Os algoritmos para agrupamentos em MANETs tem sido extensiva- mente estudados (SIVAVAKEESAR; PAVLOU, 2002; BASAGNI, 1999; BA- SAGNI et al., 1997; AGARWAL; MOTWANI, 2009). Entretanto, os estu- dos e desenvolvimentos nesta ´area n˜ao contemplam a mobilidade das redes veiculares. O modelo de mobilidade utilizado na maioria das pesquisas em MANETs ´e o Random Waypoint Model (JOHNSON; MALTZ, 1996), o qual considera movimentos randˆomicos para os nodos integrantes da rede.
Em VANETs, de acordo com (HARTENSTEIN; LABERTEAUX, 2010), os ve´ıculos possuem movimentac¸˜ao restrita por vias pr´e-existentes, bloqueios da sinalizac¸˜ao emitida causadas por obst´aculos como pr´edios e ´arvores, que influenciam na taxa de conectividade experimentada por um nodo. A mobili- dade dos ve´ıculos pode ser observada com as seguintes caracter´ısticas:
• O movimento dos ve´ıculos ´e regulado por leis que definem, por exem- plo, a velocidade m´axima e m´ınima permitidas;
• As velocidades dos ve´ıculos exibem grande variac¸˜ao (m´axima e m´ınima) durante a mobilidade nas rodovias;
• Os ve´ıculos s˜ao espacialmente inter-dependentes em seus movimen- tos. Por exemplo, um ve´ıculo A altera sua velocidade para manter uma distˆancia segura do ve´ıculo predecessor B; e
• H´a aspectos estoc´asticos que incluem o excesso de velocidade, ultra- passagem, mudanc¸a de pista e mudanc¸as de velocidade dr´asticas cau- sadas por um acidente ou congestionamento na rodovia.
Outro aspecto diferencial entre MANETs e VANETs s˜ao os desafios enfrentados por este ´ultimo tipo de rede. As VANETs sofrem com problemas de congestionamento causados pelo roteamento em ambientes densos e alta- mente m´oveis. Construc¸˜oes como edif´ıcios e a grande quantidade de ve´ıculos criam sombras de comunicac¸˜ao que resultam em r´apidas mudanc¸as na topo- logia da rede. Al´em disso, as VANETs exigem QoS (Quality-of-Service) para distinguir e priorizar mensagens de seguranc¸a que sejam intolerantes a atraso e mensagens tolerantes a atraso (OLARIU; WEIGLE, 2009).
As particularidades na mobilidade, velocidades e desafios enfrentados justificam estrat´egias diferentes nos algoritmos empregados em VANETs com relac¸˜ao aos utilizados em MANETs.
Recentemente, muitas pesquisas tem dado atenc¸˜ao a agrupamentos em VANETs. A maioria dessas pesquisas concentram-se no desenvolvimento de agrupamentos baseados em protocolo MAC, esquemas de roteamento e es- quemas adaptados de agrupamentos de dados. Agrupamentos baseados em protocolo MAC s˜ao apresentados em (GUNTER; WIEGEL; GROSSMANN, 2007; SU; ZHANG, 2007; BONONI; FELICE, 2007) e agrupamentos basea- dos em esquemas de roteamento s˜ao apresentados em (WIEGEL; G¨uNTER; GROßMANN, 2007) e (SANTOS; SEED, 2003). Um exemplo de agrupa- mento baseado em protocolo MAC ´e descrito em (SU; ZHANG, 2007), no qual um l´ıder assume o papel de gestor e facilita a comunicac¸˜ao dentro do agrupamento, proporcionando uma comunicac¸˜ao seletiva no tempo entre os membros do agrupamento, atrav´es da t´ecnica TDMA (Time Division Multiple Access). Com relac¸˜ao a agrupamentos adjacentes, determinam-se diferentes c´odigos CDMA com o intuito de evitar interferˆencias entre os agrupamentos. Este trabalho mostra uma reduc¸˜ao substancial na probabilidade de falha de entrega de mensagens, quando comparado com o tradicional 802.11 MAC.
Tanto na estrat´egia com protocolo MAC, como em esquemas de rote- amento, a manutenc¸˜ao do agrupamento funciona essencialmente da mesma maneira, na qual os nodos periodicamente transmitem mensagens de HELLO para indicar seu estado atual. Os poss´ıveis estados podem ser uma das se- guintes opc¸˜oes: l´ıder, gateway, membro e indeciso. Um nodo no estado indecisojunta-se ao primeiro l´ıder do qual ele receber uma mensagem de HELLO. Caso o nodo n˜ao receba nenhuma mensagem, ent˜ao ele se tornar´a l´ıder de si mesmo. Al´em disso, os algoritmos tratam a colis˜ao de agrupamen- tos, situac¸˜ao que ocorre quando dois l´ıderes est˜ao dentro do raio de cobertura um do outro. Durante uma colis˜ao, um l´ıder decidir´a ceder seu estado para outro l´ıder. Esta t´ecnica ´e utilizada por (SU; ZHANG, 2007) e (SANTOS; SEED, 2003) sem avaliar a mobilidade dos nodos envolvidos. Em (GUN- TER; WIEGEL; GROSSMANN, 2007), a mobilidade ´e abordada durante a colis˜ao, e o l´ıder vencedor ´e aquele com menor mobilidade relativa e maior
proximidade com seus membros.
As t´ecnicas de agrupamento apresentadas acima oferecem baixa com- plexidade, mas com relac¸˜ao ao ambiente altamente m´ovel das VANETs, estes s˜ao carentes de estabilidade nos agrupamentos referentes a crit´erios, como por exemplo, n´umero de mudanc¸as na lideranc¸a e n´umero de reconfigurac¸˜oes. Os algoritmos n˜ao tˆem uma abordagem pr´o-ativa para a estabilidade do agrupa- mento, na medida em que que eles n˜ao fazem nenhuma tentativa de selecionar um l´ıder est´avel durante o processo de formac¸˜ao. A mobilidade do nodo deve ser levada em considerac¸˜ao, a fim de alcanc¸ar a estabilidade, no entanto mui- tas das t´ecnicas propostas a ignoraram. Um exemplo, ´e o algoritmo apresen- tado em (GUNTER; WIEGEL; GROSSMANN, 2007), no qual a mobilidade ´e considerada como uma medida reativa, na medida em que s´o ´e considerada ap´os dois agrupamentos colidirem.
Outras abordagens s˜ao as estrat´egias adaptadas de agrupamentos de dados e padr˜oes de mobilidades em VANETs, conforme demonstrado em (WOLNY, 2008) e (SHEA, 2009). Em (WOLNY, 2008) prop˜oe-se o al- goritmo MDMAC (Modified Distributed Mobility Adaptive Clustering) que adapta partes de outro algoritmo chamado DMAC (Distributed Mobility Adap- tive Clustering) para atender aos padr˜oes de mobilidade de tr´afego em rodo- vias. A diferenc¸a entre DMAC e MDMAC ´e essencialmente o procedimento realizado quando um nodo encontra um novo nodo ou recebe a mensagem de um l´ıder. Por exemplo, se um nodo A recebe uma mensagem de HELLO de um novo nodo B, ele avaliar´a se este nodo ´e ou n˜ao l´ıder. Caso, B seja l´ıder e com parˆametros melhores que o atual l´ıder de A diferentes procedimentos s˜ao empregados em DMAC e MDMAC. Em DMAC, uma vez atendida as condic¸˜oes anteriores, o nodo A solicita filiac¸˜ao imediatamente. Enquanto que em MDMAC, dois parˆametros essenciais devem respeitar limiares impostos no algoritmo, antes que haja uma requisic¸˜ao de filiac¸˜ao, que s˜ao: i) o tempo de conex˜ao estimado entre os nodos e; ii) o ˆangulo entre os nodos.
Em (SHEA, 2009) ´e proposto o algoritmo APROVE(Affinity PROpa- gation for VEhiclar networks), derivado do Affinity propagation comumente utilizado na formac¸˜ao de agrupamentos de dados e processamento de ima- gem. Esta estrat´egia ´e baseada na ideia de agrupamentos de dados provida por k-means (MACQUEEN, 1967) em conjunto com a ideia de contenc¸˜ao de agrupamento de MOBIC. Neste algoritmo, os nodos enviam mensagens en- tre si, indicando a affinity atual que um nodo tem para escolher outro nodo como seu l´ıder. A similaridade s(i, j) representa qu˜ao adequado o nodo j ´e o exemplardo nodo i. Este algoritmo tenta maximizar s(i, j) para todo nodo i e sua escolha de exemplar j. A mensagem de affinity, utilizada para calcular o valor de similaridade, inclui duas informac¸˜oes essenciais , que s˜ao a availa- bility a(i, j) e a responsibility r(i, j), que indicam o qu˜ao adequado os nodos
podem assumir o papel de l´ıder e membro um do outro, respectivamente. A func¸˜ao de similaridade utilizada em (SHEA, 2009) ´e uma combina- c¸˜ao de distˆancia euclidiana entre posic¸˜oes de nodos no momento do c´alculo e suas respectivas posic¸˜oes (estimadas) no futuro. Al´em disso, todo nodo deve calcular os valores de responsibility e availability para cada um dos seus vizinhos baseado na func¸˜ao de similaridade e periodicamente repassar essas informac¸˜oes para todos eles. Os valores calculados necessitam ser amorteci- dos com valores anteriores para evitar oscilac¸˜oes num´ericas e permitir que o algoritmo convirja.
Entretanto, o Affinity Propagation ´e uma m´etrica memory-less, ou seja, pode alterar completamente entre iterac¸˜oes sucessivas, o que torna o algo- ritmo negativamente afetado pelo armazenamento de valores, o qual pode atrasar respostas para mudanc¸as abruptas na topologia da rede. Portanto, Affi- nity Propagationn˜ao provˆe a estabilidade necess´aria quando este lida com di- versas mobilidades dos ve´ıculos, na qual as conex˜oes possuem curta durac¸˜ao. A seguir apresenta-se uma tabela comparativa entre as propostas de agrupamentos em redes MANETS e VANETs descritas nas sec¸˜oes anteriores. Nesta tabela procura-se indicar as principais caracter´ısticas destes algoritmos.
Tabela 1 – Comparac¸˜ao dos diferentes algoritmos de agrupamentos
Proposta Objetivo Sobrecarga de
comunicac¸˜ao Necessidade de Processamento Utiliza GPS\MAPA Baseada em peso
Lowest-ID Organizar a rede Baixo Baixo N˜ao N˜ao
Highest-Degree Organizar a rede Baixo Baixo N˜ao N˜ao
WCA Organizar a rede M´edio M´edio Sim Sim
MDMAC Organizar a rede M´edio M´edio Sim Sim
APROVE Organizar a rede e
o acesso ao canal
M´edio Alta Sim Sim