Пояснительная записка(21.06) новая (1214932), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

– какие транспортные средства находились в определённом месте в определенное время;

– по какому маршруту двигалась определённая машина в определенный промежуток времени;

– какие машины собирали и хранили данные, представляющие интерес.

1.4 Проблемы сетей VANET

VANET относительно новое направление и потому имеет много проблем, обусловленных спецификой таких сетей, среди основных проблем можно выделить следующие:

– проблема организации связи на канальном уровне модели ОСИ;

– проблема управления движением;

– проблема агрегирования данных;

– проблема кластеризации;

– проблема валидации данных;

– проблема широковещательного распространения данных;

– проблема маршрутизации;

– проблема перегрузки сети;

– проблема обеспечения качества обслуживания;

– проблема сетевой безопасности.

Далее выполнено описание приведённых выше проблем.

1.4.1 Проблема организации связи на канальном уровне модели ОСИ

При разработке протоколов PHY/MAC для VANET следует делать акцент на быстром изменении топологии сети и типах служб, а не на ограничениях мощности или проблемах, связанных с синхронизацией времени. Более того, эти протоколы должны уменьшать задержку получения данных и повысить надежность, что очень важно для приложений безопасности [ CITATION IEE \l 1049 ].

Специально для сетей VANET была выпущена поправка PHY/MAC стандарта беспроводной связи Wi-Fi 802.11, которая известна как Выделенное соединение для коротких дистанций (DSRC) [ CITATION Jia \l 1049 ], также называемая «IEEE 802.11p». Однако технологии 802.11 не могут достаточно эффективно управлять ресурсами на канальном уровне, особенно в случае необходимости рассылки широковещательных сообщений. Обеспечение надежной доставки широковещательных сообщений в VANET затруднено в силу наличия некоторых технических проблем, таких как:

– в случае неудачной передачи широковещательного, нет возможности повторной отправки, так как нет механизма, обеспечивающего обнаружение случае неудачной доставки;

– размер конкурентного окна (Contention Window) не может измениться из-за отсутствия восстановления широковещательных кадров на канальном уровне;

– проблема скрытого терминала существует, потому что не используется обмен запросами на посылку (Request To Send) и разрешениями на посылку (Clear To Send);

– частота коллизий широковещательных кадров увеличивается с увеличением расстояния от отправителя;

– передача широковещательных сообщений в несколько скачков (через несколько узлов), также является проблемой.

Проблемы, упомянутые выше, приводят к ненадёжности широковещательных протоколов, используемых в DSRC. Другой стандарт института инженеров электротехники и электроники (IEEE) – беспроводной доступ в автомобильной среде (WAVE), также известен как IEEE «802.11p». Этот стандарт использует CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий) в качестве базовой схемы для открытия соединений на канальном уровне и использует один канал управления для настройки передачи.

1.4.2 Проблема управления движением

В системе оповещения машин необходимо собирать различные виды информации, чтобы водители могли принимать корректные решения, на её основе. Необходимо обеспечивать прямую передачу аварийных сообщений между машинами, а также доступ к обновлениям цифровых карт и информации о погоде, при помощи базовых станций на обочине дороги или других средств передачи информации. Основная задача управления движением заключается в незаметной для пользователя интеграции нескольких технологий беспроводных сетей, принадлежащих разным категориям, при этом имеющие между собой различия в плане полосы пропускания, территориального покрытия, качества обслуживания, задержки передачи сеанса, поддержки соединений в несколько скачков, поддержки IPV6, масштабируемости в плане служебной нагрузки, и другие. Расширения протоколов маршрутизации ad-hoc не совсем подходят для управления движением VANET. Приложения контроля трафика сильно зависят от протокола маршрутизации, используемого в сети.

1.4.3 Проблема агрегирования данных

Широковещательная информация, передаваемая по принципу флуда (flooding), необходима для распространения информации, связанной с безопасностью. Чтобы избежать заполнения сети служебной информацией, вызванной передачей, требуется использование методов агрегации данных. Агрегация данных является весьма интересным подход к распространению сообщений, суть его заключается в том, что количество передаваемых пакетов уменьшается, за счёт объединения нескольких сообщений, связанных с одним и тем же событием, в одно совокупное сообщение. Например, сообщения, предупреждающие об опасных условиях на дороге, будут получены машиной направляющейся к месту происшествия, причём сразу несколько машин, находящихся неподалёку от места аварии пришлют сообщения, при этом возможно, что эти сообщения будут содержать разные детали происшествия. Далее этот автомобиль должен будет передать эту информацию машинам, расположенным дальше по дороге. Простой протокол, который просто пересылает все сообщения другим машинам, будет крайне неэффективным, поскольку в общем случае будет распространяться много излишней информации. Даже если это не так, можно ожидать, что некоторое обобщение или сжатие связанных сообщений может быть осуществлено и может значительно уменьшить размер отправляемого сообщения, сохраняя при этом все необходимые данные для машин-получателей.

Другим применением является снижение нагрузки на сеть, когда множество автомобилей будут передавать его свое положение и скорость. Простым способом объединения таких данных было бы использование меньшей точности при хранении и передаче координат, а также выбирать регионы большого скопления машин и вместо хранения координат каждой машины достаточно хранить параметры области. Это называется синтаксической агрегацией. Таким образом, встаёт вопрос об аутентификации сообщений, которые обобщают информацию, предоставленную сообщениями, исходящими из других узлов. Это отнюдь не тривиальная задача, потому что необходимо иметь уверенность как в том, что все отдельные сообщения были аутентифицированы, так и в том, что сообщение, содержащее агрегированные данные, аутентифицировано.

1.4.4 Проблема кластеризации

Объединение вычислительных мощностей соседних машин в кластер играет большую роль в обеспечении эффективных, надежных и безопасных соединений. Среди автомобилей без ограничений:

– слишком большое количество автомобилей может вступать в борьбу за полосу пропускания для передачи, таким образом повышая количество коллизий в сети;

– все сообщения могут распространяться без ограничений, что в свою очередь может привести к переполнению сети.

В транспортной сети, где узлы могут быть размещены плотно и выстроены вдоль дорог, обычные стратегии кластеризации могут оказаться неэффективными для формирования эффективных групп и организации транспортных средств в кластерах. Более эффективные методы организации должны быть получены с учетом транспортной среды [ CITATION You \l 1049 ].

Схема формирования кластера должна учитывать пространственно-временной стабильность мобильных узлов, образующих сеть, при формировании кластеров. Узел выбранный в качестве управляющего кластером, должен удовлетворять следующим требованиям:

– расположен близко к центру для территориальной стабильности;

– должен иметь высокий запас энергии по сравнению с другими узлами в кластере.

Также размер кластера должен быть ограничен, и для достижения этого можно ввести следующие требования:

– наложение кластеров друг на друга должно быть минимальным, поэтому сети с повышенной плотностью хорошо подходят для создания кластеров;

– должны соблюдаться ограничения соединений;

– введение оптимального промежутка времени между повторными кластеризациями, и смены управляющего кластера;

– вычисление оптимального размера кластера;

– введение межкластерной и внутрикластерной связи с использованием одного и того же радиоканала;

– ограничение максимального размера кластера;

– балансировка нагрузки и нагрузка ближайших к управляющему узлу машин в случае необходимости передачи информации в несколько скачков.

1.4.5 Проблема валидации данных

В целях удовлетворения требованиям в области производительности в сетях VANET действует соглашение согласно которому, эти сети в значительной степени полагаются на связь вида машина-машина, что в свою очередь предполагает возможность появления в сети вредоносного трафика данных. В то же время легкий доступ к информации, предоставляемый сетями VANET, открывает потенциальные возможности для сложной задачи безопасности – валидации данных. В общем случае валидация может осуществляться следующим образом: узел ищет возможные обоснования собранным данным, заведомо полагая что в сети могут находиться вредоносные узлы. Обоснования, которые согласуются с, выбранной заранее, моделью узла VANET, оцениваются, и обрабатываются дальше в зависимости от полученной оценки. Такой метод генерации и оценки обоснований основан на двух предположениях:

– узлы могут отличать друг от друга по крайней мере некоторые из других узлов;

– аргумент обоснования точно отображает противоречивое поведение в VANET.

1.4.6 Проблема широковещательного распространения данных

Когда данные распространяются в местах, выходящих за пределы диапазона передачи, можно использовать методы маршрутизации, требующие нескольких скачков перед достижением адресата. Однако, при соединении типа машина-машина, это очень сложно из-за высокого уровня подвижности машин в сети, что приводит к частым разрывам соединений и фрагментации данных в тупиковых узлах и кластерах.

Хорошая модель широковещательной рассылки данных VANET должна решать такие проблемы, как разреженная плотность сети, препятствия среды, длинные пути, задержка и так далее [CITATION Man \l 1049 ]. Помимо этого, есть также и такие проблемы как помехи, коллизии пакетов и скрытые узлов, которые могут остановить распространение сообщений во время передачи в несколько скачков. Более того, широковещательная передача в несколько скачков может потреблять значительное количество ресурсов сети из-за ненужных повторных передач. Эти обстоятельства делают проектирование эффективного и надежного механизма распространения сообщений в несколькими скачков очень сложным.

При разработке протоколов для широковещательной рассылки информации рассматриваются три основных аспекта [ CITATION YuB \l 1049 ]:

– требования к приложениям. Приложения для сетей терпимых к задержке (Delay Tolerant Network) не предполагают наличие надежного соединения, но расставляют приоритеты при передачи данных. Они могут указать уровень допуска потери информации в процессе передачи;

– управление ресурсами. Этот аспект включает в себя такие проблемы как организация расписания для ресурсов более низкого уровня (например, канал передачи и скорость передачи), организация расписания для задач верхнего уровня и как распределять ресурсы между задачами для обеспечения сбалансированной нагрузки;

– взаимодействие между машинами. Этот аспект содержит такие проблемы как планирование нескольких задач, ретрансляция пакетов, множественное сетевое кодирование и другие.

1.4.7 Проблема маршрутизации

Маршрутизация в VANETs является довольно сложной задачей ввиду динамического характера сети. Зависимость плотности распределения машин от времени приводит к быстрым изменениям топологии, что делает поддержание данных о маршрутах или их нахождение сложной задачей. Более того, динамическая топология и высокая скорость движения машин, приводит к увеличению помех и повышению задержки доставки пакетов при маршрутизации [ CITATION Fee \l 1049 ]. В силу специфики VANET [ CITATION Cor \l 1049 ], при разработке любого протокола маршрутизации, стараются соблюсти следующие свойства:

– для избежание ресурсов процессора и полосы пропускания, протоколы маршрутизации не должны допускать зацикливания пакетов в сети;

– для улучшения производительности протокола маршрутизации, должна иметься поддержка односторонней связи между узлами, поскольку беспроводная устройства связи могут открыть канал в исключительно одностороннем режиме, в связи с физическими факторами;

– протокол маршрутизации не должен зависеть от некоторого управляющего узла. Он должен поддерживать свободное распределение по территории, чтобы узлы сети могли в любой момент войти или выйти из сети;

– в целях безопасности от протокола маршрутизации требуется обеспечение аутентификации и шифрования данных;

– перегруженности сети можно избежать, предоставляя альтернативные варианты маршрутов в сети;

– для приложений, требующих трафик в режиме реального времени, протокол должен поддерживать некоторый уровень качества обслуживания.

Стоит отметить что учёт всех вышеперечисленных свойств невозможен в одном решении, поэтому и существует большое количество различных протоколов маршрутизации.

1.4.8 Проблема перегрузки сети

Основная цель контроля загруженности сети – наилучшим образом использовать доступные сетевые ресурсы, одновременно предотвращая долговременную загрузку сетевых узлов и ссылок. Для обеспечения эффективной работы сети необходимы подходящие механизмы контроля её загрузки. Обеспечение контроля загруженности в VANET связано с некоторыми специфическими проблемами, вызванными особенностями VANET, такими как высокая скорость движения узлов, высокая скорость изменений топологии, большая вариативность плотности машин и конфигураций различных узлов и так далее.

Методы управления загрузкой сети для VANET с учетом этих недостатков, должны разрабатываться с учётом следующих подходам:

– подход, включающий совместное и адаптивное управление загрузкой сети. Этот подход динамически адаптируется к количеству соседних узлов и контексту VANET, при этом учитывая необходимый уровень метрик качества обслуживания для надежности и задержки передачи информации, особенно для сообщений безопасности и информирования о чрезвычайных ситуациях;

Характеристики

Список файлов ВКР