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L’aumento dell’intensità del traffico nelle strade urbane ed extra urbane rende critico il problema della sicurezza stradale. Non passa giorno senza che i telegiornali diano notizia di incidenti che, talvolta, portano al decesso degli occupanti dei veicoli coinvolti. I costi derivanti sono, però, distribuiti sull’intera collettività. Infatti, le spese per il mantenimento del sistema sanitario nazionale e i premi assicurativi sono, direttamente o indirettamente, sostenuti da tutti i cittadini.
Tuttavia, nonostante l’introduzione di nuovi strumenti legislativi e tecnologici a disposizione delle forze dell’ordine (come, per esempio, l’inasprimento delle sanzioni, l’adozione della patente a punti, i nuovi congegni per rilevare il superamento dei limiti di velocità) la situazione rimane drammatica.
La domanda che ci poniamo è: “Come può aiutarci la tecnologia informatica a rendere più sicuri i nostri spostamenti sulle strade?”
La ricerca scientifica, affrontata dal mondo accademico ma anche da aziende private, su un particolare tipo di reti wireless, le reti ad-hoc, costituisce un imprescindibile punto di partenza per sviluppare un nuovo sistema dedicato all’aumento della sicurezza stradale. In particolare, si tratta di produrre una proposta di pila protocollare per le comunicazioni interveicolari che lavori su una rete ibrida, né puramente ad-hoc né completamente infrastrutturata. Si può, addirittura, supporre che nella fase iniziale non si abbia alcuna infrastruttura fissa e che le trasmissioni siano affidate solo ed esclusivamente ai computer montati sui veicoli.
Se è vero che sui sistemi di comunicazione interveicolare esiste della letteratura scientifica (per esempio [15]) è altrettanto vero che le reti ibride interveicolari sono una novità assoluta. Questo tipo di rete, descritta in dettaglio nel capitolo uno, è idealmente formata da una infrastruttura fissa e da una rete mobile wireless, entrambe che si sviluppano in concomitanza della rete viaria. L’infrastruttura fissa è composta da un insieme eterogeneo di nodi, distinti in base ai compiti a cui sono preposti: ogni nodo può servire da punto di accesso ad internet, da semplice ripetitore (allo scopo di mantenere la connettività della rete), da sensore (per esempio, per diffondere i dati sulle condizioni del manto stradale o quelle del tempo atmosferico) o avere tutte queste funzionalità. La parte mobile wireless della rete ibrida contiene i cosiddetti terminali mobili, cioè dei veicoli (di qualunque tipo) equipaggiati con computer general purpose e sensori di varia natura.
Le reti interveicolari ibride presuppongono un approccio diverso nei confronti dei problemi di accesso al mezzo e di trasporto dei pacchetti, proprio a causa delle peculiari caratteristiche dell’ambiente stradale (discusse nel capitolo uno). Le soluzioni presenti in letteratura sono specifiche per le reti ad-hoc, perciò non direttamente usabili in un contesto così particolare.
L’obbiettivo primario di questa tesi è di progettare un nuovo protocollo di accesso al mezzo specifico per le reti interveicolari ibride. Sarà, dunque, di primaria importanza stabilire cosa sia una rete interveicolare ibrida nonché quali problemi deve affrontare e risolvere.
Dopo un attento esame dei protocolli mac per reti wireless ad-hoc, abbiamo ideato un protocollo che assomiglia ad un reservation alhoa senza il controllore centrale. Una grossa inversione di tendenza rispetto ai blasonati schemi di accesso al mezzo di tipo csma/ca che prevalgono nel mercato delle reti locali wireless.
Il nostro protocollo si basa su uno schema a slot temporali in cui l’informazioni sulla suddivisione degli slot è ricavata dal segnale di sincronizzazione del sistema di posizionamento globale (gps). Gli slot sono raggruppati in frame virtuali. Ogni terminale mobile possiede un solo slot riservato in un frame virtuale ma ha la possibilità di prenotarne altri, purché non siano riservati da altri terminali mobili. Nel suo slot riservato, ogni terminale emette il proprio IST. Lo IST è una struttura di dati che contiene, tra l’altro, le due informazioni essenziali al funzionamento del protocollo: la visione (soggettiva per ogni terminale mobile) della composizione del proprio vicinato e il numero di slot non riservati che esso intende prenotare nel frame virtuale successivo. La dimensione dello IST è pesantemente influenzata dalla cardinalità del vicinato del terminale mobile che lo diffonde. Per questo motivo, il nostro protocollo è dotato di un meccanismo di regolazione della potenza di trasmissione. Una visione generale ma più dettagliata del protocollo si trova nel paragrafo 3.3.
Quali siano le nostre aspettative è presto detto. Il protocollo dovrà supportare le alte velocità di spostamento dei veicoli garantendo una bassa quantità di collisioni, dei brevi tempi di consegna e la capacità di operare in reti con una elevata densità di nodi senza un eccessivo degrado delle prestazioni.
Il documento si articolerà come segue. Il primo capitolo costituisce una introduzione alle reti interveicolari ibride. Individueremo uno scenario applicativo, proporremo un’architettura di rete ed esamineremo le problematiche e gli obbiettivi dello sviluppo di un protocollo di accesso al mezzo specifico per lo scenario esposto. Il primo capitolo è da considerarsi sperimentale perché, in letteratura, non abbiamo trovato alcun materiale che descrivesse, in modo organico e puntuale, né la topologia della rete né una pila protocollare adatta.
Il capitolo due espone due studi riguardo le tecniche di broadcast, esamina alcuni protocolli di accesso al mezzo e le più rappresentative tecniche di controllo della topologia. Il capitolo due si chiude con una comparazione sia dei protocolli di accesso al mezzo, sia dei protocolli di controllo della topologia al fine di individuare possibili spunti per la progettazione del nuovo protocollo.
La fase di progettazione teorica del protocollo è il terzo capitolo. Il capitolo quattro è propedeutico allo sviluppo del codice C++ con cui sono state eseguite le simulazioni. Infatti, in esso troviamo:
· la descrizione del modello di traffico veicolare che abbiamo realizzato ed usato nelle simulazioni;
· la descrizione di come abbiamo esteso GeNeSi, il simulatore creato del dott. Nidito nel nostro dipartimento, con il supporto per le reti wireless e con il modello di traffico veicolare;
· i risultati delle simulazioni (sotto forma di grafici per una migliore comprensione).
Le conclusioni, gli spunti per future ricerche e il da farsi sono l’argomento del quinto capitolo.
Il documento di tesi si conclude con cinque appendici e la bibliografia. L’appendice A enuncia i software usati per lo sviluppo del codice C++. L’appendice B contiene le istruzioni per l’installazione del software per le simulazioni e un piccolo manuale di riferimento delle classi C++. L’appendice C documenta i problemi del software conosciuti. L’appendice D contiene, in forma tabellare, i dati da cui sono stati ricavati i grafici del capitolo quattro. L’appendice E riporta il codice C++.