Performance evaluation of realistic scenarios for vehicular ad hoc networks with CityMob and NCTUns simulators

Abstract

Català: El continu creixement del parc automobilístic a nivell mundial ha obert noves oportunitats de negoci i noves necessitats de seguretat viària. La mobilitat constant dels individus i la necessitat d'estar sempre connectats fa de l'estudi de les possibilitats de connectivitat i transmissió d'informació entre vehicles un dels principals objectius dels fabricants de cotxes. Els costos socials que acompanyen aquest avanç augment dels accidents, saturació de les ciutats, contaminació, etc. Posen de manifest la necessitat d'augmentar la seguretat dels automòbils mitjançant la transmissió d'informació sobre l'estat del trànsit i carreteres fent també interessant l'estudi de les VANETs (xarxes ad hoc vehiculars) per part de les autoritats i l'Administració. El projecte comença fent un resum de la situació actual dels estudis sobre VANETs, especialment en el camp de la simulació. A causa de l'elevat cost que suposa implementar els sistemes de transmissió necessaris per a realitzar estudis d'aquestes xarxes vehiculars, la recerca de situacions el més reals possibles per obtenir els resultats més fiables fan de les simulacions una eina bàsica per a l'estudi d'aquest tipus de xarxes de comunicació. Per a la implementació i estudi d'aquestes simulacions són necessàries dues eines bàsiques: un simulador de moviment que s'encarregui de simular de la forma més realista possible el moviment dels vehicles sobre un escenari preestablert, i un simulador de xarxa, amb el qual es puguin dissenyar els esquemes de comunicació entre els vehicles i les característiques físiques de les transmissions. En el nostre cas, el simulador de moviment escollit és el CityMob [29] i el simulador de xarxa el NCTUns [31]. La majoria dels simuladors de mobilitat existents estan adaptats al simulador de xarxes NS-2 [65]. El nostre simulador NCTUns presenta millors característiques que l'NS-2 en el camp de les VANETs. És per això que sorgeix la necessitat d'adaptar els simuladors de moviment al nostre simulador de xarxa. En el projecte s'ha desenvolupat un programa que fa precisament aquesta funció, adaptar les dades sobre la mobilitat dels nodes extrets de qualsevol simulador de moviment compatible amb el NS-2 al NCTUns. Utilitzant el programa traductor hem pogut implementar escenaris de xarxes vehiculars realistes en el simulador de xarxa NCTUns i realitzar diferents simulacions mitjançant les quals hem fet una avaluació de prestacions, hem estudiat les pèrdues, el retard mitjà i el throughput en funció de la velocitat dels vehicles i de diferents models de esvaïments del canal de radio. Els resultats obtinguts s'aproximen als esperats de manera teòrica.

Castellano: El continuo crecimiento del parque automovilístico a nivel mundial ha abierto nuevas oportunidades de negocio así como nuevas necesidades de seguridad vial. La movilidad constante de los individuos y la necesidad de estar siempre conectados hace del estudio de las posibilidades de conectividad y transmisión de información entre vehículos uno de los principales objetivos de los fabricantes de coches. Los costes sociales que acompañan a este avance ? aumento de los accidentes, saturación de las ciudades, contaminación, etc. ? ponen de manifiesto la necesidad de aumentar la seguridad de los automóviles mediante la transmisión de información sobre el estado del tráfico y carreteras haciendo también interesante el estudio de las VANETs (redes ad hoc vehiculares) por parte de las autoridades y la Administración. El proyecto empieza haciendo un resumen de la situación actual de los estudios sobre VANETs, especialmente en el campo de la simulación. Debido al elevado coste que supone implementar los sistemas de transmisión necesarios para realizar estudios de estas redes vehiculares, la búsqueda de situaciones lo más reales posibles para obtener los resultados más fiables hacen de las simulaciones una herramienta básica para el estudio de este tipo de redes de comunicación. Para la implementación y estudio de dichas simulaciones son necesarias dos herramientas básicas: un simulador de movimiento que se encargue de simular de la forma más realista posible el movimiento de los vehículos sobre un escenario preestablecido; y un simulador de red, con el que se puedan diseñar los esquemas de comunicación entre los vehículos y las características físicas de las transmisiones. En nuestro caso, el simulador de movimiento escogido es el CityMob [29] y el simulador de red el NCTUns [31]. La mayoría de los simuladores de movilidad existentes están adaptados al simulador de redes NS-2 [65]. Nuestro simulador NCTUns presenta mejores características que el NS-2 en el campo de las VANETs. Es por ello que surge la necesidad de adaptar los simuladores de movimiento a nuestro simulador de red. En el proyecto se ha desarrollado un programa que hace precisamente esa función, adaptar los datos sobre la movilidad de los nodos extraídos de cualquier simulador de movimiento compatible con el NS-2 al NCTUns. Utilizando el programa traductor hemos podido implementar escenarios de redes vehiculares realistas en el simulador de red NCTUns y realizar diferentes simulaciones mediante las cuales hemos llevado a cabo una evaluación de prestaciones, analizando las pérdidas, el retardo medio y el throughput en función de la velocidad de los vehículos y de diferentes modelos de desvanecimiento en el canal radio. Los resultados obtenidos se aproximan a los esperados de manera teórica.

English: The continued growth of the vehicular fleet has opened new business opportunities and new needs of road safety. The constant mobility of individuals and the necessity of staying connected makes studying the possibilities of connectivity and transmission of information between vehicles one of the main objectives of the cars manufacturers. The social costs that accompany this development ? increase in accidents, congestion of cities, etc. ? increases the needing of improving car safety by providing information on road traffic conditions and also making interesting the study of VANETs (vehicular ad hoc networks) by the authorities and the administration. The project begins by summarizing the current status of research on VANETs, especially in the field of simulation. Due to the high cost of implementing the necessary transmission systems to study these vehicular networks, the search for situations as real as possible to obtain reliable results from simulations makes it a basic tool for the study of such networks communication. For the implementation and study of such simulations is needed two basic tools: a vehicular movement simulator to set up and to simulate in the most realistic way the movement of vehicles on a preset scene, and a network simulator, with which designs the communication patterns between the vehicles and the physical characteristics of transmissions. In our case, the vehicular simulator chosen is CityMob [29] and NCTUns [31] as a network simulator. Most spread vehicular simulators are adapted to NS-2 [65] network simulator. Our network simulator NCTUns has better features than the NS-2 in the field of VANETs. This is why there is a needing to adapt our motion simulator to network simulator. During the project it has been developed a program that does t function, to adjust the data on the mobility of nodes extracted from any motion simulator compatible with the NS-2 to NCTUns. Using translation program we can implement realistic vehicular network scenarios with the network simulator NCTUns and perform different simulations for making a performance evaluation, analyzing packet losses, end-to-end delay and the throughput as a function of the cars? speed and different channel fading models. Obtained results are close to those expected theoretically.