CARACTERÍSTICAS

As redes veiculares, ou simplesmente VANET’s (Vehicular Ad hoc NETworks), são uma subcategoria das redes móveis ad hoc (MANET’s – Mobile Ad hoc NETworks). Portanto, consistem de uma rede autoconfigurável e distribuída, sendo composta por nós móveis, ou seja, veículos em movimento. Esse tipo de rede costuma não necessitar de uma infraestrutura fixa para comunicação ou disseminação de informação, entretanto há três tipos de comunicação que podem ser utilizadas: ad hoc puro (V2V – Vehicle-to-Vehicle), infraestruturada (V2I – Vehicle-to-Infrastructure) e a forma híbrida.

Na comunicação V2V, apenas veículos fazem parte da comunicação, atuando como roteadores e transmitindo as mensagens do remetente ao destinatário através de múltiplos saltos. Assim, não há necessidade de um elemento centralizador ou gastos com infraestruturas, porém a conectividade da rede é dependente da densidade da rede e da mobilidade dos nós, podendo interferir no alcance de propagação das mensagens. Diferentemente, a comunicação V2I exige a construção de infraestrutura para suportar as redes veiculares, pois nesse tipo de comunicação, veículos só trocam infomações com as infraestruturas às margens das vias. Essa técnica envolve custos extremamente altos, porém aumenta a cobertura da comunicação e possibilita a integração com outras redes, como a Internet, por exemplo. Por último, a comunicação híbrida busca unir os dois tipos de comunicação já descritos, de forma que um veículo possa trocar informações com outro veículo ou com a infraestrutura. Nesse caso, há ainda a necessidade de pontos fixos de interconexão, porém em quantidades bem menores, o que reduz o custo da rede, aumenta a conectividade, possibilita o fornecimento de serviços de outras redes e mantém as comunicações V2V e V2I.

Apesar de, à primeira vista, as redes MANET’s parecerem ser a solução perfeita para as redes veiculares, há algumas características únicas que as diferenciam e revelam que algumas adaptações devem ser feitas para que possam suportar as VANET’s, as quais incluem:

• Topologia altamente dinâmica:
  Veículos se movem em altas velocidade e podem provocar mudanças constantes na topologia da rede devido a enlaces de curta duração.


• Rede frequentemente desconectada:
  Há a probabilidade da rede perder a conectividade, provocando várias componentes conexas, principalmente em áreas de baixa densidade de nós.


• Energia e capacidade de processamento suficientes:
  Com nós sendo veículos, não há limitação de energia ou armazenamento de dados e estes podem ser capacitados com alto poder de processamento.


• Tipo de comunicação:
  As VANET’s se caracterizam pelo grande tráfego broadcast, sendo contrário à maioria das redes Ad Hoc.


• Mobilidade previsível:
  Ao contrário de MANET’s, onde os nós possuem uma mobilidade aleatória, os nós em VANET’s são limitados a se moverem respeitando as vias de transporte. Portanto, é possível prever a localização do nó com base em sua velocidade e no mapa da via.


• Vários ambientes de comunicação:
  Há diferenças significativas entre os cenários nos quais se dão as comunicações, sendo influenciadas pela existência de obstáculos, pelos sentidos das estradas ou pela densidade dos nós. Consistem basicamente de ambientes urbanos, rurais e rodovias.


• Limites de latência reduzidos:
  Por lidarem com a vida humana e aos enlaces de curta duração, as trocas de mensagens, principalmente aquelas relacionadas à segurança, devem ocorrer num intervalo de tempo extremamente curto, ou seja, essa tecnologia exige uma latência bem reduzida.


• Interação com sensores on-board:
  Os nós costumam possuir grande quantidade de sensores, os quais podem ser usados para dar suporte às decisões das aplicações.

Uma vez que o objetivo é construir uma rede de comunicação entre veículos, é necessário definir qual tecnologia será utilizada. A natureza dessa rede requer uma tecnologia sem fio, porém existem várias, como as redes de celular (LTE, GSM, entre outras), as WLAN’s (Wireless Local Area Networks – 802.11 a/b/g/e/n) e Bluetooth. Dentre as tecnologias mencionadas, as redes de celular apresentam latência inapropriada às comunicações em redes veiculares, além de haver possíveis quedas de conexão, porém não é de toda descartada, pois podem oferecer serviços valiosos para esses ambientes. Quanto às redes locais (WLAN’s), os projetos já existentes da família IEEE 802.11 não suportavam as comunicações V2V e V2I, principalmente porque as redes veiculares possuem características singulares, conforme visto na seção 3, as quais trazem desafios não contemplados na especificação dessas tecnologias. Por fim, as redes construídas sobre a tecnologia Bluetooth também apresentam desvantagens quando aplicadas às redes veiculares, tais como a limitação do número de nós e a baixa taxa de transferência.

Era necessário, portanto, o desenvolvimento de uma tecnologia padronizada e específica para o ambiente veicular. Essa iniciativa começou com a alocação da faixa de comunicação de curto alcance dedicada (DSRC – Dedicated Short Range Communications), em 1999, pelos Estados Unidos, consistindo de 75 MHz na faixa de 5,9 GHz, dividida em 10 canais (Ver Figura 5). Em 2004, o IEEE deu início à uma emenda ao padrão 802.11 para adaptá-lo às requisições das redes veiculares, tornando-se conhecida como 802.11p. Essa emenda define as alterações na camada Física e de Enlace. Quanto às camadas superiores, o grupo IEEE 1609 ficou responsável por desenvolver as especificações. Os padrões IEEE 802.11p e IEEE 1609 definem juntos a arquitetura WAVE (Ver Figura 6).

Dentre os documentos que descrevem a arquitetura, o IEEE P1609.3 especifica os serviços para as camadas de Rede e Transporte. Há a novidade de que o WAVE suporta duas pilhas de protocolo: IPv6 e WSMP (WAVE Short-Message Protocol), isso porque há comunicações de alta prioridade e sensíveis ao tempo e outras em que não os resultados de uma comunicação com maior atraso ou perda não são críticas.

Tal arquitetura deve suportar comunicações V2V e V2I. Para tanto, dois componentes são fundamentais e compõem o sistema WAVE: as unidades de bordo (OBU’s – On-Board Units), localizados nos veículos, e as unidades de acostamento (RSU’s – RoadSide Units), fixos em estruturas às margens das vias, como postes e semáforos. As OBU’s possibilitam a comunicação V2V, realizam o roteamento entre os nós e o controle de congestionamento, fornecem segurança aos dados, utilizam serviços das RSU’s, dentre outras funções. Em suas estruturas, são compostas por um processador de comandos de recursos (RCP – Resource Command Processor) e seus recursos, que incluem uma memória de leitura e escrita, uma interface de usuário e uma interface especializada para conectar a outras OBU’s e um dispositivo para comunicação de curto alcance baseado na tecnologia IEEE 802.11p. Por outro lado, as RSU’s possibilitam a comunicação V2I e hospedam aplicações que ofereçam serviços, tais como acesso à outras redes ou serviços que reunam informações de vários veículos com uma comunicação direta – sem veículos intermediários, reduzindo o atraso das mensagens. Além disso, elas podem aumentar o alcance das redes veiculares retransmitindo as mensagens para outras OBU’s ou RSU’s. São equipadas com um dispositivo de rede para comunicação de curto alcance baseado na tecnologia IEEE 802.11p e pode ser equipada com outros dispositivos de rede para conectá-las à outras infraestruturas de rede.