Mecanismos de aumentación móvil basados en nubes esporádicas de computación para desplegar y soportar servicios en redes vehiculares ad-hoc

Resumo

Los avances tecnológicos en las áreas de las comunicaciones, software y microelectrónica han permitido el desarrollo de dispositivos con grandes prestaciones, portados por la mayoría de personas e inclusive por los vehículos que transitan por las ciudades de todo el mundo. La posibilidad de que las personas y los vehículos puedan estar conectados permite satisfacer necesidades de comunicación, información y entretenimiento. Por una parte, los peatones de la urbe pueden estar en contacto con su círculo social y descargar contenido de Internet; por otra, los vehículos pueden obtener y compartir información referente al tránsito y a su entorno. Contando con unos recursos comunes de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TICs), surge una sinergia que apunta a la formación de redes híbridas de comunicación, como pilares básicos de las ciudades inteligentes del futuro. La conformación de redes de comunicaciones de peatones y vehículos acarrea grandes retos debido, principalmente, a su movilidad. En este sentido, las redes móviles ad-hoc (MANETs) y las redes vehiculares ad-hoc (VANET) han sido propuestas para habilitar las comunicaciones entre dispositivos de manera inalámbrica sin la necesidad de una infraestructura fija. El objetivo principal de esta tesis fue el diseño, implementación y evaluación de un conjunto de mecanismos y procesos que habilitase la compartición de recursos (de computación, de comunicación, de almacenamiento, de sensado, etc.) entre los dispositivos móviles que forman parte de una misma red. Se desarrolló para ello el concepto de nubes esporádicas de aumentación, en las que conjuntos variables de dispositivos colaboran durante cortos periodos de tiempo para soportar de forma confiable el despliegue de un amplio abanico de servicios de comunicación. Para alcanzar el objetivo propuesto fue necesario considerar varios aspectos. El primero de ellos está relacionado con la movilidad de los dispositivos (especialmente los que van a bordo de vehículos), que degrada la confiabilidad y eficiencia de las comunicaciones. Muchos han sido los esfuerzos previos por diseñar algoritmos y protocolos que permitan apuntalar las comunicaciones. Uno de estos esfuerzos fue presentado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quienes definieron el concepto de nodos virtuales, con el propósito de que un grupo de nodos situados dentro de un área geográfica pudiesen emular el comportamiento de un único nodo estático con capacidades mayores que las de aquellos y accesible para todos los demás. En esta tesis se hicieron aportes a este enfoque, necesarios para funcionar correctamente en los entornos más dinámicos. Un segundo aspecto a considerar fue la necesidad de desarrollar un protocolo de encaminamiento que trabajase sobre nodos virtuales y considerase la topología de un centro urbano. De esta forma, el protocolo de encaminamiento aseguraría una comunicación más eficiente y fluida, dando soporte a los procesos y mecanismos destinados para la formación de nubes esporádicas de aumentación. El tercer aspecto que se consideró fue el de establecer propiamente los procesos y mecanismos que permitiesen la formación de las nubes esporádicas y la adecuada compartición de los recursos disponibles dentro de ellas. Ligado a ello, se establecieron esquemas de colaboración para incentivar a los nodos a colaborar en las diferentes tareas asociadas a las comunicaciones y a la compartición de recursos, así como mejorar el rendimiento de la propuesta en lo que respecta al uso del medio de transmisión. Las contribuciones en todas estas áreas fueron validadas a través de simulaciones de servicios de descarga colaborativa, en distintos escenarios y en comparación con esquemas previos, representativos del estado del arte en la materia. El análisis de los resultados mostró que las contribuciones de esta tesis mejoran considerablemente el número de descargas y el tiempo promedio en el cual se consigue un determinado contenido. Estas evidencias dan pie a pensar que el concepto de aumentación aquí elaborado podría convertirse en piedra angular de nuevos servicios de comunicaciones para las ciudades inteligentes en general, y para los sistemas de transporte inteligentes en particular.