Pilha de protocolo tˆem que lidar com diversos desafios, considerando ve´ıculos pr´oximos e equipamentos fixos na rodovia. Faremos um estudo sobre cada camada da pilha de protocolo.
Camada F´ısica
Os protocolos da camada f´ısica tem que considerar os efeitos gerados pela movimenta¸c˜ao dos n´os, como o Efeito Doppler e Desvanecimento m´ultiplo.
Redes V2V experimentais tem utilizado ondas de r´adio com frequˆencia alta. Isto, porque ondas de banda VHF permitem conex˜oes a longa distˆancia, mas somente a baixas velocidades. DSRC (Dedicated Short-Range Communication) ´e uma faixa de frequˆencia de m´edio e curso alcance que tem sido aplicado em redes VANETs. Essa banda opera na faixa de 5.9GHz, com varia¸c˜oes em diversos pa´ıses, e permite comunica¸c˜ao entre ve´ıculos com velocidade de at´e 200 km/h, em uma faixa de distˆancia de 300m a 1km, chegando a uma taxa de transferˆencia de dados que varia de 6Mbps a 27Mbps. A banda DSRC ´e divida em 7 canais de comunica¸c˜ao, onde 1 deles ´e dedicado a transmiss˜ao de informa¸c˜oes de seguran¸ca e outros 6 a transmiss˜ao de dados. As mensagem transmitidas pela banda tem diferentes prioridades, onde as mensagem de seguran¸ca tem alta prioridade e as de dados tem baixa prioridade.
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Camada MAC
A camada MAC tem que oferecer acesso ao canal de forma integra, eficiente e confi´avel. Os protocolos da camada MAC tem que levar em considera¸c˜ao os tipos de aplica¸c˜oes que podem existir. Tem que oferecer uma conex˜ao confi´avel e com pouca latˆencia para aplica¸c˜oes de seguran¸ca por exemplo, e prever grandes taxas de transmiss˜ao de dados mesmo em momentos em que o cen´ario n˜ao ´e o ideal, pensando em aplica¸c˜oes de mul- tim´ıdia.
O protocolo IEEE 802.11p WAVE surgiu a partir de altera¸c˜oes no conjunto de pro- tocolos do padr˜ao 802.11. O objetivo do IEEE 802.11p WAVE ´e atender os requisitos apresentados em redes V2V e V2I, onde baixa latˆencia e confiabilidade s˜ao extremamente importantes. Por exemplo, ´e desej´avel que ve´ıculos sejam fabricados com sensores inte- grados que sejam capazes de enviar informa¸c˜oes, em meio segundo, com todos os ve´ıculos equipados que estejam em um raio de 500m. WAVE utiliza CSMA/CA como t´ecnica de acesso ao meio para compartilhamento de link.
Em ADHOC MAC prop˜oe o uso do RR-ALOHA (Reliable Reservation ALOHA) que cria uma canal de transmiss˜ao confi´avel BCH (Basic Chanell ) onde cada canal transporta informa¸c˜oes de sinaliza¸c˜ao para resolver problemas de sombra e garantir uma conex˜ao confi´avel, permitindo a inclus˜ao de novos dispositivos a rede. O principal problema ´e que o n´umero de ve´ıculos que conseguem se conectar est´a limitado ao n´umero de slots de tempo que se consegue a partir de um espa¸co de tempo.
Levando em considera¸c˜ao que carros s˜ao restritos a regras de dire¸c˜ao, surge a pos- sibilidade de utiliza¸c˜ao de antenas direcionais para aprimorar a transmiss˜ao entre os ve´ıculos. Visto que, quando temos tr´afego de dados ´e direcional, a interferˆencia de da- dos e o n´umero de colis˜oes ´e reduzido. Com base nesse cen´ario surgiu a proposta de um protocolo direcional para a camanda MAC, o D-MAC (Diretional MAC ). D-MAC prop˜oem dois esquemas semelhantes ao protocolo 802.11 em alguns aspectos. Um pa- cote ACK ´e enviado logo depois dos dados, se um terminal identifica uma transmiss˜ao que n˜ao o pertence ele n˜ao participa dela. D-MAC pode utilizar somente frames RTS direcionais, quanto pode utilizar uma combina¸c˜ao entre frames RTS direcionais e frames RTS omnidirecionais. Em resumo, seu princ´ıpio b´asico ´e que se a comunica¸c˜ao estiver bloqueada para um terminal, ele poder´a se comunicar com algum outro ao qual n˜ao esteja bloqueado. Com isto, diminui-se as colis˜oes a aumenta a reutiliza¸c˜ao de canal.
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Camada de Rede
Duas estrat´egia b´asicas comumente utilizadas em redes wireless multiponto para rotea- mento s˜ao protocolos baseados na topologia e protocolos baseados na posi¸c˜ao. Protoco- los baseados na topologia utilizam informa¸c˜oes dos caminhos de transmiss˜ao, guardando uma tabela de roteamento em cada n´o da rede. Esta topologia pode ser divida em duas, sendo: proativa ou reativa. Protocolos Baseados na posi¸c˜ao assumem que o destino, os n´os vizinhos e a origem s˜ao conhecidos, e podem ser divididos entre: tolerantes a atrasos (DTN), n˜ao tolerantes a atrasos (Non-DTN) e h´ıbridos.
Em princ´ıpio, poderia-se aplicar os protocolos de roteamento AODV (Perkins & Royer 1999) e DSR (Johnson & Maltz 1996) pra VANETs, por´em, a alta velocidade e as r´apidas desconex˜oes fazem com estes protocolos percam muito desempenho. Por outro lado, os protocolos baseados em posi¸c˜ao tˆem demonstrado ser boas propostas para VANETs, pois s˜ao mais robustos e promissores para ambiente altamente dinˆamicos. Al´em disso, eles n˜ao mantˆem informa¸c˜oes de estado, o que os diferencia dos protocolos baseados na topologia.
GPSR (Karp & Kung 2000) ´e um conhecido protocolo de roteamento baseado em posi¸c˜ao para MANETs, por´em ele n˜ao tem bom desempenho em redes veiculares. GPCR (Lochert, Mauve, Fussler & Hartenstein 2005) e GPSRJ+ (Lee, Haerri, Lee & Gerla 2007) s˜ao protocolos baseados em posi¸c˜ao com base no GPSR que foram aprimorados para resolver o problema de rotas em redes veiculares. D-Greedy/D-MinCost (Skordylis & Trigoni 2008) e VADD (Zhao & Cao 2008) s˜ao tamb´em protocolos baseados em posi¸c˜ao aprimorados sob o GPSR para descoberta de rotas em redes veiculares. Basicamente, eles decidem se devem transmitir o pacote ou aguardar por at´e que um n´o melhor de en- caminhamento seja encontrado. No entanto estes protocolos n˜ao consideram informa¸c˜oes importantes, como congestionamento de tr´afego. A-Start (Seet, Liu, Lee, Foh, Wong & Lee 2004) e CAR (Naumov & Gross 2007) fazem entrega de pacotes de forma efici- ente considerando congestionamento de tr´afego, ambos s˜ao otimizados para lidar com problema de conectividade, por´em n˜ao s˜ao projetados para trabalhar com aplica¸c˜oes sens´ıveis a atraso. PROMPT (Jarupan & Ekici 2010) ´e um protocolo de comunica¸c˜ao de cruzamento de camadas baseado em posi¸c˜ao consistente a atraso que melhora a conex˜ao fim a fim utilizando mensagens geradas por ve´ıculos enquanto propagam informa¸c˜oes de sinal (estado da rede).
O desempenho de protocolos de roteamento depende de diferentes fatores, tais como modelo de mobilidade veicular, a divulga¸c˜ao de dados, o tr´afego de dados e layouts de
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estrada. Dissemina¸c˜ao de dados pode melhorar significativamente a taxa de entrega de dados se, por exemplo, buffers de dados est˜ao localizados nas interse¸c˜oes das estradas.
Camada de transporte
Como mencionado, redes veiculares s˜ao caracterizadas por frequentes desconex˜oes e mu- dan¸cas r´apidas de topologia. Em contraste com outras redes m´oveis, por´em, tamb´em tem um padr˜ao de mobilidade. As frequentes desconex˜oes faz com que os protocolos TCP e UDP n˜ao seja uma boa op¸c˜ao. Muitas das aplica¸c˜oes unicast requerem servi¸cos confi´aveis para entrega de dados, semelhante ao TCP, para isto o protocolo VTP (Vei- cular Transport Protocol ) (Schmilz, Leiggener, Festag, Eggert & Effelsberg 2006) utiliza dados estat´ısticos para melhorar o desempenho quando uma conex˜ao ´e interrompida, garantindo certa confiabilidade para aplica¸c˜oes unicast. MCTP (Mobile Control Trans- port Protocol ) seus princ´ıpios s˜ao baseados em protocolos TCP para redes ad hoc, mas ´e aprimorado para oferecer QoS em comunica¸c˜ao fim-a-fim entre ve´ıculos e hosts na internet atrav´es de uma infraestrutura rodovi´aria.
Estes protocolos para VANETs s˜ao baseados em aplica¸c˜oes unicast, por´em muitas aplica¸c˜oes veiculares s˜ao multicast, e a proje¸c˜ao de um protocolo para este fim ´e um desafio.
Camada de aplica¸c˜ao
Os protocolos na camada de aplica¸c˜ao devem prever uma pequeno atraso fim a fim, isto, para garantir que um motorista seja notificado a tempo sobre eventos recentes na rodovia. Outras aplica¸c˜oes tamb´em podem ser previstas na camada de aplica¸c˜ao, como protocolos para aplica¸c˜oes de multim´ıdia, de marketing e de venda de produtos. VITP (Veicular Information Transfer Protocol ) ´e um protocolo da camada de aplica¸c˜ao projetado para suportar o estabelecimento de um infraestrutura de servi¸cos distribu´ıdos sobre redes ad hoc, semelhante ao HTTP.