Mobility trace analysis in the design of vehicular networks

Abstract

As redes veiculares surgiram como uma tecnologia promissora para comunicação eficiente de dados em sistemas de transporte e cidades inteligentes. Ao mesmo tempo, a popularização de dispositivos com sensores acoplados permitiu a obtenção de um grande volume de dados com informações espaço temporais provenientes de diferentes entidades. Nesse contexto, enfrentamos uma quantidade significativa de dados de mobilidade veicular (rastros de mobilidade) sendo registrada. Esses rastros fornecem oportunidades sem precedentes para entender a dinâmica da mobilidade veicular e desenvolver soluções baseadas em dados. Por exemplo, é possível observar a natureza da topologia da rede ou propor protocolos de roteamento analisando os movimentos históricos de veículos em uma cidade. Neste trabalho, exploramos as aplicações práticas de rastros de mobilidade no design de redes veiculares. Começamos identificando as principais características de rastros de mobilidade veicular publicamente disponíveis, utilizando uma lista de critérios e realizando uma caracterização. Também abordamos a questão de inconsistências nesses rastros, propondo duas soluções que não apenas corrigem essas inconsistências, mas também demonstram seu impacto no design de redes veiculares. Adicionalmente, propomos dois frameworks para gerar rastros de mobilidade de ônibus de alta qualidade, os quais podem ser inestimáveis na simulação de redes veiculares e em estudos de mobilidade urbana. Além disso, buscamos identificar as peculiaridades da topologia de redes veiculares obtidas a partir de rastros de mobilidade do mundo real. Para isso, realizamos várias análises que mostram os pontos fortes e fracos de abordagens que consideram a perspectiva dinâmica da rede. Revelamos e modelamos como a dinâmica da mobilidade impacta redes veiculares compostas por ônibus e a formação de nuvens veiculares. Por fim, desenvolvemos protocolos de roteamento que consideram características extraídas da mobilidade dos veículos no processo de roteamento de mensagens na rede. Por meio de simulações baseadas em rastros de mobilidade realistas, mostramos a aplicabilidade e viabilidade desses protocolos em termos de latência, taxa de entrega e sobrecarga.