Em sistemas de transporte inteligentes, as redes veiculares têm um papel fundamental. Por meio da comunicação sem fio, veículos irão disseminar conteúdo nessas redes para melhorar a segurança e eficiência no transporte, prover aplicações de entretenimento etc. Beaconing, proposto originalmente para aplicações de segurança, é usado neste estudo como uma das maneiras de disseminação de conteúdo, onde o nó emissor insere uma informação em um quadro de beacon, que é propagado em broadcast. A maioria dos estudos da literatura focam na otimização de desempenho de beaconing e utilizam o método de simulação para validação e avaliação. Esta tese explora estratégias de beaconing com validação e avaliação usando método experimental em ambientes reais para resolver problemas relacionados a aplicações cooperativas de localização e posicionamento de veículos. Para tanto, foi implantado um testbed veicular para realização de testes tradicionais, como o de desempenho sobre os parâmetros de comunicação, mas principalmente de novos protocolos que transmitem informações adicionais nos beacons. Os principais resultados são: i) uma aplicação para inferência da distância entre os veículos por meio do sinal recebido de rádio frequência, ii) localização de pontos de interesse para motoristas e passageiros e por fim, iii) verificação da localização do veículo e disseminação de beacons anonimamente. Desta maneira, este estudo demonstrou, por meio de experimentos em ambientes reais, que estratégias de beacons podem ser aplicadas com sucesso para aplicações que usam cooperação para localização e posicionamento em redes veiculares / Vehicular networks play an important role in intelligent transportation systems. Through wireless communication, vehicles can disseminate information to improve transportation safety and efficiency, and provide entertainment applications. Beaconing, first proposed for safety applications, is used in this study as one of the ways to disseminate information, in which the source node adds information to the beacon frame, which is finally propagated in broadcast. Most studies in the literature focus on beaconing performance and optimization using simulations. This thesis explores beaconing strategies, applying experimental methods to validate and evaluate beaconing in real environments, solving problems related to cooperative location applications and vehicles positioning. A vehicular network testbed was developed to perform traditional tests, such as the performance of the communication parameters and to specifically test novel protocols that transmit additional information in the beacons. The key contributions are: i) an application to infer the distance between vehicles via the radio frequency signal received; ii) location of points of interest for drivers and passengers; and iii) location verification of vehicle and anonymous beacon broadcast. In brief, this study demonstrated, through experiments in real environments, that beacon strategies can be successfully applied to problems of location and positioning in vehicular networks

Em sistemas de transporte inteligentes, as redes veiculares têm um papel fundamental. Por meio da comunicação sem fio, veículos irão disseminar conteúdo nessas redes para melhorar a segurança e eficiência no transporte, prover aplicações de entretenimento etc. Beaconing, proposto originalmente para aplicações de segurança, é usado neste estudo como uma das maneiras de disseminação de conteúdo, onde o nó emissor insere uma informação em um quadro de beacon, que é propagado em broadcast. A maioria dos estudos da literatura focam na otimização de desempenho de beaconing e utilizam o método de simulação para validação e avaliação. Esta tese explora estratégias de beaconing com validação e avaliação usando método experimental em ambientes reais para resolver problemas relacionados a aplicações cooperativas de localização e posicionamento de veículos. Para tanto, foi implantado um testbed veicular para realização de testes tradicionais, como o de desempenho sobre os parâmetros de comunicação, mas principalmente de novos protocolos que transmitem informações adicionais nos beacons. Os principais resultados são: i) uma aplicação para inferência da distância entre os veículos por meio do sinal recebido de rádio frequência, ii) localização de pontos de interesse para motoristas e passageiros e por fim, iii) verificação da localização do veículo e disseminação de beacons anonimamente. Desta maneira, este estudo demonstrou, por meio de experimentos em ambientes reais, que estratégias de beacons podem ser aplicadas com sucesso para aplicações que usam cooperação para localização e posicionamento em redes veiculares / Vehicular networks play an important role in intelligent transportation systems. Through wireless communication, vehicles can disseminate information to improve transportation safety and efficiency, and provide entertainment applications. Beaconing, first proposed for safety applications, is used in this study as one of the ways to disseminate information, in which the source node adds information to the beacon frame, which is finally propagated in broadcast. Most studies in the literature focus on beaconing performance and optimization using simulations. This thesis explores beaconing strategies, applying experimental methods to validate and evaluate beaconing in real environments, solving problems related to cooperative location applications and vehicles positioning. A vehicular network testbed was developed to perform traditional tests, such as the performance of the communication parameters and to specifically test novel protocols that transmit additional information in the beacons. The key contributions are: i) an application to infer the distance between vehicles via the radio frequency signal received; ii) location of points of interest for drivers and passengers; and iii) location verification of vehicle and anonymous beacon broadcast. In brief, this study demonstrated, through experiments in real environments, that beacon strategies can be successfully applied to problems of location and positioning in vehicular networks

Vehicular Ad hoc Network (VANET) is a special kind of Mobile Ad hoc Network (MANET) and is a key enabling technology for Intelligent Transportation Systems (ITS). It plays an important role in the deployment of a large scale of both safety and non-safety applications. Among non-safety applications, an important and challenging area is the provision of information about roadside services advertisement and discovery. In this work, we adopted the beaconing strategy and opportunistic vehicular communications to address the problem of roadside services advertisement and discovery on the highways. Our approach offers several advantages over the traditional billboard method, e.g., low cost, targeting a large number of customers in a real time, more control over the advertisement campaign, dynamic content updating, and discovery of services far ahead of the business region. For advertising roadside services, we followed the push-based advertisement strategy and relied on Infrastructure-to-Vehicle (I2V) communications only. On the other hand, for discovering these services by the drivers, we used pull-based advertisement strategy and opportunistic Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications. In order to contribute to the advertisement campaign, we used the store-carry-and-response mechanism. Our first contribution is the Extended Opportunistic Service Discovery Protocol (EOSDP). EOSDP implements and extends the original version of Opportunistic Service Discovery Protocol (OSDP) via simulation experiments. We used Simulation of Urban Mobility (SUMO), Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNET++), and Vehicles in network simulation (Veins) simulators. Our second contribution is Service Advertisement Protocol (SADP). SADP is a lightweight beaconing-based services advertisement protocol for VANETs. It does not require the Internet connection for advertising the roadside services. Moreover, SADP modeling is based on VANETs standard protocols. The performance of SADP was evaluated in a congested highway scenario with varying speed of vehicles and under different broadcast frequencies. Our last contribution is Commercial Services Discovery Protocol (CSDP). Like the previous protocol, CSDP is a lightweight beaconing-based services discovery protocol for VANETs. CSDP is infrastructureless protocol which only depends on opportunistic V2V communications for roadside services discovery. The protocol was implemented in congested highway scenario and extensive set of simulation experiments were performed to evaluate its performance under different parameters, e.g., Query Interval (QI), Query Attempts (QA), and Time to Live (TTL). / Vehicular Ad hoc Network (VANET) é um tipo especial de Mobile Ad hoc Network (MANET) e é uma tecnologia chave para apoiar os Sistemas Inteligentes de Transporte (ITSs). Ela desempenha um papel importante na implantação em grande escala das aplicações do tipo safety e non-safety. Dentre as aplicações non-safety, uma área importante e desafiadora é descoberta e divulgação de informação sobre serviços. Neste trabalho, nós adotamos a estratégia de beaconing e as comunicações veiculares oportunistas para resolver o problema da descoberta e divulgação de serviços ao longo de rodovias. Nossa abordagem oferece várias vantagens em relação aos métodos tradicionais usando painéis, painéis eletrônicos digitais e outdoors, por exemplo. Baixo custo, atinge um grande número de clientes em tempo real, maior controle sobre a campanha de propaganda, atualização dinâmica de conteúdo e descoberta de serviços antes de alcançar a região de negócio são algumas delas. Para a divulgação de serviços ao longo de rodovias, seguimos a estratégia de publicidade push-based e usamos somente comunicações do tipo Infrastructure-to-Vehicle (I2V). Por outro lado, para a descoberta destes serviços pelos motoristas, utilizamos a estratégia de publicidade pull-based e comunicações oportunistas do tipo Vehicle-to-Vehicle (V2V). A fim de contribuir para a campanha de propagandas, foi utilizado o mecanismo store-carry-and-response. Nossa primeira contribuição é o Extended Opportunistic Service Discovery Protocol (EOSDP). O EOSDP implementa e estende a versão original do Opportunistic Service Discovery Protocol (OSDP) via experimentos por simulação. Nós utilizamos os simuladores Simulation of Urban Mobility (SUMO), Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNET++) e o Vehicles in network simulation (Veins). Nossa segunda contribuição é o Service Advertisement Protocol (SADP). SADP é um protocolo leve baseado na estratégia de beaconing para divulgação de serviços em VANETs. Ele não requer conexão com a Internet para anunciar os serviços nas margens das rodovias. Além disso, a modelagem do SADP é baseada no padrão de protocolos VANETs. O desempenho do SADP foi avaliado em um cenário de rodovia congestionada, com velocidades variáveis dos veículos e sob diferentes frequências de comunicação broadcast. Por fim, apresentamos o nosso último protocolo chamado Commercial Services Discovery Protocol (CSDP). Como o protocolo anterior, o CSDP é um protocolo leve para descoberta de serviços baseado em beaconing para VANETs. O CSDP depende somente de comunicações V2V oportunistas para a descoberta de serviços ao longo de rodovias. O protocolo foi implementado no cenário de uma rodovia congestionada e avaliado com um extenso conjunto de experimentos de simulação, sob diferentes parâmetros como, por exemplo, Query Interval (QI), Query Attempts (QA) e Time to Live (TTL).

Vehicular Ad hoc Network (VANET) is a special kind of Mobile Ad hoc Network (MANET) and is a key enabling technology for Intelligent Transportation Systems (ITS). It plays an important role in the deployment of a large scale of both safety and non-safety applications. Among non-safety applications, an important and challenging area is the provision of information about roadside services advertisement and discovery. In this work, we adopted the beaconing strategy and opportunistic vehicular communications to address the problem of roadside services advertisement and discovery on the highways. Our approach offers several advantages over the traditional billboard method, e.g., low cost, targeting a large number of customers in a real time, more control over the advertisement campaign, dynamic content updating, and discovery of services far ahead of the business region. For advertising roadside services, we followed the push-based advertisement strategy and relied on Infrastructure-to-Vehicle (I2V) communications only. On the other hand, for discovering these services by the drivers, we used pull-based advertisement strategy and opportunistic Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications. In order to contribute to the advertisement campaign, we used the store-carry-and-response mechanism. Our first contribution is the Extended Opportunistic Service Discovery Protocol (EOSDP). EOSDP implements and extends the original version of Opportunistic Service Discovery Protocol (OSDP) via simulation experiments. We used Simulation of Urban Mobility (SUMO), Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNET++), and Vehicles in network simulation (Veins) simulators. Our second contribution is Service Advertisement Protocol (SADP). SADP is a lightweight beaconing-based services advertisement protocol for VANETs. It does not require the Internet connection for advertising the roadside services. Moreover, SADP modeling is based on VANETs standard protocols. The performance of SADP was evaluated in a congested highway scenario with varying speed of vehicles and under different broadcast frequencies. Our last contribution is Commercial Services Discovery Protocol (CSDP). Like the previous protocol, CSDP is a lightweight beaconing-based services discovery protocol for VANETs. CSDP is infrastructureless protocol which only depends on opportunistic V2V communications for roadside services discovery. The protocol was implemented in congested highway scenario and extensive set of simulation experiments were performed to evaluate its performance under different parameters, e.g., Query Interval (QI), Query Attempts (QA), and Time to Live (TTL). / Vehicular Ad hoc Network (VANET) é um tipo especial de Mobile Ad hoc Network (MANET) e é uma tecnologia chave para apoiar os Sistemas Inteligentes de Transporte (ITSs). Ela desempenha um papel importante na implantação em grande escala das aplicações do tipo safety e non-safety. Dentre as aplicações non-safety, uma área importante e desafiadora é descoberta e divulgação de informação sobre serviços. Neste trabalho, nós adotamos a estratégia de beaconing e as comunicações veiculares oportunistas para resolver o problema da descoberta e divulgação de serviços ao longo de rodovias. Nossa abordagem oferece várias vantagens em relação aos métodos tradicionais usando painéis, painéis eletrônicos digitais e outdoors, por exemplo. Baixo custo, atinge um grande número de clientes em tempo real, maior controle sobre a campanha de propaganda, atualização dinâmica de conteúdo e descoberta de serviços antes de alcançar a região de negócio são algumas delas. Para a divulgação de serviços ao longo de rodovias, seguimos a estratégia de publicidade push-based e usamos somente comunicações do tipo Infrastructure-to-Vehicle (I2V). Por outro lado, para a descoberta destes serviços pelos motoristas, utilizamos a estratégia de publicidade pull-based e comunicações oportunistas do tipo Vehicle-to-Vehicle (V2V). A fim de contribuir para a campanha de propagandas, foi utilizado o mecanismo store-carry-and-response. Nossa primeira contribuição é o Extended Opportunistic Service Discovery Protocol (EOSDP). O EOSDP implementa e estende a versão original do Opportunistic Service Discovery Protocol (OSDP) via experimentos por simulação. Nós utilizamos os simuladores Simulation of Urban Mobility (SUMO), Objective Modular Network Testbed in C++ (OMNET++) e o Vehicles in network simulation (Veins). Nossa segunda contribuição é o Service Advertisement Protocol (SADP). SADP é um protocolo leve baseado na estratégia de beaconing para divulgação de serviços em VANETs. Ele não requer conexão com a Internet para anunciar os serviços nas margens das rodovias. Além disso, a modelagem do SADP é baseada no padrão de protocolos VANETs. O desempenho do SADP foi avaliado em um cenário de rodovia congestionada, com velocidades variáveis dos veículos e sob diferentes frequências de comunicação broadcast. Por fim, apresentamos o nosso último protocolo chamado Commercial Services Discovery Protocol (CSDP). Como o protocolo anterior, o CSDP é um protocolo leve para descoberta de serviços baseado em beaconing para VANETs. O CSDP depende somente de comunicações V2V oportunistas para a descoberta de serviços ao longo de rodovias. O protocolo foi implementado no cenário de uma rodovia congestionada e avaliado com um extenso conjunto de experimentos de simulação, sob diferentes parâmetros como, por exemplo, Query Interval (QI), Query Attempts (QA) e Time to Live (TTL).

The performance of many protocols and applications of Vehicular Ad hoc Networks (VANETs), depends on vehicles obtaining enough fresh information on the status of their neighbouring vehicles. This should be fulfilled by exchanging Basic Safety Messages (BSMs) also called beacons using a shared channel. In dense vehicular conditions, many of the beacons are lost due to channel congestion. Therefore, in such conditions, it is necessary to control channel load at a level that maximizes BSM dissemination. To address the problem, in this thesis algorithms for adaptation of beaconing to control channel load are proposed. First, a position-based routing protocol for VANETs is proposed and the requirement of adaptive beaconing to increase the performance of the protocol is indicated. The routing protocol is traffic-aware and suitable for city environments and obtains real-time traffic information in a completely ad hoc manner without any central or dedicated control, such as traffic sensors, roadside units, or information obtained from outside the network. The protocol uses an ant-based algorithm to find a route that has optimum network connectivity. Using information included in small control packets called ants, vehicles calculate a weight for every street segment that is proportional to the network connectivity of that segment. Ant packets are launched by vehicles in junction areas. To find the optimal route between a source and destination, a source vehicle determines the path on a street map with the minimum total weight for the complete route. The correct functionality of the protocol design has been verified and its performance has been evaluated in a simulation environment. Moreover, the performance of the protocol in different vehicular densities has been studied and indicated that in dense vehicular conditions the performance of the protocol degrades due to channel load created by uncontrolled periodic beaconing. Then, the problem of beaconing congestion control has been formulated as non-cooperative games, and algorithms for finding the equilibrium point of the games have been presented. Vehicles as players of the games adjust their beacon rate or power or both, based on the proposed algorithms so that channel load is controlled at a desired level. The algorithms are overhead free and fairness in rate or power or both rate and power allocation are achieved without exchanging excess information in beacons. Every vehicle just needs local information on channel load while good fairness is achieved globally. In addition, the protocols have per-vehicle parameters, which makes them capable of meeting application requirements. Every vehicle can control its share of bandwidth individually based on its dynamics or requirements, while the whole usage of the bandwidth is controlled at an acceptable level. The algorithms are stable, computationally inexpensive and converge in a short time, which makes them suitable for the dynamic environment of VANETs. The correct functionality of the algorithms has been validated in several high density scenarios using simulations.

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