Mecanismo de handoff definido por software com suporte à técnica de multihoming para redes veiculares heterogêneas

Abstract

As VANETs (Vehicular Ad Hoc Networks) são redes sem fio que visam suportar aplicações e serviços como entretenimento, controle de tráfego rodoviário e segurança para passageiros de veículos no âmbito dos Sistemas de Transporte Inteligente (ITS – Intelligent Transportation Systems) para as cidades inteligentes. As VANETs viabilizam processamento e comunicação direta entre veículos e com a infraestrutura de comunicação disposta ao longo das rodovias. Esta rede é altamente dinâmica tanto pelas características do meio sem fio quanto pela mobilidade dos veículos. Dessa forma, procedimentos efetivos de handoff ou handover, isto é, a transferência de conexão de uma sessão em andamento entre estações rádio-base, são de vital importância para a continuidade do fornecimento de conteúdo enquanto os veículos se locomovem. Em razão da característica peculiar das VANETs, o gerenciamento de mobilidade é uma tarefa desafiadora em termos de garantias de QoS (Quality of Service) e QoE (Quality of Experience) para aplicações de tempo real e não real, sobretudo em ambientes de redes heterogêneas com diversas tecnologias de acesso sem fio (por exemplo, LTE e 802.11p). Nesse contexto, esta dissertação propõe um mecanismo de handoff para cenários veiculares baseados em redes de acesso heterogêneas com o objetivo de assegurar requisitos de QoS e QoE exigidos por aplicações de tempo real e não real. A estratégia proposta aplica o AHP (Analytic Hierarchy Process) nas tomadas de decisões de handoff, levando em consideração parâmetros como: RSSI (Received Signal Strength Indication), velocidade e posição dos veículos e outras informações de contexto. O sistema proposto utiliza o paradigma SDN (Software Defined Networking) para viabilizar a programabilidade do plano de controle, particularmente, em relação ao procedimento de handoff, através da visão global da rede para aplicação das políticas de gerenciamento de mobilidade, com o controlador SDN posicionado na nuvem da operadora ou provedor de acesso da rede veicular. Ademais, a proposta aplica também a técnica de multihoming para garantir que o processo de transferência de conexão ocorra sem interrupções, por meio da transmissão simultânea de pacotes das aplicações por múltiplos caminhos. Para a avaliação de desempenho e dos benefícios da proposta, as tecnologias IEEE 802.11p e LTE (Long Term Evolution), bem como o suporte SDN foram implementados em um modelo de simulação utilizando o simulador de eventos discretos OMNeT++ (Objective Modular Network Testbed in C++). Três aplicações foram consideradas nas avaliações: Navegação Web, além de VoIP (Voice over Internet Protocol) e streaming de vídeo, como aplicações de tempo real. Com base nas simulações realizadas, comparando a proposta com soluções tradicionais, os resultados indicam ganhos de 50% a 99% em relação às métricas de QoS, isto é, atraso fim a fim, perda de pacotes e jitter. Já em relação ao PSNR, métrica de QoE, a superioridade no desempenho obtido pela proposta chegou a 64%.