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Type: Tese de Doutorado
Title: Data dissemination solutions for wireless ad hoc network
Authors: João Guilherme Maia de Menezes
First Advisor: Antonio Alfredo Ferreira Loureiro
First Co-advisor: Aline Carneiro Viana
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Andre Luiz Lins de Aquino
First Referee: Luiz Filipe Menezes Vieira
Second Referee: Raquel Aparecida de Freitas Mini
Third Referee: Rossana Maria de Castro Andrade
metadata.dc.contributor.referee4: Horacio Antonio Braga F de Oliveira
Abstract: As redes ad hoc sem fio têm recebido muita atenção tanto da comunidade científica quanto industrial nos últimos anos em decorrência da capacidade dessas redes em possibilitar a formação de redes espontâneas. Nessas redes, os nós podem cooperar para criar de forma espontânea ambientes de comunicação independentes de infraestruturas de gerenciamento centrais. Como exemplos de redes ad hoc sem fio temos as redes móveis ad hoc (MANETs), redes sensores sem fio (RSSFs) e redes veiculares ad hoc (VANETs), as quais possuem características distintas. A disseminação de dados é uma técnica muito empregada na realização de diferentes tarefas em redes ad hoc sem fio. Por exemplo, tal procedimento tem sido utilizado como um mecanismo de controle no estabelecimento de rotas em protocolos unicast e muilticast, como um mecanismo para a criação de protocolos de replicação e armazenamento de dados, ou simplesmente como um procedimento de comunicação de dados. Os principais objetivos de qualquer solução de disseminação de dados são minimizar o número de pacotes retransmitidos e, ao mesmo tempo, garantir a entrega dos pacotes para o maior número de destinatários. Dada a importância da técnica de disseminação de dados em redes ad hoc sem fio, esta tese investiga, inicialmente, como a disseminação de dados pode ser utilizada na concepção de um mecanismo de replicação e armazenamento de dados para RSSFs. Nesse contexto, propõe-se uma solução de disseminação de dados que depende de um pequeno número de nós sensores poderosos para criar estruturas de replicação e disseminar os dados sensoriados para os nós sensores. Nessa solução, os dados sensoriados são replicados e disseminados para os nós de tal forma que um nó sorvedouro móvel é capaz de visitar um pequeno número de sensores e coletar todos os dados produzidos pela rede. Resultados de simulação mostram que tal solução possui a menor sobrecarga de transmissão de mensagens quando comparada com soluções existentes, no entanto, ao custo de uma pequena piora na eficiência da disseminação e coleta de dados. De todo modo, mostra-se que ao explorar a redundância e correlação de dados inerente às RSSFs, é possível diminuir ainda mais a sobrecarga imposta pelo protocolo e, ao mesmo tempo, garantir uma eficiência na disseminação e coleta de dados comparável às soluções existentes. Em seguida, investiga-se como a disseminação de dados pode ser utilizada como um procedimento de comunicação de dados para reportar eventos para veículos que estão contidos em uma área de interesse em VANETs. Logo, propõe-se um protocolo de disseminação de dados para VANETs em rodovias, o qual é capaz de adaptar-se de forma transparente à condição de tráfego na rede com o objetivo de garantir a entrega dos dados para o maior número possível de destinatários. Resultados de simulação mostram que a solução proposta possui a melhor taxa de entrega de dados em cenários com tráfego esparso, possui o menor atraso na entrega de mensagens, além de ser a solução com a menor sobrecarga de mensagens transmitidas em cenários com tráfego denso. Por fim, mostra-se que o protocolo proposto é robusto a erros de GPS. Uma limitação da solução anterior é sua restrição a cenários de rodovias. Logo, propõe-se um novo protocolo de disseminação de dados que também é capaz de adaptar-se de forma transparente à condição de tráfego na rede em cenários urbanos. Além disso, o protocolo evita os efeitos de sincronização introduzidos pelo novo padrão de comunicação para ambientes veiculares. De forma a garantir um uso justo da largura de banda disponível e evitar a sobrecarga do canal de comunicação, tal solução é capaz de adaptar a taxa com que os veículos inserem os dados na rede. Resultados de simulação mostram que quando comparado a soluções exitentes, o protocolo proposto possui a melhor taxa de entrega de mensagens, o menor atraso e a menor sobrecarga de mensagens transmitidas.
Abstract: Wireless ad hoc networks have gained a lot of momentum in the last few years due to their ability to enable spontaneous networking. In those networks, nodes cooperate in a distributed fashion way to spontaneously establish a communication environment independently of a centralized management infrastructure. Examples of wireless ad hoc network are mobile ad hoc networks (MANETs), wireless sensor networks (WSNs) and vehicular ad hoc networks (VANETs), which have distinct characteristics. Network wide broadcasting or data dissemination is a very common procedure employed in different tasks in wireless ad hoc networks. For instance, such technique has been used as a control mechanism in route establishment of unicast and multicast protocols, as a method to create data replication and storage protocols, or simply as a data comunication procedure. The main goals of any data dissemination solution are to minimize the number of packet retransmissions and to deliver as many packets as possible to the intended recipients. Given the importance of the data dissemination procedure for wireless ad hoc networks, this thesis investigates how data dissemination may be used to build a data replication and storage machanism for WSns. Therefore, we propose a data dissemination solution that relies on a small subset of powerful nodes to create replication structures and dissemante the sensed data to the nodes in the network. In this scheme, the sensed data is intelligently replicated and disseminated to sensor nodes in such a way that a mobile sink can later visit a small subset of nodes to collect the sensed data produced by the whole network. Simulation results show that such solution has the lowest overhead when compared to existing approaches, however is possesses a slightly worse dissemination and collection efficiency. Nevertheless, we also show that by taking advantage of the data redundancy and correlation inherent to WSNs, it is possible to decrease the overhead of the proposed protocol and attain a dissemination and collection efficiency similar to existing approaches. Thereafter, we investigate how data dissemination may be used as a data communication procedure to report events to drives who are inside a region of interest in VANETs. Hence, we proposed a data dissemination protocol for highway VANETs that can seamlessly adapt to the perceived road traffic conditions to deliver messages to intended recipients. Simulation results show that when compared to existing solutions, our approach has the best delivery ratio under sparse traffic, and has both the lowest delay and the lowest overhead under dense traffic. Moreover, we also show tht our solution is robust to GPS erros. A limitation of the previous solution is that it is confined to highway scenarios. Therefore, we propose a new data dissemination protocol that can also seamlessly adapt to the perceived road traffic condition in urban environments. Furthermore, such solution avoids the synchronization effects introduced by the new data communication standard for vehicular networks. In order to enable fair use of the available bandwidth and avoid channel overloading, the protocol adapts the rate at which vehicles insert data into the channel. Simulation results show that when compared to existing solutions, our approach provides the best delivery, the lowest delay and the lowest overhead.
Subject: Computação
Redes de sensores sem fio
Redes de computadores
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/ESBF-9GMKGP
Issue Date: 9-Dec-2013
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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