frequenza di cambiamenti per quel che riguarda la topologia della rete. Entrambe
queste caratteristiche possono influenzare le prestazioni dei protocolli di routing
in maniera significativa, quindi le soluzioni di routing tipiche per le MANET non
possono essere applicate direttamente alle reti veicolari.
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CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
Di seguito riassumiamo le caratteristiche principali delle reti VANET:
• Rapido cambiamento della topologia di rete: i veicoli si muovono a velocità
elevate e di conseguenza lo stato di connettività fra i nodi è in continua
evoluzione.
• Frequenti disconnessioni: in casi di bassa densità di traffico, la distanza fra
veicoli può arrivare a diversi chilometri, andando oltre il raggio d’azione del
collegamento wireless, e questa mancanza di connessione può durare anche
vari minuti.
• Compressione dei dati: le reti wireless hanno una bandwidth limitata, quin-
di per minimizzare l’occupazione del canale e per realizzare un sistema
scalabile occorre qualche meccanismo che ottimizzi la dimensione dei dati
trasmessi.
• Predicibilità della posizione dei veicoli: i nodi si muovono lungo strade
invariate da anni, per cui conoscendo la velocità e la direzione di uno di
questi è possibile predirne le posizioni geografiche future.
Il problema principale delle MANET, e ancora più delle VANET, è però co-
stituito dall’instradamento dei pacchetti, in quanto non è banale trovare un modo
efficiente per far giungere i dati a destinazione, dal momento che risulta possibile
comunicare solo a distanza limitata (qualche centinaio di metri) e la configura-
zione dei nodi circostanti cambia continuamente. Inoltre bisogna considerare che,
oltre a stabilire una comunicazione, si deve anche poterlo fare con prestazioni van-
taggiose, quindi in tempo utile in relazione all’applicazione che si sta eseguendo
e senza intasare la rete di messaggi con ritrasmissioni inutili.
Quindi il tempo di consegna dei messaggi tramite comunicazioni broadcast rap-
presenta una questione di primaria importanza nell’ambito delle reti veicolari.
Questa caratteristica è intrinsecamente legata sia al numero di inoltri subiti dai
messaggi, indicati dal termine hop, che dal livello di congestione della rete, come
dimostrato in [NTC99], [YLZ04] e [ZPM04]. Ovviamente minore è il numero de-
gli hop e più veloce sarà il broadcast, mentre maggiore è il livello di congestione
della rete e più lento sarà il tempo di trasmissione dei messaggi.
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CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
A seconda del numero di relayer, infatti, perfino un singolo messaggio potrebbe
portare ad una congestione della rete. Si prenda ad esempio il caso in cui diversi
riceventi cerchino di inoltrare il messaggio ricevuto allo stesso istante di tempo
causando in questo modo un’inevitabile collisione con conseguente perdita del
pacchetto e necessità di ritrasmissioni. La scelta di un unico “buon” relayer e il suo
intervallo di attesa rappresentano questioni cruciali sia per evitare la congestione,
sia per ridurre il numero totale degli hop.
I protocolli di routing per VANET fino ad ora presentati tendono a semplificare
significativamente le condizioni di contorno, concentrandosi maggiormente su un
preciso obiettivo che è spesso quello di ottimizzare un unico aspetto consideran-
dolo prioritario. La conseguenza è ovviamente quella di rendere validi i risultati
ottenuti solo in presenza delle assunzioni fatte inizialmente e che raramente so-
no paragonabili alla realtà. L’approccio proposto in questa dissertazione, invece,
nasce con l’obiettivo di superare le limitazioni riscontrate nei lavori preceden-
ti, cercando anche di considerare maggiormente le caratteristiche estremamente
dinamiche e mutevoli delle reti veicolari.
Abbiamo deciso di chiamare il protocollo presentato in questa tesi Farther Re-
lay and Oracle for VANET (FROV), dove il termine Oracle rappresenta un’entità
in esecuzione su ogni nodo che fornisce informazioni sui veicoli della rete, mentre
con Farther Relay si indica invece l’idea alla base del meccanismo di broadcast
implementato, come sarà spiegato in seguito. FROV adotta un approccio multi-
hop al broadcast: ogni messaggio viene ritrasmesso da diversi relayer finché non
raggiunge la fine dell’insieme di veicoli.
Come già detto, si può tranquillamente supporre che la prossima generazio-
ne di veicoli sarà comunemente equipaggiata con un apparato di comunicazione
wireless, in accordo allo standard IEEE 802.11 [IEE97]. Data la continua integra-
zione tra i dispositivi associati ad un veicolo, è facile pensare che sarà possibile
sfruttare le informazioni ottenute dal ricevitore GPS che si trova nei veicoli con-
siderati. Sono proprio queste informazioni che consentono a FROV di stabilire la
maniera più idonea di inoltrare i pacchetti durante una comunicazione multi-hop,
ottimizzando il numero di hop attraversati da ogni messaggio.
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CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
L’idea principale di FROV è che l’inoltro di un messaggio venga affidato a
quel ricevente la cui ritrasmissione sia in grado di coprire una distanza superiore a
quella di qualsiasi altro ricevente. Basandosi su questo presupposto, FROV genera
a run-time un insieme di nodi candidati all’inoltro per ogni messaggio inviato in
broadcast. Per raggiungere questo obiettivo, FROV stima sia la posizione che i
range trasmissivi di tutti veicoli che ricevono il messaggio e che si trovano nella
direzione relativa all’inoltro del pacchetto.
Come detto in precedenza, abbiamo eliminato alcune delle più comuni assun-
zioni fatte da diversi lavori precedenti relativi allo stesso ambito. Infatti, FROV
non richiede che i veicoli abbiano un range trasmissivo costante e conosciuto a
priori, così come non suppone che questi viaggino a velocità costante tra loro.
Inoltre, le comunicazioni tra i veicoli della rete non devono necessariamente esse-
re simmetriche, cioè se un veicolo A riceve un messaggio da un veicolo B, allora
non è detto che B sia in grado di inviare un messaggio ad A. Infine, il siste-
ma mantiene la sua efficienza anche nel caso in cui i range trasmissivi dei nodi
aumentino o diminuiscano, in maniera indipendente gli uni dagli altri.
Il sistema si adatta facilmente anche di fronte a cambiamenti delle distanze fra
i veicoli, delle loro posizioni relative e delle loro velocità. FROV è completamen-
te distribuito: le informazioni sono raccolte e gestite localmente, questo significa
che i nodi possono lasciare la rete o aggregarsi alla stessa senza influire sull’effi-
cacia delle comunicazioni. In più, la localizzazione delle informazioni permette
di raggiungere un buon grado di scalabilità in confronto al numero di veicoli che
eseguono il protocollo.
In realtà, il protocollo FROV è già stato sviluppato per il simulatore NS2, come
descritto in [Nan08] e [Pra08]. Il vero obiettivo di questa tesi è stato quello di
partire dai lavori appena citati per poter adattare l’implementazione del protocollo
realizzata per NS2 ad un nuovo simulatore di nostra scelta, nel caso specifico il
simulatore GTNetS. In questo modo, effettuando sul secondo simulatore le prove
eseguite sul primo con i medesimi parametri di test, avremmo potuto registrare
una serie di valori che avrebbero potuto confermare o confutare la veridicità dei
risultati ottenuti su NS2.
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CAPITOLO 1. INTRODUZIONE
Inoltre, con il simulatore GTNetS, abbiamo voluto anche provare a superare
i limiti in termini di memoria presentati da NS2, limiti che hanno condizionato
la scelta delle configurazioni da testare nei lavori precedenti. Quindi, dopo aver
verificato che le caratteristiche del nuovo simulatore fossero idonee ad ampliare la
gamma di prove da effettuare, abbiamo cercato di raccogliere più dati possibili con
la consapevolezza che i nuovi valori ottenuti ci avrebbero consentito di estendere
la valutazione sulle prestazioni del protocollo già iniziata in [Nan08] e [Pra08],
presentando così un’analisi più completa del lavoro svolto.
Questa tesi è strutturata nel modo seguente: nel capitolo 2 si inizieranno a pre-
sentare le reti wireless, ponendo particolare enfasi sullo standard 802.11, sulle reti
MANET e sulle reti VANET; nel capitolo 3 si approfondiranno i concetti relati-
vi al routing nelle VANET, fornendo una panoramica dei protocolli esistenti e di
quelli che hanno ispirato il nostro lavoro; il capitolo 4 sarà dedicato alla presen-
tazione del nostro protocollo e sarà l’occasione per scendere nei dettagli teorici
del funzionamento dell’algoritmo; il capitolo 5 si occupa di spiegare le modalità
con cui l’implementazione di FROV è stata adattata al simulatore GTNetS; nel
capitolo 6 sono raccolti tutti i risultati delle prove da noi effettuate, sia quelle che
ci hanno permesso un confronto con NS2, sia quelle che ci hanno consentito di
estendere la valutazione generale dell’algoritmo; infine nel capitolo 7 troveranno
spazio un breve riassunto del lavoro svolto, le conclusioni che si possono ricavare
dai test presentati e i possibili sviluppi futuri dell’approccio da noi presentato.
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Capitolo 2
Le reti wireless
Una rete wireless è una rete che permette la comunicazione tra dispositivi senza
che il collegamento dipenda da un cavo fisico. Il sistema di comunicazione dati
è basato principalmente su trasmissioni effettuate attraverso l’uso di segnali radio
ad alta frequenza, ma è possibile sfruttare altri mezzi trasmissivi come la luce
infrarossa o i sistemi laser.
Le onde radio vengono utilizzate dalle reti tipo Wi-Fi, cioè reti che devono
collegare diverse postazioni all’interno di ambienti eterogenei. Queste postazioni
non sono necessariamente visibili tra loro, infatti possono essere separate da muri
o da intercapedini. Le reti basate su infrarossi hanno bisogno di una linea di vi-
sibilità diretta tra i dispositivi che collegano, sono lente e spesso devono ricorrere
all’uso di hardware dedicato, per questo sono state sostituite quasi totalmente da
reti Bluetooth. Le reti basate su laser trovano comunemente applicazione nel col-
legamento di sotto-reti realizzate utilizzando altre tecnologie e sono caratterizzate
principalmente da una elevata velocità di trasmissione.
Dal momento che le onde radio hanno il compito di “trasportare” il segnale,
queste sono solitamente indicate con il termine di carrier. I dati trasmessi subi-
scono una modulazione in frequenza che permette di effettuare più comunicazioni
allo stesso tempo, a patto che facciano riferimento a frequenze diverse tra loro.
L’assegnazione delle bande è regolata in maniera restrittiva sia a livello nazionale
che internazionale.
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2.1. IEEE 802.11 CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS
In questo capitolo si inizerà a parlare dello standard IEEE 802.11 che si oc-
cupa di definire formalmente le reti wireless, poi si entrerà nello specifico delle
reti ad-hoc con la descrizione delle MANET (Mobile Ad-Hoc Network), per poi
terminare con la discussione approfondita di un caso particolare di reti MANET,
cioè le reti VANET (Vehicular Ad-Hoc Network), che rappresentano l’ambiente
di sviluppo del nostro progetto.
2.1 IEEE 802.11
IEEE 802.11 definisce uno standard per le reti WLAN (o Wi-Fi), in particolare a
livello fisico e MAC del modello ISO/OSI, specificando sia l’interfaccia tra client
e base station (o access point1), sia tra differenti client wireless. Lo standard 802
suddivide il livello OSI Data Link in due sotto-livelli: Logical Link Controller
(LLC) e Media Access Controller (MAC).
Il livello LLC ha il compito di incapsulare i dati provenienti dal livello supe-
riore per poi inviarli al livello MAC. Può essere considerato da un’applicazione
come un’interfaccia verso il basso, ma anche come un’interfaccia verso l’alto da
tutti i protocolli situati sotto. Il livello MAC invece definisce la tipologia di rete
sottostante, infatti si occupa di specificare un indirizzo univoco per ogni nodo e la
politica di accesso al mezzo fisico di comunicazione. Infine il livello PHY (fisico)
gestisce le modalità di trasmissione e la ricezione dei dati.
Questa famiglia include tre protocolli specializzati nella trasmissione dei dati,
cioè 802.11a, 802.11b e 802.11g, mentre lo standard 802.11i si occupa della sicu-
rezza. Gli altri standard della famiglia, quindi 802.11c, 802.11d, 802.11e, 802.11f,
802.11h e altri, riguardano miglioramenti di servizi già disponibili ed estensioni
dei servizi base. Il primo protocollo largamente diffuso è stato il 802.11b, ma suc-
cessivamente si sono diffusi anche il protocollo 802.11a e soprattutto il protocollo
802.11g.
1Dispositivo che permette all’utente mobile di collegarsi ad una rete wireless. Riceve ed invia
un segnale radio all’utente, permettendo così la connessione.
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CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS 2.2. TIPI DI ARCHITETTURA
Un numero così grande di protocolli è dovuto alla volontà di migliorare conti-
nuamente le prestazioni nell’ambito delle comunicazioni, aumentando per esem-
pio il data rate2 o l’adattabilità dello standard alle caratteristiche dei nodi, come
per esempio la velocità di spostamento. In questa dissertazione non approfondire-
mo i vari protocolli o le diverse tipologie di reti wireless, per cui è possibile trova-
re informazioni più specifiche in [MAC09], ma ci limiteremo ad una descrizione
generale per poter concentrarci sulle reti veicolari.
2.2 Tipi di architettura
Una rete wireless può svilupparsi come:
• rete centralizzata, cioè un’estensione di una rete cablata;
• rete non centralizzata, cioè una rete creata sul momento.
Rete centralizzata. Una rete centralizzata si basa su infrastrutture che permet-
tono ai nodi mobili di interfacciarsi con altre reti. Il nucleo di una rete ad infra-
struttura è rappresentato dall’Access Point (AP). Un AP è un dispositivo di comu-
nicazione wireless che fornisce un collegamento tra una rete cablata e apparecchi
predisposti per la funzionalità wireless. Il suo compito è quello di permettere a
dispositivi wireless l’accesso sia ad Internet sia a servizi locali di rete utilizzando
una ricetrasmittente radio e un’antenna. Il software di gestione della rete residen-
te sul punto di accesso si fa carico dell’autenticazione degli utenti, del controllo
degli aspetti di sicurezza e della condivisione delle risorse sulla rete.
Rete non centralizzata. In opposizione alla rete centralizzata, vi è la rete ad-
hoc. Il termine ad-hoc significa che gli utenti hanno la possibilià di avere una rete
pronta per l’uso, versatile e facilmente configurabile, la cui gestione non neces-
sita di access point o hardware dedicato. Ogni nodo è in grado di stabilire una
comunicazione con gli altri nodi che si trovano nel suo campo trasmissivo senza
l’ausilio di stazioni e router. Il campo di trasmissione rappresenta la distanza entro
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Il data rate è la velocità di trasmissione dei dati, cioè la quantità di byte che si riescono a
trasmettere nell’unità di tempo.
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2.3. LE RETI MANET CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS
cui un nodo è in grado di inviare dati. Se due nodi non sono in grado di trasmet-
tersi direttamente messaggi a causa delle limitazioni dei propri range, questo non
impedisce che possano comunque riuscire a comunicare tra loro. Infatti, anche se
un dispositivo non fa parte del campo trasmissivo di un altro, il dialogo tra loro
può avvenire con l’ausilio di un terzo nodo, attraverso quello che si chiama pro-
tocollo di routing. La modalità ad-hoc trova applicazione in casi di emergenza
o in situazioni particolari in cui non si ha la disponibilità di un’infrastruttura di
comunicazione fissa. Proprio per l’assenza di punti di accesso, le reti ad-hoc con-
sentono un’elaborazione distribuita in contesti che potrebbero essere altrimenti di
difficile gestione.
2.3 Le reti MANET
Le MANET (Mobile Ad-hoc Network) costituiscono un sistema di nodi dotati
di mobilità e capacità di organizzazione dinamica in reti o sotto-reti con topologie
arbitrarie, e che permettono le comunicazioni wireless tra nodi senza l’ausilio di
infrastrutture fisse preesistenti [PR99]. Ogni nodo, per poter effettuare il broad-
cast dei messaggi, è equipaggiato con un’antenna omnidirezionale. Caratteristica
principale in questo tipo di architettura è che i nodi svolgono anche funzioni di
routing per messaggi destinati ad altri.
2.3.1 Caratteristiche
Il traffico di rete nelle MANET, e nelle reti prive di infrastruttura, presenta delle
differenze rispetto al traffico nelle reti ad infrastruttura. Di seguito sono quindi
riportate le caratteristiche principali delle reti MANET.
Alta mobilità dei nodi. Nelle MANET è possibile assistere nel tempo a fre-
quenti cambiamenti nella topologia di rete. Quindi, per poter gestire tale mobilità,
si deve ricorrere a tecniche di adattamento alle condizioni in cui vengono propa-
gati i messaggi, in modo che il segnale sia caratterizzato dalla migliore copertura
geografica possibile e in modo da evitare la formazione di zone d’ombra (zone
non coperte dal raggio d’azione dei nodi) o zone di ipercopertura (zone più volte
coperte dal raggio d’azione delle antenne dei nodi).
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CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS 2.3. LE RETI MANET
Assenza del controllo e della gestione della rete. All’interno di una MANET
i nodi devono occuparsi sia del routing che della sicurezza della comunicazione
[Ciu06], dal momento che, avendo a che fare con reti prive di infrastrutture fisse,
la gestione ed il controllo della rete è distribuita tra i vari nodi.
Problemi del terminale Nascosto o Esposto. Il problema del terminale nasco-
sto si presenta quando due nodi che non hanno visibilità diretta tra loro provano
ad accedere al canale di comunicazione nello stesso tempo. Questo porta un even-
tuale terzo nodo ricevente a rilevare un’avvenuta collisione, con la conseguente
perdita dei dati contenuti all’interno dei pacchetti inviati. Il problema del termina-
le esposto, invece, si manifesta quando due nodi con visibilità diretta cercano di
stabilire una comunicazione con altri nodi esterni che non interferiscono tra loro.
Uno dei due nodi è inibito ad avviare la comunicazione, in quanto i test sul ca-
nale effettuati dallo stesso nodo hanno rilevato l’occupazione del canale da parte
dell’altro nodo, causando quindi l’inizio di una procedura di back-off3.
Utilizzo del protocollo CSMA/CA. La tecnica usata nelle reti cablate per la
trasmissione dei dati è il CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access-Collision
Detected) che impedisce ad un host di cominciare ad inviare i dati se il canale
risulta essere già occupato da un’altra comunicazione. Nelle reti cablate, la tra-
smissione corrente di un host può essere rilevata da tutti gli altri host, quindi è
possibile stabilire dei turni di trasmissione con la tecnica delle attese o back-off.
Purtroppo questo protocollo non può essere applicato alle reti wireless perché è
difficile che un host possa sentire tutti gli altri host della rete a causa dei raggi di
trasmissione limitati delle antenne e della scarsa affidabilità del segnale propagato
da esse. Per questo si utilizza una versione modificata del protocollo chiamata
CSMA/CA: in questo caso, prima di una trasmissione di dati, il mittente informa
il destinario dell’imminente comunicazione tramite un messaggio apposito, quin-
di attende una sua risposta positiva per poter iniziare lo scambio dei dati. Anche
in questa situazione ci possono essere delle collisioni a causa di messaggi inviati
contemporaneamente da due o più stazioni, ma per risolvere il problema il metodo
più comune è che ogni stazione ritrasmetta il messaggio solo dopo aver atteso un
intervallo di tempo casuale.
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Il back-off è il sistema usato per risolvere la contesa tra nodi che vogliono accedere al mezzo.
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2.3. LE RETI MANET CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS
2.3.2 Problematiche
Le reti MANET, oltre ad avere caratteristiche proprie rispetto alle reti ad infra-
struttura, presentano anche dei problemi che non si riscontrano in altre topologie
di rete. Di seguito sono quindi riportati i problemi più significativi che riguardano
le reti MANET.
Interoperabilità con altre reti. Le reti MANET, oltre a consentire la comu-
nicazione tra i nodi, devono riuscire a scambiare dei dati con altri tipi di rete,
specialmente quelle basate su indirizzi IP fissi. Questa necessità nasce dall’esi-
genza di poter lavorare con reti interoperabili tra loro, ad esempio potrebbe essere
necessario far interagire le MANET con delle reti GSM [And01], UMTS [LC01],
WLAN [MAC09] o con la realizzazione di nuovi servizi.
Risparmio energetico. Le reti ad-hoc sono caratterizzate da un problema signi-
ficativo, cioè quello del risparmio energetico. Tuttavia, in alcuni casi particolari
di reti MANET, questo aspetto non ricopre un ruolo di primaria importanza. Ad
esempio nelle reti VANET i veicoli possono ricavare l’energia di cui hanno biso-
gno dalle batterie delle vetture stesse. Gli alternatori costituiscono una fonte di
alimentazione inesauribile dato che ricaricano continuamente le batterie.
Controllo della potenza trasmissiva. È possibile ottenere dei benefici in termi-
ni di riduzione delle interferenze e di guadagno della trasmissione tramite un uso
appropriato della potenza delle antenne radio dei veicoli. Questo si deve al fatto
che le variazioni dell’ampiezza del raggio di trasmissione dei vari nodi possono
modificare la topologia della rete. Per questo aumenti e riduzioni del campo tra-
smissivo di un nodo, se effettuati nel momento opportuno, potrebbero limitare i
fenomeni di interferenza e rendere più affidabili le comunicazioni.
Interferenze radio. Le MANET sono delle reti di tipo wireless per cui il mezzo
fisico su cui avvengono le comunicazioni è quello radio. Questo mezzo è afflitto
da diversi problemi: il segnale di trasmissione è soggetto a disturbi provocati da
rifrazioni e diffrazioni delle onde radio, interferenze dovute alla morfologia del
territorio, raggi di trasmissione dei nodi della rete eterogenei e limitati a causa
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CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS 2.4. LE RETI VANET
di ostacoli, e così via. Questi problemi comunque sono ampiamente studiati in
letteratura, ad esempio in [MH05], [Cor05] e [HP05].
Qualità del servizio. La QoS (Quality of Service) [IET98] è un aspetto che va
tenuto particolarmente in considerazione nelle reti MANET. La QoS ha come sco-
po la realizzazione di una comunicazione deterministica tra due o più nodi facendo
in modo di rispettare alcuni parametri ritenuti di particolare interesse, tra cui la ri-
duzione di pacchetti ridondanti, lo sfruttamento della banda e la minimizzazione
della perdita di pacchetti trasmessi. Nelle reti ad infrastruttura, gli algoritmi di
QoS agiscono in diversi strati della pila protocollare, ma il livello fisico sottostan-
te ricopre un ruolo importante dal momento che assicura una bassa percentuale di
errori nella trasmissione/ricezione dei pacchetti. Nelle MANET, garantire la QoS
è un compito più arduo da raggiungere sia perché il livello fisico è soggetto ad
un alto tasso di errori di trasmissione e di ricezione dovuto all’ambiente reale, sia
perché la presenza sul mercato di un alto numero di tecnologie wireless eteroge-
nee crea scenari in cui i nodi possono essere dotati di dispositivi diversi tra loro
creando difficoltà nelle comunicazioni.
2.4 Le reti VANET
Le reti di veicoli (VANET, Vehicular Ad-Hoc network), trattate in [ACM08],
[VAN09] e [JK08] formano un sottoinsieme delle reti MANET, per questo a volte
vengono chiamate anche Mobile Ad-Hoc NETwork for InterVehicle Communica-
tions (MANET for IVC). La fondamentale differenza rispetto alle reti mobili ge-
neriche è che in queste reti i nodi, essendo costituiti da veicoli, hanno un’elevata
velocità di spostamento assoluta e relativa [Zha06].
Per cui, in questo ambito, ci si trova di fronte a reti caratterizzate da un’alta
frequenza di mutazioni topologiche che rendono difficile l’instaurazione di comu-
nicazioni persistenti tra i veicoli. Il problema principale delle VANET è il routing:
le difficoltà maggiori sono dovute alla notevole distanza di comunicazione e alla
provvisorietà dei collegamenti, nonché alla necessità di ottenere comunicazioni
veloci ed adattabili, senza intasare la rete di messaggi superflui.
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2.4. LE RETI VANET CAPITOLO 2. LE RETI WIRELESS
2.4.1 Aree di interesse
La comunicazione tra veicoli è considerata una delle priorità nel campo delle reti
ad-hoc. Ci sono diverse ragioni alla base di questo interesse:
• essere di aiuto in situazioni di pericolo, come in caso di incidenti, attraverso
la diffusione di messaggi di allerta che possono aiutare i conducenti dei vei-
coli comuni e di quelli per l’emergenza a prendere le decisioni opportune,
come in [LC05] e [WF04];
• fornire servizi di sicurezza attiva oltre a quella passiva tipica di sistemi come
ABS o ESP; esempi di sicurezza attiva possono essere segnalazioni acusti-
che per avvertire di situazioni pericolose imminenti, oppure diffusione di
informazioni meteorologiche avverse, come in [BRW04];
• introdurre delle innovazioni che siano di utilità all’intero sistema dei tra-
sporti, come ad esempio comunicare la presenza di un incidente a tutti i vei-
coli all’interno di una determinata area geografica, riducendo così i tempi di
soccorso, oppure sfruttare dei sistemi di localizzazione dei veicoli [SL02] o
altri [WF04] per gestire i messaggi di emergenza da inviare in caso di eventi
disastrosi in aree urbane.
Molte aziende produttrici di veicoli stanno facendo ricerca attiva su questo tipo
di tecnologie, basti vedere i lavori [DC01] e [MRA03]. I campi di ricerca tut-
tora aperti sono numerosi, essi spaziano dalla realizzazione dello scheduling del
broadcast, compito pittosto arduo data l’assenza di informazioni sulla topologia
globale della rete, fino all’analisi delle problematiche che comporta l’impiego del
flooding in un protocollo senza rilevamento di collisioni (CSMA/CA).
2.4.2 Caratteristiche
Di seguito riportiamo le caratteristiche principali delle reti VANET considerate.
Ovviamente le VANET hanno caratteristiche peculiari rispetto alle MANET ge-
neriche, soprattutto a causa dell’alta mobilità dei nodi che comporta una frequente
modifica della topologia della rete.
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