{"id":109891,"date":"2011-06-07T00:00:00","date_gmt":"2011-06-07T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/entrega-de-datos-escalable-en-redes-moviles-ad-hoc-multi-salto-aplicacion-a-protocolos-de-descubrimiento-de-pasarelas\/"},"modified":"2011-06-07T00:00:00","modified_gmt":"2011-06-07T00:00:00","slug":"entrega-de-datos-escalable-en-redes-moviles-ad-hoc-multi-salto-aplicacion-a-protocolos-de-descubrimiento-de-pasarelas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/radiocomunicaciones\/entrega-de-datos-escalable-en-redes-moviles-ad-hoc-multi-salto-aplicacion-a-protocolos-de-descubrimiento-de-pasarelas\/","title":{"rendered":"Entrega de datos escalable en redes m\u00f3viles ad-hoc multi-salto &#8211; aplicaci\u00f3n a protocolos de descubrimiento de pasarelas"},"content":{"rendered":"<h2>Tesis doctoral de <strong> Francisco Ros Mu\u00f1oz <\/strong><\/h2>\n<p>Las redes ad-hoc han emergido como una tecnolog\u00eda clave para comprender el futuro de las comunicaciones inal\u00e1mbricas. El gran \u00e9xito de dichas redes subyace en la enorme cantidad de servicios que habilitan en m\u00faltiples escenarios diferentes. De hecho, esto ha llevado a definir distintas especializaciones de redes ad-hoc que, aunque mantienen los mismos principios b\u00e1sicos de comunicaci\u00f3n aut\u00f3noma, tienen suficientes diferencias entre ellas que impiden que una misma soluci\u00f3n sea la m\u00e1s adecuada para todas. En esta tesis nos centramos en las redes m\u00f3viles ad-hoc (mobile ad-hoc networks,  manet) y en las redes ad-hoc vehiculares (vehicular ad-hoc networks, vanet). Las manet se proponen como la tecnolog\u00eda de comunicaci\u00f3n m\u00e1s apropiada para permitir comunicaciones entre nodos cuando la infraestructura de red no est\u00e1 desplegada o ha sido destruida, como en el caso de una campa\u00f1a militar o una operaci\u00f3n de rescate ante una cat\u00e1strofe natural. Por su parte, las vanets soportan comunicaciones entre veh\u00edculos para implementar servicios de seguridad en carretera, de gesti\u00f3n eficiente del tr\u00e1fico o de entretenimiento para los pasajeros.  sin embargo, antes de desplegar un servicio de este tipo hay que resolver una serie de retos a nivel tecnol\u00f3gico. Dise\u00f1ar protocolos para redes ad-hoc es una tarea compleja. Los nodos deben colaborar entre ellos para encaminar paquetes a lo largo de caminos multi-salto. En este contexto, los protocolos deben ser adaptables a topolog\u00edas cambiantes causadas por la movilidad de los nodos de la red y por el dinamismo intr\u00ednseco de las comunicaciones inal\u00e1mbricas. Adem\u00e1s, el canal inal\u00e1mbrico se comparte entre los nodos de la red, de forma que el ancho de banda se reduce para cada uno de ellos. De este modo, los protocolos ad-hoc deben hacer un esfuerzo por no agotar los recursos de la red. De hecho, al compartir el ancho de banda, la capacidad total de la red queda limitada. Por tanto, los protocolos de comunicaciones deben idearse teniendo en cuenta la escalabilidad de la soluci\u00f3n como principio b\u00e1sico de dise\u00f1o. En resumen, cualquier soluci\u00f3n realista para redes ad-hoc deber\u00eda ser adaptable, eficiente y escalable. Adem\u00e1s, deber\u00eda tener en cuenta las caracter\u00edsticas particulares del tipo de red (manet o vanet en nuestro caso) que se est\u00e1 estudiando.  la diseminaci\u00f3n de datos es una de las primitivas de comunicaci\u00f3n m\u00e1s importantes en las redes ad-hoc. Consiste en entregar un mensaje de datos a todos los nodos de la red (broadcasting) o, de forma m\u00e1s com\u00fan, a todos los nodos que se sit\u00faan en una regi\u00f3n geogr\u00e1fica dada (geocasting o geobroadcasting). Debe implementarse seg\u00fan los requisitos de escalabilidad para redes ad-hoc que ya hemos mencionado. Adem\u00e1s, la diseminaci\u00f3n de datos debe ser confiable, entendiendo por tal que todos los nodos que deben recibir el mensaje lo reciban realmente. Este tipo de comunicaci\u00f3n es de m\u00e1xima relevancia para muchos servicios espec\u00edficos de redes ad-hoc. Por ejemplo, los protocolos de enrutamiento manet emplean diseminaci\u00f3n de datos para propagar informaci\u00f3n topol\u00f3gica de la red. En el caso de las vanet, existen multitud de aplicaciones que van desde los servicios de seguridad en carretera a la gesti\u00f3n del tr\u00e1fico. As\u00ed, un veh\u00edculo puede diseminar un mensaje a lo largo de una zona geogr\u00e1fica para alertar de que ha ocurrido un accidente, o de que determinadas calles se encuentran congestionadas de tr\u00e1fico (los receptores del mensaje pueden elegir una ruta alternativa menos saturada).  para analizar el problema de la diseminaci\u00f3n de datos, modelamos las redes con topolog\u00eda din\u00e1mica como grafos evolutivos. Esto nos permite introducir el concepto de la estructura m\u00ednima de broadcasting, una construcci\u00f3n matem\u00e1tica que representa la soluci\u00f3n \u00f3ptima, en t\u00e9rminos de n\u00famero de transmisiones, de una tarea broadcast en una red din\u00e1mica. Demostramos que obtener dicha estructura \u00f3ptima es un problema np, de forma que las soluciones en redes reales deben ser de naturaleza heur\u00edstica. La definici\u00f3n que proporcionamos puede ayudar a dise\u00f1ar futuros algoritmos para el problema de broadcasting en redes ad-hoc. En esta tesis, la empleamos para definir la clase de complejidad del problema de diseminaci\u00f3n de datos y para desarrollar un algoritmo de exploraci\u00f3n que encuentra la soluci\u00f3n \u00f3ptima. Dicho algoritmo sirve como la cota superior en cuanto a eficiencia que se puede obtener por una heur\u00edstica, y lo utilizamos para compararlo en redes peque\u00f1as con nuestro protocolo distribuido para broadcasting de datos: absm. Absm es un protocolo muy eficiente, confiable y escalable para la diseminaci\u00f3n de datos broadcast en vanet y manet. Es una soluci\u00f3n &quot;localizada&quot; en el sentido de que cada nodo decide por s\u00ed mismo si debe retransmitir o no un mensaje de datos, y para ello s\u00f3lo utiliza informaci\u00f3n local. Hemos analizado absm de forma exhaustiva en simulaciones realistas de diferentes escenarios vehiculares, adem\u00e1s de en pruebas de laboratorio y experimentos de campo con veh\u00edculos reales. En los resultados obtenidos se muestra que absm proporciona mayor confiabilidad que otras aproximaciones existentes en la literatura. Adem\u00e1s, al mismo tiempo reduce dr\u00e1sticamente la sobrecarga de la tarea broadcast. Por \u00faltimo, no aumenta el retardo de la diseminaci\u00f3n de datos, a pesar de que no ha sido dise\u00f1ado con este objetivo en mente.  aunque las redes ad-hoc pueden operar por s\u00ed mismas sin requerir que exista infraestructura de red desplegada, hay muchas situaciones en que una mezcla de comunicaciones ad-hoc y basadas en infraestructura es al mismo tiempo posible y deseable. La red ad-hoc necesita al menos una pasarela que pertenezca a ambas redes y act\u00fae como un punto de conexi\u00f3n a la infraestructura. A este tipo de redes se les suele llamar redes ad-hoc h\u00edbridas. Por ejemplo, un grupo de personas que lleven dispositivos con capacidad de comunicaci\u00f3n pueden crear una manet entre ellos que est\u00e9 conectada en alg\u00fan punto con una pasarela a internet. Esto incrementa la cobertura radio efectiva del acceso a internet, mientras que el proveedor de servicios de internet (psi) se ahorra el despliegue de nueva infraestructura. En el escenario militar o de rescate, la conectividad con internet permite enviar informaci\u00f3n en tiempo real al cuartel general para dar soporte a la toma r\u00e1pida de decisiones. En el caso de los servicios vanet, la presencia de infraestructura es tambi\u00e9n muy importante. Ella propicia que servicios de seguridad como un sistema post-accidente puedan enviar de forma inmediata un mensaje al centro de emergencias m\u00e1s cercano con informaci\u00f3n acerca de la localizaci\u00f3n y gravedad del siniestro. Adem\u00e1s, permite que se implementen comunicaciones veh\u00edculo-a-veh\u00edculo en redes vehiculares dispersas. Por ejemplo, un veh\u00edculo podr\u00eda intentar entregar un mensaje a todos los que se encuentren en un \u00e1rea determinada para avisarles de que una calle colindante est\u00e1 saturada de tr\u00e1fico. Mientras el mensaje avanza a trav\u00e9s de la vanet, \u00e9ste podr\u00eda llegar a un punto en que no existan m\u00e1s veh\u00edculos en la direcci\u00f3n de la propagaci\u00f3n del mensaje. Si hay soporte de la infraestructura, el mensaje puede ser encaminado a trav\u00e9s de la red del operador e inyectado de nuevo a la vanet en una localizaci\u00f3n diferente, donde la propagaci\u00f3n puede continuar.  de esta forma, las redes ad-hoc pueden beneficiarse del soporte de la infraestructura de red: se habilitan nuevos servicios, y se complementan los que ya se han dise\u00f1ado. Para llevar a cabo comunicaciones en redes ad-hoc h\u00edbridas, la pasarela es el elemento clave que une ambas redes. Todas las comunicaciones entre la red ad-hoc y la de infraestructura pasan por una pasarela. Por tanto, cada nodo en la red ad-hoc que necesite comunicarse con la infraestructura debe estar al tanto de las pasarelas disponibles. \u00e9stas no pueden ser configuradas a mano en cada nodo dada la naturaleza espont\u00e1nea y no planificada de las redes ad-hoc. As\u00ed, un mecanismo autom\u00e1tico conocido como protocolo de descubrimiento de pasarelas es necesario. Para ello, las pasarelas env\u00edan mensajes que contienen informaci\u00f3n relevante acerca de ellas mismas (puede verse como un caso particular de diseminaci\u00f3n de datos). Estos mensajes son procesados por los nodos ad-hoc que est\u00e1n interesados en comunicarse con elementos que se hallan fuera de la red ad-hoc. De nuevo en este caso, el protocolo utilizado para el intercambio de mensajes debe adherirse a los requisitos de adaptabilidad, eficiencia y escalabilidad propios de las redes ad-hoc.  nuestra propuesta para manets consiste en un protocolo de descubrimiento adaptable de pasarelas basado en proxies. En \u00e9l se anuncia de forma proactiva la informaci\u00f3n de la pasarela en una porci\u00f3n restringida de la red. Los nodos ad-hoc que se hallan fuera del \u00e1rea proactiva pueden solicitar bajo demanda conectividad con internet. Cualquier nodo que conozca alguna pasarela puede contestar en lugar de ella, reduciendo en enorme proporci\u00f3n la sobrecarga del descubrimiento de la pasarela. El tama\u00f1o de la zona proactiva se adapta de forma din\u00e1mica seg\u00fan las condiciones actuales de la red, evitando as\u00ed la configuraci\u00f3n manual de dicho tama\u00f1o y permitiendo el uso del protocolo en una gran variedad de escenarios gracias a su adaptabilidad. Por medio de un sencillo modelo anal\u00edtico y de un estudio basado en simulaciones, nuestro esquema muestra que es capaz de reducir de forma significativa la sobrecarga del protocolo, en comparaci\u00f3n con otras propuestas que se encuentran en la literatura. M\u00e1s a\u00fan, nuestra soluci\u00f3n escala bien cuando el n\u00famero de fuentes de datos y\/o el de pasarelas en la manet aumenta. Hasta donde nosotros sabemos, \u00e9ste es el primer protocolo de descubrimiento de pasarelas escalable que se propuso en la literatura.  nuestra soluci\u00f3n para manet se centra en proporcionar a los nodos ad-hoc los servicios tradicionales de internet. En el caso de las vanets, algunos servicios env\u00edan mensajes de datos que son tolerantes al retardo por naturaleza. Por tanto, no necesitan cumplir un requisito de retardo demasiado estricto y pueden ser almacenados temporalmente por veh\u00edculos intermedios. Estos veh\u00edculos transportan el mensaje hasta que pueden reenviarlo a alg\u00fan vecino que sea apropiado, de forma que la propagaci\u00f3n contin\u00fae a partir de ah\u00ed. Nuestro protocolo gwdisc explota este paradigma almacena-transporta-reenv\u00eda para desarrollar un descubrimiento de pasarelas en vanet confiable, eficiente y escalable. Esta soluci\u00f3n hereda las principales t\u00e9cnicas empleadas en absm. Por medio de simulaciones realistas, se muestra que gwdisc proporciona mayor rendimiento en distintos escenarios vehiculares que otros esquemas propuestos en la literatura. Adem\u00e1s, experimentos en laboratorio y de campo demuestran que gwdisc es capaz de integrar la red ad-hoc con la de infraestructura.  por otra parte, se espera que las unidades embarcadas en veh\u00edculos est\u00e9n equipadas con varias interfaces de comunicaciones. Adem\u00e1s de las interfaces vanet de corto\/medio alcance, los veh\u00edculos tambi\u00e9n se comunicar\u00e1n a trav\u00e9s de redes celulares. Por tanto, dado un flujo de datos que se origina por una aplicaci\u00f3n en un veh\u00edculo, los protocolos de enrutamiento deben decidir el mejor camino que dicho flujo debe seguir seg\u00fan las necesidades de comunicaci\u00f3n de ese servicio en particular. La decisi\u00f3n que tome el protocolo de enrutamiento puede tener un gran impacto en el servicio. Por ejemplo, si el protocolo de enrutamiento elige la red celular para alcanzar un veh\u00edculo cercano en una aplicaci\u00f3n de diseminaci\u00f3n de avisos, la alerta podr\u00eda llegar demasiado tarde para que el conductor reaccione. En ese caso, el env\u00edo a trav\u00e9s de la vanet hubiera sido m\u00e1s apropiado. Sin embargo, un comunicaci\u00f3n orientada a la conexi\u00f3n con un servidor en internet ser\u00eda probablemente m\u00e1s adecuada para la red celular que utilizar un camino hacia la pasarela de la vanet con la red de infraestructura. En realidad, la mejor opci\u00f3n depende de los requisitos de la aplicaci\u00f3n y del estado actual de la red. Para ayudar al protocolo de enrutamiento en la toma de decisiones, tambi\u00e9n desarrollamos el protocolo gwdisce2e. Consiste en una soluci\u00f3n para vanet que garantiza la existencia de un camino extremo a extremo entre la pasarela y cada veh\u00edculo que est\u00e1 al tanto de ella. Simulaciones realistas muestran que esta caracter\u00edstica puede ser explotada por los protocolos de enrutamiento cuando hay disponible conectividad directa con la red de infraestructura. De esta forma, los flujos de datos sensibles al retardo pueden encaminarse por interfaces alternativas cuando el camino extremo a extremo por la vanet hasta la pasarela no est\u00e1 garantizado.  en general, la investigaci\u00f3n en redes ad-hoc ha carecido de experimentos en bancos de prueba realistas. La mayor\u00eda de art\u00edculos sobre el tema abordaban un problema dado analiz\u00e1ndolo por medio de t\u00e9cnicas anal\u00edticas o por simulaci\u00f3n. A pesar de que \u00e9stas son dos herramientas muy importantes (y que nosotros tambi\u00e9n utilizamos) para proporcionar informaci\u00f3n sobre el problema, pueden llevar a conclusiones err\u00f3neas. Frecuentemente esto se debe a la forma en que las comunicaciones inal\u00e1mbricas se comportan en el mundo real. Suposiciones simplistas en modelos anal\u00edticos y de simulaci\u00f3n pueden condicionar de manera importante el rendimiento del sistema bajo estudio. Este hecho se hizo presente en la comunidad investigadora, y desde entonces se ha trabajo mucho en proporcionar modelos m\u00e1s precisos. Adem\u00e1s, esto propici\u00f3 la aparici\u00f3n de nuevos trabajos en los que se empleaban bancos de prueba y despliegues reales de redes ad-hoc. La experimentaci\u00f3n en vanet es especialmente problem\u00e1tica debido al alto nivel de recursos que consume (veh\u00edculos, conductores, unidades embarcadas, personal t\u00e9cnico, planificaci\u00f3n del experimento). A pesar de esto, nosotros tambi\u00e9n experimentamos con nuestros protocolos de comunicaciones en veh\u00edculos reales bajo situaciones normales de tr\u00e1fico. La motivaci\u00f3n viene dada por partida triple: i) demostrar que nuestros protocolos se pueden implementar y ejecutar en hardware embebido; ii) probar que nuestras soluciones funcionan de forma eficiente en redes reales; y iii) obtener medidas de rendimiento sobre las comunicaciones vehiculares ad-hoc en un entorno realista. Para integrar nuestras soluciones en una plataforma de comunicaciones real, tambi\u00e9n desarrollamos una arquitectura de comunicaciones para redes vehiculares. La arquitectura drive proporciona todos los componentes necesarios para integrar diferentes protocolos de comunicaciones. Dise\u00f1amos la arquitectura y proporcionamos una implementaci\u00f3n, la cual hemos utilizado para probar nuestros protocolos absm y gwdisc en pruebas de laboratorio y experimentos de campo. Dichos experimentos se han llevado a cabo en situaciones normales de tr\u00e1fico a la hora de extraer resultados de rendimiento.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00ab<strong>Entrega de datos escalable en redes m\u00f3viles ad-hoc multi-salto &#8211; aplicaci\u00f3n a protocolos de descubrimiento de pasarelas<\/strong>\u00ab<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Entrega de datos escalable en redes m\u00f3viles ad-hoc multi-salto &#8211; aplicaci\u00f3n a protocolos de descubrimiento de pasarelas <\/li>\n<li><strong>Autor:<\/strong>\u00a0 Francisco Ros Mu\u00f1oz <\/li>\n<li><strong>Universidad:<\/strong>\u00a0 Murcia<\/li>\n<li><strong>Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 06\/07\/2011<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n<ul>\n<li><strong>Director de la tesis<\/strong>\n<ul>\n<li>Pedro Miguel Ruiz Mart\u00ednez<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<li><strong>Tribunal<\/strong>\n<ul>\n<li>Presidente del tribunal: Antonio  fernando Gomez skarmeta <\/li>\n<li>pietro Manzoni (vocal)<\/li>\n<li>alicia Trivi\u00f1o cabrera (vocal)<\/li>\n<li>david Larrabeiti l\u00f3pez (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Tesis doctoral de Francisco Ros Mu\u00f1oz Las redes ad-hoc han emergido como una tecnolog\u00eda clave para comprender el futuro de 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