Design and performance evaluation of smart dissemination of emergence messages in vehicular ad-hoc networks

Abstract

The growing demand to improve road safety and optimize road traffic has generated great interest in vehicular ad-hoc network (VANETs). Serious traffic accidents can cause financial losses, physical disability, and even death. However, if drivers were informed about the danger in advance through a warning message, this would give drivers enough time to react appropriately to the situation. There are many approaches that can prevent car accidents, and VANETs have been conceived as an excellent solution to improve road safety, through the use of a variety of applications enabled by vehicle communications. The key objective of this research is to achieve information dissemination from a vehicle to other vehicles around that migth be interested in receiving the content. We focus on the network layer and application layer protocols, which are discussed and developed as a protocol over the respective access technologies. We primarily present the research results of our proposals, and also provide a comprehensive review of existing challenges and solutions in data dissemination in VANETs. Our proposals include the design of three dissemination protocols compatible with the IEEE 802.11p standards for road safety applications. These dissemination protocols can be differentiated by their application trigger condition and the broadcast scheme. All three dissemination protocols have been implemented in the simulator VEINS to perform several large-scale experiments. The results of the experiments have shown that all three dissemination protocols are able to cope with an increasing number of vehicles in large scale scenarios without sufering a noticeable loss in performance. Finally, we have investigated solutions to increase the driver's privacy because VANETs can also introduce some location privacy risk by periodically broadcast beacon messages that include the vehicle's position. We evaluate the performance of the privacy schemes, described the experiments and discussed the results.

La creixent demanda per millorar la seguretat viària i optimitzar el trànsit viari ha generat gran interès en les xarxes vehiculars ad-hoc (VANETs). Els accidents de trànsit greus poden causar pèrdues financeres, discapacitat física i fins i tot la mort. No obstant això, si els conductors van ser informats per endavant sobre el perill a través d’un missatge d’advertència, això donaria als conductors el temps suficient per reaccionar de manera apropiada a la situació. Hi ha molts enfocaments que poden prevenir accidents automobilístics, i les VANETs s’han concebut com una excel·lent solució per millorar la seguretat viària, a través de l’ús d’una varietat d’aplicacions habilitades per les comunicacions vehiculars. L’objectiu principal d’aquesta investigació és aconseguir la disseminació de la informació des d’un vehicle a altres vehicles que estiguin interessats en rebre el contingut. Ens enfoquem en la capa de xarxa i els protocols de capa d’aplicació, que es discuteixen i desenvolupen com un protocol sobre les respectives tecnologies d'accés. Principalment vam presentar els resultats d’investigació de les nostres propostes, i també provem una revisió exhaustiva dels desafiaments i solucions existents en la disseminació de dades en les VANETs. Les nostres propostes inclouen el disseny de tres protocols de disseminació compatibles amb els estàndards IEEE 802.11p per a aplicacions de seguretat viària. Aquests protocols de disseminació es poden diferenciar per la condició d’activació de l’aplicació i l’esquema de difusió. Els tres protocols de disseminació s’han implementat en el simulador VEINS per a realitzar diversos experiments a gran escala. Els resultats dels experiments han demostrat que els tres protocols de disseminació són capaços de fer front a un nombre creixent de vehicles en escenaris de gran escala sense patir una pèrdua notable en el rendiment. Finalment, hem investigat solucions per augmentar la privacitat del conductor perquè les VANETs també poden introduir algun risc de privacitat de la ubicació mitjanant missatges beacon emesos periòdicament que inclouen la posició dels vehicles. Avaluem l’acompliment dels esquemes de privacitat, descrivim els experiments i discutim els resultats.