Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones

INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA
Entornos inteligentes basados en redes
inalámbricas: aplicaciones al transporte,
automóvil inteligente/conectado y seguridad
vial
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
Autores:
José Eugenio Naranjo
Felipe Jiménez
José María Armingol
Arturo de la Escalera
Diciembre - 2008
Este informe ha sido elaborado por CITIC (Círculo de Innovación en las Tecnologías
de la Información y las Comunicaciones), siendo autores del mismo:
•
•
•
•
José Eugenio Naranjo Hernández, Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica
de Informática, Universidad Politécnica de Madrid.
Felipe Jiménez Alonso, Instituto Universitario de Investigación del Automóvil,
Universidad Politécnica de Madrid.
José María Armingol Moreno, Escuela Politécnica Superior, Universidad Carlos
III de Madrid.
Arturo de la Escalera Hueso, Escuela Politécnica Superior, Universidad Carlos
III de Madrid.
Ha colaborado igualmente en su realización:
•
Iván Martínez Salles, técnico de la OTRI de la Universidad Politécnica de
Madrid y miembro de CITIC.
Este trabajo ha sido realizado a petición de la Plataforma Tecnológica Española de
Sistemas con Inteligencia Integrada PROMETEO y definido dentro de las líneas
marcadas en su Agenda Estratégica de Investigación.
El equipo de CITIC que ha participado en la definición y seguimiento del trabajo ha
sido:
Coordinador:
Juan M. Meneses Chaus
Equipo de trabajo:
Ana Belén Bermejo Nieto
Iván Martínez Salles
El equipo de PROMETEO que ha participado en la definición y seguimiento del trabajo
ha sido:
Coordinador:
Juan Carlos Dueñas (UPM)
Equipo de seguimiento:
Félix Cuadrado (UPM)
Joseba Laka (ESI)
Iñaki Larrañaga (Mondragón)
Mikel Uribe (Mondragón)
José Luis González-Conde (Telvent)
Jesús Bermejo (Telvent)
José Carlos Riveira (Telvent)
Todos los derechos están reservados. Se autoriza la reproducción total o parcial de
este informe con fines educacionales, divulgativos y no comerciales citando la fuente.
La reproducción para otros fines está expresamente prohibida sin el permiso de los
propietarios del copyright.
© De los textos: Los autores
© De las Ilustraciones: Autores y fuentes citadas
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Metodología de trabajo
El presente informe de Vigilancia Tecnológica ha sido coordinado por CITIC, el Círculo
de Innovación en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, iniciativa del
sistema madri+d y gestionado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).
Metodológicamente, los informes de vigilancia realizados por CITIC se desarrollan en
las siguientes fases:
La primera fase involucra la definición de la temática y de los factores críticos de
vigilancia. Esta actividad se hace conjuntamente entre el equipo del CITIC y, en este
caso, la Plataforma Tecnológica Española de Sistemas con Inteligencia Integrada
PROMETEO, de acuerdo a las líneas marcadas en su Agenda Estratégica de
Investigación. Una vez cumplida esta etapa, se decide, por un lado, el equipo de
trabajo, en este caso formado por técnicos expertos de la UPM y de la Universidad
Carlos III de Madrid, y por otro, el equipo de seguimiento designado por la Plataforma
PROMETEO, que son un conjunto de empresas, representadas por miembros
destacados de ellas, con experiencia y líneas de negocio en la temática, que deberán
definir, seguir y evaluar el trabajo de Vigilancia Tecnológica.
Tras la formación de los equipos, se procede a la reunión de lanzamiento del trabajo,
cuyo objetivo es aclarar el enfoque idóneo y las líneas prioritarias del estudio. Con las
ideas resultantes de la reunión, se inicia la segunda fase, donde el equipo de trabajo
reúne la información solicitada y considerada de interés por las empresas,
concretando la primera versión del informe que se envía al equipo de seguimiento.
La tercera fase involucra al equipo de seguimiento que, tras analizar el informe, aporta
su opinión y sugerencias sobre el avance del trabajo y, si es el caso, procede a la
redefinición y concreción de algún aspecto referido a los objetivos y perfil de Vigilancia
Tecnológica establecida.
En la cuarta y última fase, el equipo de trabajo elabora la versión final del informe,
añadiendo y completando los comentarios aportados por el equipo de seguimiento y
concluyendo de este modo el trabajo.
Esta metodología favorece la existencia en todo momento de una fluida comunicación
entre el personal que realiza el trabajo y la plataforma PROMETEO, obteniéndose de
ese modo un informe ajustado a las necesidades del cliente. La relación entre el
equipo de trabajo y el equipo de seguimiento está coordinada por el equipo de CITIC,
desde la Universidad Politécnica de Madrid.
3
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
CONTENIDO
METODOLOGÍA DE TRABAJO
3
RESUMEN EJECUTIVO
12
EXECUTIVE SUMMARY
13
1
INTRODUCCIÓN
14
2
VISIÓN TECNOLÓGICA
19
2.1
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES APLICADOS AL
TRANSPORTE
19
ARQUITECTURAS DISPONIBLES
19
2.2.1
CALM
19
2.2.2
CVIS
23
2.2.3
VEHICLE INFRASTRUCTURE INTEGRATION
25
2.2.4
VANET
27
TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS
28
2.3.1
REDES WLAN
30
2.3.2
DEDICATED SHORT RANGE COMMUNICATIONS (DSRC)
38
2.3.3
REDES EN MALLA
41
2.3.4
RFID
44
2.3.5
TELEFONÍA MÓVIL
46
2.3.6
WIMAX
47
2.3.7
COMPARACIÓN ENTRE LOS ESTÁNDARES EXISTENTES
50
2.3.8
SISTEMAS DE COMUNICACIONES INTRA-VEHICULARES
50
2.3.9
SEGURIDAD Y PRIVACIDAD DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS
57
2.2
2.3
3
VISIÓN APLICADA
3.1
59
CIRCULACIÓN SEGURA
60
3.1.1
PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES
60
3.1.2
MODELO DE SEGURIDAD INTEGRADA
62
3.1.3
SISTEMAS DE SEGURIDAD PRIMARIA. SISTEMAS COOPERATIVOS
64
4
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
3.1.4
SISTEMAS DE SEGURIDAD TERCIARIA
72
CIRCULACIÓN INFORMADA / ASISTIDA
76
3.2.1
SISTEMAS DE NAVEGACIÓN
76
3.2.2
MONITORIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DEL TRÁFICO
80
3.2.3
APLICACIONES DE SEGURIDAD FRENTE A ROBOS Y OTROS ACTOS DELICTIVOS
3.2
(SECURITY)
82
3.2.4
SISTEMAS DE DIAGNOSIS REMOTA Y ASISTENCIA
82
3.2.5
INFORMACIÓN AL VIAJERO
85
CIRCULACIÓN EFICIENTE
86
3.3.1
GESTIÓN DEL TRÁFICO URBANO
87
3.3.2
REDUCCIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL
88
3.3.3
TRANSPORTE DE MERCANCÍAS
89
3.3.4
GESTIÓN DE FLOTAS DE TRANSPORTE PÚBLICO
98
3.3.5
PAGO ELECTRÓNICO
98
3.3.6
CONTROL DE LA VELOCIDAD DE LOS VEHÍCULOS
99
3.3
4
ESTUDIO DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA: TENDENCIAS DE I+D
4.1
102
ANÁLISIS DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA EN BASE A LAS PUBLICACIONES
CIENTÍFICAS
103
4.1.1
METODOLOGÍA EMPLEADA
103
4.1.2
EVOLUCIÓN DE LA PUBLICACIÓN CIENTÍFICA
103
4.1.3
INSTITUCIONES DE ORIGEN DE LAS PUBLICACIONES
104
4.1.4
PAÍSES DE PUBLICACIÓN
106
4.1.5
CITACIÓN DE PUBLICACIONES CIENTÍFICAS
107
4.1.6
ÁREAS TEMÁTICAS
108
4.1.7
FUENTES DE PUBLICACIONES
109
4.2
ANÁLISIS DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA EN BASE A LA SOLICITUD DE PATENTES
110
4.2.1
METODOLOGÍA EMPLEADA
110
4.2.2
EVOLUCIÓN DE PATENTABILIDAD
111
4.2.3
INSTITUCIONES SOLICITANTES Y PAÍSES
112
4.2.4
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE PATENTES Y ÁREAS DE APLICACIÓN
113
5
VISIÓN ESTRATÉGICA
116
5
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
5.1
PROYECTOS DEL VI PROGRAMA MARCO
116
5.2
PROYECTOS DEL VII PROGRAMA MARCO
118
6
CONCLUSIONES / OPORTUNIDADES
120
7
ANEXO I. RELACIÓN DE EMPRESAS EN EL SECTOR.
121
7.1.1
EMPRESAS EUROPEAS
121
7.1.2
EMPRESAS AMERICANAS
122
8
ANEXO II. LISTADO DE PATENTES NOVEDOSAS EN EL ÁREA.
124
9
ANEXO III. LISTADO DE PUBLICACIONES NOVEDOSAS EN EL ÁREA.
129
10 ANEXO IV. PROYECTOS DEL VI Y VII PROGRAMA MARCO
132
10.1 PROYECTOS DEL VI PROGRAMA MARCO
132
10.2 PROYECTOS DEL VII PROGRAMA MARCO
157
11 REFERENCIAS
167
6
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
LISTADO DE FIGURAS
Figura 1.1. Distribución por modos de la movilidad de viajeros y mercancías ............. 14
Figura 1.2. Evolución de la movilidad interior interurbana de viajeros en España [1]. . 15
Figura 1.3. Distribución de los viajeros-km en España................................................. 15
Figura 1.4. Esquema general de flujos de información en un entorno ITS [4].............. 17
Figura 1.5. Entorno complejo de circulación con gran número de comunicaciones
simultáneas................................................................................................................... 18
Figura 2.1. Organización de los diferentes interfaces de acceso al medio utilizados en
la arquitectura CALM. Fuente ISO................................................................................ 20
Figura 2.2. Esquema general de la arquitectura CALM. Fuente ISO. .......................... 22
Figura 2.3. Medios de comunicación de CALM utilizados por CVIS. Fuente Proyecto
FP6 CVIS...................................................................................................................... 23
Figura 2.4. Ejemplo de comunicaciones CVIS. ............................................................ 24
Figura 2.5. Esquema general de la arquitectura embarcada CVIS. Fuente Proyecto
FP6 CVIS...................................................................................................................... 25
Figura 2.6. Arquitectura general de la iniciativa VII, junto a los servicios y aplicaciones
que ofrece y todos los actores involucrados en ellos. .................................................. 26
Figura 2.7. Ejemplo de funcionamiento de una VANET. .............................................. 27
Figura 2.8. Distribución de las tecnologías inalámbricas según su ámbito y alcance .. 30
Figura 2.9. Representación gráfica de la problemática del nodo oculto en WiFi.......... 34
Figura 2.10. Ejemplo de transmisión de datos con errores multicamino. ..................... 35
Figura 2.11. Ejemplo de red ad-hoc. ............................................................................ 36
Figura 2.12. Ejemplo de red con punto de acceso ....................................................... 36
Figura 2.13. Arquitectura estándar del sistema DSRC de los Estados Unidos. ........... 39
Figura 2.14. Aplicaciones según el alcance efectivo. ................................................... 41
Figura 2.15. Esquema de una red en malla.................................................................. 42
Figura 2.16. Esquema de una red en malla con protocolo OLSR. ............................... 43
Figura 2.17. El diagrama muestra el típico esquema backscatter para etiquetas RFID,
que son alimentadas utilizando la energía contenida en la onda enviada por el
dispositivo lector (señal eléctrica inducida). ................................................................. 44
7
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 2.18. Una etiqueta RFID empleada para la recaudación con peaje electrónico.
...................................................................................................................................... 45
Figura 2.19. Radiobalizas. Señales de tráfico inteligentes. .......................................... 46
Figura 2.20. Aplicaciones de WiMAX en seguridad pública. ........................................ 49
Figura 2.21. Comparación entre WiFi y WiMAX. Fuente WiMAX Forum. .................... 50
Figura 3.1. Soluciones para la mejora de la seguridad e indicación de las áreas en las
que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3]) ........................................... 60
Figura 3.2. Modelo integrado de seguridad [2]. ............................................................ 63
Figura 3.3. Potencial de los sistemas de seguridad activa y pasiva [2]........................ 64
Figura 3.4. Visión general de las comunicaciones en el entorno viario según el
proyecto europeo CVIS [19]. ........................................................................................ 65
Figura 3.5. Transmisión de información entre vehículos y la infraestructura [20]. ....... 65
Figura 3.6. Áreas de aplicación de las comunicaciones V2V y V2I.............................. 66
Figura 3.7. Escenarios planteados en el sistemas propuesto por GM ......................... 68
Figura 3.8. Ilustración del sistema ACC de Mercedes Benz ........................................ 69
Figura 3.9. Dificultad en la detección de obstáculos [22] ............................................. 70
Figura 3.10. Monitorización completa en el vehículo.................................................... 71
Figura 3.11. Reconocimiento de imágenes y proyección sobre el parabrisas ............. 71
Figura 3.12. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de
navegación en Europa [29]........................................................................................... 77
Figura 3.13. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de
navegación en Estados Unidos [29] ............................................................................. 77
Figura 3.14. Flujo de información en el sistema de diagnosis remota [40]................... 84
Figura 3.15. Soluciones para la mejora del tráfico urbano e indicación de las áreas en
las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])...................................... 87
Figura 3.16. Soluciones para la reducción del impacto medioambiental e indicación de
las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3]) ................. 89
Figura 3.17. Soluciones para la mejora del transporte de mercancías a larga distancia
e indicación de las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de
[3])................................................................................................................................. 90
Figura 3.18. Causas de retraso en reparto de productos alimenticios [39] .................. 91
8
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.19. Influencia del estilo de conducción en las emisiones contaminantes [62]
.................................................................................................................................... 101
Figura 4.1. Evolución de la publicación científica ....................................................... 104
Figura 4.2. Países de origen de publicaciones........................................................... 107
Figura 4.3. Comparación publicación científica vs. calidad ........................................ 108
Figura 4.4. Evolución y crecimiento en la solicitud de patentes ................................. 111
Figura 10.1. Algunos ejemplos de Cybercars............................................................. 132
Figura 10.2. Scan láser............................................................................................... 133
Figura 10.3. Comunicación entre vehículos. .............................................................. 134
Figura 10.4. Vehículo ULTra....................................................................................... 135
Figura 10.5. Interfaz Hombre-máquina....................................................................... 135
Figura 10.6. Implantación en Heathrow...................................................................... 135
Figura 10.7. Convoy inteligente. ................................................................................. 136
Figura 10.8. Controlador............................................................................................. 136
Figura 10.9. Sistema de navegación .......................................................................... 138
Figura 10.10. Sistema de comunicación..................................................................... 138
Figura 10.11. Modulo REPOSIT. ................................................................................ 139
Figura 10.12. Sistemas de comunicación en Moryne................................................. 141
Figura 10.13. Vehículos desarrollados en el marco de Cybercars 2. (a) Vehículo Frog
(b) Robotsoft (c) Serpentine Vehicles (d) Ultra (e) Yamaha. ...................................... 142
Figura 10.14. Sistema Prevent. .................................................................................. 144
Figura 10.15. Interfase MMI........................................................................................ 144
Figura 10.16. Funcionamiento. ................................................................................... 146
Figura 10.17. Arquitectura del proyecto I-Way. .......................................................... 148
Figura 10.18. Capacidades sensoriales del proyecto TRACKSS............................... 150
Figura 10.19. Arquitectura proyecto Coopers............................................................. 152
Figura 10.20. Capacidades de Watch-Over. .............................................................. 153
Figura 10.21. Escenario de trabajo............................................................................. 154
Figura 10.22. Arquitectura Safespot. .......................................................................... 155
Figura 10.23. Arquitectura GST.................................................................................. 157
Figura 10.24. Interrelación entre E-FRAME con COOPERS, CVIS y SAFESPOT .... 161
9
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
10
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
LISTADO DE TABLAS
Tabla 2.1. Servicios proporcionados por la arquitectura CALM. .................................. 22
Tabla 2.2. Descripción de los estándares de IEEE relacionados con tecnologías de
comunicaciones inalámbricas-...................................................................................... 32
Tabla 2.3. Protocolos WiFi 802.11 y sus características técnicas. Fuente IEEE. ........ 37
Tabla 2.4. Características fundamentales de los DSRC. ............................................. 40
Tabla 2.5. Comparación de las características fundamentales de las tecnologías de
comunicación extravehiculares..................................................................................... 50
Tabla 2.6. Características fundamentales de las clases de dispositivos Bluetooth...... 52
Tabla 2.7. Velocidades de transmisión asociadas a las diferentes versiones de
Bluetooth....................................................................................................................... 52
Tabla 2.8. Características de las redes Zigbee para cada frecuencia disponible en la
especificación. Fuente Zigbee Alliance. ....................................................................... 54
Tabla 2.9. Comparación entre los diferentes tipos de red disponibles para
comunicaciones intravehiculares.................................................................................. 57
Tabla 3.1. Evaluación de accidentes sobre los que podría incidir el sistema V2V de GM
(datos del año 2005)..................................................................................................... 69
Tabla 3.2. Efectividad de los paneles de información variable..................................... 86
Tabla 4.1. Términos clave .......................................................................................... 102
Tabla 4.2. Instituciones de origen de publicaciones [2000-2007]............................... 105
Tabla 4.3. Instituciones de origen de publicaciones [2008] ........................................ 106
Tabla 4.4. Áreas temáticas de las publicaciones........................................................ 109
Tabla 4.5. Fuentes de las publicaciones .................................................................... 110
Tabla 4.6. Empresas/centros solicitantes de patentes ............................................... 113
Tabla 4.7. Categorías IPC .......................................................................................... 114
Tabla 4.8. Áreas tecnológicas de clasificación - Derwent .......................................... 115
11
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Resumen ejecutivo
No cabe duda de que una de los mayores desafíos a los que se enfrentan los países
desarrollados y particularmente de España y Europa es la reducción de las altas cifras
de accidentalidad en la carretera y, por supuesto, la disminución de su alto coste en
vidas humanas. En la actualidad mueren anualmente en las carreteras europeas
alrededor de 40.000 personas, suponiendo una enorme pérdida, fundamentalmente
para la sociedad. Esta cifra es particularmente alarmante cuando la comparamos con
la suma de fallecimientos anuales en los demás medios de transporte, que no llega a
10.000 personas. En términos económicos, en Europa se producen anualmente 1.5
millones de accidentes de tráfico, con un coste de 200.000 M€ (2% UE PIB). Además,
el sector del transporte afecta a otros ámbitos como la eficiencia energética. De hecho,
en Europa se producen diariamente más de 7.500 km de retenciones (el 10% de la
red), con un coste de 50.000 M€ (0.5% UE PIB) y se considera que el 20% del
consumo energético total de la UE pertenece a este sector.
Llegados a este punto, la Comisión Europea estableció en 2005 el objetivo estratégico
de reducir para 2010 el número de víctimas en carretera un 50 %, y un 75% para
2025. Para ello estableció una serie de mecanismos como la Iniciativa e-safety, la
plataforma tecnológica ERTRAC o la Iniciativa I2010 “Intelligent Car”. El motivo del
establecimiento de este conjunto de mecanismos se debió a un cambio de filosofía en
el ámbito de la gestión en el transporte; hasta ese momento, la forma habitual de
mejorar el transporte por carretera era la construcción de nuevas infraestructuras. Sin
embargo, en la actualidad, ya prácticamente no existe nuevo terreno para construir y
las existentes están al borde del colapso debido al aumento del número de vehículos.
En consecuencia y para dar solución a esta problemática, se apostó por la aplicación
de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones como medio de dar
solución a la problemática del transporte por carretera y la movilidad, así como para
dar solución a los diversos desafíos planteados. De esta manera han aparecido y
continúan apareciendo una gran variedad de aplicaciones TIC en el automóvil como el
control de crucero, control de crucero adaptativo, aviso de salida de carril, sistemas de
aparcamiento, detección de peatones… entre otros, cuya finalidad es sin duda,
mejorar la seguridad vial así como reducir el número de víctimas en la carretera. El
siguiente salto cualitativo en el desarrollo de este tipo de sistemas es el trascender el
ámbito de un solo vehículo, y crear sistemas que involucren a varios automóviles,
incluso a todos los de una misma área a fin de realizar la denominada conducción
cooperativa. De esta manera, los sistemas basados en redes inalámbricas, han sido
identificados como una tecnología clave para lograr esta conducción cooperativa y que
serán elementos de soporte imprescindibles en la nueva generación de sistemas
inteligentes de transporte que se encuentra en fase de desarrollo.
12
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Executive summary
It is clear that one of the most important challenges faced by the grown countries, and
particularly Spain, is the reduction of the road accident and, consequently, the
decrease of the high cost in human lives. Presently, in European roads annually about
40.000 persons death, supposing an enormous loss for the society. This number is
particularly alarming when we compare it with the sum of annual deaths in other means
of transport, which does not come to 10.000 persons. In economic terms, in Europe 1.5
millions of traffic accidents happen annually, with a cost of 200.000 M € (2 % EU GDP).
In addition, the sector of the transport concerns other areas as the energetic efficiency.
In fact, in Europe there take place every day more than 7.500 km of retentions (10 % of
the road network), with a cost of 50.000 M € (0.5 % EU GDP) and it is considered that
20 % of the energetic total consumption of the EU belongs to this sector.
The European Commission established in 2005 the strategic objective of reducing by
2010 the number of victims in road 50 %, and 75 % for 2025. In order to achieve it, EC
established a series of mechanisms as the E-Safety Initiative, the technological
platform ERTRAC or the Initiative I2010 "Intelligent Car". The reason of establishing
this set of mechanisms is caused by a change of philosophy in the area of the transport
management; up to this moment, the habitual way of improving the road transport flow
was the construction of new infrastructures. However, at present, there are no free
areas to build new roads and the existing ones are at the edge of the collapse due to
the increase of the number of vehicles. In consequence and to give a solution to this
problem, EC stimulated for the application of the Information and Communications
Technologies as way of giving solution to the mobility and road transport problems, as
well as to give solution to the diverse raised challenges. This way a great variety of ICT
applications for automotive field have appeared and continue appearing like, for
example, the cruise control, adaptive cruise control, lane departure warning, parking
aid systems, pedestrians detection systems… which purpose is to improve the road
safety as well as to reduce the number of road victims. The following qualitative jump in
the development of this type of systems is to overcome the standalone vehicle, and to
create systems that are able to involve several cars, even to all those of the same road
area in order to realize the cooperative driving called. This way, the systems based on
wireless networks have been identified as a key technology to achieve this cooperative
driving and that they will be indispensable support elements in the new generation of
intelligent transport systems that are currently under development.
13
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
1 INTRODUCCIÓN
El sector del transporte tiene importantes impactos, tanto positivos como negativos, en
la sociedad actual. Así, se pueden citar algunas cifras que dan un orden de magnitud
del alcance:
-
El 9% de la mano de obra en Europa tiene vinculación con el sector del
transporte.
-
La facturación del sector supone el 20 % del PIB de los países de la Unión
Europea.
Entre los modos de transporte, la carretera absorbe la mayor parte de la movilidad,
sobre todo de pasajeros como se aprecia en la figura 1.1, aunque también un
porcentaje muy relevante de mercancías.
Figura 1.1. Distribución por modos de la movilidad de viajeros y mercancías
En relación con esto último, cabe indicar que la carretera ha absorbido prácticamente
la totalidad del crecimiento de la movilidad de las últimas décadas como se puede
apreciar en las siguientes figuras para el caso de España.
14
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
MILLONES DE VIAJEROS-KM
450.000
400.000
Carretera
Aéreo
Total
350.000
300.000
Ferrocarril
Marítimo
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
0
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Figura 1.2. Evolución de la movilidad interior interurbana de viajeros en España [1].
FERROCARRIL
3%
AVIÓN
4%
MOTOCICLETAS
<1%
AUTOBUSES
12%
TURISMOS
81%
1950
6
14.745·10 viajeros-km
2004
x 31
6
452.732·10 viajeros-km
Figura 1.3. Distribución de los viajeros-km. en España
Según lo anterior, la movilidad en general ha tenido un crecimiento continuo y
sistemático, aunque no constante en el tiempo. Este hecho tiene su justificación en
aspectos como los siguientes, entre otros:
-
Mayor eficacia de los medios de transporte en cuanto a velocidad,
confort, seguridad, etc.
-
La globalización de actividades económicas e industriales.
-
Desarrollo de la telemática y las comunicaciones.
-
Aumento del nivel de vida.
15
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
A su vez, algunas causas que justifican el crecimiento del modo de transporte por
carretera frente a los demás residen, entre otras razones, en el hecho de asociar al
vehículo privado a conceptos de prosperidad y libertad. Además, se tienen aspectos
como el crecimiento de licencias de conducir entre los ciudadanos, la creación de
ciudades-dormitorio, el aumento de tiempo de ocio o el cambio de comportamiento y
hábitos de vida. Por último, los avances en los vehículos privados son muy apreciados
por parte de los usuarios, con lo que el transporte por carretera se muestra mucho
más confortable y adecuado que otros competidores.
Sin embargo, la masificación de vehículos en las carreteras conlleva un conjunto de
efectos negativos, entre los que destacan:
-
Accidentes de tráfico (en 2007 se produjeron más de 100 000 accidentes
con víctimas en España). [1]
-
Emisiones contaminantes locales y de efecto invernadero.
-
Retenciones de tráfico (aproximadamente, el 10 % de la red de carreteras
está afectada de congestión diariamente). [2]
La plataforma ERTRAC (European Road Transport Research Advisory Council), que
involucra a prácticamente la totalidad de estamentos y grupos que intervienen en el
transporte (fabricantes de vehículos, de componentes, administraciones públicas,
usuarios, etc.) presentó en sus líneas estratégicas de actuación en 2008, 4 aspectos
principales [3]:
-
Movilidad urbana.
-
Energía, recursos naturales y cambio climático.
-
Transporte de mercancías a larga distancia.
-
Seguridad en el transporte por carretera.
En este marco, el desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones
TICs aportan una oportunidad clara la mejora de la sostenibilidad del transporte por
carretera [4], pudiéndose ofrecer servicios e implementar sistemas que hace unos
años, sin el desarrollo de estas tecnologías, no podría haber sido posible. La idea
central de estos sistemas radica en un flujo de información entre todos los elementos
involucrados en el transporte. Así, se pueden destacar:
-
Comunicaciones intravehiculares entre los sensores y actuadores.
-
Comunicaciones entre vehículos (V2V).
-
Comunicaciones entre los vehículos y la infraestructura (V2I) de forma
bidireccional.
-
Comunicaciones con unidades centralizadoras de información con los
vehículos o con elementos repartidos por la infraestructura.
16
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Información proporcionada a los usuarios del transporte, no necesariamente
a conductores, sino también a usuarios del transporte público, por ejemplo.
Figura 1.4. Esquema general de flujos de información en un entorno ITS [4].
De esta forma, se está pasando de un vehículo autónomo a un concepto de vehículo
conectado con el resto de usuarios, vehículos e infraestructura, lo que permite la
introducción de sistemas y servicios que conducen a una circulación más segura,
eficiente e informada.
Sin embargo, como ya ha podido observarse en este y otros ámbitos, las mejoras
tecnológicas tienen mayor posibilidad de alcanzar sus objetivos si son
convenientemente aceptadas por el mercado y los usuarios. Por ello, la introducción
de nuevas medidas pasa por estudios de aceptación, cambios de conducta
ocasionados, impactos económicos, etc. Además, se presenta la paradoja de que los
avances provocan una mayor confianza de los usuarios en el transporte, con lo que las
mejoras se ven diluidas al crecer las demandas de movilidad.
Por otra parte, en el ámbito técnico, el entorno del tráfico por carretera es
especialmente complejo, tanto para los sistemas embarcados en los vehículos que
deben interpretar el entorno a partir de una información, en general, parcial, como para
las comunicaciones, al existir un elevado número de nodos accediendo a una red
simultáneamente y con requerimientos de velocidad y seguridad elevados.
17
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 1.5. Entorno complejo de circulación con gran número de comunicaciones
simultáneas
Para paliar todos los aspectos negativos de la masificación de vehículos en las
carreteras antes citados, se han producido avances notables en los últimos años,
muchos de ellos basados en la electrónica, la informática, el control y las
comunicaciones. Así, se ha logrado el desarrollo y la implantación, en muchos casos
(en otros, se está todavía en fases de pruebas), de sistemas de seguridad orientados
a reducir los accidentes de tráfico o las consecuencias de éstos, lo que ha redundado
en cifras globales de siniestros a la baja. También, se han logrado sistemas para
controlar el consumo y la contaminación mediante mejoras en los vehículos en
general, en los sistemas de propulsión, los combustibles o los hábitos de conducción.
Por último, las medidas para paliar la congestión han logrado que los aumentos de
movilidad no tengan que pasar obligatoriamente por aumentos de la infraestructura lo
que sería insostenible a la larga.
En el presente informe se pretenden abordar los siguientes aspectos fundamentales
de la contribución de las TICs en el ámbito del transporte y, más específicamente,
dada su importancia, en el transporten por carretera:
-
Tecnologías de comunicaciones inalámbricas aplicables al transporte,
definiendo su alcance, su grado de desarrollo y aplicaciones.
-
Descripción de los sistemas que se han implantando o se prevé que se
implantarán en el futuro dado el avance de los trabajos en la actualidad,
distinguiendo circulación segura, informada y eficiente, en línea con los
grandes problemas identificados en el transporte por carretera.
-
Proyectos e iniciativas internacionales en este campo en los últimos años,
presentando sus objetivos y logros más relevantes.
Dada la amplitud del tema, se incidirá, sobre todo, en aquellos sistemas embarcados
en los vehículos que supongan una comunicación de éstos con otros vehículos y la
infraestructura, haciendo breves menciones a otros servicios destinados a usuarios del
transporte en general y no sólo a conductores específicamente.
18
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
2 Visión Tecnológica
2.1 Introducción a los sistemas de comunicaciones aplicados
al transporte
Las comunicaciones inalámbricas han sido identificadas como tecnologías clave para
incrementar la seguridad en la carretera y la eficiencia del transporte, de la misma
manera que el acceso móvil a Internet, para asegurar la conectividad ubicua
inalámbrica. El potencial de esta tecnología se ha asentado con el establecimiento de
ambiciosos programas de investigación en todo el mundo, tales como la iniciativa
Europea eSafety, los programas estadounidenses derivados de la Intelligent Vehicle
Initiative y los programas japoneses InternetITS y Advanced Highway Systems (AHS).
El ámbito de los sistemas de comunicaciones inalámbricos en transporte cubre áreas
de interés como comunicaciones móviles, sistemas de transporte o electrónica del
automóvil. A partir de estos componentes, se han desarrollado una serie de
aplicaciones y sistemas como son las comunicaciones Vehículo-Vehículo (V2V),
comunicaciones Vehículo-Infrastructura (V2I) y Vehículo-Persona (V2P), incluyendo
implicaciones en eficiencia del transporte y seguridad, implicaciones en electrónica de
automoción, aspectos de responsabilidad civil o esfuerzos en la realización de
estándares y asignación de espectros electromagnéticos.
2.2 Arquitecturas disponibles
2.2.1 CALM
El Communications, Air Interface, Long and Medium Range (CALM) es una
arquitectura marco de ISO para dar soporte de comunicaciones en entornos móviles,
más específicamente, en todos aquellos relacionados con tecnologías de los sistemas
inteligentes de transporte. CALM está compuesto por una serie de estándares
internacionales en este ámbito, y soporta comunicaciones continuas a través de
distintos interfaces y medios físicos como los IEEE 802.11, 802.11p, 802.15, 802.16e,
802.20, telefonía móvil 2G/3G/4G, o los sistemas propietarios de los programas ITS
nacionales. Más específicamente, los medios físicos utilizados para dar soporte a la
arquitectura CALM son:
•
ISO 21212: 2G Cellular (GSM)
•
ISO 21213: 3G Cellular (UMTS)
•
ISO 21214: InfraRed
•
ISO 21215: M5 (802.11p)
•
ISO 25112: WiMAX (802.16e)
19
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
ISO 25113: HC-SDMA (802.20)
•
ISO xxxxx: Bluetooth (802.15)
•
ISO xxxxx: Ethernet (802.3)
•
DSRC
Figura 2.1. Organización de los diferentes interfaces de acceso al medio utilizados en la
arquitectura CALM. Fuente ISO.
Las aplicaciones fundamentales de CALM son: dar soporte a servicios Internet en
entornos móviles; dar soporte a las aplicaciones ITS nacionales; dar soporte a la
nueva generación de aplicaciones ITS: sistemas de comunicaciones para seguridad en
vehículos y nuevas aplicaciones comerciales basadas en su capacidad de gran ancho
de banda y amplio alcance.
Esta arquitectura define además una serie de servicios para el medio de 5GHz que se
encuentran incorporados a la misma desde el proceso de diseño:
Listado de servicios proporcionados por la arquitectura CALM
CVO - Tractor-Trailer Interface
Traffic Information - Video Transfer Streaming
VSC - RSU to OBU - Low Parking
Structure Warning
CVO - Rollover Warning
Traffic Information - Repair Service Record
VSC - OBU-to-OBU - Pre-crash Sensing
CVO - Electronic Border Clearance
Traffic Information - Vehicle Software
Updates
VSC - OBU-to-OBU - Intersection
Collision Warning
CVO - Weigh Station Bypass Clearance
VSC - OBU-to-OBU - Approaching
Emergency Vehicle Warning
VSC - OBU-to-OBU - Enhanced
Differential GPS Corrections
CVO - Fleet Management
VSC - OBU-to-RSU - Emergency Vehicle
Signal Preemption
VSC - OBU-to-OBU - Highway/Rail
Collision Warning
20
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
CVO - Onboard Safety Data Transfer
VSC - OBU-to-RSU - Intersection
Emergency Vehicle Approaching
VSC - OBU-to-OBU - Vehicle-based Road
Condition Warning
CVO - Tractor-Trailer Matching
VSC - RSU to OBU - Emergency Scene
Data Networking
VSC - OBU-to-OBU - Road Feature
Notification
CVO - Transit Vehicle Data Transfer
VSC - OBU-to-OBU - Emergency Scene
Data Networking
VSC - OBU-to-OBU - Curve Speed
Warning
CVO - Vehicle Safety Inspection
VSC - OBU-to-OBU - Cooperative Collision
Warning
VSC - OBU-to-OBU - Visibility Enhancer
CVO - Drivers Daily Log
VSC - RSU to OBU - Map Downloads and
Updates
VSC - OBU-to-OBU - Electronic Brake
Lights
OTHER SERVICES - Probe Data
Collection
VSC - RSU to OBU - Enhanced Route
Guidance and Navigation
VSC - OBU-to-OBU - Hybrid Intersection
Collision Warning
OTHER SERVICES - Access Control
VSC - RSU to OBU - GPS Corrections
VSC - OBU-to-OBU - Instant (Problem)
Messaging
OTHER SERVICES – Vehicle
Manufacturer Info
VSC - RSU to OBU - Adaptive Headlight
Aiming
VSC - OBU-to-OBU - Blind Merge
Warning
PAYMENTS - Toll Collection
VSC - RSU to OBU - Adaptive Drivetrain
Management
VSC - OBU-to-OBU - Post-Crash Warning
PAYMENTS - ITS Service Payment
VSC - RSU to OBU - Merge Assistant
VSC - OBU-to-OBU - Merge Assistant
PAYMENTS - Other ePayments
VSC - RSU to OBU - Sign Information
(warning assistance)
VSC - OBU-to-OBU - Lane Change
Assistant
PAYMENTS - Rental Car Processing
VSC - RSU to OBU - Point-of-Interest
Notification
VSC - OBU-to-OBU - Left Turn Assistant
PAYMENTS - Parking Payment
VSC - RSU to OBU - Curve Speed
Warning
VSC - OBU-to-OBU - Stop Sign
Movement Assistant
PAYMENTS - Food Payment
VSC - RSU to OBU - Highway/Rail
Collision Warning
VSC - OBU-to-OBU - Cooperative Glare
Reduction
PAYMENTS - Fuel Payment
VSC - RSU to OBU - Animal Crossing
Zone Information
VSC - OBU-to-OBU - Blind Spot Warning
SAFETY - Vehicle-to-vehicle Data Transfer
VSC - RSU to OBU - Low Bridge Warning
VSC - OBU-to-OBU - Platooning
SAFETY – Highway-Rail Intersection
Warning
VSC - RSU to OBU - Work Zone Warning
VSC - OBU-to-OBU - Cooperative
Adaptive Cruise Control
Traffic Information - Audio Transfer Streaming
VSC - RSU to OBU - Stop Sign Warning
VSC - OBU-to-RSU - Infrastructure-based
Traffic Probes
Traffic Information - Map Updates
VSC - RSU to OBU - Keep Clear' Warning
VSC - OBU-to-RSU - SOS Services
Traffic Information - Mobile Internet
VSC - RSU to OBU - Wrong-way Driver
Warning
VSC - OBU-to-RSU - Post-Crash Warning
Traffic Information - Traffic Data
VSC - RSU to OBU - Left Turn Assistant
VSC - OBU-to-RSU - Just-in-Time Repair
Notification
Traffic Information - Traveller Information
VSC - RSU to OBU - Infrastructure
VSC - OBU-to-RSU - Intelligent On-ramp
21
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Intersection Collision Warning
Metering
Traffic Information - Vehicle Registration
(EVI)
VSC - RSU to OBU - Pedestrian Crossing
Information
VSC - OBU-to-RSU - Intelligent Traffic
Lights
Traffic Information - Transit Vehicle Priority
VSC - RSU to OBU - Pedestrian/Children
Warning
VSC - OBU-to-RSU - Blind Merge
Warning
Traffic Information - Diagnostic Data
Transfer
VSC - RSU to OBU - School Zone Warning
Traffic Information - Video Transfer - Block
VSC - RSU to OBU - Stop Sign Movement
Assistance
Traffic Information - Audio Transfer - Block
VSC - RSU to OBU - Traffic Signal
Warning
Tabla 2.1. Servicios proporcionados por la arquitectura CALM.
Los actores que intervienen en los diferentes servicios son las OBU (On Board Units),
estos son los sistemas embarcados en vehículos, y los RSU (Road Side Unit), es
decir, los sistemas instalados en la infraestructura. Los principales servicios que CALM
proporciona están referidos a operaciones con vehículos comerciales (CVO), gestión
de cobros (payment), seguridad (safety), información del tráfico y seguridad en
comunicaciones vehiculares (VSC).
Figura 2.2. Esquema general de la arquitectura CALM. Fuente ISO.
22
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La gran aportación de la arquitectura CALM es que por primera vez todos los actores
que participan en el ámbito del transporte (compañías automovilísticas, compañías de
construcción de infraestructuras, agentes sociales, administración, etc.) han
colaborado para la construcción de un sistema que unifica todos los ámbitos de las
comunicaciones en el transporte, tanto en lo referente a medios físicos como en lo
referente a aplicaciones que dan uso a los citados interfaces.
2.2.2 CVIS
Otra arquitectura disponible para la implementación y desarrollo de sistemas de
comunicaciones embarcados es la arquitectura CVIS. Esta arquitectura se está
desarrollando dentro del proyecto europeo del mismo nombre (Cooperative VehicleInfrastructure Systems). En realidad, esta arquitectura viene derivada de la CALM, de
la que usa su soporte físico y la estructura general. No obstante, su mayor aportación
es la implementación de los diferentes servicios y aplicaciones especificados en CALM
así como la construcción de una serie de demostradores de la viabilidad de este tipo
de sistemas.
Figura 2.3. Medios de comunicación de CALM utilizados por CVIS. Fuente Proyecto FP6
CVIS
De esta manera, se están desarrollando los siguientes servicios que utilizan
comunicaciones vehículo-infraestructura:
•
Aviso de ángulo muerto.
•
Aviso de velocidad en curvas.
•
Aviso de ambulancia.
•
Aviso de paso de paso a nivel, intersección.
23
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
Aviso de semáforo en ámbar.
•
Aviso de paso de túnel bajo.
•
Aviso de cruce de peatones.
•
Aviso de condiciones de la carretera (hielo, lluvia).
•
Aviso de obras en la vía.
De la misma manera, se definen una serie de servicios que envuelve comunicaciones
vehículo-vehículo:
•
Aviso de vehículo con luces de emergencia.
•
Aviso de zona ángulo muerto.
•
Aviso de colisión.
•
Aviso de cambio de carril.
•
Aviso de llamada de emergencia.
•
Aviso de vehículo en sentido contrario.
Figura 2.4. Ejemplo de comunicaciones CVIS.
Los principales retos a los que se enfrenta CVIS en este caso, pero extensibles a
cualquier otra implementación de una arquitectura global para comunicaciones en el
transporte son, por un lado, garantizar absoluta interoperabilidad en las
comunicaciones entre los vehículos de distintos fabricantes, así como entre vehículos
y distintos tipos de infraestructuras. Por otro lado, deben superarse una serie de
obstáculos no técnicos, tales como: aceptación de los usuarios, seguridad y privacidad
de datos, libertad e interoperabilidad de sistemas, riesgo y responsabilidad,
necesidades del orden público, coste/beneficio y modelos de negocios, y planes de
despliegue para la implementación.
No obstante, la instalación en Europa de esa serie de redes y servicios de
comunicaciones se enfrentan a un serio problema de orden superior como es la
dificultad para la aceptación y armonización de normativas por parte de los diferentes
estados miembros de la UE, que mantienen las competencias en materia de transporte
e infraestructuras y que tienen en algunos casos normativas contradictorias que
imposibilitan la instalación de este tipo de sistemas de comunicaciones. Es más, el
24
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
problema se agudiza en el caso de países como España, cuyas competencias de
transporte están transferidas a las comunidades autónomas, lo que complica aún más
los procedimientos burocráticos y administrativos para permitir su instalación y puesta
en marcha.
CVIS
app2
CVIS
app3
FOAM
HMI Security Vehicle API Mntg Agent
COMO Probe
Data app
POMA
client app
CVIS RT
apps
COMMS
COMO
POMA
server
server
Mapping server
Runtime environment (OSGi)
OEM G/W
Services &
Middleware
CALM Manager
CALM
Network
Layer
Platform
Core
Functions
(native) JVM
Operating System and Hardware
Apps
CALM
Ethernet
Ethernet
Ref
pt
ITS In-Vehicle Network 100baseT Ethernet
Real-time
Applications
CVIS Integrated Mobile Router
RT
Link
Real-time
Applications
Sensors, HMI
and Control
In-Vehicle App
IVN DLL
IVN DLL
IVN PHY
IVN PHY
In-vehicle OEM networks
CAN/VAN/MOST/AMI-C..
Nomadic device Gateway
CALM Routing
Network
C2C-CC
Fast Net
Comms
gateway
Network
Network
Network
Network
CALM LLC
DSRC
Convergence
GPRS
Convergence
GPS
Convergence
DSRC L2/L7
GPRS Stack
GPS Stack
Bluetooth
DSRC L1
GPRS PHY
GPS PHY
Bluetooth
Ethernet
CALM MAC
Ethernet
C2C
Switch
Layer
Firewall
CVIS
app1
CALM M5 PHY
CME.
Router
NME.
Router
IME.
Router
Combined Antenna Pod
Figura 2.5. Esquema general de la arquitectura embarcada CVIS. Fuente Proyecto FP6
CVIS
2.2.3 Vehicle Infrastructure Integration
En el otro lado del Atlántico, el programa Americano de Integración Vehículo
Infraestructura (VII) trata de desarrollar todo tipo de tecnologías de comunicaciones
que permitan el intercambio de información entre todos los actores que intervienen en
la seguridad vial a fin de reducir el número de accidentes y mejorar la eficiencia de las
redes de transporte. Los objetivos básicos de este programa son muy similares a los
que se pretenden conseguir en Europa a través de la implantación de la arquitectura
CALM.
La iniciativa tiene tres prioridades:
•
Evaluación del modelo de negocio y aceptación de los actores involucrados.
•
Validación de la tecnología, en particular de los sistemas de comunicaciones.
•
Desarrollo de las estructuras legales necesarias para que los sistemas sean
viables a largo plazo.
El diagrama representado en la Figura 2.6 muestra como rectángulos las clases de
elementos involucrados en la arquitectura y los pequeños rectángulos dentro de estos,
los diferentes subsistemas. Todos ellos se encuentran interconectados por líneas
25
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
rectas representando los enlaces de comunicaciones a través de unos óvalos
alargados, que constituyen el medio físico de comunicación.
Figura 2.6. Arquitectura general de la iniciativa VII, junto a los servicios y aplicaciones
que ofrece y todos los actores involucrados en ellos.
Aplicaciones soportadas por el programa VII:
•
Aviso de violación de señal de tráfico.
•
Gestión de corredores viarios.
•
Aviso de violación de señal de Stop.
•
Información al conductor.
•
Aviso de velocidad excesiva en curva.
•
Pago electrónico.
•
Luces del freno electrónicas.
•
Información de meteorología local.
•
Alerta temprana de incidencias los conductores.
•
Operaciones de mantenimiento invernal.
•
Señalización dentro del vehículo.
•
Generación de información cartográfica
26
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
Medición de acceso a autopistas.
•
Ajuste y temporización de señales de tráfico.
2.2.4 VANET
Una VANET o Vehicular Ad-Hoc Network, como su propio nombre indica, se trata de
una red ad-hoc donde sus nodos se corresponderían a vehículos (coches, camiones,
autobuses…etc.). En este caso, cabría la posibilidad de que dichos nodos formaran la
red en pleno movimiento (por ejemplo mientras se circula por una autopista), por tanto,
nodos que se mueven de forma arbitraria y que se comunican entre ellos (vehicle-tovehicle), pudiendo tener también un equipo fijo próximo que formara parte de la red y
que también dotará a dicha red de una conexión hacia Internet por ejemplo (vehicle-toroadside o vehicle-to-enviroment), al igual que hoy acceden nuestros terminales
móviles a Internet a través de GPRS o UMTS.
Figura 2.7. Ejemplo de funcionamiento de una VANET.
En cuanto a nomenclatura, cabe decir que una VANET es un tipo de MANET (Mobile
Ad-Hoc Network), es decir, una red ad-hoc móvil, por las razones que hemos expuesto
anteriormente; aunque cabe diferenciar que MANET describe sobre todo un campo de
investigación académico, mientras que el término VANET está más enfocado a una
aplicación en concreto de éstas.
Actualmente todo lo que envuelve el tema de las VANETs está en pleno desarrollo e
investigación. De hecho, existen varios grupos de trabajo, tanto por parte de las
universidades y los gobiernos, como de la industria, que investigan en este campo
debido a la multitud de posibles aplicaciones que podría suponer su utilización.
Algunos de los consorcios son por ejemplo el Vehicle Safety Communications – VSC
(EEUU), Car to Car Communication Consortium – C2CCC (Europa), Internet ITS
(Japón), Sigmobile (EEUU) … y el propio IEEE, que conjuntamente con el C2CCC
europeo está desarrollando el protocolo IEEE 802.11p, lo que se podría ver como una
adaptación del propio IEEE 802.11, que actualmente conocemos, a escenarios de
27
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
transporte, equivalente al estándar DSRC o Dedicated Short Range Communication,
utilizado en Estados Unidos.
2.3 Tecnologías de comunicación de datos
Una vez definidos los diferentes servicios que necesitan hacer uso de las
comunicaciones inalámbricas para transmisión de información en el ámbito del
transporte es necesario definir cuáles son las tecnologías disponibles en la actualidad
así como qué tecnología encaja mejor con cada una de las aplicaciones planteadas.
Está claro que todo este conjunto de servicios asociados al transporte requieren un
tipo de sistemas de comunicaciones específico, primando conceptos como el tiempo
real, la privacidad, la conectividad entre vehículos e infraestructuras, etc. Sin embargo,
dado el poco espacio de tiempo transcurrido desde la detección de la necesidad de
sistemas de comunicaciones inalámbricos en transporte, en la actualidad, la mayoría
de estos sistemas específicos se encuentran en fase de desarrollo y en algunos casos
de investigación. Sin embargo, la necesidad de implantación en el mercado de los
citados servicios y aplicaciones hace que, de momento, se haga uso de las
tecnologías disponibles en la actualidad, aunque en algunos casos, no se ajusten
totalmente a todos los requisitos de las diferentes aplicaciones. Es por ello que,
aunque algunas de estas tecnologías inalámbricas funcionan perfectamente cuando
las embarcamos en un vehículo, no han sido diseñadas específicamente para ello y en
algunos casos presentan problemas e incompatibilidades que deben ser mejorados.
Incluso en la mayoría de ocasiones, es necesario combinar varios sistemas para cubrir
todas las necesidades, incluso a fin de tener redundancia.
En la actualidad, dependiendo del alcance y ámbito que queremos que tengan los
sistemas de comunicaciones, las redes de comunicaciones (inalámbricas) se pueden
dividir en cuatro tipos, tal y como aparece en la Figura 2.8. Una red personal o
Personal Area Network (PAN), en la que se da servicio a necesidades de
comunicación de carácter local, con un alcance máximo de 10 metros. La aplicación
más característica que usa este tipo de comunicaciones y con la que todos estamos
familiarizados son los dispositivos manos libres, para hablar con el teléfono móvil. No
obstante, el abanico de aplicaciones disponibles en automoción en la actualidad aún
no es muy amplio, existiendo por ejemplo, dispositivos GPS inalámbricos, dispositivos
de reproducción de música, pago electrónico, identificación de señales de tráfico, y por
supuesto, dispositivos de comunicación instalados como parte de la electrónica del
vehículo. No obstante se espera que el número de aplicaciones para las Personal Area
Network intra-vehiculares aumente en los próximos años, fundamentalmente, debido a
la sustitución de los buses de comunicaciones cableados actuales por este tipo de
tecnologías inalámbricas que pueden suponer una disminución del coste y el peso del
vehículo, manteniendo las mismas características de seguridad y fiabilidad. Las
tecnologías disponibles para este tipo de aplicaciones son el Bluetooth (IEEE 802.15),
redes Zigbee y los sistemas de identificación por radiofrecuencia RFID.
28
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Una red de área local o Local Area Network (LAN) es la interconexión de varios
ordenadores y periféricos. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a un
entorno de hasta 200 metros. Lógicamente en el entorno de automoción y
comunicaciones inalámbricas, los tipos de redes más utilizadas son las redes de área
local inalámbricas WLAN (Wireless Local Area Network), que permiten el intercambio
de información entre diferentes dispositivos localizados dentro del vehículo, entre
varios vehículos y con la infraestructura viaria a elevada velocidad de transmisión y
mientras varios de los nodos de la red se encuentran en movimiento. Aunque este tipo
de redes no fueron diseñadas en un principio para movilidad sino simplemente para
evitar la instalación de cables de red en oficinas, en la actualidad, y ante la falta de
alternativas, son la única solución funcional para sistemas de comunicaciones
embarcados de corto alcance. No obstante, se está trabajando en nuevos estándares
específicos para aplicaciones de automoción que aparecerán en el mercado en los
próximos años. La familia de protocolos en la que se basan las WLAN es la IEEE
802.11. Los servicios asociados a este tipo de redes son aquellos relacionados con el
área de vehículos inteligentes, como son las comunicaciones V2V y V2I para
transmisión de información de seguridad, incidencias en carretera, maniobras de
emergencia o peligro, etc.
Una red de área metropolitana o Metropolitan Area Network (MAN) es una red de alta
velocidad (banda ancha) (70 Mbps) que, dando cobertura en un área geográfica
extensa (alrededor de 48 km.), proporciona capacidad de integración de múltiples
servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo. Este tipo de redes se utiliza en
el ámbito de la automoción fundamentalmente para interconexión de sistemas
localizados en la infraestructura, en zonas donde no hay disponible una conexión
cableada de alta velocidad, por ejemplo en muchas carreteras españolas, pero donde
es necesaria la transmisión de información de sensores como cámaras de vigilancia o
radares. La tecnología utilizada para dar soporte a este tipo de servicios es
fundamentalmente la basada en IEEE 802.16 WiMAX, que en la actualidad está
disponible únicamente para comunicaciones fijas en infraestructura. Se espera que en
los próximos años aparezcan nuevas versiones de este protocolo que den soporte a
comunicaciones en movilidad empleando para ello la extensión del protocolo original al
IEEE 802.16e.
Y finalmente, una red de área amplia o Wide Area Network (WAN) es un tipo de red de
datos capaz de cubrir distancias desde unos 100 hasta unos 1000 km, dando servicio
a un país o un continente. En el caso de automoción, las WAN disponibles son
aquellas basadas en telefonía móvil, basadas en protocolos UMTS o GPRS. Dada la
cobertura global de este tipo de redes, son ideales para la transmisión de información
entre vehículo a infraestructura e incluso entre vehículos. Su limitación fundamental
estriba en los retardos en la transmisión y en el establecimiento de la transmisión, la
saturación de las células por un elevado número de usuarios y en el alto coste de las
llamadas, que hacen que se utilice para aplicaciones de emergencia tipo e-Call.
29
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
WAN
UMTS, GPRS, GSM
MAN
IEEE 802.16 WiMAX
LAN
IEEE 802.11 WLAN
PAN
IEEE 802.15
Bluetooth
Figura 2.8. Distribución de las tecnologías inalámbricas según su ámbito y alcance
Dada la importancia de las tecnologías descritas en este apartado, en las siguientes
secciones se procede a la descripción de las mismas a fin de suministrar los
conocimientos necesarios para que los agentes interesados en su utilización puedan
llevar a cabo una correcta elección en función de los requisitos de cada aplicación.
2.3.1 Redes WLAN
El popular WiFi (Wireless Fidelity) define la norma que garantiza la interoperabilidad de
las denominadas redes de área local inalámbricas o WLAN (en inglés, Wireless Local
Area Network), que es un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy
utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas.
Utiliza tecnología de radiofrecuencia que permite mayor movilidad a los usuarios al
minimizar las conexiones cableadas. Las WLAN van adquiriendo importancia en
muchos campos, como almacenes o para manufactura, en los que se transmite la
información en tiempo real a una terminal central. También son muy populares en los
hogares para compartir el acceso a Internet entre varias computadoras y, por
supuesto, en el ámbito del transporte, donde es hoy en día, el único sistema con total
disponibilidad para comunicaciones embarcadas de libre disposición.
2.3.1.1 Introducción a las redes de área local inalámbricas
Una red de área local inalámbrica (wireless LAN – WLAN) es un sistema de
comunicaciones de datos flexible, implementado como una extensión – o una
alternativa – a las redes de área local cableadas clásicas. Las LAN inalámbricas son
capaces de enviar y recibir información utilizando ondas electromagnéticas a través
del aire y minimizando la necesidad de las conexiones cableadas. Estas redes
combinan una gran capacidad de conectividad con una lógica libertad de movimientos
y simplicidad para la configuración.
Vistas a alto nivel, este tipo de redes de área local presentan las mismas
funcionalidades que cualquier red cableada, pero permitiendo una gran libertad de
movimientos y ahorro en infraestructuras, ya que al funcionar con radiofrecuencia el
medio de transmisión de las ondas es el aire.
30
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
En los últimos años, estas redes han sufrido un gran avance, pasando de una
velocidad de transmisión de unos pocos bit por segundo, a la última generación
(802.11g) de 54 Mbps.
Una funcionalidad básica de las WLAN es que al no necesitar enlaces físicos con la
infraestructura, son de uso ideal en exteriores, tanto en computación portátil como en
computación móvil. Esto es que pueden ser utilizadas en redes de tipo WAN en
campus, tanto universitarios como empresariales, para que desde cualquier punto se
pueda trabajar con acceso a red en cualquier momento. Por otro lado, los equipos
conectados no tienen por qué estar fijos durante su utilización, sino que pueden
embarcarse en cualquier vehículo y permanecer en movimiento mientras se realizan
operaciones de transmisión de datos.
2.3.1.2 El estándar IEEE 802.11
Esta especificación forma parte de la familia de estándares para redes de área local y
metropolitana de IEEE [5]. A esta familia pertenecen todos los estándares de uso
común en transmisión de datos, y se basan en la descripción de las capas física y de
nivel de enlace (MAC) definidas por la International Organization for Standarization
(ISO) para el sistema de referencia básico de interconexión de sistemas abiertos
(OSI).
IEEE define los niveles de la arquitectura OSI físico (Physical Layer) y de nivel de
enlace (Data Link Layer), dividiendo este último en las capas MAC (Medium Access
Control) y LLC (Logical Link Control). Se puede observar que todos los estándares de
los protocolos de red definen de manera propietaria sus niveles OSI físico y MAC. El
nivel LLC se encuentra definido en el protocolo 802.2 y es idéntica para todos los tipos
de LAN.
Estos estándares definen siete modelos de tecnologías de acceso y su medio físico
asociado, cada uno apropiado a un uso y objetivos particulares:
Estándar IEEE
Servicios
IEEE Std. 802
Overview and Architecture. Este estándar proporciona
una visión general de los estándares de la familia IEEE
802.
ANSI/IEEE Std. 802.1B y 802.1k
[ISO/IEC 15802-2]
ANSI/IEEE Std. 802.1D
[ISO/IEC 15802-3]
ANSI/IEEE Std. 802.1E
LAN/MAN Management. Define la arquitectura,
servicios y elementos de protocolo para la utilización
en los ambientes LAN/MAN para la realización de
conexiones remotas.
Media Access Control (MAC) Bridges. Especifica la
arquitectura y el protocolo para la interconexión de las
LAN IEEE 802 por debajo de la capa MAC de
servicios.
System Load Protocol. Especifica el conjunto de
31
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
[ISO/IEC 15802-4]
IEEE Std. 802.1F
ANSI/IEEE Std 802.1G
[ISO/IEC 15802-5]
ANSI/IEEE Std. 802.2
[ISO/IEC 8802-2]
ANSI/IEEE Std. 802.3
[ISO/IEC 8802-3]
ANSI/IEEE Std. 802.5
[ISO/IEC 8802-4]
ANSI/IEEE Std. 802.5
[ISO/IEC 8802-5]
ANSI/IEEE Std. 802.6
[ISO/IEC 8802-6]
ANSI/IEEE Std. 802.9
servicios y protocolos para los aspectos de control
concernientes a la carga de sistemas en LAN 802.11.
Common Definitions and Procedures for IEEE 802
Management Information
Remote Media Access Control Bridging. Especifica las
extensiones para la interconexión, utilizando
tecnologías de comunicación no LAN con IEEE 802
LAN geográficamente separadas por debajo del nivel
LLC del protocolo de control.
Logical Link Control. Define la capa LLC de la torre
ISO.
CSMA/CD Access Method and Physical Layer
Specifications. Descripción del método de acceso al
medio Carrier Sense Multiple Access with Collision
Detect.
Token Passing Bus Access Method and Physical Layer
Specifications. Descripción del método de acceso al
medio con Token Bus.
Token Ring Access Method and Physical Layer
Specifications. Descripción del método de acceso el
medio con Token Ring.
Distributed Queue Dual Bus Access Method and
Phisical Layer Specifications.
[ISO/IEC 8802-9]
Integrated Services (IS) LAN Interface at the Medium
Access Control and Phisical Layers.
ANSI/IEEE Std. 802.10
Interoperable LAN/MAN Security.
IEEE Std. 802.11
Wireless LAN Medium Access Control and Physical
Layer Specifications .
[ISO/IEC DIS 8802-11]
ANSI/IEEE Std. 802.12
[ISO/IEC DIS 8802-12]
Demand Priority Access Method, Physical Layer and
Repeater Specifications
Tabla 2.2. Descripción de los estándares de IEEE relacionados con tecnologías de
comunicaciones inalámbricas.
El IEEE 802.11 – 1997 representa el primer estándar para productos WLAN del
Institute of Electrical and Electronics Engineers para la regulación de normas en las
capas física y MAC de las tarjetas de comunicaciones para este tipo de redes. La
aceptación por parte de los fabricantes de este estándar ha sido inmediata, ya que de
esta manera se asegura la interconectividad y compatibilidad entre cualquiera de estos
dispositivos, sea cual sea la marca, al igual que ocurre con las tarjetas de red
32
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
cableadas; de hecho, la redes de área local clásicas que todos utilizamos son de tipo
CSMA/CD y están basadas en el protocolo IEEE 802.3.
Este estándar define el protocolo y la compatibilidad de interconexión de los equipos
de comunicación de datos vía aérea, bien sea por radio a 2.4 GHz o por infrarrojos, en
forma de red de área local (LAN), utilizando para compartir el medio el protocolo
Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA).
La capa OSI de Control de Acceso al Medio (MAC) soporta accesos, bien bajo el
control de un punto de acceso centralizado al estilo de la telefonía móvil, bien entre
estaciones independientes. El protocolo incluye los servicios de autenticación,
asociación, control del consumo de energía para estaciones móviles, procedimientos
de encriptación/desencriptación y, funciones de sincronización para transferencias de
información limitadas en el tiempo. El estándar incluye la definición de la información
base de mantenimiento (MIB) utilizando sintaxis abstracta (ASN.1), y la especificación
formal de la capa MAC del protocolo, utilizando el lenguaje de especificación y
descripción (SDL).
Este estándar contiene material acerca del estado del arte de las WLAN, y se
encuentra en constante evolución. De esta forma cada poco tiempo aparecen nuevas
versiones del estándar, clarificando el material existente, corrigiendo posibles errores e
incorporando nuevo material e información. La última versión de este estándar es la
802.11 rev. g – 2003, en la que se describe el interfaz de funcionamiento para WLAN a
54 Mbps.
2.3.1.3 El problema del nodo (estación) oculto.
Este problema es una limitación común en los sistemas de redes inalámbricas y por
tanto, extensible a todas las tecnologías descritas en este informe, el cual puede
provocar fallos en, al menos, el 40% de las comunicaciones en un entorno inalámbrico
con alta carga de trabajo. Es un error propio de los sistemas sin hilos y que debe ser
solucionado primero a nivel físico y MAC, con la recuperación automática de la
cobertura y, después a nivel de aplicación ya que normalmente las aplicaciones
diseñadas específicamente para entornos de comunicaciones cableados (la mayoría)
no están preparadas para su tratamiento. Por tanto puede darse el caso de perder la
cobertura y por tanto todas las operaciones de transmisión de datos en uso y
posteriormente recuperar la cobertura pero teniendo que hacer una recuperación
manual de las operaciones de transmisión. Es aconsejable que las aplicaciones
diseñadas específicamente para este tipo de entornos sin cables recuperen las
comunicaciones abiertas de forma automática y transparente a los usuarios.
La situación de nodo oculto ocurre cuando una estación en servicio no puede detectar
la transmisión de otra estación cuando explora el medio para averiguar si está
ocupado.
33
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 2.9. Representación gráfica de la problemática del nodo oculto en WiFi.
Como se puede ver en la imagen superior, este inconveniente se produce cuando dos
estaciones (Estación1 y Estación3) pueden ver a una tercera (Estación2), pero están
fuera de cobertura entre ellas. Según esto, como la estación 3 no puede oír a la
estación 1, la estación 1 se convierte en una estación oculta para la estación 3 y
viceversa.
Por tanto, en el caso de que la estación STA1 esté utilizando el medio, la estación
STA2 no va a ser consciente de esto, ya que cuando examina éste para empezar a
transmitir no detecta la señal de la estación 1, por lo que para STA2 el entorno está
libre y consecuentemente comienza a transmitir.
Cuando las estaciones 1 y 3 desean transmitir mensajes al mismo tiempo, estos
pueden coincidir y llegar solapadamente a la estación de destino, lo cual provoca una
colisión y la pérdida de los mensajes procedentes de las dos estaciones. La detección
y el tratamiento de esta colisión son complicados, como ya se he explicado
anteriormente, y además debido a que las estaciones Estación1 y Estación3 no
recibirían nunca la señal de la estación que emite con la que entran en conflicto, con lo
que nunca se darían cuenta de la colisión. Esta es otra de las razones por la que se
utiliza el protocolo CSMA/CA en lugar de CSMA/CD, ya que el primero ayuda a evitar
que estas situaciones se produzcan mediante el uso de las tramas RTS (Request To
Send) y CTS (Clear To Send) para la reserva del medio y Data y ACK para la
transmisión de datos, previenen los fallos provocados por nodos ocultos. Este
problema se convierte en realmente importante en aplicaciones relacionadas con la
automoción, ya que puede darse el caso de que una parte de los vehículos
involucrados en la red no reciban datos de otros vehículos que, en ocasiones pueden
ser determinantes para la seguridad de la circulación. El estándar WLAN y su
mecanismo de reserva del medio para transmitir fueron diseñados en un principio para
dar soporte a redes inalámbricas y con poco movimiento (p. ej. una oficina). Es por
ello, que el problema del nodo oculto cuando instalamos este tipo de redes en
vehículos no está perfectamente resuelto con el sistema tradicional. Para dar solución
a esta limitación, se trabaja en soluciones en las que cada nodo conoce la topología
34
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
de parte o la totalidad de la red en las que se denominan redes malladas (IEEE
802.11s), que veremos más adelante.
2.3.1.4 La aparición de errores multicamino (multipath).
Estos errores vienen dados por la propagación de la señal, desde la estación emisora
a la receptora por múltiples caminos imposibles de calcular, procedentes de rebotes,
obstáculos y cambios en el medio, provocando que la señal original llegue degradada
en frecuencia a su destino.
Figura 2.10. Ejemplo de transmisión de datos con errores multicamino.
La degradación está correlada en frecuencias adyacentes y se vuelve incorrelada
después de unos pocos megahercios en un ambiente no uniforme.
Para minimizar este problema se han seguido unos criterios de diseño en los sistemas
de redes inalámbricas:
•
Asegurar una trayectoria de distancia mínima para la atenuar desviación del
rendimiento por el efecto multipath.
•
Minimizar las colisiones con canales adyacentes entre diferentes rangos de
patrones, sobre todo cuando éstas son consecutivas.
•
Requisito FCC 15.247: ordenación de las frecuencias de las estaciones según
un algoritmo pseudoaleatorio.
Este tipo de problemas también es de importancia en aplicaciones de automoción ya
que puede provocar la pérdida de información en circulación en ciudad por el efecto
túnel de los edificios altos y, por supuesto, en túneles, tanto urbanos como
extraurbanos.
2.3.1.5 Tipos de Redes 802.11
El estándar IEEE 802.11 define el protocolo para la construcción de dos tipos de
redes:
• Redes Ad-hoc: una red ad-hoc es el tipo de red más simple que se puede construir
con tarjetas WiFi. Es una red compuesta únicamente por estaciones independientes
dentro de una misma área de comunicación mutua a través del medio inalámbrico.
35
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Una WLAN ad-hoc se crea de manera espontánea. Basta con encender dos tarjetas
de red para que exista comunicación entre ellas. La principal característica distintiva
de una red ad-hoc es su limitación temporal y espacial. Estas limitaciones obligan a
que las operaciones de creación y disolución de las redes sean lo suficientemente
sencillas y potentes como para permitir el uso de este tipo de redes a usuarios no
experimentados. Este tipo de configuración también se conoce como red peer to peer.
Figura 2.11. Ejemplo de red ad-hoc.
• Redes cliente / servidor: las redes cliente / servidor utilizan un punto de acceso que
controla la asignación del tiempo de transmisión para todas las estaciones. Por tanto la
red deja de ser específicamente de contienda y cada estación pasa a tener el control
del medio solo cuando es autorizada por el punto de acceso centralizado. Este punto
de acceso se utiliza por tanto para controlar el tráfico de esa red inalámbrica, ya sea
entre la propia red sin cables o entre esa red y otras de tipo cableado.
Figura 2.12. Ejemplo de red con punto de acceso
Cualquiera de estas dos configuraciones debe permitir la función de itinerancia
(roaming). Esto es que pueden entrar y salir de las redes disponibles, ya sean ad-hoc
o de punto de acceso, de una manera totalmente transparente al usuario de la misma
manera que ocurre en telefonía móvil.
2.3.1.6 Tecnologías WiFi disponibles
A continuación se muestra en la tabla adjunta el listado de tecnologías WiFi
disponibles, así como sus características generales que han de tenerse en cuenta
dependiendo de la aplicación que se vaya a desarrollar.
Protocolo
Fecha
versión
Frecuencia
de
operación
Rendimiento
(Typ)
Velocidad de
transmisión
(Max)
Técnica de
modulación
Alcance
(Indoor)
Alcance
(Outdoor)
36
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
802.11
1997
2.4 Ghz
0.9 Mbps
1 Mbps
~20 m
~100 m
802.11a
1999
5 Ghz
2.3 Mbps
2 Mbps
OFDM
~35 m
~120 m
802.11b
1999
2.4 Ghz
4.3 Mbps
11 Mbps
DSSS
~38 m
~140 m
802.11g
2003
2.4 Ghz
19 Mbps
54 Mbps
OFDM
~38 m
~140 m
802.11n
Est. 2009
2.4/5 Ghz/
74 Mbps
248 Mbps
~70 m
~250 m
802.11y
Est. 2008
3.7 Ghz
23 Mbps
54 Mbps
~50 m
~5000 m
Tabla 2.3. Protocolos WiFi 802.11 y sus características técnicas. Fuente IEEE.
La nueva generación de protocolos IEEE 802.11n e IEEE 802.11y se encuentra aún
en fase de definición, previendo la finalización de una especificación definitiva para
finales de 2009 y finales de 2008 respectivamente. No obstante, se espera retraso en
ambas. Sin embargo, es posible encontrar en la actualidad productos en el mercado
que afirman cumplir con ambas especificaciones. En realidad, esta afirmación no es
totalmente correcta ya que estos productos han sido desarrollados siguiendo los
diferentes borradores publicados por IEEE sobre los citados protocolos. Aunque estos
borradores se encuentran prácticamente en su versión final, aún están sujetos a
cambios con lo que en el caso de utilizar los productos disponibles en la actualidad
corremos el riesgo de una incompatibilidad con futuros sistemas e incluso quedar
obligados a utilizar indefinidamente productos del fabricante al que compramos las
tarjetas, ya que será el único que mantendrá (presumiblemente) la compatibilidad en el
futuro con los productos actuales.
2.3.1.7 802.11p WAVE
El estándar de acceso inalámbrico en el entorno vehicular WAVE (Wireless Access in
the Vehicular Environment) define una arquitectura y un conjunto estándar de servicios
e interfaces complementarios que habilitan comunicaciones inalámbricas seguras V2V
y V2I, utilizando en espectro electromagnético de 5.9 GHz. WAVE proporciona las
bases para un amplio abanico de aplicaciones en el ámbito del transporte, incluyendo
seguridad en vehículos, peajes automáticos, navegación mejorada, gestión de tráfico y
muchas otras. La familia IEEE 1609 Family of Standards for Wireless Access in
Vehicular Environments (WAVE) está formada por 4 estándares:
•
IEEE P1609.1 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments
(WAVE) - Resource Manager
•
IEEE P1609.2 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments
(WAVE) - Security Services for Applications and Management Messages
•
IEEE P1609.3 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments
(WAVE) - Networking Services
•
IEEE P1609.4 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments
(WAVE) - Multi-Channel Operations
37
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
WAVE constituye además el núcleo de los sistemas de comunicaciones dedicados de
corto alcance DSRC (Dedicated Short Range Communications), que son la base de
los programas de integración vehículo-infraestructura desarrollados en diferentes
proyectos de Estados Unidos. Se espera que el estándar 802.11p sea aprobado en su
versión final para Abril de 2009, aunque probablemente estará sujeto a retrasos. No
obstante, no hay duda de que el 802.11p, utilizado como base de los sistemas de
comunicaciones DSRC, constituirá el primer entorno de comunicaciones diseñado
específicamente para el ámbito del transporte por carretera.
2.3.2 Dedicated Short Range Communications (DSRC)
Los sistemas de comunicaciones dedicadas de corto alcance, Dedicated Short Range
Communications [6], son sistemas de transmisión de datos de corto y medio alcance
que soportan operaciones de seguridad pública y privada en entornos de
comunicaciones de vehículo a infraestructura y vehículo a vehículo o viceversa. DSRC
está basado en la especificación IEEE 802.11p WAVE y se entiende como un
complemento a los sistemas de comunicaciones basados en telefonía móvil,
proporcionando tasas de transferencia de datos muy altas en circunstancias donde es
importante minimizar los tiempos de latencia en el establecimiento de los canales y el
aislamiento de zonas de comunicaciones relativamente pequeñas. La comunicación de
datos entre vehículo estacionario o en movimiento y equipo fijo en la carretera, se usa
en aplicaciones que involucran pagos, transferencia de información para seguridad o
monitorización entre otras. Dichas aplicaciones incluyen, aunque no se limitan, a:
cobro electrónico de peajes con tarjeta de crédito o débito, solicitud o recepción de
información del viajero y/o asistencia en ruta y automatización de información
regulatoria entre vehículos pesados y estaciones de pesaje.
Esta tecnología tiene una estructura mixta entre el Internet inalámbrico y los sistemas
radio módem. Son capaces de difundir información en modo broadcast o a un usuario
determinado, según las necesidades y la naturaleza de la información, integrando
todos los vehículos que se encuentran cercanos en una zona reducida de terreno en
una misma red, que permite el intercambio de información de forma rápida y fiable,
con un tiempo mínimo de conexión a la red y sin demoras en el acceso a la
información.
La Figura 2.13 representa la arquitectura que da soporte a los DSRC, siguiendo una
organización estándar ISO.
38
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 2.13. Arquitectura estándar del sistema DSRC de los Estados Unidos.
Características de la tecnología DSRC:
•
Banda de frecuencia: 5.9 GHz (5.850 – 5.925 GHz)
•
Ancho de banda: 75 MHz
•
Modulación: QPSK OFDM (con opciones 16 QAM y 64 QAM)
•
Canales: de 7 a 10 MHz
•
Velocidad de transmisión: 6, 9, 12, 18, 24 y 27 Mbps sobre canales de 10 MHz
•
Potencia de transmisión máxima: 28.8 dBm (a la entrada de la antena)
•
RSU EIRP (Roadside Unit – Effective Isotropic Radiated Power): 0-33 dBm
(1mW – 2W)/ Max 44.8 dBM (30W).
•
OBU EIRP (OnBoard Unit): 0-20 dBM (1m – 100 mW) / Max. 44.8 dBm (30W)
•
Sensitividad RSU y OBU: -82 dBm (QPSK) / -65 dBm (64 QAM)
•
Estrategia de compartición de banda-coordinación de frecuencia, Selección de
canales alternativos para zonas adyacentes, Uso de Carrier Sense Multiple
Access (CSMA) para prevenir interferencias entre usuarios de un mismo canal.
En la siguiente figura podemos apreciar la comparación de capacidades entre los
sistemas DSRC actuales y la segunda generación destinada a dar soporte a
aplicaciones de alta capacidad en vehículos.
Parámetros
Banda de 902 – 928 MHz
Banda de 5850 – 5925 MHz
Espectro
12 MHz (909.75 – 921.75 MHz)
75 MHz
39
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
utilizado
Velocidad
transmisión
de
0.5 Mbps
6 – 27 Mbps
1 área de comunicación
Solapamiento de varias áreas
Pública
De uso restringido
Posibles
interferencias
Telefonía móvil, sistemas de
comunicaciones
ferroviarias,
sistemas de espectro esparcido,
radares
Radares
satélite
Máximo alcance
100 m
1000 m
Capacidad
canal
1-2 canales
7 canales
Cobertura
Estado
banda
de
la
del
militares,
señales
de
Tabla 2.4. Características fundamentales de los DSRC.
Factores básicos en las comunicaciones mediante DSRC:
•
Las aplicaciones de seguridad pública y privada comparten la misma banda
•
Interoperabilidad entre redes DSRC antiguas o de no estándar, que funcionen
en la misma o en otras frecuencias.
•
Operaciones bajo licencia
•
Prioridad de instalación de aplicaciones dedicada a la seguridad pública
•
No exclusión mutua para actividades privadas
•
Alcance limitado para operaciones privadas
•
Uso de un coordinador de frecuencias para la asignación de licencias.
40
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Todos los vehículos – Corto alcance 80 – 15 m
•
Cobro de peaje
•
Transferencia de información/información de
combustible
Información del tráfico
•
Pago Drive-thru
•
Pago de aparcamiento
•
•
Cobro de peaje
•
Transferencia de información/información de
•
Transferencia de información/Operaciones de
•
Transferencia de información/vehículos en
•
Transferencia de información/locomotive
90 m)
combustible
vehículos comerciales/Paradas de camiones
Recolección de información basado en la
infraestructura
•
Todos los vehículos – Corto - medio alcance (0 –
Control de acceso
•
•
•
Tratamiento de coches de alquiler
Todos los vehículos (alcance extendido (90 – 335 m)
•
Asistencia de velocidad en curva
•
Asistente de luz de freno basado en
infraestructura
circulación
Operaciones de vehículos comerciales – corto-medio
alcance (0 – 90 m)
•
Selección de la línea principal
•
Aduanas fronterizas
•
Transferencia de información para seguridad
•
Gestión de flotas
abordo
•
Aviso de colisiones en intersecciones
•
Aviso de colisiones cooperativo
•
Diario de a bordo del conductor
•
Recolección de información basado en vehículos
•
Inspección de la seguridad del vehículo
•
Control de crucero adaptativo cooperativo
•
Transferencia de información de vehículos en
•
Sistema cooperativo para conducción en caravana
•
Evitación de colisión autopista/ferrocarril
•
Gestión de abastecimiento de combustible de los
•
Aviso de colisión inminente
•
Monitorización de combustible de los vehículos en
•
Aviso de firma deslizante
•
Aviso de puente bajo
•
Seguimiento por video de vehículos de
emergencia
•
Aviso de condición de la carretera
•
Aviso de obras
Aplicabilidad bajo investigación
circulación
vehículos en circulación
circulación
Seguridad Pública – Largo alcance (300 – 2000 m)
•
Asistente de aproximación de vehículos de
•
Planificación de la ruta y guiado mejorado
•
Gestión del tráfico basado en información de la
•
Señalización de prioridad
infraestructura.
•
Recomendación de velocidad óptima
emergencia
Figura 2.14. Aplicaciones según el alcance efectivo.
2.3.3 Redes en malla
Las redes inalámbricas Mesh, redes acopladas, o redes de malla inalámbricas de
infraestructura, son aquellas que permiten unirse a la red a dispositivos que a pesar de
estar fuera del rango de cobertura de los puntos de acceso están dentro del rango de
cobertura de alguna tarjeta de red (TR) que directamente o indirectamente está dentro
del rango de cobertura de un punto de acceso (PA).
Permiten que las tarjetas de red se comuniquen entre si, independientemente del
punto de acceso. Esto quiere decir que los dispositivos que actúan como tarjeta de red
pueden no mandar directamente sus paquetes al punto de acceso sino que pueden
pasárselos a otras tarjetas de red para que lleguen a su destino, actuando todas las
tarjetas de la red como routers.
Para que esto sea posible es necesario el contar con un protocolo de enrutamiento
que permita transmitir la información hasta su destino con el mínimo número de saltos
(Hops en inglés) o con un número que aún no siendo el mínimo sea suficientemente
41
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
bueno. Además, el protocolo debe de ser tolerante a fallos, pues la caída de un solo
nodo no implica la caída de toda la red.
Antiguamente no se usaba la estructura de redes Mesh porque el cableado necesario
para establecer la conexión entre todos los nodos era imposible de instalar y de
mantener. Hoy en día con la aparición de las redes inalámbricas, fundamentalmente
las relacionadas del estándar IEEE 802.11, este problema desaparece y nos permite
disfrutar de sus grandes posibilidades y beneficios.
En la figura 2.17 podemos ver, a modo de ejemplo, la estructura de una red
inalámbrica Mesh formada por siete nodos. Se puede ver que cada nodo establece
una comunicación con todos los demás nodos.
Figura 2.15. Esquema de una red en malla.
Hay más de 70 protocolos que definen el funcionamiento de las redes en malla,
competentes para el encaminamiento de paquetes a través de las mismas. Algunos de
éstos son:
•
AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector)
•
B.A.T.M.A.N. (Better Approach To Mobile Adhoc Networking)
•
PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol)
•
DSR (Dynamic Source Routing)
•
OLSR (Optimized Link State Routing protocol)
•
TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm)
•
HSLS (Hazy-Sighted Link State)
Además, el IEEE se encuentra desarrollando un conjunto de estándares bajo el título
802.11s para definir una arquitectura y un protocolo para la red Mesh.
2.3.3.1 Optimized Link State Routing (OLSR). Protocolo de enrutamiento
proactivo
OLSR (Optimized Link State Routing protocol) es un protocolo que se desarrolló en el
INRIA, Francia, y permite la creación de redes ad-hoc malladas. Una de las principales
42
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
ventajas de las redes ad-hoc malladas es que todos los dispositivos que la componen
forman parte activa de la red, es decir, que además de funcionar como terminales
finales actúan también como routers de información realizando funciones de
retransmisión de paquetes.
Gracias a esta cualidad del protocolo nos permite encaminar la información hacia
nodos ocultos de los que directamente no dispongamos de visión directa, pero si
indirectamente a través de cualquiera de los nodos activos en la red. Asimismo, esta
misma funcionalidad nos permite aumentar la cobertura de la red, y por tanto también
la movilidad de los elementos de la misma.
Con este tipo de redes, los protocolos tradicionales de encaminamiento de paquetes
no sirven, por lo tanto se tuvieron que crear nuevos protocolos para desempeñar esta
función, así nació OLSR. En consecuencia, haciendo un estudio de este tipo de redes
se hace necesaria la inclusión de un protocolo reactivo, que solo añada rutas cuando
sea necesario evitando sobrecargar el medio con información de enrutamiento. Con
este planteamiento nace otro protocolo a estudiar como es el AODV (Ad-hoc on
demand distance Vector). En este protocolo cada nodo mantiene una tabla de
encaminamiento para los nodos conocidos empleando un algoritmo de vector
distancia. Así pues, esta tabla estará inicialmente compuesta por los vecinos próximos
a cada nodo, aumentando la misma tan solo cuando sea necesario conocer las rutas
hasta otros nodos iniciando una comunicación para conseguir descubrir la ruta hacia el
nodo destino de un determinado mensaje (protocolo reactivo).
Figura 2.16. Esquema de una red en malla con protocolo OLSR.
Según estudios realizados se ha obtenido como conclusión que aunque OLSR
introduce una carga considerable de tráfico en la red (ya que envía muchos mensajes
periódicos) ofrece unos resultados bastante buenos en comparación con otros
protocolos de redes ad-hoc mesh. Hay que destacar también que el protocolo OLSR
funciona con tarjetas de red WiFi pero necesita de un software residente en los nodos
que permitan trabajar con este protocolo (cambiar el firmware de las tarjetas, o añadir
el daemon de OLSR en el ordenador correspondiente por ejemplo). Esto complica
mucho su aplicación cuando se quiere aplicar una red mesh a una PDA, un portatil,
etc. Aunque existe software tanto para Windows, MAC, PocketPC, como Linux hacer
llegar esto al público en general puede ser realmente complicado. No solo eso, sino
que no todas las tarjetas de red permiten cambiar el firmware y menos es un firmware
abierto, son lo que la utilización de redes en malla queda de momento reservada a
propósitos de investigación, siendo su implantación a corto plazo complicada. Sin
43
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
embargo, las redes malladas tienen un gran potencial en el ámbito de la automoción,
ya que su estructura reconfigurable se ajusta perfectamente a la situación real del
tráfico en la que los nodos (vehículos) están constantemente en movimiento y
diferentes aplicaciones están constantemente intercambiando información.
2.3.4 RFID
RFID (siglas de Radio Frequency IDentification, en español Identificación por
radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto
que usa dispositivos denominados etiquetas, transpondedores o tags RFID. El
propósito fundamental de la tecnología RFID es transmitir la identidad de un objeto
(similar a un número de serie único) mediante ondas de radio. Las tecnologías RFID
se agrupan dentro de las denominadas Auto ID (Automatic Identification, o
Identificación Automática).
Una etiqueta RFID es un dispositivo pequeño, similar a una pegatina, que puede ser
adherida o incorporada a un producto, animal o persona. Contienen antenas para
permitirles recibir y responder a peticiones por radiofrecuencia desde un emisorreceptor RFID. Las etiquetas pasivas no necesitan alimentación eléctrica interna,
mientras que las activas sí lo requieren. Una de las ventajas del uso de
radiofrecuencia (en lugar, por ejemplo, de infrarrojos) es que no se requiere visión
directa entre emisor y receptor.
Las etiquetas RFID pueden ser activas, semipasivas (o semiactivas, asistidas por
batería) o pasivas. Los tags pasivos no requieren ninguna fuente de alimentación
interna y son en efecto dispositivos puramente pasivos (sólo se activan cuando un
lector se encuentra cerca para suministrarles la energía necesaria). Los otros dos tipos
necesitan alimentación, típicamente una pila pequeña.
Figura 2.17. El diagrama muestra el típico esquema backscatter para etiquetas RFID, que
son alimentadas utilizando la energía contenida en la onda enviada por el dispositivo
lector (señal eléctrica inducida).
Dependiendo de las frecuencias utilizadas en los sistemas RFID, el coste, el alcance y
las aplicaciones son diferentes. Los sistemas que emplean frecuencias bajas tienen
igualmente costes bajos, pero también baja distancia de uso. Los que emplean
frecuencias más altas proporcionan distancias mayores de lectura y velocidades de
44
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
lectura más rápidas. Así, las de baja frecuencia se utilizan comúnmente para la
identificación de animales, seguimiento de paquetería, o como llave de automóviles
con sistema antirrobo. Las etiquetas RFID de UHF se utilizan comúnmente de forma
comercial en seguimiento de palé y envases, y seguimiento de camiones y remolques
en envíos.
Algunas autopistas, como por ejemplo el carril de Telepeaje IAVE en las autopistas de
CAPUFE en Mexico, la FasTrak de California, el sistema I-Pass de Illinois, el telepeaje
TAG en las autopistas urbanas en Santiago de Chile, la totalidad de las autopistas de
pago argentinas y la Philippines South Luzon Expressway E-Pass utilizan etiquetas
RFID para recaudación con peaje electrónico. En Nueva York, la mayoría de los
vehículos que transitan habitualmente por los puentes y los túneles de peaje que
comunican la isla de Manhattan con el continente utilizan el sistema E-ZPass, basado
en esta tecnología. Las tarjetas son leídas mientras los vehículos pasan; la
información se utiliza para cobrar el peaje en una cuenta corriente o descontarla de
una tarjeta prepago. El sistema ayuda a disminuir el entorpecimiento del tráfico
causado por las cabinas de peaje. En España la mayoría de las autopistas de peaje ya
permiten el pago mediante el sistema Vía-T, que instala en los vehículos una etiqueta
RFID pasiva o semipasiva que se activa al pasar bajo los lectores que hay debajo de
las marquesinas de los peajes.
Figura 2.18. Una etiqueta RFID empleada para la recaudación con peaje electrónico.
También son de uso común las denominadas llaves inteligentes, disponibles en
modelos de diversos fabricantes como Toyota, Renault o Lexus. En este caso, la llave
se sustituye por una tarjeta con un circuito de RFID activo que permite que el
automóvil reconozca la presencia de la llave a un metro del sensor. El conductor
puede abrir las puertas y arrancar el automóvil mientras la tarjeta sigue estando en la
cartera o en el bolsillo. De forma similar, la mayoría de los fabricantes incluyen chips
RFID pasivos en sus llaves, que son reconocidos por lectores instalados en la
cerradura de arranque y mediante los cuales el coche identifica que la llave introducida
es la original y se pueden deshabilitar todos los mecanismos de seguridad del
vehículo.
Otra aplicación propuesta es el uso de RFID para señales de tráfico inteligentes en la
carretera (Road Beacon System o RBS). Se basa en el uso de transpondedores RFID
45
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
enterrados bajo el pavimento (radiobalizas) que son leídos por una unidad que lleva el
vehículo (OBU, de onboard unit) que filtra las diversas señales de tráfico y las traduce
a mensajes de voz o da una proyección virtual usando un HUD (Heads-Up Display).
Su principal ventaja comparada con los sistemas basados en satélite es que las
radiobalizas no necesitan de ser introducidas en la cartografía digital ya que
proporcionan el símbolo de la señal de tráfico y la información de su posición por sí
mismas. Las radiobalizas RFID también son útiles para complementar sistemas de
posicionamiento de satélite en lugares como los túneles o interiores, o en el guiado de
personas ciegas.
Figura 2.19. Radiobalizas. Señales de tráfico inteligentes.
2.3.5 Telefonía móvil
En 1985, surge en Europa la primera generación (1G) tras adaptar el sistema AMPS
(American Mobile Phone System) a los requisitos Europeos, y ser bautizada como
TACS (Total Access Communications System). TACS engloba a todas aquellas
tecnologías de comunicaciones móviles analógicas. Puede transmitir voz pero no
datos. Actualmente esta tecnología está obsoleta y se espera que desaparezca en un
futuro cercano.
Debido a la sencillez y las limitaciones de la primera generación de telefonía móvil,
surge el sistema GSM (Global System for Mobile Communications) que marcara el
inicio de la segunda generación (2G). Su principal característica es la capacidad de
transmitir datos además de voz, a una velocidad de 9,6 kbit/s. Lo cual le ha permitido
desarrollar el famoso y exitoso sistema de mensajes cortos (SMS).
En 2001 surge la denominada segunda generación y media (2.5G) en Estados Unidos
y Europa como paso previo a la 3G. En esta generación están incluidas aquellas
tecnologías que permiten una mayor capacidad de transmisión de datos y que
surgieron como paso previo a las tecnologías 3G. La tecnología mas notoria de esta
generación es el GPRS (General Packet Radio System), capaz de coexistir con GSM,
pero ofreciendo un servicio más eficiente para el acceso a redes IP como Internet. La
velocidad máxima de GPRS es 171,2 kbit/s aunque en la práctica no suele pasar de
40 kbit/s de bajada y de 9,6 kbit/s de subida. En Japón esta generación no existió ya
que se dio el salto directo de 2G a 3G.
Mas tarde surgieron ya las tecnologías 3G. Las tecnologías de la tercera generación
(3G) se categorizan dentro del IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-
46
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
2000) de la ITU (Internacional Telecommunication Union), que marca el estándar para
que todas las redes 3G sean compatibles unas con otras.
Los servicios que ofrecen las tecnologías 3G son básicamente: acceso a Internet,
servicios de banda ancha, roaming internacional e interoperatividad. Pero
fundamentalmente, estos sistemas permiten el desarrollo de entornos multimedia para
la transmisión de vídeo e imágenes en tiempo real, fomentando la aparición de nuevas
aplicaciones y servicios tales como videoconferencia o comercio electrónico con una
velocidad máxima de 2 Mbit/s en condiciones óptimas, como por ejemplo en el entorno
interior de edificios.
La tecnología de telefonía móvil aplicada a entornos vehiculares es, en la actualidad,
la única junto a las redes WiFi que está totalmente desarrollada, operativa y disponible
para todo tipo de aplicaciones. Si bien las redes WiFi se centran en comunicaciones
V2V y de corto/medio alcance, el intercambio de datos mediante telefonía móvil
permite operaciones con la infraestructura e incluso con otros vehículos cuando las
redes WiFi no están disponibles. No solo eso, sino que, dado que su implantación en
entornos viarios y de la automoción está mucho más desarrollada que cualquier otra
tecnología, en algunos casos la telefonía móvil se emplea como único sistema para
todo tipo de comunicaciones. En su contra juegan dos limitaciones. Por un lado, dadas
las características de las comunicaciones basadas en células, una implantación
masiva en vehículos podría dar lugar a la saturación de las comunicaciones en áreas
con pocos nodos en la infraestructura. Por otro lado, dado que el servicio lo
proporcionan compañías telefónicas, es imprescindible su pago, lo que representa un
incremento de costes para el usuario que, en algunos casos, puede no estar dispuesto
a asumir. Además de eso, la telefonía móvil puede tener determinados retardos en el
establecimiento de la conexión que implicaría la imposibilidad de utilizarla en algunos
sistemas críticos. El sistema basado en telefonía móvil más utilizado en la actualidad
es el e-call, ya implantado en varios países europeos y de inminente desarrollo en
España.
2.3.6 WiMAX
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access, "Interoperabilidad Mundial
para Acceso por Microondas") es un estándar de transmisión inalámbrica de datos
(802.16 MAN) [7] que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 48 km de
radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión
directa con las estaciones base. WiMAX es un concepto parecido a Wi-Fi (Wireless
Fidelity), pero con mayor cobertura y ancho de banda. Wi-Fi, fue diseñada para
ambientes inalámbricos internos como una alternativa al cableado estructurado de
redes y con capacidad sin línea de vista de muy pocos metros. WiMAX, por el
contrario, fue diseñado como una solución de última milla en redes metropolitanas
(MAN) para prestar servicios a nivel comercial.
El estándar IEEE 802.16 con revisiones específicas se ocupa de dos modelos de uso:
47
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
Fijo: El estándar del 802.16-2004 del IEEE (el cuál revisa y reemplaza
versiones del IEEE del 802.16a y 802.16d) es diseñado para el acceso fijo que
el uso modela. Este estándar puede ser al que se refirió como "fijo inalámbrico"
porque usa una antena que se coloca en el lugar estratégico del suscriptor. La
antena se ubica generalmente en el techo de una habitación o en un mástil,
parecida a una antena de televisión vía satélite. 802.16-2004 del IEEE también
se ocupa de instalaciones interiores, en cuyo caso no necesita ser tan robusto
como al aire libre.
El estándar 802.16-2004 es una solución inalámbrica para acceso a Internet de
banda ancha que provee una solución de clase interoperable de transmisión de
datos para la última milla. WiMAX acceso fijo funciona desde 2.5-GHz
autorizado, 3.5-GHz y 5.8-GHz exento de licencia. Esta tecnología provee una
alternativa inalámbrica al módem cable y las líneas digitales de suscriptor de
cualquier tipo (xDSL).
•
Móvil: El estándar del 802.16e del IEEE es una revisión para la especificación
base 802.16-2004 que apunta añade portabilidad y capacidad para clientes
móviles, diseñado para, entre otras, aplicaciones de automoción. Se espera
que el estándar 802.16e haya sido consolidado en 2009 y para 2010 aparezcan
los primeros productos certificados. Se espera que el desarrollo de este
estándar permita comunicaciones omnidireccionales en movilidad, con un
alcance de al menos 20 kilómetros y a velocidades de más de 200 kilómetro
por hora.
El estándar del 802.16e usa Acceso Múltiple por División Ortogonal de
Frecuencia (OFDMA), lo cual es similar a OFDM en que divide en las
subportadoras múltiples. OFDMA, sin embargo, va un paso más allá agrupando
subportadoras múltiples en subcanales. Una sola estación cliente del suscriptor
podría usar todos los subcanales dentro del periodo de la transmisión, o los
múltiples clientes podrían transmitir simultáneamente usando cada uno una
porción del número total de subcanales.
El estándar 802.16-2004 del IEEE mejora la entrega de última milla en varios aspectos
cruciales:
•
La interferencia del multicamino
•
El retraso difundido
•
La robustez
La interferencia del multicamino y retraso mejora la actuación en situaciones donde no
hay una línea de vista directo entre la estación base y la estación del suscriptor.
48
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 2.20. Aplicaciones de WiMAX en seguridad pública.
El Control de Acceso a Medios emergente del 802.16-2004 es optimizado para
enlaces de gran distancia porque es diseñado para tolerar retrasos más largos y
variaciones de retraso. La especificación 802.16 acomoda mensajes de la gestión de
Control de Acceso a Medios que permiten a la estación base interrogar a los
suscriptores, pero introduciendo un cierto retraso temporal.
El estándar del 802.16-2004 del IEEE usa OFDM (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing) para la optimización de servicios inalámbricos de datos, con varias
portadoras llevando datos en paralelo. En este caso, la señal OFDM está dividida en
256 canales en lugar de 64 como ocurre con el estándar 802.11. Como previamente
se ha indicado, un mayor número de canales en la misma banda da como resultado
canales más estrechos.
Alcance
Explicación
técnica
WiMAX
WiFi
802.16
802.11
• Optimizado para un tamaño
típico de célula de 7-10 km.
• Hasta 50km de alcance.
• No presenta el problema del
nodo oculto.
• Optimizado para usuarios
en un radio de 100 m.
• Aumento de alcance con
antenas
de
gran
ganancia
y
amplificadores en los
puntos de acceso.
WiMAX tolera 10 veces
más retardo multicamino
que 802.11.
Modulación adaptativa
Cobertura
• Optimizada para entornos
exteriores.
• Optimizada
entornos interiores
Escalabilidad
• Ancho de banda flexible de
1.5 a 20 MHz para bandas
con/sin licencia
• Reutilización
de
la
frecuencia.
• Planificaión de las células
para
proveedores
de
servicios.
• El ancho de banda del
canal es fijo a 20 MHz
para
256 canales en WiMAX
frente a 64 de WiFi.
El número de canales de
WiMAX solo está limitado
por el espectro disponible.
49
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Velocidad de
transmisión
• Hasta 75 Mbps en canales
dede 20 MHz.
Coste de la
instalación
• >1000 € en equipos sin
licencia.
• Aún no existen operadores
con licencia.
• 54 Mbps con canales de
20 MHz
• 10 € por tarjeta
• 100 € por punto
acceso
de
La tecnología WiFi lleva
más 10 años introducida
en el mercado y es hoy en
día de uso generalizado.
WiMAX acaba de aparecer
y los costes de producción
aún son elevados.
Figura 2.21. Comparación entre WiFi y WiMAX. Fuente WiMAX Forum.
2.3.7 Comparación entre los estándares existentes
En la descripción de cada una de las tecnologías de comunicaciones extravehiculares
disponibles en la actualidad se han detallado sus características básicas y sus
aplicaciones más apropiadas. En este punto, realizamos una recapitulación de los
elementos fundamentales de cada una de ellas.
WiMAX
WiFi
802.16e
802.11
Velocidad
1-32 Mbps
Cobertura
DSRC/WAVE
UMTS
2-54 Mbps
3-27 Mbps
2 Mbps
15 km
300 m
1 km
10 km
Movilidad
200 km/h
50 km/h
200 km/h
200 km/h
Latencia
¿?
Segundos
<50 ms
Segundos
Licencia
Si/No
No
¿?
Si
Ventajas
Velocidad y
Alcance
Velocidad y
Precio
Velocidad y
Movilidad
Alcance y
Movilidad
Interferencias?
Bajo alcance
Precio alto
Lento y caro
Inconvenientes
Tabla 2.5. Comparación de las características fundamentales de las tecnologías de
comunicación extravehiculares.
2.3.8 Sistemas de comunicaciones intra-vehiculares
Hasta este momento, hemos descrito las diferentes tecnologías disponibles en la
actualidad para el intercambio de información entre el vehículo y su entorno, ya sean
otros vehículos o la infraestructura. Sin embargo, existe otro tipo de entorno de
comunicaciones, mucho más reducido que los anteriores, que dan soporte a un
conjunto de aplicaciones claramente diferenciado; son las denominadas
comunicaciones intra-vehiculares.
50
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Las comunicaciones intra-vehiculares son todas aquellas que permiten el intercambio
de información entre los diferentes sistemas dentro del vehículo. Pueden ser de dos
tipos, por un lado, las cableadas, que transmiten información entre todos los
componentes encargados de la gestión de la conducción, seguridad y sistemas
internos del vehículo. Habitualmente, estos buses de comunicaciones cableados son
multiplexados y se basan en tecnología CAN (Controller Area Network) de Bosch, el
estándar de facto en automoción. El otro tipo de sistemas de comunicaciones intravehículares están basados en redes inalámbricas [8]. Dada la menor fiabilidad de este
tipo de redes, fundamentalmente en lo referente a tiempo real e interferencias, está
dedicado única y exclusivamente a dar servicio a sistemas de confort y multimedia, no
siendo utilizados nunca para temas relacionados con seguridad. El manos libres del
teléfono móvil, navegadores, música o video son algunas de las aplicaciones más
comunes. No obstante, la aplicación de este tipo de tecnologías inalámbricas tiene, sin
duda, un brillante futuro en automoción. De la misma manera en que gran parte de la
electricidad y el cableado de los vehículos fueron sustituidos por buses de
comunicaciones para, entre otras cosas, ahorrar peso y costes, en un futuro
posiblemente cercano, esos buses de datos serán sustituidos por redes inalámbricas,
eliminando definitivamente la mayoría del cableado de los coches. De hecho, se
estima que por término medio en un vehículo se encuentran instalados 1900 cables,
que vienen a ser unos 2 km. de cableado y representan un peso de 40 kg. No solo
eso, sino que además, las rutas de los cables deben ser variadas en cada ciclo de
producción, representando un coste añadido. Por todo esto, la integración de sensores
inalámbricos dentro del vehículo, supone una interesante alternativa a la falta de
flexibilidad de las redes cableadas, habilitando una malla interconectada de redes
inalámbricas para gestionar toda la información dentro del vehículo. En consecuencia,
toda actividad en el área de redes inalámbricas intra-vehiculares supone una
oportunidad de negocio para futuros desarrollos de sistemas en vehículos.
Las tecnologías para comunicaciones inalámbricas que pueden ser utilizadas en
aplicaciones intra-vehiculares disponibles en la actualidad son tres: Bluetooth, Zigbee
y UWB. También se incluye en esta clasificación a los RFID pasivos, ya descritos
anteriormente, que forman parte de sistemas de seguridad como la identificación de la
llave del vehículo o de la tarjeta de identificación.
2.3.8.1 Bluetooth
Bluetooth [9] es una especificación industrial para las denominadas Redes
Inalámbricas de Área Personal (WPANs) que posibilita la transmisión de datos entre
diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia a en la banda de 2.4
GHz. La especificación Bluetooth [10] ha sido diseñada para permitir el desarrollo de
dispositivos de comunicaciones de bajo coste, con bajo consumo y de corto alcance (1
metro, 10 metros, 100 metros – Ver tabla).
Clase
Potencia máxima permitida
Alcance (metros)
51
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
mW (dBm)
Clase 1
100 (20)
~ 100
Clase 2
2.5 (4)
~ 20
Clase 2
1 (0)
~1
Tabla 2.6. Características fundamentales de las clases de dispositivos Bluetooth.
El motivo de la creación de esta especificación es la de obtener un único protocolo
inalámbrico digital que fuera capaz de interconectar múltiples dispositivos de forma
muy simple y solventando problemas clásicos como la sincronización entre los
mismos. De manera similar a las redes WiFi, Bluetooth utiliza la tecnología Frequency
Hopping Spread Spectrum (FHSS) para la transmisión de datos, empleando para ello
79 canales en la banda de los 2.4 GHz para ISM (banda de frecuencia industrial,
científica y médica) y, de esta manera, contrarrestar las interferencias y la pérdida de
intensidad ocasionales.
Las redes Bluetooth admiten una velocidad de transmisión de 1 Mbps en el modo de
transferencia básica y una velocidad de transmisión aérea total de 2 a 3 Mbps en el
modo de transferencia de datos mejorada.
Versión
Ancho de banda
Versión 1.2
1 Mbit/s
Versión 2.0 + EDR
3 Mbit/s
UWB Bluetooth
(propuesto)
53 - 480 Mbit/s
Tabla 2.7. Velocidades de transmisión asociadas a las diferentes versiones de Bluetooth.
El funcionamiento habitual de las redes Bluetooth se rige por el esquema maestroesclavo. Uno de los dispositivos de la red, denominado maestro, proporciona los
valores de referencia de la conexión, como por ejemplo, la sincronización con su reloj
y la secuencia de salto de frecuencia. Los demás dispositivos (hasta 7) de la red
reciben el nombre de esclavos e intercambian datos con el maestro. Esta red formada
por ocho dispositivos de corto alcance es una PAN (Personal Area Network) y se
denomina piconet (μNet). Una de las características fundamentales de este tipo de
redes es que la información puede circular entre el maestro y cualquier otro
dispositivo; no obstante, los diferentes dispositivos pueden cambiar sus roles entre sí
y, de esta forma, un maestro puede transformarse en esclavo y viceversa,
dependiendo de la necesidades de las aplicaciones que soporten las comunicaciones.
Además, los nodos son autónomos, es decir, que no tienen por que ir asociados a
ordenadores ni equipo informático complejo, sino que pueden ser simples sensores o
actuadores independientes y con alimentación autónoma, formando una WSAN
(Wireless Sensor and Actuator Network) [11].
52
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La especificación Bluetooth permite también la interconexión de dos o más piconets,
formando así una scatternet, en la que alguno de los dispositivos esclavos ejerce de
puerta de enlace de entre dos redes, siendo maestro en una y esclavo en otra.
En la actualidad, las comunicaciones Bluetooth son ampliamente utilizadas en el
ámbito del automóvil. En la actualidad podemos encontrar multitud de aplicaciones y
sistemas que emplean conexiones entre diferentes dispositivos del vehículo con una
PDA, con el teléfono móvil, con un reproductor MP3 o con un GPS. La característica
común de estas aplicaciones es que todas están dedicadas al entretenimiento, no
estando basadas en ellas ningún sistema de seguridad. Sin embargo, el esquema
maestro esclavo de las redes Bluetooth es muy similar al esquema de los buses
multiplexados que equipan los vehículos y bien podrían aparecer, en un futuro no muy
lejano aplicaciones que sustituyan estas redes cableadas. Bluetooth es ideal, además,
para aplicaciones que demanden gran ancho de banda y, aunque en la especificación
ni aparece como una de sus características el tiempo real, dada la alta tasa de
transferencia de datos, podría ser suficiente como para ofrecer un tiempo real no
estricto.
2.3.8.2 Zigbee
Las redes Zigbee [12] son en la actualidad las más populares que se basan en el
estándar IEEE 802.15.4-2003 [13] (otras redes existentes de similares características
son WirelessHART, ISA100, 6lowpan). Este tipo de redes emplean el nivel físico y de
acceso al medio (MAC) definido en el estándar de IEEE para “Low-Rate Wireless
Personal Area Networks (WPANs)”, y en el nivel de aplicación emplean su
especificación propietaria. Una de las características fundamentales de Zigbee (y del
resto de especificaciones) es que permite varios tipos de organización de los
diferentes nodos de la red, en configuraciones como maestro – esclavo (igual que en
Bluetooth) y sobre todo en redes autoorganizativas o redes malladas. En algunos
hardware incluso es posible reprogramar la configuración que deseamos que tenga la
red con nuestros propios algoritmos.
Otra característica importante de este tipo de redes de área personal es que son
totalmente autónomas. Esto significa que los dispositivos de comunicaciones Zigbee
cuentan con alimentación propia, con lo que es posible acoplarlos a cualquier tipo de
sistema de forma remota, como sensores o actuadores, sin necesidad de funcionar
sobre un ordenador. La red en su conjunto utilizará una cantidad muy pequeña de
energía de forma que cada dispositivo individual pueda tener una autonomía de hasta
5 años antes de necesitar un recambio en su sistema de alimentación.
Dadas las características de bajo consumo de la red, en consecuencia el alcance de
cada unidad Zigbee es muy limitado. Sin embargo, la red como tal puede aumentar
ilimitadamente su cobertura mediante configuraciones como la mencionada de red en
malla autoorganizativa, que hace que todos los nodos se comporten como routers y,
de esta manera dar servicio a grandes extensiones como, por ejemplo, una planta de
un edificio.
53
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La especificación Zigbee como tal se organiza dentro de la denominada alianza
Zigbee, formada por más de 150 compañías, siendo 9 las empresas de soporte de la
organización y promotores reales del estándar: IBM, Chipcon, Ascua, Freescale,
Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips y Samsung. Es por ello que para propósitos de
desarrollo es necesario pagar royalties a Zigbee Alliance (unos 3.000 €/año), siendo
gratuito el uso de esta tecnología para educación o investigación.
En cuanto a las bandas de frecuencia utilizadas, en el momento que todas las
soluciones Zigbee trabajan en 2.4GHz, existiendo además para la banda de 915MHz
en Norteamérica y 868MHz en Europa. La banda de frecuencia 2.4GHz es, en
principio, una banda libre de licencia, así que un producto de ZigBee se puede utilizar
por todo el mundo sin mayores problemas.
Frecuencia
868 MHz
915 MHz
2.4GHz
Velocidad de
Transmisión
20 Kbps
40 Kbps
250 Kbps
Nº de canales
1
10
16
Tabla 2.8. Características de las redes Zigbee para cada frecuencia disponible en la
especificación. Fuente Zigbee Alliance.
Zigbee posee además la característica de permitir comunicaciones en tiempo real,
utilizando conceptos muy similares a las redes tipo CAN. Para ello tiene la posibilidad
para definir la prioridad en todos los mensajes que son emitidos por los nodos. Esto se
alcanza por medio de un mecanismo que garantiza el intervalo de tiempo de
transmisión para cada nodo, de modo que los mensajes prioritarios puedan ser envíen
tan rápidamente como sea posible.
Como ya se ha comentado, la principal ventaja y posibilidad de negocio de las redes
Zigbee son la posibilidad de integrar su sistema de comunicaciones inalámbrico con
sensores y actuadores para que funcionen de manera totalmente autónoma, sin
necesidad de cableado. Además su capacidad para funcionar en tiempo real
definiendo prioridades en los mensajes y su robustez derivada de la posibilidad de
autoreconfiguración de la red en caso de nodos estropeados, hace que sus
aplicaciones en el campo de la automoción sean múltiples, sobre todo a la hora de
sustituir buses cableados cuyos nodos exigen tiempo real.
2.3.8.3 Ultra Wide Band, UWB.
La tecnología UWB puede utilizarse para transmitir voz, vídeo u otro tipo de datos
digitales. Su principal ventaja respecto a otras tecnologías inalámbricas radica en el
54
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
hecho de que puede transmitir más datos utilizando menos potencia que el resto de
sistemas disponibles. Adicionalmente, los equipos de radio necesitan menos
componentes, por lo que se convierte en una solución económica.
De acuerdo a la FCC, los dispositivos UWB para comunicaciones y sistemas de
medida deben funcionar con su ancho de banda a -10 dB en el interior del margen de
frecuencias que se extiende desde 3,1 hasta 10,6 GHz y con una densidad espectral
de potencia máxima de emisión de -41,3 dBm/MHz. Debido a la limitación de potencia
impuesta por la FCC sobre las especificaciones de UWB, el alcance de estos sistemas
es bastante reducido. No obstante, esto se convierte en una ventaja cuando se desea
combinar varios radioenlaces en un espacio relativamente pequeño, como por ejemplo
una oficina o un apartamento.
El funcionamiento de UWB se basa en la transmisión de secuencias de pulsos
extremadamente estrechos y de baja potencia, los cuales se sitúan de forma precisa
en el tiempo (desviaciones inferiores al nanosegundo). La modulación de los datos
consiste básicamente en variar la posición de los pulsos empleando códigos PN
(técnica de espectro ensanchado). Como resultado se obtiene un espectro de banda
ancha que es mucho más resistente a interferencias, ya que éstas ocupan
normalmente una fracción muy pequeña del espectro de la señal UWB.
Adicionalmente, dado que las señales UWB son de baja potencia, causan muy poca
interferencia al resto de señales. Por ejemplo, algunos estudios han demostrado que la
interferencia de UWB sobre los sistemas GPS es inferior a las causadas por diversos
equipos eléctricos como un secador de pelo, una taladradora o una fuente de
alimentación de PC.
En comparación con otro tipo de tecnologías inalámbricas, como por ejemplo WiFi o
WiMAX, UWB proporciona una mayor velocidad de transmisión con una gran eficiencia
en potencia, lo que permite el desarrollo de dispositivos portátiles de gran autonomía.
En cambio, su alcance es similar a Bluetooth, debido principalmente a las limitaciones
de potencia impuestas. Eliminando estas restricciones, el alcance de UWB se estima
que podría ser similar o incluso superior al proporcionado por las tecnologías 802.11.
El principal campo de aplicación de UWB se orienta hacia la electrónica del hogar, por
ejemplo en la interconexión de periféricos tales como impresoras, escáneres o
monitores con el PC, o en la distribución de señales HDTV a distintos receptores de
TV. En el campo de la automoción, esta tecnología es de especial interés a la hora de
permitir la transmisión de información entre diferentes dispositivos que ahora la
comparten mediante buses cableados y que requieren gran ancho de banda. Este es
el caso, por ejemplo, de los sistemas de seguridad para vehículos inteligentes como
aviso de colisión, detección de peatones o de emergencia.
2.3.8.4 Comparación entre los estándares existentes
Las redes ZigBee y Bluetooth son realmente muy similares pero con algunas
diferencias importantes.
55
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en
subredes de 255 nodos, frente a los 8 máximos de una subred (Piconet) Bluetooth.
Las Zigbee tienen un menor consumo eléctrico que las Bluetooth. En términos
exactos, ZigBee tiene un consumo de 30mA transmitiendo y de 3uA en reposo, frente
a los 40mA transmitiendo y 0.2mA en reposo que tiene el Bluetooth. Este menor
consumo se debe a que el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo
dormido, mientras que en una comunicación Bluetooth esto no se puede dar, y
siempre se está transmitiendo y/o recibiendo. No obstante, dado que las redes Zigbee
se configuran en su mayor parte en forma de malla, habitualmente se da el caso de
que algunos nodos consuman más que otros al actuar de routers con otras subredes,
con lo que el tráfico que pasa por ellos es mayor.
Por otro lado, Zigbee define una velocidad de transmisión de hasta 250 kbps, mientras
que en Bluetooth es de hasta 1 Mbps.
Debido a las velocidades de cada uno, uno es más apropiado que el otro para ciertas
cosas. Por ejemplo, mientras que el Bluetooth se usa para aplicaciones como los
teléfonos móviles y los periféricos en vehículos, la velocidad del ZigBee se hace
insuficiente para estas tareas, desviándolo a usos tales como sensores y actuadores
con latencias medias, los productos dependientes de la batería, los sensores médicos,
y en artículos de juguetería, en los cuales la transferencia de datos es menor.
De la misma manera, los sistemas basados en RFID están destinados únicamente a
sistema con latencias muy bajas, dada su mínima capacidad de transmitir información,
del tipo de sistemas de seguridad y antirrobo (llave o tarjeta de acceso al vehículo) o
sistemas de uso puntual como telepeaje o identificación del vehículo. En su favor
juega el bajo coste de los emisores.
Por último, la tecnología UWB es la menos utilizada en la actualidad, encontrándose
en parte aún en fase de definición. No obstante, en el futuro puede suponer la
sustitución del Bluetooth para aplicaciones que demanden gran ancho de banda.
A continuación se muestra la tabla descriptiva con las características más importantes
de estas tecnologías.
Nombre
RFID (Pasivo)
Bluetooth
ZigBee
UWB
28
720
20-250
20-250
Alcance (m)
0.1-10
1-10
1-100
1-100
Tamaño de la red (nodos)
1000
7
255/65536
256/65536
~sec
~msec
<<1 sec
Flexible (estrella,
Flexible (estrella,
malla, híbrida)
malla, híbrida)
CSMA/CA &TDMA
CSMA/CA &TDMA
Velocidad de Transmisión
(Kbps)
Tiempo de inicialización
~decenas de
msec
Topología de red
Estrella
Estrella
Protocolo MAC
Q
TDMA
56
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Modulación PHY
ASK
FHSS
DSSS
DS-UWB
Requisitos de memoria
4KB
250 KB
4-32 KB
4-32 KB
Potencia en transmisión
0
1 mW
<1 mW
1 mW/Mbps
Monitorización y
Localización de alta
control
precisión, multimedia
Aplicaciones
Tabla
2.9.
Sistemas de
gestión
Comparación
entre
Reemplazar cables
los
diferentes
tipos
de
red
disponibles
para
comunicaciones intravehiculares.
2.3.9 Seguridad y privacidad de las comunicaciones inalámbricas
La Ley 32/2003, de 3 de noviembre, General de Telecomunicaciones en su Capítulo
III, “Secreto de las comunicaciones y protección de los datos personales y derechos y
obligaciones de carácter público vinculados con las redes y servicios de
comunicaciones electrónicas”, Artículo 33. Secreto de las comunicaciones, especifica
que Los operadores que exploten redes públicas de comunicaciones electrónicas o
que presten servicios de comunicaciones electrónicas disponibles al público deberán
garantizar el secreto de las comunicaciones de conformidad con los artículos 18.3 y
55.2 de la Constitución, debiendo adoptar las medidas técnicas necesarias. Asimismo,
los operadores están obligados a realizar las interceptaciones que se autoricen de
acuerdo con lo establecido en el artículo 579 de la Ley de Enjuiciamiento Criminal, en
la Ley Orgánica 2/2002, de 6 de mayo, Reguladora del Control Judicial Previo del
Centro Nacional de Inteligencia y en otras normas con rango de Ley Orgánica.
Asimismo, deberán adoptar a su costa las medidas que se establecen en este artículo
y en los reglamentos correspondientes.
Esto implica dos cosas. Por un lado, que la intercepción de comunicaciones
inalámbricas sujetas al servicio por parte de un operador es una actividad ilegal,
excepto en casos de autorización judicial. Por otro, que la intercepción de las
comunicaciones que no sean suministradas por un operador es una actividad alegal,
excepto que la Administración de Telecomunicaciones habilite una normativa
específica para ello.
No obstante, cualquier tipo de información que se transmita por redes de
comunicaciones electrónicas podrá ser protegida mediante procedimientos de cifrado.
El cifrado es un instrumento de seguridad de la información. Entre sus condiciones de
uso, cuando se utilice para proteger la confidencialidad de la información, se podrá
imponer la obligación de facilitar a un órgano de la Administración General del Estado
o a un organismo público, los algoritmos o cualquier procedimiento de cifrado utilizado,
así como la obligación de facilitar sin coste alguno los aparatos de cifra a efectos de su
control de acuerdo con la normativa vigente.
Es muy importante tener en cuenta los aspectos legales y jurídicos a la hora de tratar
temas de seguridad y privacidad en las comunicaciones, sobre todo cuando se aplica
a entornos como el vehicular, del que pueden depender vidas humanas.
57
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
En general, todos los sistemas de comunicaciones descritos en el presente estudio
pueden ser interceptados (tanto en tecnología de única portadora como en espectro
esparcido) y la seguridad de la información transmitida dependerá de si se instala un
sistema de cifrado en las comunicaciones. La mayoría de estos sistemas equipan
tecnologías de cifrado de hasta 128 bits, en principio imposible de hackear. No
obstante, esto puede suponer un problema para determinadas aplicaciones que para
su funcionamiento requieren de una transmisión de datos entre vehículos de una zona
entre los que, en un principio, no tiene por que haber un acuerdo de privacidad.
Asimismo, también es importante impedir que usuarios malintencionados introduzcan
información errónea en los sistemas de comunicaciones en transporte, situación que
podría causar la deshabilitación de los sistemas o algo peor.
Para solventar este tipo de problemas, es de gran importancia incluir toda la temática
de seguridad de la información y privacidad en todo tipo de aplicaciones que se
desarrollen en entornos vehiculares que utilicen soporte de comunicaciones
inalámbricas que, dada su naturaleza, son interceptables por cualquier entidad.
De esta manera, es imprescindible definir sistemas de seguridad y codificación
estándar que permita su utilización por la comunidad de usuarios pero que eviten el
hackeo. Un ejemplo de lo que no se debe hacer son los dispositivos Bluetooth en
general, pero específicamente los instalados en vehículos. Todos traen contraseña de
acceso, pero la definida por defecto es “0000”, que no es cambiada por los usuarios en
el 99% de los casos. Esto significa que cualquier persona con un ordenador y
conexión Bluetooth puede acceder a los datos de los vehículos que circulan en su
proximidad y acceder a información confidencial como, por ejemplo, la agenda de
teléfonos.
Otro tema importante a tratar es el de los inhibidores de frecuencia, que pueden
provocar la desaparición de la señal de comunicaciones en un área determinada. Esta
cuestión está íntimamente relacionada con cuestiones legales y de seguridad, pero
podría, en la práctica, dejar sin servicios de comunicaciones a un área de vía pública,
actividad que podría afectar a la seguridad de la circulación en el caso de
determinadas aplicaciones, como las descritas en este informe.
La seguridad y privacidad de las comunicaciones en entornos vehiculares es un tema
de debate abierto pero sobre el que sin duda se debe trabajar en los próximos años y
en los nuevos desarrollos, a fin de proporcionar una transmisión de datos fiable y
segura.
58
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
3
VISIÓN APLICADA
El uso de las TICs en el sector del trasporte por carretera se puede extender a
múltiples ámbitos. Entre otras, se pueden citar las aplicaciones para la mejora de la
seguridad vial (safety), de la seguridad contra el robo y otras acciones delictivas
(security), información al conductor y los usuarios, asistencia al conductor, mejora del
confort, gestión de flotas o del tráfico, etc.
Al tratar de clasificar los sistemas y servicios que se derivan de la aplicación de las
TICs al entorno del automóvil, se presenta la dificultad de los solapamientos entre
unas categorías y otras. Así, entre otras, se pueden plantear las siguientes
clasificaciones.
Según el objetivo perseguido:
-
Circulación segura.
-
Circulación informada / asistida.
-
Circulación eficiente.
Según las comunicaciones establecidas:
-
Intravehiculares.
-
Intervehiculares o V2V.
-
Entre vehículos y la infraestructura o V2I.
Según el tipo de vehículo:
-
Vehículo particular.
-
Vehículo de transporte colectivo.
-
Vehículo de transporte industrial de mercancías.
De las anteriores, se va a seguir la primera de las indicadas, si bien debe recalcarse
que un sistema concreto puede aplicarse a más de un grupo, con lo que no es posible
desvincular completamente, en muchos casos, la circulación segura de la informada o
la eficiente. Además, y con el fin de acotar el estudio, no se consideran los sistemas
que impliquen únicamente comunicaciones intravehiculares, dando por evidente que
cualquier sistema electrónico embarcado precisa de alguna entrada de información.
Por ello, nos centraremos en los sistemas que implican comunicaciones V2V o V2I, en
cualquier tipo de vehículo, aunque ciertos sistemas tienen una clara orientación hacia
algunas categorías concretas.
59
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
3.1 Circulación segura
3.1.1 Planteamiento de soluciones
La mejora de la seguridad en el transporte por carretera lleva siendo una prioridad
desde hace años, dado el coste social y económico que tienen los accidentes [14].
Según el plan de acción de la Unión Europea, se fijó el objetivo de reducir las muertes
en accidentes de tráfico al 50 % en el año 2010 respecto a los niveles de 2001 [15].
Evidentemente, las tecnologías han evolucionado notablemente en los últimos años, si
bien se debe ser consciente de que sólo un enfoque global puede proporcionar
resultados satisfactorios. Este enfoque no sólo atañe a fabricantes y operadores de
infraestructuras, sino que se debe extender a la promoción de soluciones y políticas
que mejoren el comportamiento seguro de los conductores, a través de una mejor
información que les permita adoptar las acciones correctas.
Desde un punto de vista general, ERTRAC [3] propone las líneas estratégicas de
trabajo para incrementar la seguridad del tráfico. Entre ellas, se puede observar en la
figura siguiente que una gran parte de las soluciones tiene una relación directa o
indirecta con las TICs, lo que pone de manifiesto su potencial.
Figura 3.1. Soluciones para la mejora de la seguridad e indicación de las áreas en las que
las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])
60
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Clásicamente, el problema de la seguridad en el tráfico se ha enfocado hacia los 3
elementos fundamentales que intervienen: conductor, vehículo e infraestructura. Por
ello, las soluciones también están focalizadas en estos elementos y en las
interrelaciones entre ellos [16].
Conductor:
Según las estadísticas, en el 90 % de los accidentes está presente el factor humano
[17]. Las medidas tecnológicas deben estar orientadas a promover y facilitar conductas
seguras al volante. Entre otras, se pueden citar las siguientes medidas relacionadas
con el conductor:
-
Sistemas de información a bordo que promuevan conductas más seguras.
-
Supervisión del estado del conductor, detectando situaciones de cansancio,
distracción, fatiga, alcoholemia, etc., para lo que se están analizando
diversas técnicas de detección de dicho estado del conductor.
-
Desarrollo de sistemas de interfaz de usuario (HMI) adecuados que
comprendan las aplicaciones embarcadas de una forma integrada, de forma
que priorice la información y la muestre de una forma efectiva.
-
Aunque la información es importante, se debe estudiar cual se da y en qué
momento para no generar confusión o distracción, siendo necesario
involucrar en el análisis el factor humano.
-
Se considera que la tecnología debe asistir, pero, en general, no
reemplazar al conductor.
Vehículo:
-
Desarrollo de sensores y actuadores, reduciendo su coste y mejorando su
fiabilidad, así como la redundancia para un mejor reconocimiento de
situaciones de riesgo, eliminando falsas alarmas que crean desconfianza en
el sistema.
-
Desarrollo de unidades de procesamiento de la información para interpretar
el entorno y las situaciones de riesgo.
-
Monitorización del entorno, sobre todo en zonas de conflicto más probable
como intersecciones, en las que la interpretación de la información es
compleja y cambiante.
-
Individualización de los sistemas de asistencia a la conducción con el fin de
que su comportamiento sea tal y como se espera del conductor y no
provoque rechazo, para lo que deben ajustarse los parámetros del sistema
a cada individuo de forma automática.
-
Mayor integración entre los sistemas de seguridad, dotándoles de mayor
capacidad de actuación sobre el vehículo en caso de necesidad, lo que
entra en conflicto con aspectos legales todavía en discusión.
61
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Posibilidad de incluir conducción autónoma, al menos en algunas
situaciones concretas y controladas, lo que permite reducir el cansancio del
conductor y mejorar la eficiencia.
Infraestructura:
La infraestructura juega un papel fundamental como canalizadora de la información y
su distribución. Las líneas de trabajo principales se orientan hacia los siguientes
objetivos:
-
Desarrollo de sistemas de información de condiciones de la carretera,
meteorología, tráfico, accidentes, así como la tecnología necesaria para
enviar dicha información a los vehículos y demás usuarios
-
Desarrollo de criterios objetivos y comunes en la evaluación de la seguridad
de la infraestructura
-
Desarrollo de soluciones cooperativas que permitan proteger a os usuarios
más vulnerables
-
Desarrollo de sistemas dinámicos e inteligentes de gestión del tráfico.
-
Necesidad de desarrollar mapas electrónicos precisos y detallados
Un mayor potencial que con medidas aisladas se alcanza con la cooperación entre los
diferentes elementos, para lo que se hacen necesarias las comunicaciones vehículo-avehículo (V2V) y vehículo-a-infraestructura (V2I). Sin embargo, en este tipo de
sistemas, a diferencia de lo que ocurre con los sistemas autónomos montados en un
vehículo, surge un problema claro en las primeras fases de integración y que debe ser
tenido en cuenta: vehículos equipados con los nuevos sistemas de comunicaciones
deben interactuar con vehículos que no los incorporan.
Para evaluar esta dificultad así como otros aspectos como la aceptación por parte de
los usuarios, entre otros, en la actualidad se está haciendo un gran esfuerzo en la
línea de desarrollar ensayos a gran escala (Field Operational Tests -FOTs).
3.1.2 Modelo de seguridad integrada
Tradicionalmente, los sistemas de seguridad en el automóvil se clasificaban en dos
grandes grupos como eran seguridad activa o primaria y seguridad pasiva o
secundaria. Sin embargo, la proliferación de unidades electrónicas de procesamiento
en el vehículo y la compartición de información entre las mismas han dado lugar a que
la frontera pase a ser mucho más difusa, lo que llevó a acuñar el término de seguridad
integrada (figura 3.2).
62
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.2. Modelo integrado de seguridad [2].
Aún asumiendo los solapamientos antes citados, se pueden definir las grandes
categorías de sistemas de seguridad:
-
Sistemas de asistencia al conductor: sistemas desarrollados con el
objetivo fundamental de evitar errores en el conductor debidos a
cansancio, falta de atención o decisiones no acertadas, durante la
actividad de circulación.
-
Sistemas de seguridad primaria: dispositivos que contribuyen a evitar o
minimizar los actos y comportamientos inseguros del conductor y del
propio vehículo, susceptibles de causar accidentes.
-
Sistemas precolisión: elementos que permiten, utilizando información
proporcionada por sensores embarcados, que se desarrollen acciones
coordinadas por los sistemas de control del vehículo y protección de
ocupantes, durante las fases de precolisión y colisión, con el objeto de
reducir o eliminar daños.
-
Sistemas de seguridad secundaria: dispositivos que tienen como
finalidad evitar o minimizar los daños producidos a personas o cosas
transportadas en el vehículo o con las que éste puede interaccionar,
cuando tiene lugar un accidente.
-
Sistemas de seguridad terciaria: dispositivos embarcados para el
registro de información dinámica durante la fase previa y de colisión
(caja negra), así como aquellos que tienen como función mejorar la fase
de aviso y actuación de los equipos de rescate de víctimas del siniestro.
Una prospección de la implantación de los sistemas de seguridad en los vehículos
permite observar que, si bien los sistemas de seguridad pasiva se introdujeron mucho
antes, el gran potencial actual reside en los sistemas de seguridad activa, apoyados
en el desarrollo de la electrónica y las comunicaciones.
63
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.3. Potencial de los sistemas de seguridad activa y pasiva [2].
3.1.3 Sistemas de seguridad primaria. Sistemas cooperativos
3.1.3.1 Concepto de sistema cooperativo
Dentro de la iniciativa eSafety de la Unión Europea [17], se distinguen dos
generaciones de sistemas: sistemas autónomos (basados en censores y
comunicaciones intravehiculares) y sistemas cooperativos (comunicaciones entre
vehículos). En la misma línea, en [14] se diferencian tres categorías: sistemas basados
en el vehículo (aislado), sistemas basados en la infraestructura y sistemas
cooperativos (aunque aprovechan los sistemas anteriores y añaden las
comunicaciones entre dichos elementos).
El principal salto cualitativo entre el vehículo autónomo que incluye sus propios
sistemas y el vehículo conectado en un entorno cooperativo reside en que, además de
poseer datos propios y de percibir su entorno por medio de sensores embarcados,
puede recibir información de otros vehículos, de la infraestructura o de centrales de
tráfico, así como disponer de posicionamiento por satélite o por medio de balizas en la
vía. Además, dicho vehículo podría ser, a su vez, fuente de información, que se
transmitiría al exterior (infraestructura, otros vehículos, centros de control, etc.). De
esta forma, se establece una comunicación bidireccional en la que los vehículos
transmiten información que reciben otros usuarios o es filtrada y analizada por centros
de control que después la vuelven a enviar.
64
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.4. Visión general de las comunicaciones en el entorno viario según el proyecto
europeo CVIS [19].
Entre la información que se puede transmitir se destaca la relativa a las condiciones
del tráfico (retenciones, obras, etc.), condiciones de la calzada (mojada, helada, etc.),
condiciones meteorológicas (lluvia, nieve, niebla, etc.). La figura siguiente ilustra esta
comunicación planteada por BMW.
Figura 3.5. Transmisión de información entre vehículos y la infraestructura [20].
Adicionalmente, la transmisión de información de vehículos sensorizados puede
emplearse en la actualización de mapas electrónicos. A su vez, estos mapas y
actualizaciones podrían ser descargados por los demás usuarios en ruta.
65
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
3.1.3.2 Aplicaciones para la mejora de la seguridad
En el ámbito de la mejora de la seguridad se han planteado diversos sistemas
basados en las comunicaciones entre vehículos o con la infraestructura.
Fundamentalmente, se pretende proporcionar una mejor información y con mayor
antelación con lo que el conductor pueda anticiparse a ciertas situaciones de riesgo,
ofreciendo mayores tiempos al conductor para adaptarse a las nuevas condiciones.
La figura siguiente muestra las áreas de trabajo de las comunicaciones en función del
entorno urbano o interurbano, dadas las diferencias que presentan ambos.
Figura 3.6. Áreas de aplicación de las comunicaciones V2V y V2I.
Así, por ejemplo, el grupo General Motors planteó 7 escenarios en un prototipo de
sistema cooperativo [21]:
-
Aviso de zona de obras.
El sistema de comunicaciones V2I informa a los vehículos que se aproximan a
una zona de obra de dicha incidencia. La señal es emitida desde la propia zona
de obras.
-
Comunicaciones en intersecciones.
Los vehículos que se aproximan a una intersección se comunican entre sí,
analizándose la prioridad y la necesidad de frenar en cada uno de ellos con el
fin de evitar una posible colisión.
-
Circulación de un vehículo lento más adelante.
Los vehículos circulando por la misma vía se comunican de forma que se
puede detectar la circulación de un vehículo a menor velocidad delante,
previniendo accidentes por alcance.
-
Aviso de vehículo detenido más adelante.
66
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Un vehículo detenido en la calzada o en el arcén emite una señal, previniendo
con antelación a los vehículos que se acercan a él.
-
Supervisión del ángulo muerto.
Mediante comunicación entre vehículos es posible indicar al conductor d que
una maniobra de cambio de carril es peligrosa al encontrarse un vehículo en
dicho carril en el ángulo muerto que el conductor no percibe con facilidad.
-
Aviso de vehículo de emergencias aproximándose.
Un vehículo de emergencias emite una señal de forma que los demás usuarios
que se encuentran en su camino están avisados y pueden realizar maniobras
de forma más segura y eficiente para dejarle paso.
-
Aviso de frenada de emergencia de un vehículo más adelante.
Un vehículo que realiza una frenada de emergencia (detectada por actuar el
ABS) emite una señal para que los vehículos que se aproximen a él por la
misma vía tengan en cuenta que ha sucedido un hecho anómalo en el tráfico
con lo que tienen que circular con precaución.
67
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.7. Escenarios planteados en el sistemas propuesto por GM.
Si bien resulta compleja una estimación del efecto sobre la seguridad de estos
sistemas, sí se puede cuantificar cual es el marco de accidentes que podría evitar:
•
Colisión contra vehículo estacionado o averiado en calzada.
•
Accidentes por alcance.
•
Accidentes laterales o frontolaterales en intersecciones.
•
Accidentes laterales o frontolaterales en cambio de carril.
Trabajando a partir de la base de datos estadística de los accidentes con víctimas de
la DGT se obtienen los resultados mostrados en la tabla siguiente, que denotan una
incidencia potencial muy alta:
Tipo de accidente
Colisión contra vehículo estacionado o
averiado en calzada
Accidentes por alcance
Nº accidentes Nº muertos Nº heridos graves
895
35
185
16578
325
2095
68
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Accidentes laterales o frontolaterales
en intersecciones
19294
382
3317
Accidentes laterales o frontolaterales
en cambio de carril
10590
544
2631
TOTAL
47357
1286
8228
INCIDENCIA POTENCIAL
52.0 %
29.0 %
37.6 %
Tabla 3.1. Evaluación de accidentes sobre los que podría incidir el sistema V2V de GM
(datos del año 2005).
3.1.3.3 Sistemas cooperativos como alternativa o soporte a otros
sistemas autónomos
Las comunicaciones entre vehículos pueden ser empleadas para la realización de
funciones que sistemas autónomos en un vehículo ya desempeñan o dar soporte a
éstos para mejorar sus prestaciones. Algunos ejemplos son los siguientes:
Control de crucero adaptativo ACC
Se adecua la velocidad a la del vehículo precedente con el fin de mantener una cierta
distancia de seguridad. En la actualidad, este tipo de sistemas, que montan ya
diversas marcas en sus modelos, mayoritariamente de alta gama (Mercedes, BMW,
Toyota, Volkswagen, etc.), están basados, en general, en el uso de radar en el frontal
del vehículo con el que detectan la proximidad de otros vehículos. En el campo de los
V2V, esta distancia puede obtenerse de la comunicación entre vehículos si todos son
capaces de emitir su posicionamiento con suficiente precisión.
Figura 3.8. Ilustración del sistema ACC de Mercedes Benz.
69
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Se ha encontrado que la mera detección de obstáculos no es suficiente en el entorno
de la conducción. Así, por ejemplo, en una curva, un coche que circulase en sentido
contrario por el carril opuesto podría ser interpretado como un peligro (cuando, en
general, no lo es) y provocaría una respuesta brusca del sistema. Además de la
geometría compleja de la carretera, es preciso tener en cuenta el comportamiento del
conductor y los demás usuarios de la vía, lo que complica aún más la predicción de las
trayectorias futuras. La comunicación entre vehículos y el uso de mapas digitales
detallados, junto a un posicionamiento preciso son las soluciones que se están
proponiendo. Evidentemente, estas soluciones pasan por niveles de precisión del
posicionamiento y detalle en los mapas, en general, superiores a los actuales
empleados con fines de navegación, como se citará más adelante.
Figura 3.9. Dificultad en la detección de obstáculos [22]
Supervisión de ángulos muertos
Esta supervisión es una de las configuraciones analizadas dentro de los sistemas V2V
antes presentados, si bien puede abordarse por medio de métodos de sensorización
en el vehículo, en la misma línea que el control de crucero adaptativo.
Detección de otros vehículos u obstáculos en general
Esta aplicación supone la generalización de sistemas como los anteriores a cualquier
tipo de obstáculo en cualquier posición. Se han desarrollado extensos trabajos sobre
la sensorización necesaria en el vehículo para cubrir los requerimientos de detección
en las diferentes zonas alrededor del vehículo, probando la idoneidad de las diferentes
tecnologías existentes (radar, lidar, visión artificial, ultrasonidos, infrarrojos, etc.). En
este sentido, cabe destacar el proyecto Chamaleon [23] por su amplitud de enfoque.
70
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.10. Monitorización completa en el vehículo
Estos sistemas tienen la ventaja de que su funcionamiento es independiente de los
sistemas que monten los demás vehículos y permite la detección (y la identificación,
en ocasiones) de obstáculos que no sean vehículos (peatones, por ejemplo). Estas
ventajas no las comparten los sistemas basados en comunicaciones entre vehículos,
si bien sí proporcionan un mayor alcance en la monitorización del entorno, pudiendo
adelantar las alertas y decisiones, todo a cambio de un cierto nivel necesario de
penetración de estos sistemas en el mercado.
Detección de señales de tráfico
Esta se puede realizar mediante el procesamiento de imágenes, mostrándola en el
cuadro de instrumentos al conductor. Sin embargo, este sistema presenta problemas
de percepción de las señales en condiciones atmosféricas o de iluminación adversas
y, sobre todo, en caso de ocultación parcial o total de las mismas. La comunicación
V2I puede solventar tales carencias, si bien requiere la instalación de balizas en la
ubicación de las señales que proporcionen la información correspondiente.
Figura 3.11. Reconocimiento de imágenes y proyección sobre el parabrisas.
71
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Aviso de velocidad recomendada (Curve Speed Warning system CSW, Intelligent
Speed Adaptation system ISA)
Los sistemas autónomos están basados en el uso de la información contenida en un
mapa electrónico que incluye las velocidades máximas de circulación (en general, los
límites legales) o características detalladas de la carretera que permitan el cálculo de
la velocidad óptima en función de las condiciones [24]. La comunicación entre
vehículos puede proporcionar mejoras sobre el sistema básico. En concreto, permite
que el sistema conozca las condiciones del tráfico, la calzada y la meteorología con lo
que se pueden ajustar los límites de velocidad a factores cambiantes que, de otra
forma, sería complejo tener en cuenta.
En este sentido, las nuevas generaciones de mapas electrónicos con mayores
especificaciones de detalle y precisión suponen una herramienta fundamental. Así, se
pasa de lo que se podría denominar un “mapa para la navegación” a un “mapa para la
seguridad” [25][26]. En concreto, se establecen como características fundamentales la
fiabilidad, la completitud y la precisión, lo que involucra nuevas formas de
construcción, manejo, mantenimiento y distribución de los mapas digitales. Todo lo
anterior involucra [27]:
-
Nuevos sensores y sistemas de recogida y procesamiento de las medidas.
-
Nuevas técnicas de validación de datos y de verificación de la consistencia
de la base de datos.
-
Nuevas soluciones de comunicación para favorecer la coordinación de
datos.
-
Nuevas herramientas para la distribución y actualización de la base de
datos.
3.1.4 Sistemas de seguridad terciaria
La seguridad terciaria, incluida en algún modelo de seguridad como la última fase de la
seguridad secundaria, hace referencia a las acciones una vez que se ha producido el
accidente.
Las acciones que se pueden tomar son de muy diversa índole y están encaminadas,
en su mayoría, a la evitación, en la medida de lo posible, de efectos negativos
adicionales a los ya sufridos en el propio impacto, tales como los causados por
demoras en la llegada de equipos de asistencia, fuegos que se pudiesen generar tras
el choque, incidentes con otros vehículos al quedar los accidentados en la calzada,
etc.
Además, es destacable otra línea de actuación complementaria que es la de recabar
datos del accidente, bien para suministrarlos a los servicios de emergencias, bien para
su empleo posterior en análisis de accidentes, de componentes, etc.
72
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La siguiente relación muestra algunos ejemplos de sistemas incluidos dentro de la
categoría de sistemas de seguridad terciaria:
-
Sistema de aviso de emergencia automático.
-
Grabación de los datos del accidente y previos a éste.
-
Corte de alimentación de combustible.
-
Corte de la batería.
-
Desbloqueo de puertas automático.
-
Sistemas automáticos de extinción de incendio.
-
Activación de los intermitentes.
-
Sensores biométricos para identificación de los ocupantes.
3.1.4.1 Llamada de emergencia (e-call)
La seguridad terciaria tiene por objetivo fundamental evitar las secuelas derivadas de
las lesiones producidas en el accidente (actúa después del accidente), mediante la
mejor atención de las víctimas, tanto en primeros auxilios como en evacuación y
asistencia inmediata en los centros más específicos para cada tipo de lesión. La
llamada de emergencia es un sistema que pueden activar los ocupantes del vehículo o
hacerlo éste de forma automática a partir de las señales de sensores embarcados.
Así, el vehículo podrá entrar en contacto con los servicios de auxilio o de asistencia
(por activación del conductor o por el propio vehículo) en caso de accidente y
proporcionar información sobre el mismo útil en la fase de rescate.
La justificación para este sistema se fundamenta en las siguientes estimaciones, entre
otras:
-
Una rápida respuesta médica disminuiría los muertos por accidente de
tráfico en un 11% y los discapacitados en un 12%.
-
250 muertes en accidentes de tráfico en las carreteras galas son debidas
al fallo en la alerta de los servicios de emergencia después de que ocurra
un accidente. La gravedad de los efectos de los accidentes disminuye en
caso de que la asistencia se proporcione rápidamente.
-
Un estudio llevado a cabo por la Comisión Europea (IST-1999-14093
LOCUS Location of Cellular Users for Emergency Services) indica que un
10% de reducción de víctimas en carretera puede ser alcanzado
mejorando el tiempo de respuesta si se disponen de datos más fiables de
la localización del accidente.
-
En [28] se recogen estudios de coste beneficio que arrojan cifras
significativas que apoyan el desarrollo del sistema.
73
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
En la actualidad, los operadores de infraestructura y las autoridades dependen de la
notificación de los accidentes a través del teléfono (fijo y móvil) o a través de los datos
provenientes de cámaras de video, radares u otros equipamientos similares. En el
caso especial de las llamadas telefónicas, la localización del accidente o incidente no
puede ser determinada con exactitud en el 40% de los casos.
En un sistema completo de e-call, los elementos que intervienen son los siguientes:
-
Dispositivo en el vehículo.
El sistema embarcado debe recibir la señal del GPS para conocer la
localización del vehículo y señales de sensores que activan la llamada en caso
de que detecten emergencia y el conductor no la realice previamente. La
llamada se dirige a los centros de recepción de llamadas de emergencia y se
transmiten los datos relevantes para la actuación.
-
Centro de recepción de llamadas de emergencia.
El centro recibe la llamada realizada desde el vehículo y, además de la
comunicación por voz, dispone de los datos suministrados de la localización y
del accidente. En la llamada, en el entorno europeo, resulta muy importante el
disponer de las herramientas oportunas para que el conductor sea atendido en
su idioma, con independencia del país en el que esté.
-
Servicios de emergencia
Al canalizar la llamada de emergencia a los servicios oportunos, éstos reciben
la información del accidente que les sea precisa para su actuación.
-
Proveedor privado de servicios.
Opcionalmente, también se puede tener conexión con servicios privados de
asistencia en carretera. Una vez enviados los datos esenciales al centro de
recepción de llamadas de emergencia, el sistema embarcado también puede
proporcionar una información ampliada a un servicio privado de asistencia.
De esta forma, se reduce la gravedad de las lesiones, se incrementa la probabilidad de
supervivencia y se mejora la gestión del accidente a través de dicha respuesta rápida
y se agiliza la gestión del siniestro.
Los centros de atención de llamadas de emergencia pueden ser públicos o privados y
se requiere una gran coordinación en los distintos países para que tales llamadas sean
tratadas adecuadamente. A su vez, los centros de emergencias (ambulancias,
bomberos, etc.) deben tener convenientemente preparados los sistemas de recepción
de avisos para poder disponer de toda la información necesaria antes de llegar al lugar
del accidente y actuar de una forma más eficaz.
El paso más avanzado sobre este tipo de sistemas lo constituye el denominando e-call
avanzado, cuyo propósito es ofrecer una atención más rápida y eficaz, con lo que el
vehículo accidentado debería ser capaz de emitir información relativa a él mismo, los
ocupantes y el accidente. Esta información está condicionada por los sensores
74
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
disponibles en el vehículo. En el caso ideal, se plantea la transmisión de datos como
los siguientes:
-
Localización del accidente (por medio de GPS)
-
Dirección que llevaba el vehículo en el momento del accidente
(aspecto crítico en autopistas y autovías)
-
Hora del accidente
-
Datos del vehículo como marca, modelo,...
-
Estado del vehiculo: fuego, fugas de combustible, sumergido,…
-
Especificación del modo de activación de la llamada
-
Estado de los ocupantes: número de ocupantes, características,
estado de los ocupantes,…
-
Monitorización de signos vitales por medio de sensores biométricos
avanzados
-
Severidad de las lesiones: severidad de la colisión, velocidad de
impacto, dirección y trayectoria seguida, tipo, empleo del cinturón de
seguridad,…
-
Vídeo del exterior y el interior del vehículo
Algunos controladores de sistemas inteligentes de retención incorporan opciones de
grabado de datos, si bien se debe garantizar que el dispositivo resista el impacto y los
datos almacenados no resulten dañados. Esta información resulta de utilidad para los
fabricantes, en la reconstrucción de accidentes y para los servicios de emergencia.
Según [28], para la implantación de los sistemas e-call a nivel europeo existen una
serie de obstáculos de diferente índole.
Obstáculos técnicos:
-
Falta de homogeneidad entre los servicios de actuación en caso de
emergencia en los diferentes países.
-
Las pérdidas de señal del sistema de posicionamiento GPS genera
discontinuidad en el servicio de e-call.
-
Existen problemas en la transmisión simultánea de la llamada de
voz y la transmisión de datos como mensaje de texto.
-
Deben realizarse pruebas extensas de funcionamiento del sistema
antes de que los fabricantes realicen grandes inversiones.
Obstáculos financieros:
-
Algunas iniciativas se han paralizado ya que no está claro quien
debe sufragar los costes (fabricante, usuario o la Administración).
-
El modelo de negocio europeo de e-call no está claro.
75
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Obstáculos políticos:
-
La puesta en marcha de un sistema europeo de e-call conllevaría la
implicación de las Administraciones de cada país. Sin embargo, no
todos ellos tienen las mismas prioridades.
-
La Unión Europea debe fijar un marco adecuado para la
implantación generalizada.
-
La colaboración público-privada puede resultar compleja.
Obstáculos legales:
-
Como ya se ha apuntado, la Unión Europea debe fijar el marco
normativo a aplicar.
-
Pueden surgir problemas de protección de datos
responsabilidad en caso de que el sistema no funcione.
y
de
Obstáculos sociales:
-
En las primeras fases de introducción, los usuarios pueden apreciar
más evidentes las desventajas que las ventajas del sistema.
3.2 Circulación informada / asistida
El concepto de circulación informada y circulación asistida recoge aquellos sistemas
que permiten que el transporte por carretera sea más confortable, lo que, a su vez,
redunda en mayor seguridad y eficacia. Es más, si atendemos a la idea del modelo de
seguridad integrada, muchos de los sistemas que incluimos en este epígrafe tienen
cabida dentro de la fase de circulación normal.
3.2.1 Sistemas de navegación
3.2.1.1 Sistemas convencionales de elección de ruta
El objetivo de un sistema de navegación y guiado es indicar el camino más rápido /
simple / corto para ir desde un punto a otro, basándose, inicialmente, en el tipo y
geometría de las carreteras, aunque la meteorología o el tráfico pueden condicionar la
ruta calculada, si se dispone de tales datos. El concepto de navegación en carretera
ha variado notablemente desde que se implantaron los primeros sistemas en Europa
en la década de los 90. La evolución, desde un punto de vista conceptual, ha estado
encaminada, como ya se ha indicado, hacia una mayor cobertura, más contenido y
mayor precisión.
La incorporación de sistemas de navegación en los vehículos automóviles ha sido
notable en los últimos años, como se puede apreciar en las figuras siguientes.
76
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.12. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de navegación
en Europa [29]
Figura 3.13. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de navegación
en Estados Unidos [29]
Los componentes de un sistema de navegación básico son:
-
Dispositivo de detección de la ubicación, incluyendo sensores para
la determinación de la orientación del vehículo.
-
Unidad de memoria con los datos de carreteras en formato digital.
-
Dispositivo para introducir la meta.
-
Unidad de cálculo de la ruta en función de los parámetros fijados por
el usuario.
-
Sistema de información al usuario.
77
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
El detalle de los mapas y las posibilidades de cálculo permiten mayores
funcionalidades a partir de localizaciones más precisas. Para una navegación precisa,
se cifran los atributos tratados por el sistema en cerca de los 150, incluyendo nombres
de calles, restricciones de circulación, particularidades de ciertas secciones según la
hora o el día de la semana, localización de puntos de interés, velocidad esperada,
etc.[30]. La optimización de rutas atendiendo a diferentes criterios, la combinación con
datos del tráfico, etc., permiten una mayor personalización del navegador y de los
resultados que éste proporciona al usuario. El soporte electrónico para la información
de los mapas debe tener un compromiso entre velocidad de acceso y capacidad,
compatibles con el funcionamiento del sistema.
El posicionamiento dentro del mapa electrónico se hace, generalmente, a través de la
señal recibida por un receptor GPS, reduciéndose el error notablemente si éste es de
carácter diferencial. Sin embargo, en zonas de sombras (túneles, proximidad a
edificios altos o en zonas boscosas) esta señal suele perderse [31]. Si bien pérdidas
de corta duración no resultan significativas, pérdidas más prolongadas pueden no ser
admisibles. Para solucionar tal circunstancia, se puede recurrir al posicionamiento,
relativo respecto a un origen, que se obtiene por medio de otros sensores tales como
sensores de giro de las ruedas (de donde se deduce la distancia recorrida y los giros
por la diferencia de giro entre ruedas interiores y exteriores), sondas del campo
magnético o giróscopos. El principal inconveniente de estos sistemas es la
acumulación de error que obliga a correcciones periódicas empleando otros sistemas.
Las exigencias sobre el procesador de cálculo de rutas es cada vez mayor, dado que
se exige que proporcione la ruta óptima según los parámetros fijados y que la
recalcule con gran celeridad en caso de que el conductor no siga alguna de las
indicaciones.
La unidad de presentación de avisos ha evolucionado notablemente en los últimos
años a una gran velocidad, llegando a dispositivos que representan el mapa
electrónico de la zona en cuestión, a una escala seleccionable, muestran las
maniobras que deben realizarse y las reproducen en mensajes hablados para reducir
la inatención del conductor.
Las características más valoradas incluyen el cálculo de rutas, la rapidez del sistema,
su facilidad de usos y las informaciones que proporciona por pantalla y por voz [32].
En [33] se destacan, en el plano físico, las siguientes mejoras:
-
Pantallas, logrando mayor calidad en la información visualizada, más
definición y colores, y permitiendo una más fácil interacción a través de
pantallas táctiles.
-
Ergonomía y seguridad al integrar el sistema de una forma más funcional al
alcance del conductor, minimizando el tiempo de manipulación.
-
Visualización y reproducción de mensajes con menús más intuitivos,
utilizando elementos visuales o representaciones simbólicas para
representar ciertas situaciones complejas.
78
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Utilización de bases de datos fonéticos para mejorar los mensajes al
conductor.
-
El desarrollo de los sistemas de navegación ha sido tal que, en la
actualidad, resulta sencilla la integración de tal funcionalidad en una agenda
electrónica [34].
Como se ha indicado, los elementos básicos de un sistema de elección de ruta son:
mapas digitales, un sistema de posicionamiento, un sistema de elección de ruta, ya
sea antes del viaje o durante el viaje, un sistema de guiado, que orienta al conductor a
través de la ruta seleccionada, una interfaz, y un sistema de comunicación
inalámbrico. Los criterios generales de elección de ruta son la minimización de la
distancia y el coste del conjunto de desplazamientos que debe realizar un vehículo.
Estos sistemas de elección de ruta admiten una primera división en:
-
Sistemas basados en algoritmos estáticos, que eligen la ruta con el criterio
de distancia mínima o tiempo mínimo (en este último caso, a partir
generalmente de las velocidades nominales de las vías).
-
Sistemas basados en una estimación de los tiempos de desplazamiento
reales en las distintas rutas, a partir de datos históricos de intensidades de
tráfico.
-
Sistemas basados en una estimación en tiempo real de los tiempos de
desplazamiento, a partir de la recepción de datos de tráfico procedentes de
un centro de información. La información recogida por el centro puede
proceder de detectores convencionales, como bucles magnéticos, o de
vehículos que estén utilizando las diferentes rutas, lo cual se aproxima al
método del coche flotante que se tratará más adelante. Estos sistemas
incluyen también una predicción de las condiciones de tráfico a corto plazo,
así como estimaciones de los posibles impactos de incidentes de tráfico. El
desarrollo de los algoritmos de cálculo de las rutas óptimas está siendo un
campo muy activo de investigación durante los últimos años.
Existen diversos estudios que analizan la efectividad de los sistemas de navegación. N
concreto, se pueden citar estimaciones de reducciones de accidentes esperables de
hasta el 4% [35] y mediciones de disminuciones en el tiempo de viaje del 10%.
3.2.1.2 Sistemas de navegación dinámica
Si bien las aplicaciones más simples comprenden el guiado desde un punto de origen
hasta uno de destino seleccionado por el conductor, el aumento de la información que
puede ser proporcionada al vehículo de forma dinámica hace que el cálculo de la ruta
óptima pueda estar condicionado por más variables que mejoren los resultados de un
navegador estándar. Así, por navegación dinámica se hace referencia a aquel tipo de
navegación que recalcula la ruta para alcanzar un determinado objetivo prefijado en
función de incidencias transitorias como retenciones, cortes de la vía, etc., que se van
79
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
detectando (antes de llegar a las mismas) a través de comunicaciones con los centros
de distribución de información.
En esta línea, el proyecto ADVANCE, entre 1991 y 1995, es el primer proyecto a gran
escala de cálculo de ruta dinámica en Estados Unidos. Se comprobaron ahorros en el
tiempo de viaje del 4% en condiciones normales y la capacidad de detectar incidentes
para que los usuarios los evitasen. Los principales problemas se encuentran en la
recolección, procesamiento y distribución de la información [35].
Por otra parte, VICS (Vehicle Information and Communication Systems), en Japón,
integra sistemas de navegación dinámica que toma información de carretera y del
tráfico en tiempo real. Conociendo los puntos de congestión y otras restricciones, el
sistema determina la ruta más conveniente según el destino y puede recalcular de
forma continua el tiempo de llegada. El éxito de VICS se debe a la buena información
de las carreteras y otras variables de influencia, aspecto que no siempre es alcanzable
al estar involucrados numerosas entidades públicas y privadas [36].
El cálculo de los beneficios esperados por la generalización de estos sistemas
presenta varias incertidumbres importantes. La primera se refiere a los algoritmos de
asignación dinámica de tráfico y a la estabilidad de las predicciones de tiempos de
viaje. El desarrollo continuo de estos algoritmos hace además difícil establecer las
ventajas de los métodos dinámicos frente a los estáticos. La segunda concierne a la
calidad de los datos recibidos en el centro de información. En la actualidad, y dado que
el porcentaje de vehículos equipados con este sistema es todavía pequeño, los datos
de intensidades de tráfico y velocidades en distintos puntos de la red se recogen casi
exclusivamente a través de detectores en la infraestructura como se presentará en el
epígrafe siguiente, lo que conduce a que las velocidades de desplazamiento en
distintos tramos son estimadas de manera indirecta. El crecimiento del número de
vehículos equipados debe, en principio, aumentar la exactitud de los datos y, con ello,
de las predicciones.
3.2.2 Monitorización de las condiciones del tráfico
Las nuevas aplicaciones dinámicas implican una actualización continua de los datos.
Por ejemplo, los sistemas de control de la velocidad de carácter dinámico emplean
variables como las condiciones atmosféricas o la adherencia de la calzada para
establecer las velocidades seguras. Estos efectos transitorios deben ser captados y
procesados en tiempo real. En la gestión del tráfico, la localización de retenciones o
incidentes resulta vital, y las demoras en la transmisión de tal información pueden
hacer que ésta pierda gran parte de su valor. Para tales usos e, incluso, para un
sistema de navegación eficiente de características dinámicas como el presentado en el
epígrafe anterior, no son suficientes actualizaciones mensuales o semestrales. Resulta
de gran importancia identificar qué grado de actualización requiere cada aplicación y
qué tecnología lo puede proporcionar.
80
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Para adecuarse
fundamentales:
a
las
exigencias
anteriores,
se
plantean
dos
soluciones
-
Distribución de sensores en la infraestructura que transmitan la información
a los centros de control, como detectores de intensidad y velocidad, así
como la incorporación de cámaras de video.
-
Incorporación de vehículos sensorizados que transmitan la información a un
centro de control que se encargue, tras el procesamiento adecuado de la
misma, de su distribución al resto de usuarios [20][27][28].
En la primera se están desarrollando grandes esfuerzos para la estimación de
variables a partir de otras medidas como para el procesamiento automático de las
imágenes captadas, intentando localizar, por ejemplo, incidentes o retenciones.
En la segunda, los vehículos están dotados de GPS y alguna tecnología de
comunicación y periódicamente mandan información. Esta información es centralizada
y tratada y reenviada a otros usuarios. Nótese que la información necesaria, que debe
ser convenientemente codificada para la transmisión, está en el bus de
comunicaciones de los vehículos actuales. Son de particular interés:
-
La trayectoria del vehículo.
-
La velocidad del vehículo.
-
La actuación del limpiaparabrisas o la señal del sensor de lluvia.
-
La medida del termostato externo.
-
La activación de las luces (freno, emergencia, anti-niebla, etc.)
-
Indicaciones de los sensores que controlan la dinámica del vehículo.
-
Estado de los sistemas de asistencia al conductor.
Una vez recogida la información en los centros de control, es preciso analizarla,
eliminar la errónea, decidir en caso de tener datos contradictorios y combinarlos con
datos que provienen de fuentes externas.
El uso de vehículos flotantes es una solución eficiente para determinar tiempos de
trayecto cuando se compara con otras soluciones de instrumentos estáticos en la
infraestructura, si bien hay problemas en cuanto al retardo de la información y al
posible bajo nivel de vehículos de estas características en un tramo de carretera. Así,
como uno de los retos es mantener un equilibrio entre coste y detección de incidentes
lo antes posible, con el fin de obtener una información fiable y útil, se ha establecido
que es necesaria una penetración de unidades sensorizadas en el parque de
vehículos del 1% - 5%.
También es preciso tener en cuenta que, si hay varios centros receptores de
información o de gestión de la misma, las comunicaciones entre los mismos pueden
mejorar los datos suministrados a los usuarios.
81
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Como ventaja de este tipo de sistema de actualización, se puede destacar que, un alto
porcentaje de los vehículos actuales ya poseen muchos de los sensores y equipos
necesarios para desarrollar esta labor, siendo necesario, únicamente, establecer el
protocolo de comunicación con un centro de recogida y procesamiento de la
información de los diferentes “vehículos flotantes” [38]. La independencia entre el
vehículo y la infraestructura posibilita el uso del sistema en cualquier tipo de vía.
3.2.3 Aplicaciones de seguridad frente a robos y otros actos
delictivos (security)
Las aplicaciones destinadas a la seguridad frente a robos están más orientadas al
transporte de mercancías, si bien muchas son extensibles a cualquier tipo de vehículo,
habiéndose incluido ya en vehículos de alta gama. Así, se ha planteado la
monitorización continua del vehículo y su posición y/o de la carga transportada. Este
aspecto se hace especialmente crítico en el transporte de mercancías peligrosas.
Al nivel de la infraestructura se plantea que existen puntos tales como puentes y
túneles susceptibles de sufrir actos terroristas, por lo que se estima la necesidad de
implantar sistemas de supervisión que no impliquen costes excesivos ni destinar un
gran personal, lo que requiere un procesamiento lo más automatizado posible.
3.2.4 Sistemas de diagnosis remota y asistencia
La introducción de nuevas funcionalidades dentro del vehículo, apoyadas muchas de
ellas, en mayor o menor medida, en desarrollos electrónicos, ha permitido aumentar
las prestaciones de todo tipo, como ya se ha indicado. Sin embargo, esto ha llevado a
que, si no se quiere perjudicar los objetivos de fiabilidad y disponibilidad, sea
necesaria la aplicación de técnicas de comprobación de buen funcionamiento de forma
más asidua.
Antiguamente, hasta la década de los 70, el mantenimiento y la diagnosis eran
realizadas por los propietarios de los vehículos y por pequeños talleres, donde se
comprobaba qué funcionaba y qué no. En la actualidad, esto no es necesario y debe
recurrirse a nuevas tecnologías de ensayo y sensorización en dichas tareas de
comprobación. Es decir, las técnicas de diagnosis han evolucionado en paralelo con
los avances del propio vehículo. La diagnosis electrónica en el vehículo, tal y como se
la conoce hoy, empezó a difundirse en la década de los 80 (aunque los trabajos
comenzaron una década antes) a partir de las exigencias de reducción de
contaminación.
Desde un punto de vista amplio, la diagnosis se puede dividir en dos grandes grupos,
que no son excluyentes, sino que se complementan:
-
Diagnosis interna o a bordo.
-
Diagnosis externa.
82
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Diagnosis interna
Así, en el vehículo, la electrónica embarcada puede realizar un primer “autodiagnóstico” de los sistemas, registrando las posibles anomalías de funcionamiento
detectadas. Es lo que se denomina diagnosis a bordo (On-Board Diagnosis). Las
unidades de control electrónico se han diseñado, como se ha indicado, para poder
intercambiar información a través de un bus de comunicaciones con el resto de
unidades y con la unidad central, la que, a su vez, permitirá la conexión a los equipos
externos que leerán la información almacenada. Además, la diagnosis interna ofrece
una información al conductor a través de los indicadores luminosos pertinentes
(siguiendo una simbología normalizada) y, en la actualidad, mediante mensajes cortos
o mensajes de voz, de los fallos detectados, si bien, no de su causa.
La diagnosis interna implica la comprobación continua de puntos del sistema
predefinidos, la detección de fallos y su correspondiente almacenamiento e
información al conductor y la realización de diagnósticos de las causas de fallo, lo que
está en consonancia con las capacidades de “razonamiento” de las unidades de
control electrónicas del vehículo.
Este tipo de diagnosis puede presentar dos tipos de errores: no detección de fallos
reales y falsas alarmas de fallos no existentes. Estas situaciones se pueden dar por
diversos motivos, como son las señales de ruido presentes en el sistema o la
inevitable divergencia entre sistema y modelo, aunque éste se haya construido a partir
de principios teóricos y comprobaciones y ajustes empíricos posteriores.
Por otra parte, la decisión final de diagnosis de fallo ha implicado la utilización de
diversas herramientas como modelos estadísticos, inteligencia artificial, pruebas
sucesivas con instrumentación adicional, etc. Una solución es la elaboración de
árboles de decisión sobre los que trabaje el sistema experto de diagnóstico. Esto
implica un estudio pormenorizado del sistema, de los subsistemas y de las
interrelaciones entre ellos con el fin de tener identificados los fallos y sus causas. Otra
alternativa es recurrir a redes neuronales, las cuales precisan de un tiempo de
entrenamiento que permita que se ajuste al sistema concreto analizado. Puesto que se
logra con esta herramienta un alto grado de fidelidad con el sistema, se pueden
emplear estas redes en la estimación de salidas y en funciones de control. Por último,
cabe indicar que la lógica borrosa aporta soluciones en un entorno complejo, en el que
muchos de los parámetros no son conocidos y es difícil modelizar físicamente el
conjunto en su totalidad. Esta posibilidad, además, conduce a la obtención de
respuestas en un menor tiempo, dada la naturaleza de las leyes lógicas.
Diagnosis externa
Por otra parte, la diagnosis externa implica el uso de unidades externas de
procesamiento, si bien, en sus orígenes, se reducía a la inspección visual del
mecánico y al uso de herramientas tradicionales de medida. En este grupo de
diagnosis externa, a su vez, existen dos posibilidades (diagnosis externa en taller y
diagnosis externa remota), si bien la última está todavía en desarrollo.
83
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La diagnosis externa actual en taller implica la utilización de hardware y software
específicos que permiten la conexión al vehículo (terminal OBD) y el registro de los
códigos de error almacenados por la unidad de control central. Además de la conexión
a los datos registrados en la unidad central, se pueden realizar pruebas en las que se
evalúen las entradas, salidas y cálculos internos de los procesadores, con el fin de
detectar dónde se encuentra el fallo.
En cuanto a la comunicación entre el vehículo y el equipo externo de diagnosis tiende
a dejar de ser física y pasar a una conexión inalámbrica (Bluetooth, más enfocada a
comunicaciones dentro del vehículo, y Wi-Fi, con mayores velocidades de transmisión
de datos y más enfocada a la conexión con una unidad externa).
El concepto de diagnosis externa remota va más allá e implica la conexión inalámbrica
entre el vehículo y un centro de asistencia que procesará los códigos de error, y
proporcionará las acciones que deben realizarse, así como indicará al taller las tareas
que debe acometer, si fuese preciso. Sin duda, esto redundará en una mayor rapidez
de respuesta ante una avería. Como se puede observar, estos aspectos están en línea
con lo tratado en apartados anteriores sobre el uso de las telecomunicaciones en el
mundo del automóvil.
Figura 3.14. Flujo de información en el sistema de diagnosis remota [40]
Para que la información procesada sobre el funcionamiento del vehículo sea enviada
remotamente a los talleres o centros de atención al cliente, se plantean diferentes
soluciones:
-
Uso de balizas en la carretera, que permiten leer las señales emitidas por
los vehículos a su paso, y se encargarían del envío de la información a los
centros oportunos si se detectase un fallo.
84
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Uso de los satélites de comunicaciones y posicionamiento para permitir la
comunicación entre el taller y el vehículo, el cual, tras una petición del
centro fijo, emitiría la información correspondiente a su localización y su
estado. Sería, entonces, el taller o centro de atención, el encargado de
tomar las decisiones oportunas ante un fallo detectado.
El uso de la diagnosis remota permitirá la reducción del tiempo de respuesta ante una
avería, aspecto muy beneficioso para los usuarios, sobre todo en el caso de flotas y
transportes comerciales.
Entre las aplicaciones en este campo, se puede destacar, a modo de ejemplo, el
Driver Helper que hace un diagnóstico preliminar, indica la posición de talleres
cercanos y envía la información relevante al centro de atención del servicio de
asistencia.
3.2.5 Información al viajero
Bajo el epígrafe de información al viajero, se pueden encuadrar sistemas de muy
diferente índole. En concreto, las diferenciaciones más relevantes se pueden plantear
a dos niveles:
Según el individuo al que va dirigida la información:
o
Conductor como, por ejemplo, los paneles de información variable o los
mensajes a través de canales específicos de radio sobre la situación del
tráfico
o
Viajero como información sobre el tiempo de espera estimado para que
llegue el transporte público o información sobre los cambios de modos
en un trayecto determinado
Según el momento de proporcionar la información
o
Antes del viaje para la planificación de rutas, modos a usar, etc,
aprovechando puntos específicos de información en la infraestructura
(por ejemplo en intercambiadores) u obtener la información a través de
conexiones que haga el viajero a Internet.
o
Durante el viaje para adelantarse a situaciones como retenciones,
incidencias, etc, o para obtener información general como localización
de áreas de descanso,….
En los sistemas orientados al conductor, aunque se plantean como sistemas para
fomentar la circulación informada, muchos de ellos tienen claras connotaciones dentro
del ámbito de circulación segura. Así, por ejemplo, los paneles de información
permiten prevenir a los conductores de condiciones particulares del tráfico y el entorno
como condiciones meteorológicas adversas (para moderar la velocidad), retenciones
(para evitar accidentes por alcance), etc. Diversos estudios realizados en esta materia
muestran estimaciones en la reducción de accidentes con la implantación de estos
85
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
sistemas, como se recoge en la tabla siguiente. Se ha comprobado que los avisos
proporcionados de condiciones meteorológicas adversas conducen a reducciones
significativas de la velocidad y a la adopción de conductas más seguras.
Información
País
Control de la
velocidad
Varios
Reducción de
accidentes en
proyecto
Reducción de
accidentes por
sistema
Referencia
65 % de
[41]
accidentes con
peatones
41 % de todos los
accidentes con
heridos
16 % de los
accidentes por
alcance
Meteorología
Reino Unido
28 % de
accidentes con
heridos
Alemania
10-30 % de los
accidentes
Suiza
35 % de todos
los accidentes
con heridos
Varios
(Europa)
[42]
30 – 40 %
[43]
Tabla 3.2. Efectividad de los paneles de información variable
Por otra parte, un estudio de simulación realizado para la zona metropolitana de
Washington ha demostrado la validez de los sistemas de información al viajero para
una mejor planificación del viaje y, así, evitar retrasos. Las mejoras en este sentido, se
estimaron superiores al 50 % [44]. Otros estudios muestran que los sistemas de
información logran modificaciones en las rutas seguidas por los usuarios en un
porcentaje significativo, mostrando un alto grado de satisfacción con el sistema [45].
Este grado de satisfacción por parte de los usuraos también se ha comprobado en la
información proporcionada en ruta y no sólo en la planificación previa del viaje [46].
3.3 Circulación eficiente
Por circulación eficiente debe entenderse un concepto amplio que abarque, tanto
objetivos individuales como objetivos colectivos. Así, dentro de este epígrafe se recoge
86
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
la reducción del impacto medioambiental de la circulación por carretera, la reducción
de la congestión del tráfico o la gestión más eficaz de flotas de transporte de viajeros o
mercancías.
3.3.1 Gestión del tráfico urbano
La mejora del tráfico urbano pasa por lograr medidas que, manteniendo los objetivos
perseguidos por los usuarios de forma individual, permitan alcanzar unos objetivos
sociales globales. La idea principal radica en la provisión de información precisa y a
tiempo antes y durante el viaje con lo que se pueda hacer uso de la infraestructura
disponible de la mejor forma posible, lo que implica nuevos sistemas y servicios en el
vehículo, así como su interacción con la infraestructura. En este sentido, se plantean
como grandes retos la consistencia de las bases de datos, su conectividad y los
interfaces de usuario.
Como se puede observar en la figura siguiente, las mayores aportaciones de las TICs
se encuadran en la gestión del tráfico, incidiendo sobre mapas electrónicos y sistemas
de información. Los nuevos sistemas de gestión de tráfico deben desarrollarse sobre
flujos de información que proviene del conocimiento de los patrones usuales de viajes
y de una red de sensores distribuidos por la infraestructura o con vehículos flotantes
para monitorizar el tráfico. Esto puede conducir a la gestión dinámica y flexible de
carriles y rutas.
Figura 3.15. Soluciones para la mejora del tráfico urbano e indicación de las áreas en las
que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])
87
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
El ejemplo más característico de gestión del tráfico urbano es el control coordinado de
lo semáforos, para armonizar el flujo de tráfico en una zona. Su efecto ha sido
analizado y se han comprobado mejoras significativas en cuanto a reducción de
accidentes (18% en Estados Unidos y 30% en Europa [43]¡Error! No se encuentra el
origen de la referencia.).
Un caso particular que debe ser citado corresponde a los corredores para servicios de
emergencias en los que se gestiona el tráfico (principalmente los semáforos) para dar
prioridad a estos vehículos. Esta filosofía también se puede extender en alguna
medida para el transporte público.
3.3.2 Reducción de impacto ambiental
Se estima que las mejoras en la eficiencia de los vehículos puede conllevar la
reducción del 40% en las emisiones de CO2 en turismos y del 10% en vehículos
industriales. La conducción económica, como ya se ha apuntado, ofrece reducciones
de dichas emisiones comprendidas entre el 10 y el 5 %, mientras que el potencial de
las mejoras sobre la infraestructura, el uso de los modos de transporte más eficaz y la
implantación de sistemas de las tecnologías de la información se cifra en el 10-20 %.
La gran parte de las mejoras planteadas hasta el momento para reducir el impacto
medioambiental del tráfico por carretera pasa por desarrollos tecnológicos en los
sistemas de propulsión de los vehículos. Sin embargo, las TICs también pueden
aportar mejoras en este sentido. En concreto, se pueden citar:
-
Gestión de la movilidad a nivel global de una ciudad, región, etc.
-
Provisión de información a los vehículos para que adecuen sus rutas o
marchas a las condiciones de la vía.
88
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.16. Soluciones para la reducción del impacto medioambiental e indicación de
las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])
3.3.3 Transporte de mercancías
3.3.3.1 Problemática general
Como se ha indicado, el transporte de mercancías por carretera es el responsable de
la mayor parte del transporte de mercancías en Europa, lo que está ligado a la
prosperidad económica. Sin embargo, esto ocasiona claros problemas ya apuntados.
Las líneas de trabajo desde las TICs para paliar estos problemas se orientan hacia la
gestión flexible y dinámica de carriles y corredores para el transporte de mercancías, y
el uso de sistemas de posicionamiento con información en tiempo real a través de
comunicaciones vehículo-a-infraestructura, lo que permitirá la gestión de la
infraestructura y el tráfico como un sistema completo para optimizar la capacidad
aprovechada. Otro aspecto relevante tratado es la gestión avanzada de la logística.
89
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.17. Soluciones para la mejora del transporte de mercancías a larga distancia e
indicación de las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])
En cuanto al transporte de mercancías, cada vez se persigue más alcanzar el ‘just in
time’, así como ofrecer servicios adicionales al cliente como seguimiento de cargas,
etc. Este seguimiento de mercancías y vehículos también resulta de gran utilidad para
las propias empresas de transporte para optimizar su operación y encontrar anomalías
que corregir. Así, se plantea que es posible redirigir a los vehículos para evitar o
reducir los tiempos de espera y hacer una entrega más rápida y eficiente, sin retrasos.
A pesar de las mejoras en el sistema logístico, todavía se presentan los siguientes
puntos negativos:
-
Gran número de operaciones sin coordinación realizadas por flotas de
pequeño tamaño.
-
Gran parte de la capacidad de transporte es infrautilizada (por los recorridos
de regreso en vacío).
-
Pérdidas de tiempo por diferentes causas.
90
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 3.18. Causas de retraso en reparto de productos alimenticios [39]
La telemática puede dar respuesta, entre otros, a los siguientes aspectos:
-
Cálculo de una mejor secuencia de reparto con el consiguiente ahorro de
tiempo y combustible.
-
Posicionamiento de vehículos para la planificación de transportes y
realización de estadísticas.
-
Comunicación entre el conductor y la central por medio de dispositivos
portátiles como una PDA que permiten intercambiar mensajes y automatizar
procesos administrativos como la confirmación de entrega. Esto supone un
servicio que da valor añadido (‘infomobility’).
La gestión de flotas mejora en eficiencia y hace un mejor uso de la capacidad de los
vehículos. Entre otras opciones, el seguimiento continuo y la comunicación con el
centro de control pueden permitir reorganizaciones y adaptarse a requerimientos
cambiantes. Una ventaja adicional que se está contemplando cada vez con mayor
intensidad es el acceso a información en tiempo real de tráfico, estado de carretera y
meteorología.
En el caso de ámbito urbano, se presentan algunas particularidades respecto al
transporte de medio o largo recorrido. Entre otras, se pueden destacar:
-
Necesidad de control de acceso a zonas de acceso limitado.
-
Hay gran cantidad de pequeños repartidores que operan de forma bastante
independiente.
-
Para los fines perseguidos, hay un uso limitado de telemática por
autoridades para controlar el reparto urbano.
-
Falta de comunicación entre los gestores de las flotas y las agencias de
tráfico.
91
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
3.3.3.2 Monitorización del vehículo y la carga
La proliferación de sistemas electrónicos en el vehículo permite disponer de un gran
número de variables relacionadas con el vehículo, el conductor y la carga.
En general, los siguientes datos pueden ser tomados de los buses de comunicaciones
internos del vehículo, entre otros:
-
Temperatura del refrigerante.
-
Temperatura del combustible.
-
Temperatura del aceite del motor y el turbocompresor.
-
Presión del aceite.
-
Nivel del depósito de combustible y consumos instantáneos y medios.
-
Nivel de agua.
-
Nivel de aceite.
-
Régimen de giro del motor.
-
Grado de carga.
-
Posición del acelerador.
-
Utilización de la caja de cambios.
-
Estado y entrada en funcionamiento del ABS y otros sistemas electrónicos.
Además, en el caso de vehículos comerciales, existen otras variables que
proporcionan información sobre el comportamiento del conductor y que proceden del
tacógrafo. Por otra parte, es posible instalar una serie de sensores externos, que
controlan una serie de parámetros de interés en las operaciones de transporte de
mercancías. Algunos ejemplos son:
-
Apertura de puertas y temperatura de la carga.
-
Temperatura y humedad en el espacio de carga.
-
Sensor de presencia del remolque.
-
Presencia de carga.
-
Peso de la carga.
-
Identificación de cargas, conductores y vehículos.
Estas medidas pueden ser empleadas para diferentes fines, entre los que se pueden
destacar el diagnóstico del funcionamiento del vehículo, supervisión de conductores,
aplicaciones de “security” y gestión del flotas. En la actualidad, diversos fabricantes
comercializan sistemas integrados que combinan dos o más de los sensores
mencionados previamente. Algunos ejemplos son el SmartFleet system de Safefreight
[49] o el GlobalWave de TransCore [50]. Por otra parte, cabe destacar el creciente
92
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
interés que existe en el registro de eventos e incidencias que se puedan producir
durante la circulación, con el fin de detectar conductas inseguras, cansancio, etc.
3.3.3.3 Gestión de flotas
Existen claros solapamientos en este caso con la circulación informada, si bien se
encuadra en este epígrafe de circulación eficiente al ser éste el objetivo fundamental
perseguido. Entran dentro de este ámbito las siguientes operaciones fundamentales:
-
Seguimiento de vehículos y cargas.
-
Programación y cambios de la ruta.
-
Gestión de incidentes.
El problema fundamental de la gestión de flotas es la elección y envío, en tiempo real,
de los vehículos que deben encargarse de las distintas operaciones de recogida y
entrega. Este objetivo está relacionado además con, entre otras, las siguientes
funcionalidades:
-
Algoritmos de gestión dinámica.
-
Localización del vehículo.
-
Estimación de retrasos previstos, a través de la comparación entre el
tiempo de desplazamiento previsto y una estimación dinámica del
tiempo real.
-
Envío de información del vehículo y el conductor.
-
Diagnosis del vehículo y gestión de averías.
Aunque la cuantificación precisa de los beneficios de la utilización de los sistemas de
gestión de flotas no está en muchos casos disponible, algunas de las mejoras
esperadas son: reducción de tiempos de viaje, mejora de la visibilidad y de los
servicios ofrecidos al cliente, aumento del control sobre las operaciones, reducción de
tiempos de entrega, mejora de las decisiones estratégicas a medio y largo plazo y
reducción de costes administrativos.
Algunas funcionalidades típicas de los sistemas existentes de gestión de flotas son el
seguimiento del vehículo, la localización del vehículo más próximo a un punto dado y
la planificación de rutas. Otras funcionalidades de apoyo son:
-
Identificación y autorización de conductores.
-
Registro de rutas realizadas, con velocidades medias y máximas.
-
Recordatorios de mantenimiento.
-
Interfaz en Internet.
-
Registro y análisis de medidas embarcadas.
-
Envío de mensajes de alerta.
93
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Existen numerosos desarrollos de programas de gestión de flotas, algunos
comerciales y otros elaborados a medida para una empresa concreta o con unos fines
determinados. A continuación se citan algunos ejemplos:
Geomanager de @Road. [51]
Es un sistema de gestión a través de Internet para realizar el seguimiento de los
vehículos. La localización se basa en tecnología GPS y sus prestaciones
fundamentales son:
-
Seguimiento de vehículos las 24 horas, con actualizaciones de horarios
y rutas.
-
Identificación del vehículo más cercano a un determinado punto.
-
Almacenamiento y envío de la información de localización, cuando el
vehículo se encuentra fuera del área de cobertura de los sistemas
wireless.
-
Planificación y cambio de rutas.
-
Registro de movimientos fuera de ruta.
-
Acceso simultáneo de múltiples usuarios.
PARAGON, de Paragon Software Systems [52]
Es un sistema de planificación y gestión. Se ofrecen varios módulos: Single Depot,
Multi Depot, Integrated Fleets, Continuous Optimiser, Fleet Controller, Resource
Manager, Multi Period Planner, Territory Optimiser, Fixed Route Manager, Fastnet.
ROADNET TRANSPORTATION SUITE, de UPS Logistics Technologies [53]
Consiste en la integración de diversos módulos especializados desarrollados por UPS:
-
ROADNET: sistema de planificación de operaciones diarias.
-
TERRITORY PLANNER: sistema de planificación a medio y largo plazo,
que permite hacer una planificación futura teniendo en cuenta factores
como las variaciones estacionales de la demanda, necesidades de
aumento de la flota a partir de la localización geográfica de posibles
nuevos clientes.
-
ROADNET INFO CENTER: módulo de acceso a información histórica y
en tiempo real de entregas.
-
MOBILECAST: sistema de localización por GPS. Permite un
seguimiento continuo de las operaciones, registrando las horas de
94
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
entrega y comparando de forma continua los tiempos previstos de
operación con los reales.
-
FLEETLOADER: sistema de planificación de cargas de los vehículos.
Soluciones para gestión de flotas de QUALCOMM [54]
Incluyen una amplia oferta de productos y servicios que son ofrecidos de manera
individual o combinados. Uno de los principales es QTRACS, que permite una gestión
dinámica de vehículos y conductores a través de mensajes, seguimiento de vehículos
y localización en mapas. Al igual que el Geomanager, es una aplicación web que
permite:
-
Intercambio de mensajes con el conductor prácticamente en tiempo
real.
-
Localización de los vehículos más próximos a destinos seleccionados.
-
Consulta en mapas de registros actuales e históricos de las posiciones
de los vehículos.
-
Predicción de los tiempos estimados de llegada.
-
Descarga directa de datos en el ordenador del cliente.
“Intertour” de PTV [55]
Es un sistema destinado exclusivamente a conductores de camiones pesados. La
compañía ofrece tres módulos de capacidades diferentes.
-
El módulo “Intertour” es un sistema de planificación de rutas pensado
especialmente para operaciones de distribución y lanzadera. El usuario
puede introducir como restricciones aspectos como los tiempos
máximos de conducción, horarios laborales, reglamentación sobre
tiempos de descanso, horarios de apertura de almacenes o
capacidades máximas de los vehículos. El sistema permite minimizar la
longitud y duración de los viajes, optimizando al mismo tiempo el grado
de utilización de la capacidad del vehículo. Otras prestaciones son:
planificación de viajes previstos en varios días, coordinación de
almacenes, cálculo de costes.
-
El módulo “Intertour Compact” es una alternativa diseñada para
empresas con bajos volúmenes de transporte. El precio de la licencia es
más bajo que el correspondiente al módulo anterior, aunque
conservando algunas de sus prestaciones.
-
El módulo “Intertour Strategy” está diseñado para operaciones
recurrentes. Permite planificar los desplazamientos cuando existe un
gran número de destinos que requieren entregas periódicas.
95
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
PC*Miller/Hazmat de ALK [56]
Es un sistema de cálculo de rutas para los operadores norteamericanos de transporte
de mercancías peligrosas.
ArcLogistics Route, de ESRI [57]
Es un sistema completo de gestión de flotas y planificación de rutas que permite hacer
una asignación de vehículos a destinos y determinar la secuencia óptima de paradas,
de forma que los requisitos de los clientes sean satisfechos con unos tiempos de
desplazamiento mínimos. A diferencia de otros programas de planificación de rutas,
este se basa en la utilización de sistemas de información geográfica para modelar de
forma precisa el tiempo y la distancia. Algunas de sus características principales son:
-
Permite al usuario introducir las velocidades medias de circulación de
los vehículos en diferentes vías.
-
Diseña rutas en base a una caracterización precisa de calles y vías y a
estimaciones reales de tiempos de desplazamiento.
-
Permite introducir como restricciones las características de vehículos y
conductores.
-
Importa órdenes de trabajo de bases de datos externas.
-
Identifica las direcciones de los clientes mediante coordenadas
geográficas.
-
Se integra con sistemas de localización del vehículo (AVL) y sistemas
de planificación de recursos empresariales (ERP).
3.3.3.4 Gestión de transporte intermodal
Aunque aquí sólo se plantea el transporte por carretera, el transporte intermodal se
considera como uno de los pilares básicos en la sostenibilidad del transporte de
mercancías. Sin embargo, dicho transporte intermodal sólo empieza a ser económico y
competitivo a partir de una cierta distancia. Se fomenta la intermodalidad cuando la
documentación pasa del vehículo al centro antes de llegar a los puntos de cambio de
modo y en los centros logísticos y se lleva a cabo una gestión automática de la carga.
Los sistemas ITS favorecen la intermodalidad al tener la carga y los vehículos
ubicados en todo momento con lo que inciden en los siguientes aspectos:
-
Mejorar la eficiencia en las operaciones.
-
Mejorar la calidad de los servicios ofrecidos.
-
Favorecer a los pequeños operadores la entrada en el transporte
intermodal.
96
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Proporcionar una estimación más ajustada de tiempo de llegada.
Muchos de los aspectos considerados en los apartados previos contribuyen en alguna
medida a la mejora de la eficiencia de las operaciones de transporte intermodal.
Pueden ser destacados los siguientes aspectos fundamentales:
-
Seguimiento de contenedores y vehículos, que permiten gestionar el flujo
de materiales y productos desde el centro de producción al usuario final. Se
busca optimizar la visibilidad, seguridad y control de la mercancía a través
del sistema logístico.
-
Integración de la cadena logística. Se tiende a un sistema integrado que
englobe a suministradores, productores, operadores de transporte,
distribuidores y vendedores. En la mejora de la gestión del transporte
intermodal, deberá jugar un papel fundamental el intercambio electrónico de
datos (Electronic Data Interchange, EDI). Aunque se trata de una tecnología
madura con un número creciente de productos y servicios, existen todavía
algunos impedimentos, como: (i) falta de interoperabilidad y compatibilidad
de hardware y software, (ii) costes de inversión relativamente altos, (iii) falta
de acceso por parte de los operadores pequeños, (iv) posibilidad de que
uso generalizado suponga una reducción de puestos de trabajo.
-
Optimización de las operaciones de carga y descarga en puertos, centros
logísticos, etc., mediante el seguimiento de vehículos y contenedores, la
identificación de las propiedades de la carga y la estimación en tiempo real
de los tiempos de llegada.
-
Gestión del transporte intermodal ferrocarril-carretera, mediante la
planificación de las operaciones y la determinación de la configuración
óptima: transporte de contenedor, “ferroutage” (transporte del
semirremolque sobre el vagón), “carretera rodante” (transporte de los
vehículos completos sobre vagones plataforma), “road railer” (uso de los
semirremolques como vehículos ferroviarios, mediante el acoplamiento a
bogies). El resultado es una optimización del espacio y las operaciones en
las terminales ferroviarias.
-
Mejora de la seguridad frente a robos y actos de vandalismo de vehículos,
contenedores y mercancías, durante las operaciones de embarque y
almacenamiento.
-
Sistemas de gestión de inventarios y stocks, basados en la localización de
contenedores y remolque en puertos, terminales y centros logísticos. Estos
sistemas posibilitan la optimización del uso de espacio en terminales, la
gestión del apilamiento de contenedores de diferentes longitudes, el uso
eficiente de la mano de obra y los equipos de manipulación y la
programación de las operaciones de reparación y mantenimiento.
-
Gestión electrónica de pedidos y operaciones de pago.
97
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Gestión de operaciones internacionales, mediante la automatización de la
gestión de documentación para la importación y exportación de mercancías.
-
Automatización del proceso de identificación de vehículos, cargas y
conductores, mediante tecnologías como GPS, RFID o reconocimiento
óptico.
3.3.4 Gestión de flotas de transporte público
La situación con la gestión de flotas de transporte público es similar a la del transporte
de mercancías. El posicionamiento de los vehículos en todo momento y el envío de
dicha información a los centros de control permite el ajuste del servicio, intervalos y
compensar desajustes. También, otra información disponible como tiempos de viaje,
ocupación, etc., puede ser empleada para ajustar mejor la oferta a la demanda.
Estos sistemas aumentan la eficiencia y seguridad de los sistemas de transporte y
ofrece mayor información a los usuarios. Así, los objetivos principales perseguidos se
pueden sintetizar en:
-
Mejorar la calidad del servicio y la regularidad.
-
Mejorar la información proporcionada al usuario.
-
Adaptar la oferta a la demanda.
-
Reducir los costes de explotación, y las inversiones.
-
Mayor flexibilidad.
-
Mejor control de la flota.
Dentro de los sistemas de operación del transporte público, intervienen los siguientes
elementos:
-
Sistemas de gestión de flotas.
-
Sistemas de información al viajero.
-
Sistemas de pago electrónico.
3.3.5 Pago electrónico
Bajo el epígrafe de pago electrónico se pueden distinguir dos áreas principales: el
pago de peajes y el pago de pasajes en el transporte público, En ambos casos, se
pretende sustituir el pago en metálico por otros medios automáticos.
El pago automático de peajes reporta beneficios en el aprovechamiento de las
infraestructuras al reducir las retenciones en los puestos de peaje. Además supone
ventajas para los usuarios al no tener que preocuparse del pago en metálico.
Existen diferentes formas de implementar este pago electrónico, entre las que se
pueden destacar [43]:
98
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
-
Puestos de paso semejantes a los actuales, pero que no requieren la
detención del vehículo para el pago.
-
Detectores de vehículo que son operativos a velocidades de circulación altas
a lo largo de las autopistas con lo que se eliminan los puestos físicos.
-
Cobro a partir del posicionamiento GPS con lo que se detecta si un vehículo
ha entrado en una zona de pago. Este sistema ofrece una gran flexibilidad.
En la actualidad existen numerosas experiencias en este campo, lo que ha permitido
recoger datos sobre su efectividad. Así, en [58], se muestra que la implementación del
sistema E-ZPass en Nueva Jersey ha logrado reducir el tiempo de espera de los
vehículos en un 85 %. Esto se traduce en un ahorro de 19 millones de dólares por
disminución de demoras y 1.5 millones de dólares en ahorro de combustible
anualmente. También se han realizado simulaciones con el fin de analizar su efecto.
Una de las aplicaciones se recoge en [59], donde se muestra el efecto sobre las
emisiones contaminantes de este tipo de sistemas, concluyéndose que se logran
reducciones de CO y HC, pero aumentos de NOx.
Por otra parte, el pago en los transportes públicos mediante tarjetas de crédito o débito
o monederos electrónicos permite agilizar las transacciones, con mayor comodidad
para los usuarios.
3.3.6 Control de la velocidad de los vehículos
Por último, cabe incluir una breve referencia a los sistemas de control de velocidad de
los vehículos de cualquier tipo, con propósitos de eficiencia energética y respeto
medioambiental. El fundamento de esta medida es semejante al control dinámico de la
velocidad con fines de mejora de la seguridad (de hecho, en general, son tratadas
conjuntamente), si bien, en este caso, la actualización a las condiciones dinámicas es
mucho más crítica.
Partiendo de la base de que la forma de conducción condiciona notablemente el
consumo, la idea principal para la minimización del consumo mediante sistemas
inteligentes radica en la utilización de un “horizonte electrónico” más extenso que el
“horizonte visual”, es decir, aprovechar informaciones de los tramos siguientes de
carretera que no son visibles para el conductor con el fin de adecuar la velocidad
[37][60]. De esta forma, además de favorecer la seguridad y el ahorro de combustible,
se potencia la conducción sin aceleraciones y deceleraciones bruscas ni cambios
frecuentes de marcha o velocidad, lo que redunda en un mayor confort. El horizonte
electrónico se puede obtener de sensores (radar, láser, procesamiento de
imágenes,...) o telecomunicaciones y posicionamiento mediante satélites y sistemas
de navegación.
El ahorro de combustible se puede lograr mediante una gestión adecuada del
acelerador, el freno y las marchas en lo que ha sido denominado Situation Adaptive
Drivetrain Management (SAM). La filosofía reside en reducir al máximo la energía
99
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
perdida en forma de calor en la frenada mediante el cese de la aceleración en el
momento justo en función de limitaciones de velocidad cercanas. La aplicación de
medios telemáticos permitiría esa adaptación en función, también, del estado más o
menos fluido del tráfico. Otro paso adicional sería el considerar, además de las
pendientes y rampas, que han sido tenidas en cuenta en los sistemas actualmente en
desarrollo, las señales de tráfico y los vehículos que circulan delante como una
integración del ACC, ISA dinámico y SAM. Con el fin de cumplir las exigencias
anteriores, BMW considera que la mejor solución es el empleo de un acelerador que
ofrece una resistencia variable e indica el punto óptimo en cada caso.
Para realizar un análisis preliminar de la repercusión de este tipo de sistemas, se suele
recurrir a modelos de simulación tanto a escala macroscópica como microscópica. De
las simulaciones, se observa que el ahorro se ve potenciado con una mayor distancia
de reacción del sistema mientras que se penaliza el tiempo de viaje. Así, incrementar
dicha distancia de 300 a 500 metros, proporciona un ahorro relativo de combustible del
9.8 %, aumentando el tiempo empleado en el trayecto en un 2.3 % [60]. El mismo
autor establece que, para ser aceptado por los usuarios y no perturbar al tráfico
circundante, las respuestas del sistema tienen que ser análogas a las que tomaría un
conductor con hábitos correctos de conducción, por lo que debe existir una analogía
entre ambos caminos de decisión.
Los estados de conducción comunes son aceleración, velocidad constante,
deceleración y ralentí. De ellos, la deceleración es el que presenta mayores
posibilidades de ahorro de combustible. Una deceleración muy suave sería la situación
óptima por aprovechar mejor la potencia proporcionada. Sin embargo, presenta los
inconvenientes de una gran distancia de reacción y una baja aceptación por parte de
los usuarios.
Con el fin de tomar decisiones, el sistema tiene que identificar y clasificar las diferentes
situaciones que se dan en el tráfico. Estas situaciones pueden ser de posición fija
(señales) o variable (retenciones,...), e implicar límites constantes (señales fijas
convencionales) o variables (señales variables). Cada una de estas categorías implica
unas tecnologías de reconocimiento diferentes y plantea dificultades distintas para
extender el horizonte de visión.
Dentro de la iniciativa INVENT, se planteó la estimación de la adecuada de circulación
en base a sensores embarcados y comunicaciones con el fin de adaptarse al tráfico,
reducir las ondas de choque que se producen por los cambios de velocidad y tener
una gestión más rápida de las retenciones.
Por otra parte, el estudio de comportamientos de conducción que redujesen las
emisiones contaminantes se encuentra poco desarrollado a causa de la creencia muy
extendida de que tal objetivo se lograba con una disminución del consumo, lo que se
ha demostrado ser falso bajo ciertas condiciones mediante fórmulas empíricas [61].
Las medidas que se suelen emplear para reducir los niveles actuales están más en
línea con la ingeniería y gestión del tráfico y en las mejoras tecnológicas en los
motores y el sistema de escape que en incidir sobre la velocidad de circulación y el
100
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
comportamiento del conductor. Sin embargo, en este último grupo, también se están
realizando avances en la actualidad. En [62] sí identifican el comportamiento del
conductor como una posibilidad potencial para la reducción de las emisiones de igual
forma a como se hizo para minimizar el consumo. Ambos procesos de optimización
pueden pasar por mejoras tecnológicas en los motores o el propio vehículo que reduce
las resistencias que encuentra al avance y disminuye su peso, aunque, como ya se
indicó, los esfuerzos en ese campo son costosos y el límite de mejora no es muy alto.
Por el contrario, el comportamiento del conductor sí tiene importantes repercusiones
como se observa en la figura siguiente.
300
Circulación agresiva
Circulación normal
Circulación calmada
Cambios en emisiones (%)
250
200
150
100
50
0
CO
HC
Circulación urbana
NOx
CO
HC
NOx
Circulación en carretera
Figura 3.19. Influencia del estilo de conducción en las emisiones contaminantes [62]
Las mejoras potenciales de cada factor sobre la reducción de emisiones se estiman en
un 10 % por disminución de peso, un 20 % por avances del motor, un 10 % por la
transmisión y un 25 % por el estilo de conducción.
101
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
4 Estudio de Vigilancia Tecnológica: tendencias de I+D
En este capítulo, se incluye un estudio de Vigilancia Tecnológica centrado en el ámbito
de este informe a partir del análisis cuantitativo de publicaciones científicas y patentes
relacionadas. Se quiere con ello, no sólo destacar algunos indicadores de interés y
conclusiones derivadas de ellos, sino poner de relieve la importancia que puede
suponer para una organización el introducir procesos sistemáticos de vigilancia como
elemento formal en su cadena de toma de decisiones.
Por lo tanto, tomando como entrada información relevante detectada – resultados de
I+D en la forma de patentes y publicaciones –, es posible adquirir un conocimiento
fiable del entorno de estudio y sus drivers, de los actores relevantes, de los centros de
excelencia, de la tendencia que el desarrollo de las tecnologías y aplicaciones
involucradas muestran con el tiempo,…
Como punto de partida de este estudio, se han identificado una serie de términos clave
que delimiten su ámbito (Tabla 4.1).
Área temática
Términos clave
ADAS (Advanced Driver Assistance System), electronic
Aplicaciones al transporte,
automóvil inteligente y
seguridad vial
payment, traveller information, remote diagnosis, e-call,
communications vehicle to vehicle, communications vehicle
to infrastructure, fleet management, traffic management,
cooperative collision avoidance system, Intelligent Transport
System, Vehicular Communication System
VANET (Vehicle Area Network, Vehicle Ad-Hoc Network),
vehicular Wireless networks, automotive wireless, wireless
sensor networks, WiMAX, WiFi, Bluetooth, Zigbee, CALM
Tecnologías inalámbricas
(),vehicle infrastructure integration, MANET (mobile ad hoc
networks), V2V Communications (Vehicle to Vehicle
Communications), V2I Communications (Vehicle to
Infrastructure Communications), Car to car communications
Tabla 4.1. Términos clave
102
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
4.1 Análisis
de
vigilancia
tecnológica
en
base
a
las
publicaciones científicas
4.1.1 Metodología empleada
La metodología empleada en el presente análisis ha sido la siguiente:
Fuente formal: ISI Web of Science.
o
Web Of Science agrupa las bases de datos de publicaciones editadas por ISI
(Institute for Scientific Information), con información sobre investigaciones
multidisciplinares proveniente de revistas especializadas en ciencias, ciencias
sociales, artes y humanidades. Incluye alrededor de 9000 revistas, 27000 nuevos
registros semanales y más de 500000 nuevas referencias citadas cada semana.
o
Períodos de análisis:
o
Análisis 1: 2000 – 2007.
o
Análisis 2: Enero-Octubre 2008.
Las publicaciones, desde su momento de elaboración, pueden tardar hasta dos años
en ver la luz. Teniendo en cuenta este retraso, con un análisis como el siguiente se
pretende medir la evolución tecnológica de una línea más que su estado de arte en un
momento dado.
4.1.2 Evolución de la publicación científica
Según la metodología descrita en el anterior apartado, y a partir de los términos clave
de la Tabla 4.1, se ha analizado un total de 5071 publicaciones (incluyendo artículos y
proceedings fundamentalmente) relacionadas con el ámbito de estudio de este
informe. Se ha comprobado una predominio de publicaciones relacionadas con las
redes mobile ad-hoc network (MANET), de las que las redes vehiculares ad-hoc
(VANET) son un tipo.
En la figura 5.1, se observa la evolución temporal de la publicación científica durante el
período 2000-2007, junto con una aproximación al número registrado durante 2008
hasta la fecha de realización de este estudio. Se comprueba un creciente y rápido
aumento de la publicación entre los años 2000 y 2005, pasando de 81 a 1056. Durante
los dos siguientes años, parece que la producción se estabiliza al mismo nivel, aunque
destaca que a fecha de realización de este estudio (octubre de 2008), el número de
publicaciones relacionadas registrado durantes este último año es notablemente
superior (1379) al de los anteriores años completos. Esto parece indicar un momento
expansivo y de desarrollo de las tecnologías analizadas en este informe, tendencia
que deberá confirmarse o no en un futuro próximo.
103
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Evolución de publicaciones científicas
1400
Nº de publicaciones
1200
1000
800
600
400
200
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Enero octubre
2008
Evolución del crecimiento del nº de publicaciones
7000
Nº de publicaciones acumuladas
6547
6000
5168
5000
4091
4000
3000
3052
1996
2000
1307
1000
0
402
178
2000
2001
769
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Enero octubre
2008
Figura 4.1. Evolución de la publicación científica
4.1.3 Instituciones de origen de las publicaciones
En la tabla 4.2, se muestran las instituciones con un mayor número de publicaciones a
nivel mundial para el período 2000 – 2007:
Entidades/años
1 UCLA, Los Angeles (EEUU)
2000-2007
75
104
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
2 UNIV TEXAS (EEUU)
59
3 NANYANG TECHNOL UNIV (Singapur)
57
4 UNIV ILLINOIS (EEUU)
51
5 NATL CHIAO TUNG UNIV (Taiwán)
45
6 INDIAN INST TECHNOL (India)
42
7 QUEENS UNIV (Canadá)
41
8 UNIV MARYLAND (EEUU)
36
9 ARIZONA STATE UNIV (EEUU)
35
10 NATL UNIV SINGAPORE (Singapur)
35
11 PURDUE UNIV (EEUU)
35
12 UNIV FLORIDA (EEUU)
35
13 UNIV OTTAWA (Canadá)
33
14 KOREA UNIV (Corea del Sur)
32
15 UNIV CINCINNATI (EEUU)
32
16 GEORGIA INST TECHNOL (EEUU)
31
17 UNIV CALIF BERKELEY (EEUU)
31
18 NATL TAIWAN UNIV (Taiwán)
30
19 TEXAS A&M UNIV (EEUU)
30
20 SEOUL NATL UNIV (Corea del Sur)
29
Tabla 4.2. Instituciones de origen de publicaciones [2000-2007]
Destacamos:
o
Se comprueba en este campo de la publicación científica un predominio
absoluto de universidades y centros de investigación, de origen
estadounidense fundamentalmente.
o
Existe una gran dispersión en cuanto al origen de estas publicaciones, ya que
la primera en este ranking apenas supone un 1,5% del total. No existe por tanto
ninguna institución que se imponga como líder en este ámbito, hecho éste que
no sucede en cuanto a países.
o
No existe ningún centro europeo en las primeras posiciones del anterior listado.
La primera de ellas, el CNR italiano, acredita 22 publicaciones, quedando en el
105
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
lugar 32º. En el siguiente análisis realizado por países, se confirma esta
tendencia por la cual lidera EEUU y países asiáticos.
o
En el primer lugar de esta clasificación aparece la Universidad de California,
Los Ángeles (UCLA). Destacamos al respecto el Network Research Lab
(http://nrlweb.cs.ucla.edu) del Departamento de Ciencias de Computación, con
líneas de investigación específicas en redes inalámbricas de comunicación
aplicadas al transporte. El coordinador de dicho laboratorio, Mario Gerla,
acredita 40 publicaciones analizadas y se encuentra entre los autores más
destacados en el análisis hecho. Entre sus líneas de investigación se
encuentra el diseño y evaluación de protocolos y esquemas de control para
redes inalámbricas ad-hoc.
En la siguiente tabla, se relacionan los centros con mayor actividad publicadora
durante los primeros meses de 2008:
Enero-Octubre
Entidades/años
2008
1 CONCORDIA UNIV (Canadá)
15
2 UNIV MARYLAND (EEUU)
13
3 CARNEGIE MELLON UNIV (EEUU)
12
4 UNIV WATERLOO (Canadá)
12
5 SHANGHAI JIAO TONG UNIV (China)
11
Tabla 4.3. Instituciones de origen de publicaciones [2008]
A nivel nacional, para el período amplio de análisis de 2000 – 2007, destaca la
Universidad Politécnica de Valencia, con 21 publicaciones, y la Universidad Politécnica
de Cataluña, con 15.
4.1.4 Países de publicación
En la figura 4.2, se muestra una distribución geográfica de los países de origen de las
publicaciones científicas analizadas en este estudio.
Destacamos:
o
EEUU mantiene una posición de liderazgo en esta actividad publicadora, con
una amplia diferencia respecto del resto de países.
o
Los primeros países europeos (Alemania, Francia e Inglaterra) quedan también
por detrás de China y de los países del sudeste asiático (Japón o Corea del
Sur).
o
De cualquier forma, el origen de estas publicaciones está bastante diversificado
(23% de ellas, de países no recogidos en esta figura).
106
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
o
España queda en la posición 12º del ranking global, con un 2% de la
producción total.
Países de origen de las publicaciones [2000-2007]
Resto del mundo
23%
EEUU
34%
INGLATERRA
3%
FRANCIA
4%
TAIWAN
5%
CANADA
5%
ALEMANIA
5%
JAPÓN
6%
CHINA
9%
COREA DEL SUR
6%
Figura 4.2. Países de origen de publicaciones
4.1.5 Citación de publicaciones científicas
En la figura 4.3, se analiza la producción de publicaciones científicas por países en
función de su calidad, tomando para ello el ratio de citación media 1 como indicador de
esta excelencia y como medio de conocer publicaciones y autores de referencia.
Destacamos:
1
o
EEUU lidera entonces, tanto en producción de publicaciones – como se ha
visto anteriormente – como en calidad de las mismas, a tenor del índice de
citación media que se ha registrado (2.75 citas de media por cada artículo).
o
Tomando como referencia esta tasa de citación media, las publicaciones
europeas parecen mejor valoradas y quedan por encima de las acreditadas en
centros asiáticos: Alemania ocupa el segundo lugar en este sentido, con un
índice de 1.9.
o
La producción de publicaciones de países como China o Corea del Sur parece
que aún no es comparable con el interés que despierta entre el resto de
investigadores de este ámbito, en función de unas tasas de citación bajas.
Tasa de citación media: número de citas / número de artículos
107
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Comparativa: publicaciones científicas vs. índice de citación
[2000 - 2007]
3
EEUU
2,5
Tasa de citación
Taiwán
2
Alemania
1,5
Canadá
Francia
Japón
1
Inglaterra
España
Corea del Sur
0,5
China
0
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
Nº publicaciones
Figura 4.3. Comparación publicación científica vs. calidad
4.1.6 Áreas temáticas
La siguiente tabla refleja las áreas de aplicación principales, según la clasificación de
la base de datos consultada (Web of Science) y ordenadas según el período 20002007.
Áreas de aplicación
2000-2007
1
TELECOMMUNICATIONS
2760
2
ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
1667
3
COMPUTER SCIENCE, INFORMATION SYSTEMS
1360
4
COMPUTER SCIENCE, THEORY & METHODS
1293
5
COMPUTER
INTELLIGENCE
SCIENCE,
ARTIFICIAL
687
108
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
6
TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY
7
COMPUTER
SCIENCE,
HARDWARE
525
&
430
ARCHITECTURE
Tabla 4.4. Áreas temáticas de las publicaciones
Destacamos:
•
La primera de estas áreas – Telecomunicaciones – no resulta excesivamente
concreta y no permite acotar posibles ámbitos de aplicación.
•
El área definida como ‘Transportation science & technology’ se ajusta más al
ámbito de este informe.
•
Estas áreas así definidas no están lo suficientemente acotadas para obtener
información de mayor valor.
4.1.7 Fuentes de publicaciones
En la siguiente tabla, se observan las fuentes de publicaciones, revistas y origen de
proceedings más relevantes en el período analizado. El indicador de impacto durante
2007, extraído de la base de datos Journal Citation Reports para las fuentes de este
listado que tiene registradas, es una medida de la frecuencia media con el que un
artículo de cada publicación es citado y puede servir para evaluar la importancia
relativa de dichas fuentes.
Fuente
Impacto
1
LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE
2
IEEE VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE
PROCEEDINGS
3
IEEE
WIRELESS
COMMUNICATIONS
IEEE
GLOBAL
2000-2007
-
602
-
130
2
93
-
74
AND
NETWORKING CONFERENCE
4
2007
TELECOMMUNICATIONS
CONFERENCE (GLOBECOM)
5
IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
0.25
64
6
COMPUTER COMMUNICATIONS
0.39
59
7
INTERNATIONAL
-
53
1.22
46
FEDERATION
FOR
INFORMATION PROCESSING
8
WIRELESS
COMMUNICATIONS
&
MOBILE
109
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
COMPUTING
IEEE
9
10
TRANSACTIONS
ON
VEHICULAR
TECHNOLOGY
1.19
45
IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING
1.71
44
Tabla 4.5. Fuentes de las publicaciones
Destacamos:
o
Lecture Notes in Computer Science es una línea publicadora por Springer
Science centrada en ciencias de la computación.
o
La línea de publicaciones IEEE Transactions on Vehicular Technology es
específica del ámbito de estudio de este informe y debe considerarse como de
referencia.
4.2 Análisis de vigilancia tecnológica en base a la solicitud de
patentes
4.2.1 Metodología empleada
La metodología que se ha empleado para realizar el análisis de las solicitudes de
patentes se detalla a continuación.
•
Fuente formal: Derwent World Patents Index.
Derwent World Patents Index (DWPI) es la mayor base de datos de documentos
de patentes con valor agregado que se publica en el mundo. Se actualiza y
desarrolla constantemente, y contiene 15,5 millones de documentos de patentes
tomados de 41 autoridades de expedición de patentes, que son evaluados,
clasificados e indexados por un equipo de 350 editores especializados.
•
Períodos de análisis:
o
Análisis 1: 2000 - 2007.
o
Análisis 2: Enero – octubre 2008.
Cabe destacar que una patente puede tardar unos tres años de media en ser
concedida, pero en ser publicada el tiempo aproximado está entre uno y dos años. En
el análisis que efectuamos a continuación, se consideran las solicitudes de patentes,
es decir, tanto las concedidas como las que aún están en trámite, o incluso no han
sido concedidos, pero que igualmente tienen validez para el análisis que pretendemos
realizar.
110
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
4.2.2 Evolución de patentabilidad
Las siguientes figuras representan la evolución del número de solicitudes de patentes
(por año y acumulativa) hasta octubre de 2008. El número de solicitudes de patentes
analizadas durante el período 2000 - 2007 asciende a 3980.
Evolución de la solicitud de patentes
1000
900
Nº de patentes
800
700
600
500
400
300
200
100
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
Enero octubre
2008
Evolución de crecimiento de la solicitud de patentes
6000
4966
5000
3980
4000
3083
3000
2465
1774
2000
1212
1000
124
350
679
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
EneroOctubre
2008
Figura 4.4. Evolución y crecimiento en la solicitud de patentes
Destacamos:
o
La evolución en la solicitud de patentes durante estos últimos años ha sido
ascendente, a excepción del dato registrado en 2006. No obstante, la evolución
111
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
que se comprueba en 2007 y, sobre todo, en 2008 a fecha de realización de
este informe, demuestra un creciente interés por patentar los resultados
obtenidos en este ámbito y una mayor entrada en fase comercial de las
tecnologías y aplicaciones relacionadas.
4.2.3 Instituciones solicitantes y países
Se trata en este apartado la relación de organismos más activos en la solicitud de
patentes relacionadas con el ámbito de estudio de este informe, analizando los
períodos de 2000-2007 y meses de enero a octubre de 2008 (tabla 4.6). Junto con el
número de solicitudes registradas para cada centro, en la tercera columna, entre
corchetes, se especifica la posición relativa que ocuparía el organismo en el ranking
provisional de 2008.
INSTITUCIÓN
PAÍS
2000-2007
Ene-oct 2008
1
DENSO CO LTD
Japón
157
40 [1]
2
GENERAL MOTORS CORP
EEUU
155
21 [3]
3
MOTOROLA INC
EEUU
78
23 [2]
MATSUSHITA
DENKI
4
SANGYO KK
Japón
71
7 [12]
5
MITSUBISHI ELECTRIC CORP Japón
68
6 [19]
6
HITACHI LTD
Japón
61
4 [40]
7
TOYOTA JIDOSHA KK
Japón
61
18 [4]
8
TOSHIBA KK
Japón
49
5 [29]
9
HYUNDAI MOTOR CO LTD
Corea del Sur
47
10 [6]
10 LTD
Japón
42
4 [46]
11 IBM CORP
EEUU
40
4 [42]
12 BOSCH GMBH ROBERT
Alemania
36
3 [54]
13 HONDA MOTOR CO LTD
Japón
35
4 [41]
14 LG ELECTRONICS INC
Corea del Sur
33
6 [16]
15 NEC CORP
Japón
33
7 [13]
16 SIEMENS AG
Alemania
33
-
SUMITOMO
ELECTRIC
IND
112
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
17 DAIMLER CHRYSLER AG
Alemania
32
-
18 NISSAN MOTOR CO LTD
Japón
30
6 [20]
19 NOKIA CORP
Finlandia
29
-
27
12 [5]
20 SAMSUNG ELECTRONICS CO Corea del Sur
Tabla 4.6. Empresas/centros solicitantes de patentes
Destacamos:
o
Denso Corporation, de origen japonés, es un conglomerado de empresas
centradas en el desarrollo y distribución de tecnología avanzada, sistemas y
productos en el campo de la automoción. Una de sus líneas de actividad se
centra en el campo de ITS (Intelligent Transport Systems).
o
Se distinguen grandes compañías automovilísticas, con centros de I+D en el
ámbito de estudio de este informe (General Motors, Toyota, Hyundai), junto con
empresas del ámbito del equipamiento electrónico o de las comunicaciones
inalámbricas.
o
Resulta muy significativa la notable presencia de empresas de origen japonés
en este ranking, probablemente debido al gran desarrollo de la industria
automovilística en este país. Únicamente 4 empresas de esta relación son de
origen europeo.
o
Durante 2008, el análisis de solicitudes registradas mantiene a Denso Co.,
General Motors y Motorola en las tres primeras posiciones. Toyota y Samsung
Electronics aparecen como empresas con creciente actividad patentadora en
este campo.
4.2.4 Clasificación internacional de patentes y áreas de aplicación
Según la Clasificación Internacional de Patentes (IPC), las patentes analizadas se
agrupan en las siguientes familias (tabla 4.7). Esta información es útil de cara a
comprobar los potenciales usos y aplicaciones de los resultados protegidos.
Código
Descripción
1
H04B-007/26
2
H04L-012/28
3
H04Q-007/20
Radio transmission systems, i.e. using radiation field at least
one of which is mobile
Data switching networks (interconnection of, or transfer of
information or other signals between, memories, input/output
devices or central processing units) characterised by path
configuration, e.g. local area networks (LAN), wide area
networks (WAN)
Selecting arrangements to which subscribers are connected
via radio links or inductive links in which the radio or inductive
links are two-way links, e.g. mobile radio systems
2000-2007
11.23%
10%
8.04%
113
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
4
H04Q-007/38
5
G08G-001/09
6
G06F-017/60
7
G08G-001/00
8
H04M-001/00
9
G01C-021/00
10
H04B-007/00
Selecting arrangements to which subscribers are connected
via radio links or inductive links; Arrangements for completing
call to or from mobile subscriber
Traffic control systems for road vehicles; Arrangements for
giving variable traffic instructions
Digital computing or data processing equipment or methods,
specially adapted for specific functions
Traffic control systems for road vehicles
Substation equipment, e.g. for use by subscribers (subscriber
services or facilities provided at exchanges; prepayment
telephone coin boxes; current supply arrangements; keyboard
switches in general,)
Navigation, navigational instruments (measuring distance
traversed on the ground by a vehicle; measuring linear or
angular speed or acceleration; control of position, course,
altitude or attitude of vehicles; traffic control systems)
Radio transmission systems, i.e. using radiation field
7.28%
7.26%
5.42%
4.37%
4.27%
3.97%
3.82%
Tabla 4.7. Categorías IPC
Destacamos:
o
En general, estos grupos son excesivamente genéricos y no aportan una
información útil. Distinguimos, no obstante, algunos campos de aplicación de
interés: sistemas de control de tráfico para vehículos, sistemas de navegación
y, en general, aplicaciones en entornos inalámbricos.
La base de datos consultada Derwent Innovations Index clasifica las patentes
registradas según un sistema jerárquico desarrollado por los técnicos de Derwent.
Dichos códigos hacen referencia a posibles áreas técnicas de aplicación.
Código
1
2
3
4
5
6
7
Descripción
Digital computers Æ Data processing systems Æ For industrial
process control Æ Vehicle/aircraft/missile process control
systems
Telephone and data transmission systems Æ Selecting Æ
W01-B05A1A Connecting via radio or inductive links Æ Radio Æ For mobile
radio telephone system
Digital
computers Æ Input/output arrangements Æ Data
T01-C03C
exchange with distant stations
T01-J07D1
T01-S03
Digital computers Æ Software content
Telephone and data transmission systems Æ Digital
W01-A06B5A information transmisión Æ Exchanges; connections between
exchanges (incl. LAN) Æ Characterised by structure Æ
Networks
Telephone and data transmission systems Æ Digital
W01-A06C4 information transmisión Æ Exchanges; connections between
exchanges (incl. LAN) Æ Characterised by medium
Telephone and data transmission systems Æ Telephony Æ
W01-C01D3C Subscriber equipment Æ Cordless, mobile radio telephone Æ
Mobile radio telephone
2000-2007
15.12%
11.88%
11.43%
10.47%
9.65%
9.57%
9.27%
114
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
8
X22-X
Automotive electrics
6.46%
Tabla 4.8. Áreas tecnológicas de clasificación - Derwent
Destacamos:
o
Estas áreas, si bien genéricas, introducen campos de aplicación muy
relevantes en este ámbito: sistemas de control para el vehículo,
comunicaciones móviles, redes inalámbricas o electrónica para la automoción.
115
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
5 VISIÓN ESTRATÉGICA
Se va a exponer a continuación los principales proyectos de investigación relacionados
con esta línea de trabajo. Mientras que la Unión Europea ha potenciado el desarrollo
de proyectos sobre el tema de este estudio, a través del VI y VII Programa Marco, en
EEUU no ha sido el caso. Por ello se van a mostrar cuáles han sido los principales
proyectos europeos mientras que los resultados americanos aparecen a los largo del
estudio de forma más dispersa dada la dificultad en agruparlos.
En este apartado se nombran los proyectos principales, se agrupan por tendencias
comunes y se presentan los principales logros. En el Anexo IV se describen las
características principales del proyecto en una ficha y se explicará cada uno con más
detalle.
5.1 Proyectos del VI Programa Marco
En entorno de VI Programa Marco (VI PM) se plantearon unas líneas de actuación que
perseguían la aplicación de las nuevas tecnologías a la seguridad vial, antes de
comenzar la evaluación de los proyectos englobados en este programa merece la
pena destacar algunos desarrollos pioneros en esta área de conocimiento que
constituyeron el embrión de posteriores proyectos de investigación. Entre ellos se
encuentran los proyectos:
•
Chauffeur
•
CiberCars
•
ULTra
Su importancia radica en que abrieron la puerta a la investigación posterior,
demostrando que sus ideas de partida y desarrollos posteriores eran válidos. De
hecho, dos de ellos, Chauffeur y CyberCars, tuvieron una continuación en el VI PM.
En Chauffeur se investiga en la posibilidad de desarrollar convoyes inteligentes,
lográndose la automatización de un vehículo pesado capaz de detectar y seguir a una
distancia fijar a otro conducido manualmente. Con cybercars se demostró cómo se
podía automatizar una flota de vehículos eléctricos y su posible uso en entorno
urbanos para el trasporte de pasajeros. Ultra es un buen ejemplo para analizar el
impacto y la acogida de este tipo de sistemas en la sociedad dado su carácter
comercial. Es un sistema de transporte basado en vehículos eléctricos que se
desplazan a través de carriles especiales con balizado magnético en el aeropuerto de
Heathrow.
Dentro del VI PM se tiene:
• Coopers
• Friction
• I-WAY
• Cover
• Good Route • Moryne
• Reposit
• Watch-Over
• Safespot
116
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
• CyberCars-2 • GST
• Prevent
• TRACKSS
Estos proyectos se pueden agrupar según las siguientes líneas:
•
Aviso de situaciones peligrosas en la carretera: Good Route, Friction, I-WAY,
Coopers.
•
Evitar accidentes: Cover, Prevent, Reposit, Watch-Over, Safespot.
•
Gestión de flotas: Cybercars, Moryne, GST
•
Mejorar la eficiencia del transporte: Trackss
Sistemas de aviso de situaciones peligrosas en la carretera se desarrollaron en Good
Route que plantea de un sistema cooperativo que permita la monitorización en ruta de
vehículos para transporte de mercancías peligrosas. En el marco de este proyecto se
ha desarrollado un sistema de comunicación intervehicular que permite el flujo de
información asociada a la carretera, tal es el caso de problemas vinculados con las
condiciones meteorológicas, densidad de tráfico, accidentes, condiciones de la
carretera, etc. En el proyecto Friction se valora la situación de agarre vehículocarretera y la comunicación de esta información vehículo-vehículo y con el conductor.
El objetivo de I-WAY es percibir el estado de la carretera y supervisar al conductor, en
tiempo real. Para ello se obtendrán los datos de los sensores a bordo del vehículo, la
infraestructura viaria, y los vehículos vecinos. Para ello se utilizarán comunicaciones
Infraestructura-Vehículo y Vehículo- Vehículo. Coopers proporciona a los vehículos y a
los conductores información individualizada, en tiempo-real, referida a la seguridad del
tráfico y al estado de la infraestructura mediante comunicaciones InfraestructuraVehículo.
Para evitar accidentes se plantean varias alternativas. En el proyecto Reposit se
emplean varios sensores que perciban el entorno, la posición del vehículo y la
trayectoria del resto de vehículos. La comunicación wireless entre los vehículos
avisará a todos los conductores de posible situaciones peligrosas. Los casos de
estudio son intersecciones y colisiones longitudinales. En Prevent se desarrollan
sistemas embarcados que facilitan información del riesgo e inminencia del siniestro y
se utilizan también comunicaciones vehículo-vehículo. En Cover se añade el uso de
las comunicaciones vehículo-infraestructura. Watch-Over diseña y desarrolla sistemas
cooperativos para la prevención de accidentes tanto en entornos urbanos como
interurbanos para vehículos, motoristas, ciclistas y peatones. En Safespot se centran
en la cooperación ente vehículos y carreteras inteligentes.
La gestión de flotas de vehículos se trata en Cybercars donde se hace hincapié en el
diseño de vehículos autónomos para entornos urbanos o infraestructuras dedicadas
mediante las comunicaciones vehículo-vehículo, vehículo-infraestructura y la
coordinación entre vehículos. En el proyecto Moryne se plantea en una red de nodos
donde los elementos de transporte actúan como sensores móviles a nivel local. En
GST también se trata la interacción entre los vehículos entre sí y entre éstos y la
infraestructura.
117
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
La mejora en la eficiencia del transporte se trata en Trackss mediante la cooperación
y la fusión sensorial. Con ello se puede predecir el flujo de transporte y las condiciones
de la infraestructura, el medioambiente y el tráfico circundante.
5.2 Proyectos del VII Programa Marco
Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VII Programa Marco se
van a comentar aquellos que han potenciado el desarrollo de sistemas de ayuda a la
conducción a través del empleo de los distintos medios y sistemas de comunicaciones.
Dado que su comienzo es bastante reciente se tiene mucha menos información sobre
ellos y su número es menor al falta todavía una convocatoria sobre sistemas
cooperativos.
En concreto son:
• ARTIC
• E-FRAME
• Geonet
• INTERSAFE 2
• iTETRIS
• NEARCTIS • PRECIOSA • PRE-DRIVE C2X
Estos proyectos se pueden agrupar según las siguientes líneas, continuación del VI
PM:
•
Evitar accidentes: INTERSAFE
•
Mejorar la eficiencia del transporte: NEARCTIS
Y nuevas líneas:
•
Definir un protocolo de comunicaciones: Geonet, PRE-DRIVE C2X
•
Tecnología de antenas: ARTIC
•
Promoción de los sistemas cooperativos: E-FRAME
•
Simulación: iTETRIS
•
Salvaguarda de la intimidad: PRECIOSA
INTERSAFE 2 es la continuación del subproyecto del mismo nombre que se
encontraba dentro de PReVENT y sigue centrándose en la aplicación de los sistemas
cooperativos a las intersecciones.
NEARCTIS es una Red de Excelencia formada por grupos cuya línea principal de
trabajo sea la gestión del tráfico con especial interés en la utilización de sistemas
cooperativos para la optimización del tráfico viario.
El objetivo del proyecto Geonet (Geo-addressing and geo-routing for vehicular
communications) es establecer un protocolo que permita el intercambio de mensajes
de alerta entre los vehículos y entre estos y la infraestructura dentro de una
determinada área geográfica, extendiendo las especificaciones del protocolo IPv6 para
lograrlo. PRE-DRIVE C2X se centra en las comunicaciones Vehículo –X. Toma como
base la descripción general definida por COMeSafety con el objetivo de desarrollar y
118
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
detallar especificaciones y funcionalidades, que deberán ser probadas de forma
robusta en prototipos reales. También se desarrollará un modelo de simulación integral
y las herramientas y métodos necesarios para la evaluación de las tecnologías de
comunicaciones para vehículos tanto en los laboratorios como en las condiciones
reales del tráfico.
El objetivo ARTIC es resolver los requisitos que la Iniciativa por el coche Inteligente
(Intelligent Car Initiative) ha planteado desde el punto de vista de las comunicaciones.
Para ello se centra en la tecnología de antenas y su aplicación a la automoción y sirve
de enlace entre el Antennas Virtual Centre of Excellence y el proyecto COMeSafety.
E-FRAME es una Support Action que apoya la creación de Sistemas Cooperativos
dentro de la Unión Europea. Es un centro de conocimiento neutral desde el punto de
vista comercial y político. El citado apoyo se lleva a cabo mediante los siguientes
objetivos
iTETRIS tiene como objetivo principal la creación de una plataforma de simulación del
tráfico y de las comunicaciones de los vehículos que sea abierta, global y sostenible.
Tiene en cuenta comunicaciones vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura.
Con el desarrollo de sistemas cooperativos y las comunicaciones entre vehículos y
entre éstos y las infraestructuras, surge el tema de la salvaguarda de la intimidad en
este tipo de comunicaciones. Éste es el aspecto en el que se centra el proyecto
PRECIOSA.
119
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
6 CONCLUSIONES / OPORTUNIDADES
Hemos visto cómo en un futuro cercano, las comunicaciones inalámbricas empezarán
a tener lugar dentro del propio vehículo, comunicando los distintos componentes del
mismo vehículo sin necesidad de cables. El vehículo será capaz por tanto de
conectarse y gestionar toda clase de dispositivos portátiles (teléfono móvil, PDA,…)
proporcionando un uso fácil e intuitivo, minimizando la distracción del conductor, y
mejorando la seguridad del vehículo. El desarrollo e implementación de estas redes de
comunicación avanzadas irán más allá del propio vehículo, favoreciendo la
comunicación: entre vehículos, usuario-vehículo y vehículo-infraestructura, superando
los actuales obstáculos de cobertura, interoperabilidad y seguridad. Asimismo, será
necesario mantener unos elevados niveles de fiabilidad, robustez, calidad de servicio y
disponibilidad.
Las tecnologías de fusión de datos, análisis de contexto y el desarrollo de sistemas de
soporte a la decisión, suponen también una magnífica oportunidad. Pero además de
las redes de sensores que proporcionen datos, los sistemas de visión artificial
implementados sobre sistemas embebidos contribuirán a optimizar esta toma de
decisiones, mejorando la seguridad vial y apoyando las acciones del conductor.
Por otro lado, el desarrollo de sistemas de identificación, bien inalámbricos, a través de
un emisor que la persona lleve (tarjeta, llave) bien mediante parámetros biométricos
(huella dactilar, reconocimiento facial) bien por combinación de ambas, permitirá al
vehículo adaptarse a las preferencias del usuario (altura del asiento/volante, posición
retrovisores, cadena musical, etc.
Las aplicaciones tipo ADAS (Advanced Drivers Assistance Systems) se popularizarán,
gracias a la computación distribuida, sensorización, inteligencia ambiental, etc.
AUTOSAR va camino de imponerse como estándar, creándose una red de
proveedores de módulos AUTOSAR, fabricantes de herramientas AUTOSAR, etc. que
hoy es incipiente.
OSGi y tecnologías java serán usadas en entornos automoción para implementar
algunos servicios multimedia, de comunicaciones para la eficiencia vial (información
del tráfico,…).
120
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
7 ANEXO
I.
RELACIÓN
DE
EMPRESAS
EN
EL
SECTOR.
7.1.1 Empresas Europeas
Empresas
Ámbito
Dirección URL
ALPINE
Soluciones multimedia para el http://www.alpine.com/
automóvil
AUDI
Fabricante automóviles
AUTOLIV
Dispositivos de seguridad para el http://www.autoliv.com
automóvil
BOSCH
Dispositivos de seguridad
electrónicos para el automóvil
BMW GROUP
Fabricante automóviles
http://www.bmw.com
DAIMLER
Fabricante automóviles
http://www.daimler.com
DELCAN
Ingeniería para infraestructuras
http://www.delcan.com
DENSO
Componentes
http://www.denso-europe.com/
EFKON
MOBILITY
Hardware y software para el http://www.efkon-mobility.com
automóvil
FIAT GROUP
Fabricante automóviles
http://www.fiat.com
HONDA
Fabricante automóviles
http://www.honda.com
KAPSCH
Comunicaciones
http://www.kapsch.at
LESSWIRE AG
Transmisión inalámbrica de datos
http://www.lesswire.com
MAGNETI
MARELLI
Integración de sistemas
http://www.magnetimarelli.com
MARKIV
Componentes
http://www.mark-iv.com/
NEC
Hardware
http://www.nec.de/
OPEL
Fabricante automóviles
http://www.opel.com
RENAULT
Fabricante automóviles
http://www.renault.com
http://www.audi.com
y http://www.bosch.de
121
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
SATELLIC
Sistemas de gestión del tráfico
http://www.satellic.com/
SENSYS
NETWORKS
Transmisión inalámbrica de datos
http://www.sensysnetworks.com
SIEMENS
Componentes
http://w1.siemens.com
TRAFICON
Sistemas de video detección
http://www.traficon.com/
VOLVO
Fabricante automóviles
http://www.volvo.com
WAVETRONIX
Gestión del tráfico
http://www.wavetronix.com
WOLKSWAGEN
Fabricante automóviles
http://www.volkswagenag.com
7.1.2 Empresas Americanas
Empresas
Ámbito
Dirección URL
ASCOM
Comunicaciones para aplicaciones http://www.ascom.com
its
AVAIL TECH
Tecnologías its para el transporte http://www.availtec.com
público
AVL
Gps para its
http://www.cepoint.com
CHRYSLER
Fabricante automóviles
http://www.chrysler.com
CLEVER
DEVICES
Fabricante de equipos its para la http://www.cleverdevices.com
industria del transporte
ECONOLITE
Fabricante de equipos de control http://www.econolite.com
para sistemas de tráfico
DELPHI
Corporation
Dispositivos de seguridad
electrónicos para el automóvil
DIGITAL
RECORDERS
Fabricante de equipos its para la http://www.digitalrecorders.com
industria del transporte
FORD
Fabricante automóviles
http://www.ford.com
GENERAL
MOTORS
Fabricante automóviles
http://www.gm.com
y http://www.delphi.com
122
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
ITERIS
Consultora y desarrolladora de http://www.iteris.com
equipos para its, ingeniería de
tráfico y transporte
MENTOR
Engineering Inc.
Comunicaciones para aplicaciones http://www.mentoreng.com
its
ONTIRA
Communications
Sistemas
automáticos
información a viajeros
QUIXOTE
Transportation
Technologies Inc.
Comunicaciones para aplicaciones http://www.ssiweather.com
its
TRANSITVUE
Comunicaciones para aplicaciones http://www.transitvue.com
its
TRANSURBAN
Desarrollador y administrador de http://www.transurban.com.au
peajes
TRW
Dispositivos de seguridad
electrónicos para el automóvil
IDA Corp.
Comunicaciones para aplicaciones http://www.idaco.com
its
de http://www.ontira.com
y http://www.trw.com
123
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
8 ANEXO II. LISTADO DE PATENTES NOVEDOSAS EN
EL ÁREA.
Se incluye una relación de patentes de interés relacionadas con el ámbito de estudio
de este informe.
Es posible acceder a mayor información de la mayoría de estas patentes a través del
servicio de búsqueda del fondo documental de patentes proporcionado por
esp@cenet 2 , utilizando los números de publicación indicados.
Números
publicación
Título descriptivo
Solicitante
JP2002044005-A
Distance communication system for
vehicle, distributes data into data slots
and transmits to mobile station device
where data is assembled
HITACHI
LTD;
HITACHI
TSUSHIN SYSTEM CO
JP2002008077-A
Vehicle communication method for
electronic toll collection system, involves
transmitting identity information of vehicle
passing through a communication point,
to center for preparing bill for the vehicle
MITSUBISHI JUKOGYO KK
KR2001064808-A;
KR625442-B1
Method for installing dsrc roadside base
station for bidirectional communication
between dsrc loading device and center
server and method for operating
communication using thereof
KOREA TELECOM; KT CORP
WO200215150-A;
WO200215150-A1;
AU200161950-A;
US6611739-B1
Vehicle operation diagnostic and control
system for a bus has local bus control
centers receiving bus operation data and
transmitting control signal to bus through
wireless communication network
NEW FLYER IND
WO200215148-A;
KR353649-B1
Navigation system for moving objects
such as vehicle, has navigation terminal
connected to information center by
wireless communication network, for
notifying message about node point by
audio
SAMSUNG
CO LTD
US2002014976-A1;
EP1184828-A2
On-vehicle
dedicated
short
range
communication equipment in intelligent
NEC CORP
2
ELECTRONICS
http://es.espacenet.com/advancedSearch?locale=es_es
124
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
transport
system,
searches
radio
frequencies so that search ratio for radio
frequencies for electronic toll collection
service is larger
WO2003019493-A;
US2002026266-A1;
WO2003019493A1; US6642844-B2;
AU2002319823-A1
Direct wireless communication system for
emergency event notification, monitors
location of emergency vehicles and
notifies vehicles closest to sensed
emergency event to provide emergency
assistance
SIVAN LLC
EP1189393-A;
EP1189393-A2;
JP2002176427-A;
US6801942-B1
Vehicle based controller area network
node remote accessing method involves
communicating data addressing, reply
and end messages between selected
CAN node, CAN gateway and remote
accessor
BOSCH GMBH ROBERT
US6340928-B1
Emergency assistance apparatus for
vehicles, carries out communication
between emergency station and cellular
phone, on receipt of vehicle crash signal
through bluetooth port
TRW INC
JP2002032747-A
Vehicles detection method used in traffic
management, involves determining line
segment which lies beyond threshold
value, from the digitized decoded image
of vehicle
DAINI DENDEN KK
JP2002046609-A
Vehicle driving control system has control
unit to stop vehicle component which is
disconnected from vehicle, if vehicle
component enters into prohibited route
TOSHIBA KK
US2002001398-A1;
EP1179803-A2;
JP2002083297-A;
US7031496-B2
Object recognition method for intelligent
transport system, involves switching
between several databases provided in
association with each camera, and
performing pattern matching
MATSUSHITA ELECTRIC IND
CO
LTD
(MATU);
MATSUSHITA
DENKI
SANGYO KK
JP2002015396-A
Traffic monitoring system for roads,
outputs warning when vehicle is judged to
deviate from specific moving pattern
TOSHIBA
KK
TOSHIBA ENG KK
JP2001126187-A;
JP3397185-B2
Communication system for vehicles, has
CGI script in server which updates
homepage, based on received present
position and destination information from
communication apparatus
NIPPONDENSO CO LTD
(TOKE);
125
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
JP2001101599-A;
JP3436202-B2
Vehicle-mounted
driving
assistance
apparatus for intelligent transport system,
performs indication for controlling vehicle
speed, based on information about
vehicles running ahead
TOYOTA JIDOSHA KK
US6292747-B1
Heterogeneous wireless network e.g. for
network of travelling vehicles adapted to
exchange network travelling information
with each other, has GPS receiver,
suitable for determining the vehicle's
geographic position
INT BUSINESS MACHINES
CORP
JP2001060297-A
Distance
communication
apparatus
mounted on vehicle in intelligent transport
system, has communication control
section to set receiver to standby
condition for receiving both radio
frequencies from base station
HITACHI LTD
US2001018628A1
Vehicle efficiency/driver performance
monitoring system, for commercial
vehicle fleet management system, has
transceiver which transmit vehicle
efficiency/driver
performance
and
receives route/environment information
MERITOR HEAVY VEHICLE
SYSTEMS LLC
US6249742-B1
Navigation system for vehicle, determines
output route preview event, by evaluating
output data based on which data
representing road name of target route is
stored
NAVIGATION
TECHNOLOGIES CORP
EP1071056-A;
EP1071056-A2;
DE19933318-C1
Wireless transmission of messages
between vehicle communication system
and external central computer by
converting text to phonetic representation
before transmission and outputting as
speech
BAYERISCHE
WERKE AG
EP1089579-A
Road vehicle communication system with
enhanced system extendibility includes
frequency
converters
and
multiplexer/demultiplexer
to
handle
signals in a duplex way
OKI ELECTRIC IND CO LTD;
JAPAN
MIN
POSTS
&
TELECOMMUNICATIONS;
NAT INST INFORMATION &
COMMUNICATIONS
TE
(NAIN-Non-standard)
EP1087589-A;
EP1087589-A1;
US6594557-B1
Sending and receiving information
between vehicle data processing system
and resource data system via wireless
communication system
FORD MOTOR CO; VISTEON
GLOBAL
TECHNOLOGIES
INC
JP2001204058-A;
JP3752939-B2
Automatic controller for vehicle, controls
vehicle
based
on
communication
condition of communication terminal in
TOYOTA JIDOSHA KK
MOTOREN
126
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
vehicle
JP2001101594-A;
JP3456177-B2
Vehicle mounted driving assistance
information providing apparatus has
selector which selects either of or both
obstruction information and lane deviation
information, based on level of demand.
TOYOTA JIDOSHA KK
EP1096457-A;
EP1096457-A2;
DE19952153-A1;
EP1096457-B1;
DE50005400-G;
EP1096457-B2
Method and device for recognizing traffic
signals electronically detects signals with
an electronic camera in a motor vehicle
indicating comparisons and affecting the
vehicle's speed controls
VOLKSWAGEN AG
JP2000298745-A;
JP3226509-B2
Vehicle-mounted dedicated short range
communication device for intelligent
transport system has high-frequency
terminal with high frequency signal whose
wavelength is set to quarter wavelength
MITSUBISHI
CORP
JP2001014589-A
Motor vehicle communication system e.g.
intelligent
transport
system,.notifies
discrimination information of base station
to mobile station by.management device,
when detecting its entry to related
communication area
HITACHI LTD
JP2005333225-A
Traffic control system for motor vehicle,
has vehicle mounted communication
apparatus transmitting data to be
transmitted to center apparatus to
another vehicle mounted communication
apparatus by short range radio
communication
NAKAMURA K; YOSHIDA I;
KANAMORI
T.
NIPPONDENSO CO LTD
JP2005332263-A
Emergency vehicle notification method in
communication
terminal,
involves
performing call to judged communication
terminal at vicinity of position of
emergency vehicle, to notify approach of
emergency vehicle
GOTO M. SONY ERICSSON
MOBILE COMMUNICATIONS
KK
US2005225457-A1;
JP2005301581-A;
US7304589-B2
Vehicle-to-vehicle communication device
used to detect and report traffic
information has signal processor that
processes information from subject
vehicle and communication device to
report processed information to other
vehicles
KAGAWA M. DENSO CORP;
NIPPONDENSO CO LTD
ELECTRIC
127
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
US2005222751-A1;
US7366606-B2
Traffic information providing method for
vehicle navigation system, involves
receiving location data and speed data
from vehicle navigation device, and
broadcasting refined traffic information to
navigation device
UYEKI R. HONDA MOTOR CO
LTD
WO2005069246A2;
US2005203683-A1;
EP1706849-A2
Vehicle sensor data collection automating
system for fleet operation, has telematics
device with interface for collecting data
from sensors disposed in vehicle to send
signal to driver if vehicle is in certain
distance of object
OLSEN J; BRADLEY D;
JENKINS R. UNITED PARCEL
SERVICE AMERICA
US2005073435-A1;
US6982653-B2
Service system for automotives, includes
computer which is configured to utilize
radio frequency identification (RFID)
interrogator to retrieve stored data from
RFID transponders
VOELLER D A; CLASQUIN J.
VOELLER D A ; CLASQUIN J;
HUNTER ENG CO
US2004078141-A1;
US6826460-B2
Fleet management system of electric and
fuel cell vehicles, has computer that links
task inputs with predicted vehicle range
and measured vehicle position
KITTELL R P; SCHNECK M M;
SCHNECK T. KITTELL R P;
SCHNECK M M; SCHNECK T
JP2003150994-A;
JP3820966-B2
Electronic toll collection device for
vehicles, has communication interfaces
that process protocol of Bluetooth (RTM)
specification to perform communication
between data transceiver and integrated
circuit card interface
NIPPONDENSO CO LTD
128
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
9 ANEXO
III.
LISTADO
DE
PUBLICACIONES
NOVEDOSAS EN EL ÁREA.
Se incluye una relación de publicaciones científicas de interés relacionadas con el
ámbito de estudio de este informe.
Autores
Título
Publicación
Wang, YH, Chuang,
CC, Chao, CF
A distributed backup routes mechanism
for mobile ad hoc networks
IEICE TRANSACTIONS ON
INFORMATION
AND
SYSTEMS
Manzie, C, Watson,
HC, Halgamuge, S,
Lim, K
A comparison of fuel consumption
between hybrid and intelligent vehicles
during urban driving
PROCEEDINGS
OF
THE
INSTITUTION
OF
MECHANICAL
ENGINEERS
PART
D-JOURNAL
OF
AUTOMOBILE
ENGINEERING, 2006
Biswas,
S,
Tatchikou, R, Dion,
F
Vehicle-to-vehicle
wireless
communication protocols for enhancing
highway traffic safety
IEEE
COMMUNICATIONS
MAGAZINE, 2006
Okabe, T, Shizuno,
T, Kitamura, T
Wireless LAN access network system for
moving vehicles
10th IEEE Symposium on
Computers
and
Communications, Proceedings,
2005
Fukuhara,
T,
Warabino,
T,
Ohseki, T, Saito, K,
Sugiyama,
K,
Nishida, T, Eguchi,
K
Broadcast methods for
communications system
inter-vehicle
2005
IEEE
Wireless
Communications
and
Networking Conference, 2005
Durresi, M, Durresi,
A, Barolli, L
Optimized geographical routing protocol
for inter-vehicle communications
25th
IEEE
International
Conference on Distributed
Computing
Systems
Workshops, Proceedings, 2005
Furstenberg,
K,
Russler, B, Valldorf,
J; Gessner, W
A
new
European
approach
for
intersection safety - The EC-Project
INTERSAFE
Advanced Microsystems for
Automotive Applications 2005,
9th International Forum on
Advanced Microsystems for
Automotive Application, 2005
Anda, J, LeBrun, J,
Ghosal, D, Chuah,
CN, Zhang, M
VGrid: Vehicular adhoc networking and
computing grid for intelligent traffic
VTC2005-Spring: 2005 IEEE
61st Vehicular Technology
Conference, 2005
129
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Khaled,
Ducourthial,
Shawky, M
Y,
B,
IEEE 802.11 performances for intervehicle communication networks
VTC2005-Spring: 2005 IEEE
61st Vehicular Technology
Conference, 2005
Conci,
N,
De
Natale,
FGB,
Bustamante,
J,
Zangherati, S
A wireless multimedia framework for the
management of emergency situations in
automotive applications: The AIDER
system
SIGNAL
IMAGE
2005
Koike, T, Tanaka,
M, Yoshida, S
Capacity improvement of multihop intervehicle communication networks by
STBC cooperative relaying
IEICE TRANSACTIONS ON
COMMUNICATIONS, 2005
Sugiura,
Dermawan, C
In traffic jam IVC-RVC system for ITS
using Bluetooth
IEEE TRANSACTIONS
INTELLIGENT
TRANSPORTATION
SYSTEMS, 2005
Chu, HW; Savoie,
MJ; Sanchez, B;
Saito, N
Ad-hoc networks security
3rd International Conference
on
Computing,
Communications and Control
Technologies, 2005
Wu,
Zhaohui,
Zheng,
Zengwei,
Wang, Lei, Yang,
Guoqing,
Zhao,
Mingde
Asos-IV: A smart sensor network
software platform for intelligent vehicle
DETC
2005:
ASME
International
Design
Engineering
Technical
Conferences and Computers
and Information in Engineering
Conference, 2005
Lee, G, Slezak, D,
Kim, TH, Sloot, P,
Kim, HK, Szczuka,
M
Design and prototype implementation of a
novel automatic vehicle parking system
2006 International Conference
on
Hybrid
Information
Technology, 2006
Lee, G, Slezak, D,
Kim, TH, Sloot, P,
Kim, HK, Szczuka,
M
A selective flooding method for
propagating emergency messages in
vehicle safety communications
2006 International Conference
on
Hybrid
Information
Technology, 2006
Sheng, W., Yang,
Q., Guo, Y.
Cooperative driving based on intervehicle communications: Experimental
platform and algorithm
2006 IEEE/RSJ International
Conference
on
Intelligent
Robots and Systems, 2006
Daoud, R. M., ElDakroury, M. A.,
Elsayed, H. M.
Wireless vehicle communication for traffic
control in urban areas
IECON 2006 - 32nd Annual
Conference on IEEE Industrial
Electronics, 2006
Wu, Z., Chu, H.,
Pan, Y., Yang, X.
Bus priority control system based on
Wireless Sensor Network (WSN) and
Zigbee
Proceedings of the 2006 IEEE
International Conference on
Vehicular
Electronics
and
Safety, 2006
Ulrich, F; Masayuki,
UWB radio propagation inside vehicle
7th International Conference
A,
PROCESSINGCOMMUNICATION,
ON
130
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
F; Christain,
Massimiliano,
Shozo,
Guangjun, W
B;
L;
K;
environments
on ITS Telecommunications,
Proceedings, 2007
Taleb, T., Sakhaee,
E., Jamalipour, A.,
Hashimoto,
K.,
Kato, N., Nemoto,
Y.
A stable routing protocol to support ITS
services in VANET networks
IEEE TRANSACTIONS ON
VEHICULAR TECHNOLOGY,
2007
Sampigethaya, K.,
Li, M., Huang, L.,
Poovendran, R.
AMOEBA: Robust
scheme for VANET
IEEE
JOURNAL
ON
SELECTED
AREAS
IN
COMMUNICATIONS, 2007
Cardno, C. A.
Vehicle infrastructure
planned for Detroit
location
privacy
integration
test
CIVIL ENGINEERING, 2007
131
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
10 ANEXO IV. Proyectos del VI y VII Programa Marco
10.1 Proyectos del VI Programa Marco
En entorno de VI Programa Marco se plantearon unas líneas de actuación que
perseguían la aplicación de las nuevas tecnologías a la seguridad vial, antes de
comenzar la evaluación de los proyectos englobados en este programa merece la
pena destacar algunos desarrollos pioneros en esta área de conocimiento que
constituyeron el embrión de posteriores proyectos de investigación. Entre ellos se
encuentran los proyectos CyberCars, ULTra y Chauffeur.
10.1.1
CyberCars
Los cybercars son vehículos con plenas capacidades para conducción automática en
entornos viarios, su finalidad es la de potenciar la aplicación de los sistemas
avanzados de transporte para una mejor y más efectiva organización del transporte
urbano. Este proyecto fue desarrollado por un consorcio constituido por centros de
investigación de la unión europea, del cual su principal exponente es el Instituto
Nacional Francés de Investigación en Automática e Informática (INRIA). La
participación Española tiene como representantes al Instituto de Automática Industrial
(CSIC) y Robotiker.
Figura 10.1. Algunos ejemplos de Cybercars
Este desarrollo está basado en el uso de automóviles eléctricos autónomos para el
transporte urbano de pasajeros (Figura 10.1). Cybercars fue el primero de numerosos
proyectos desarrollados tales como CyberMove y NetMobil, y cuya finalidad fue la de
promover este tipo de sistemas y su implantación en escenarios urbanos reales. El
primer vehiculo basado en esta concepción se puso en funcionamiento en Holanda en
1997 y ha estado operando de forma satisfactoria durante 24 horas al día. Es preciso
mencionar, que este tipo de sistemas trabaja únicamente en determinadas áreas
específicas, bajo una demanda perfectamente estructurada y con una velocidad
máxima limitada de 30 km/h [63].
132
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Los primeros desarrollos de cybercars se basaron en sistemas de balizado inductivo,
aunque posteriormente se propusieron otras alternativas más complejas que
fusionaban la integración odométrica con estos balizados [64], ya fueran inductivas o
por láser (Figura 10.2), o bien con sistemas de visión artificial con reconstrucción 3D
para la localización de rutas [65].
Figura 10.2. Scan láser.
El empleo de sistemas de visión por computador ha demostrado un incremento
importante en las capacidades que inicialmente se atribuyeron a estos sistemas,
habilitándolos para la detección de obstáculos y peatones.
Otro de los aspectos abordados en el marco de este proyecto es la comunicación
entre vehículos y entre un vehículo y una red (Figura 10.3). La arquitectura planteada
permite entre otras cosas, unir sistemas de percepción de los diferentes automóviles
para ser accesibles desde cualquier punto de la red, ya sea un servidor fijo o
embebido en otro automóvil, comunicación con infraestructuras para recibir
información sobre otros coches o acceso a ciertos recursos (permitir paso en cruces),
intercambio de trayectorias, etc. Se ha implementado un protocolo para el intercambio
de información sobre la situación de cada vehículo de tal forma que estos son capaces
de calcular el cruce. Este sistema básicamente se encarga de indicar a los distintos
vehículos de los alrededores donde esta cada uno de los demás, de tal manera que
gracias al planificador de trayectorias estos son capaces de evitarse, es pues una
forma de indicar donde están los objetos móviles del entorno, pudiéndose analizar una
simple intersección de dos automóviles sin emplear sensores.
133
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.3. Comunicación entre vehículos.
Dentro de esta última línea de trabajo, se ha desarrollado un simulador que permite
simular cada cybercar de forma íntegra, con todos sus sensores (láser, GPS y brújula)
e incluso con la posibilidad de añadirle ruido a cada uno de éstos. Además, permite
simular colisiones y facilita la inserción de objetos móviles. Un punto muy destacable
del sistema es la capacidad de simular comunicaciones entre vehículos. El simulador
ha sido desarrollado para facilitar incluso comunicaciones con los vehículos reales.
La utilización intensiva de comunicaciones y sensores, junto con las nuevas
generaciones de vehículos automáticos sin conductor en entornos de tráfico urbano se
concreta en la implantación de sistemas de comunicación vehículo-vehículo y
vehículo-infraestructura. Estos sistemas autónomos, que incorporan sistemas de
seguridad, implementan nuevas soluciones y tecnologías de coordinación entre ellos,
principalmente en zonas peligrosas como cruces de carretera y circulación en
caravana.
10.1.2
ULTra
El proyecto ULTra supuso el desarrollo de un sistema avanzado, eficiente y de bajo
coste para el transporte de personas. La Universidad de Bristol y ATS han sido los
encargados de llevar a cabo el diseño de este sistema de transporte basado en
vehículos eléctricos que se desplazan a través de carriles especiales con balizado
magnético (Figura 10.4).
134
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.4. Vehículo ULTra
Los vehículos van dotados de sensores de ultrasonido y láser para la implementación
del módulo de control de colisiones [66]. El sistema está basado en una unidad de
central que recibe las peticiones de los usuarios a través de unos terminales táctiles
(Figura 10.5). Esta unidad calcula la ruta más idónea a seguir y se la transmite al
vehículo a través de un sistema de comunicaciones para que éste sigua el itinerario
prefijado a partir de la información del balizado magnético de la carretera.
Figura 10.5. Interfaz Hombre-máquina
La implantación real de este sistema ha demostrado la gran ventaja de que un usuario
sea llevado directamente de un punto a otro sin escalas, con escasos costes de
desarrollo y garantías de seguridad propias de los trenes.
Figura 10.6. Implantación en Heathrow
135
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Las primeras pruebas de implantación se realizaron en Cardiff, para pasar, viendo los
excelentes resultados mostrados, a su instalación en el aeropuerto de Heathrow en
Londres (Figura 10.6).
El carácter inminentemente comercial que tiene este proyecto y su implantación física
lo transforma en un buen ejemplo para analizar el impacto y la acogida de este tipo de
sistemas en la sociedad.
10.1.3
Chauffeur
El incremento del tráfico en las autopistas europeas en los últimos quince años ha
supuesto la motivación del proyecto Chauffeur, en el que se plantea la posibilidad de
desarrollar convoyes inteligentes (Figura 10.7) capaces de permitir a un solo conductor
conducir una flota completa de camiones.
Figura 10.7. Convoy inteligente.
Este proyecto fue desarrollado por un consorcio formado por empresas del sector
automovilístico tales como DaimlerChrysler, IVECO, Bosch y Wabco, junto con centros
de investigación como el INRIA y LIVIC [67].
Figura 10.8. Controlador
El proyecto Chauffeur perseguía el desarrollo de sistemas electrónicos de conducción
que permitiesen incrementar la densidad del transporte de mercancías, preservando la
seguridad y mejorando el uso de las infraestructuras existentes. El sistema simula un
remolcador electrónico que relaciona dos camiones. El controlador electrónico de
136
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
seguimiento (Figura 10.8) está basado en el empleo de sistemas de visión por
computador y radar para la detección del camión que circula delante. La información
suministrada permite el accionamiento del volante, freno, así como del ajuste de la
velocidad de crucero.
El trabajo realizado se completó con un estudio exhaustivo de las implicaciones
legales y administrativas que supondría la implantación de un sistema como el
planteado, así como de los pasos precisos para posibles certificaciones y análisis de
los potenciales problemas que pudieran derivarse.
Entre las conclusiones establecidas se consideró la potencialidad de establecer
sistemas de comunicación entre los distintos vehículos que formaran el convoy con el
objetivo de robustecer los posibles controladores implementados.
La continuación de este proyecto condujo en el marco del Chauffeur II a desarrollar un
producto que pudiese ser comercializado, denominado "CHAUFFEUR Assistant" que
ayudase al conductor de un camión a seguir al vehículo que lo precediese. El
experimento final consistió en un pelotón de tres camiones maniobrando de forma
conjunta en un circuito de pruebas. Para ello se desarrollaron estrategias de
funcionamiento en pelotón y comunicaciones entre los diversos vehículos que lo
formanban. El sensor principal era una cámara de vídeo y se modificó el control del
vehículo, especialmente los frenos. Los camiones se mantenían de forma automática
dentro de los límites de la carretera y detectaban y evitaban obstáculos en ella [68].
Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VI Programa Marco se
van a comentar aquellos que han destacado en el empleo de comunicaciones entre
vehículos o bien vehículo-infraestructura.
10.1.4
Good Route
Duración
1-Ene-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Dic-2008
4.887.402 €
2.800.000
financiados
Web
Coordinador
www.goodroute-eu.org
Centre
for
Research
and
Technology Hellas, Informatics
and Telematics Institute (Grecia).
Resto participantes
Centre for Research and Technology Hellas, Hellenic Institute of Transport (Grecia),
Centro Ricerche Fiat (Italia), Iveco S.P.A. (Italia), Planung Transport Verkehr AG
(Alemania), University of Stuttgart (Alemania), Universidad Politecnica De Madrid/Life
Supporting Technologies (España), Telefonica Investigacion Y Desarrollo Sociedad
137
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Anonima Unipersonal (España), DESTIA (Finlandia).
Good Route es el acrónimo de “Dangerous Goods Transportation Routing, Monitoring
and Enforcement”. El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema
cooperativo que permita la monitorización en ruta de vehículos para transporte de
mercancías peligrosas. El sistema planteado permite una gestión dinámica de riesgos
facilitando la planificación de rutas y su monitorización (Figura 10.9), así como su
aplicación a una red de transporte [69].
Figura 10.9. Sistema de navegación
En el marco de este proyecto se ha desarrollado un sistema de comunicación
intervehicular que permite el flujo de información asociada a la carretera, tal es el caso
de problemas vinculados con las condiciones meteorológicas, densidad de tráfico,
accidentes, condiciones de la carretera, etc.
Figura 10.10. Sistema de comunicación.
El conductor redirecciona toda esta información a otros vehículos proporcionando las
coordenadas y el tiempo asociado a dicho evento. Otra posibilidad contemplada por el
sistema es la recepción de información proveniente de los Centros de Gestión de
138
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Tráfico (TMC), normalmente asociada al estado de la carretera, accidentes, etc., y
viceversa [70].
Otra de las tareas vinculadas al sistema es la comunicación con la Autoridad
Competente en cuestión de tráfico (Figura 10.10) para facilitarle información sobre
algún tipo de violación detectada en algún transporte de mercancías peligrosas (tipo
de carga, galibo, etc.).
10.1.5
Reposit
Duración
1-Ene-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Dic-2007
947.296 €
543.098 €
financiados
Web
www.ist-reposit.org
Coordinador
GMV (España).
Resto participantes
Grupo Antolín (España), Centro Richerche Fiat (Italia), Jean Pierre Magny (Francia),
Tadiran Spectalink (Israel)
El objetivo del proyecto Reposit (Relative positioning for collision avoidance systems)
es desarrollar un sistema que evite colisiones (Collision Avoidance Systems) usando
sensores que perciban el entorno, la posición del vehículo y la trayectoria del resto de
vehículos [71]. La comunicación wireless entre los vehículos avisará a todos los
conductores de posible situaciones peligrosas (Figura 10.11). Los casos de estudio
son intersecciones y colisiones longitudinales. Las comunicaciones están basadas en
la familia de protocolos IEEE 802.11
Figura 10.11. Modulo REPOSIT.
10.1.6
Moryne
Duración
1-Ene-2006
Coste
31-Mar-2008
3.901.015 €
1.999.940
financiados
139
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Llamada
ICT for Transport
Web
www.fp6-moryne.org
Coordinador
European Aeronautics Defence
and Space Company
Resto participantes
Berlin Buses Authority (Alemania), University of Applied Sciences Osnabrück (Alemania),
Euskaltel SA (España), GMV Sistemas SA (España), Martec (Francia), Ministere de la
Region de Bruxelles Capitale (Belgica), Multitel (Belgica).
El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un sistema de gestión de
tráfico por carretera que pueda operar a nivel urbano, regional e internacional, su
implementación se basa en una red de nodos donde los elementos de transporte
actúan como sensores móviles a nivel local [72].
El sistema desarrollado implementa diferentes tipos de comunicación (Figura 10.12):
1. Recepción y procesamiento de la información procedente de los vehículos en
carretera.
2. Envío de la información recibida al centro de gestión de tráfico.
3. Transmisión de la información procedente del centro de gestión de tráfico a los
vehículos en carretera, centros de control y los dispositivos distribuidos de
control de tráfico.
Los elementos de bajo nivel que forman parte de la red son autónomos en su gestión
del tráfico. Éstos envían información a su nivel inmediatamente superior resumiendo la
situación del tráfico en su zona de cobertura y reciben información en cuanto a tareas
de cooperación y optimización. La información fluye entre los distintos elementos de la
red a través de radio digital, redes inalámbricas y tecnología GPRS y UMTS [73].
Los resultados ofrecidos por el proyecto se han aplicado a través de la empresa
municipal de transporte público de Berlín (BVG) que engloba transporte ferroviario y
por carretera.
140
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.12. Sistemas de comunicación en Moryne.
10.1.7
CyberCars-2
Duración
1-Ene-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Dic-2008
4.044.500 €
Web
www.cybercars.org
2.068.000
financiados
Coordinador
INRIA
Resto participantes
Univ. Stuttgart (Alemania), Netherlands Organisation for Applied Scientici Research
(Holanda), Frog Navigation Systems (Holanda), Shangai Jiao Tong Univ. (China),
141
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Robotiker (España), Robosoft (Francia), Centro Richerche Fiat (Italia), CSIC (España),
Eurolum (Francia), Griffith Univ. (Australia)
Continuación del proyecto Cybercars y Cybermove, tiene como objetivo el diseño de
vehículos autónomos para entornos urbanos o infraestructuras dedicadas [74][75]. La
innovación respecto a los proyectos anteriores está en el énfasis en las
comunicaciones vehículo-vehículo, vehículo-infraestructura y la coordinación entre
vehículos [76]. Esta cooperación se ha estudiado para los casos de funcionamiento en
pelotón (a cortas distancias) y la gestión de intersecciones (llegada y cruce).
También se ha estudiado como vehículos equipados con Sistemas de Ayuda a la
Conducción (Advanced Drivers Assistance Systems - ADAS) se benefician al poder
comunicarse con los vehículos cercanos [77].
Utilizan la arquitectura CALM (Communications, Air-interface, Long and Medium
range) que consiste en un protocolo de comunicaciones wirelss para Sistemas
Inteligentes de Transporte (Figura 10.13).
(a)
(b)
(d)
(c)
(e)
Figura 10.13. Vehículos desarrollados en el marco de Cybercars 2. (a) Vehículo Frog (b)
Robotsoft (c) Serpentine Vehicles (d) Ultra (e) Yamaha.
10.1.8
Prevent
Duración
1-Feb-2004
Coste
31-Ene-2008
55 Mill €
29,8 Mill financiados
142
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Llamada
ICT for Transport
Web
www.prevent-ip.org/
Coordinador
DaimlerChrysler AG (Alemania)
Resto participantes
Audi (Alemania), BMW F+T (Alemania), Centro Ricerche FIAT (Italia), DaimlerChrysler
(Alemania), Ford AG (Alemania), PSA Peugeot Citroën (Francia), Regienov (Francia),
Volvo Technology Corporation (Suecia), Volkswagen
(Alemania), Blaupunkt (Alemania), Bosch (Alemania), Delphi Delco (Alemania), IBEO
(Alemania), Navteq (Holanda), Philips (Alemania), Siemens (Alemania), Sagem
(Francia), Siemens VDO (Alemania), Tele Atlas (Holanda), TRW Conekt (Reino Unido),
FCS Simulator Systems (Holanda), Imita, Lewicki (Alemania), Navigon (Alemania),
Transver (Alemania), ERTICO (Belgica), Ministerie van Verkeer en Waterstaat (Holanda),
Fraunhofer Gesellschaft (Alemania), Niedersaechsisches Ministerium fuer Wirtschaft,
Arbeit und Verkehr (Alemania), TNO (Holanda), TRL (Reino Unido), Cidaut (España),
CNRS Idfe (Francia), Technische Universitaet Chemnitz (Alemania), CERTH/HIT
(Grecia), Forgis (Alemania), ICCS (Grecia), INRIA (Francia), LCPC (Francia), Lunds
Universitaet (Suecia), NTUA (Grecia), Universitaet Hannover (Alemania), Universita degli
Studi di Siena (Italia), Universita degli Studi di Trento (Italia), Universita degli Studi di
Parma (Italia), Forwiss (Alemania), IMC (Alemania), INRETS (Francia), VTT (Finlandia).
El proyecto integrado Prevent pretende contribuir a la seguridad del tráfico por
carretera a través del desarrollo de tecnologías y aplicaciones preventivas de
seguridad. El objetivo de las aplicaciones preventivas es el de ayudar al conductor a
evitar o mitigar el accidente a través de sistemas embarcados que facilitan información
del riesgo e inminencia del siniestro [78].
EL modo de actuación del sistema se divide en varios pasos (Figura 10.14):
1. Informar al conductor lo antes posibles de la existencia de una situación de
riesgo.
2. Advertir al conductor en el caso de que no haya habido reacción por su parte a
la información.
3. Activar la asistencia o intervenir en último caso para intentar evitar el accidente
o mitigar sus consecuencias.
143
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.14. Sistema Prevent.
El sistema preventivo de seguridad [79] ayuda al conductor a mantener una velocidad
y distancia de seguridad adecuada, a permanecer dentro del carril, evitar situaciones
de riesgo en adelantamientos e intersecciones, etc. Son empleados sensores de
infrarrojos, cámaras de video, radar, sistemas de navegación inercial, acelerómetros,
etc.
Figura 10.15. Interfase MMI.
Este sistema preventivo emplea tecnologías de la información, comunicaciones y
posicionamiento para poder así operar de forma autónoma en el vehículo o bien con
144
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
carácter cooperativo a través de comunicaciones con otros vehículos o la propia
infraestructura, con la intención de disminuir el número de accidentes y su severidad.
La interfase hombre-máquina desarrollada asegura que las aplicaciones de seguridad
preventiva operan de forma correcta en atención a las restricciones ergonómicas y
psicológicas del conductor (Figura 10.15). Una vez evaluado el riesgo a través de la
información adquirida por el sistema sensorial son enviadas señales de alarma y de
asistencia al conductor a través de la interfase para que este pueda actuar y adecuar
la conducción en función de los peligros percibidos.
10.1.9
Cover
Duración
1-Marzo-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
28-Feb-2009
4.137.330 €
Web
www.ist-cover.org
2.244.000
financiados
Coordinador
Tieliikelaitos (Finlandia)
Resto participantes
Turun Yliopisto (Finlandia), Siso Auto Trucks (Finlandia), E4T (Chequia), Centro
Richerche Fiat (Italia), Mitrom (Finlandia), Loquendo (Italia), Infoblu (Italia), Ribes (Italia),
Netxcalibur (Italia).
El proyecto Cover (Semantic-driven cooperative vehicle infrastructure systems for
advanced e-safety applications) se centra en sistema cooperativos vehículo-vehículo y
vehículo-infraestructura [80]. Concretamente se han tratado los siguientes aspectos:
•
Adaptación inteligente de la velocidad. Donde se estudian límites de velocidad
que sean estáticos, temporales y dinámicos.
•
Sistemas avanzados de ayuda a la velocidad de los vehículos. Donde el
sistema detecta situaciones de peligro que ni el conductor ni los sensores de vehículo
pueden detector.
•
Gestión de grupos de camiones. Donde se gestiona el paso de estos para
mejorar la seguridad y la eficiencia de colas y congestión en la autopista.
Las tecnologías que utiliza son: semántica, agentes, sensores, comunicaciones,
interfaces multimodales.
145
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
10.1.10
Friction
Duración
1-Ene-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Dic-2008
4.3 Mill €
Web
friction.vtt.fi
2.6 Mill €
financiados
Coordinador
VTT Technical Research Centre
(Finlandia)
Resto participantes
Helsinki University of Technology (Finlandia), Centro Ricerche FIAT (Italia), IBEO
Automobile Sensor GMBH (Alemania), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule
Aachen (Alemania), Siemens VDO Automotive (Alemania), Magneti Marelli (Italia), Pirelli
Pneumatici (Italia), Nokian Tyres (Suecia), VOLVO Technology Corporation (Suecia)
El objetivo del proyecto Friction [81] es la creación de un sistema embarcado que
permita valorar la situación de agarre vehículo-carretera y que mejore el desarrollo de
los sistemas de seguridad integrados y cooperativos en la comunicación vehículovehículo y con el conductor. Las aplicaciones que podrían beneficiarse de esta
información [82] son las relacionadas con los sistemas de control de la conducción
tales como los sistemas de control de tracción, de asistencia a la frenada de
emergencia, de estabilidad, de control adaptativo de velocidad, etc.
Figura 10.16. Funcionamiento.
146
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Entre los objetivos del proyecto se encuentra el uso de los actuales sensores que
embarcan los vehículos que junto con otros sensores de bajo coste tales como visión
por computador, láser, etc. actúen como entradas a un nuevo modelo de predicción y
estimación de la fricción y deslizamiento entre el neumático y la carretera (Figura
10.16).
Los resultados experimentales del proyecto se han planteado sobre vehículos turismos
así como de transporte de mercancías.
10.1.11
I-WAY
Duración
1-Feb-2006
Coste
31-Ene-2009
Llamada
ICT for Transport
4.591.998€
Web
www.iway-project.eu
2.600.000
financiados
Coordinador
Elettronica
e
sistemi
automazione (Italia)
per
Resto participantes
Sword Technologies (Luxemburgo), Panepistimio Ioanninon (Grecia), Datablue (Grecia),
ABM Merchant (Italia), OHB Teledata (Alemania) Centro Richerche FIAT (Italia), TWT
Information & Engineering Technologies (Alemania), GOV3 (Reino Unido), Loquendo
(Italia), Universidad Politécnica de Madrid (España), Eurotech France (Francia)
El objetivo de I-WAY es percibir el estado de la carretera y supervisar al conductor, en
tiempo real [83]. Para ello se obtendrán los datos de:
•
Sensores a bordo del vehículo.
•
La infraestructura viaria.
•
Los vehículos vecinos.
147
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.17. Arquitectura del proyecto I-Way.
Para ello se utilizarán comunicaciones Infraestructura-Vehículo y Vehículo- Vehículo.
La información que recibe el conductor puede ser una señal de aviso o de alerta,
dependiendo de la gravedad de la situación en la que se encuentre (Figura 10.17).
Estas situaciones pueden ser:
•
Condiciones atmosféricas
•
Atascos, accidentes
•
Obstáculos en la carretera, alejamiento del carril
•
Fatiga o adormecimiento del conductor o de uno de los coches vecinos.
El sistema tiene dos grandes grupos de módulos: Sistemas embarcados y sistemas
externos de transporte. Para cada uno de ellos se tiene:
Sistemas embarcados.
1.
Modulo sensorial del vehículo. Captura la información en bruto de todos los
sensores a bordo del vehículo, la procesa y la analiza.
2.
Módulo de adquisición de datos. Agrega, combina y correla la información
interna con la que se capta de fuentes externas.
3.
Módulo de interface. Se relaciona con el conductor a través de interface gráfica
y vocal.
4.
Módulo de evaluación de la situación. Estima la situación en la carretera.
5.
Módulo de comunicaciones. Maneja las comunicaciones con otros vehículos y
con la infraestuctura.
Los módulos del sistema externo de transporte son:
148
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
1.
El equipamiento de la carretera. Adquiere información de esta en lugares
donde los sensores de los vehículos no van a ser capaces de precisar su grado de
peligrosidad
2.
Sistema de administración de la carretera. A través de aplicaciones y bases de
datos administra en tiempo real toda la información referida a la carretera.
10.1.12
TRACKSS
Duración
1-Ene-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Junio-2009
4.427.186 €
Web
www.trackss.net
2.499.967
financiados
Coordinador
ETRA Investigación y Desarrollo,
S.A (España)
Resto participantes
Robert Bosch (Alemania), Centrum dopravního vy´zkumu v.v.i. (Chequia), Citilog
(Francia), Centro Ricerche Fiat (Italia), DLR (Alemania), INRETS (Francia), ITACA
(España), LCPC (Francia), Institute for transport Sciences (Hungría), Moviquity (España),
TRW Conekt (Reino Unido), University of Newcastle (Reino Unido), Ayuntamiento de
Valencia (España)
El objetivo de Trackss (Technologies for Road Advanced Cooperative Knowledge
Sharing Sensors) es mejorar la seguridad y eficiencia del transporte [84]. Para ello se
hace especial énfasis en la cooperación y la fusión sensorial. Con ello se puede
predecir el flujo de transporte y las condiciones de la infraestructura, el medioambiente
y el tráfico circundante [85].
Los objetivos específicos se centran en [86]:
1.
El desarrollo de nuevas técnicas sensoriales.
2.
El diseño e integración de la capacidad de compartir conocimiento dentro de
una red de sensores que a su vez se integran en un sistema de transporte
cooperativo.
3.
Capacidad de integrar los sensores de forma modular dentro de la arquitectura
del sistema de transporte cooperativo.
4.
El desarrollo de nuevas técnicas de fusión e integración sensorial.
149
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
5.
Desarrollo de sistemas de ayuda a la decisión (DSS -Decision Support System)
basado en el conocimiento para evaluar y predecir las condiciones que afectan a la
seguridad y a la eficiencia del transporte.
6.
Validación de la ideas del proyecto. Esto se llevará a cabo en tres escenarios:
•
Pista de pruebas. Donde se probarán los resultados en un entorno
controlado.
•
Intersección. Donde se probarán los resultados en una intersección real.
•
real.
Red de transporte: Donde se probarán los resultados en un ambiente
Las tecnologías sensoriales que se investigan dentro del proyecto dotarán de
capacidad de percepción a los vehículos y a la infraestructura (Figura 10.18).
Figura 10.18. Capacidades sensoriales del proyecto TRACKSS.
Las principales son [86]:
1.
Remote Sensing: Optimización del uso de sistemas aéreos para diferentes
aplicaciones dentro del proyecto. Estos sistemas están basados en helicópteros,
dirigibles y aviones.
2.
CCTV Inteligente: Desarrollo de cámaras inteligentes dedicadas a la detección
y seguimiento de autobuses para la optimización de la administración del tráfico y la
provisión del servicio.
3.
Escáner láser: Desarrollo de escáneres láser
reconocimiento de vehículos y la obtención de su velocidad.
avanzados
para
el
4.
Smart Dust: Investigación y desarrollo de aplicaciones basadas en smart dust
(una red de sensores microelectromecánicos, sin hilos y minúsculos) aplicadas al
150
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
transporte, así como el desarrollo e implementación de las pruebas que validen estas
técnicas.
5.
Detección de peatones: El sistema disparará otros que impidan o minimicen la
gravedad del atropello.
6.
Ice Detection: Desarrollo de tecnologías que permitan reducir el coste, tamaño
y mejoren los sensores actuales.
7.
Cámara HDHR/CMOS: diseño de una cámara CMOS de alta resolución y
rango dinámico alto para aplicaciones del transporte.
8.
Tecnologías avanzadas de identificación de vehículos: diseño de un emisor
infrarrojo par identificar al vehículo en un carril y permita su localización.
9.
Sistemas de inducción electro magnética: desarrollo de los sistemas de
captura, los algoritmos de procesamiento y clasificación de estas señales.
10.1.13
Coopers
Duración
1-Feb-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Ene-2010
16.778.293 €
Web
www.coopers-ip.eu
9.799.209
Financiados
Coordinador
Austriatech-Gesellschaft des
Bundes Fuer
Technologiepolitische
Massnahmen (Austria)
Resto participantes
Technische Universitaet Wien (Austria), Technical University of Crete (Grecia), LGAI
Technological Center (España), Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der
Angewandten Forschung (Alemania), Transver (Alemania), Efkon Mobility (Alemania),
Statens Vaeg (Suecia), GEWI (Alemania), Oesterreichischer Rundfunk (Austria), Navteq
(Holanda), S&T (Eslovenia), Univ. fo Southampton (Reino Unido), Efkon (Austria),
Swarco (Austria), JAST (Suiza), ICI (Rumania), Politechnika Lodzka (Polonia), Teamnet
Int (Rumania), INESC (Portugal), PWP (Alemania), Bayerisches Staatsministerium des
Innern (Alemania), Ernst & Young (Italia), Kybertec (República Checa), Ascom
(Suiza),Autobahnen unSchellstrassen Finanzierung (Austria), Forshungs und
Anwendugsverbund (Alemania), Vereinigung (Austria), Autostrada del Brennero (Italia),
Austrian Research Centers (Austria), Dornier (Alemania), VEGA (Alemania), Kungliga
Tekniska Hogskolan (Suecia), Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft (Alemania),
ARS (Holanda), Association des Societes Francaises des Autoroutes (Francia), Lucent
Tech. (Alemania).
151
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
El objetivo es la construcción de un sistema que proporcione a los vehículos y a los
conductores información individualizada, en tiempo-real, referida a la seguridad del
tráfico y al estado de la infraestructura [87][88]. Esto se conseguirá mediante
comunicaciones Infraestructura-Vehículo. Las pruebas se realizarán en zonas con
gran densidad de tráfico donde las posibilidades de atasco o accidentes son mayores.
También se contempla la posibilidad de comunicaciones Vehículo-Infraestructura, lo
que permitiría tener unos vehículos dotados de sensores que pudieran moverse por la
carretera enviando información sobre el estado de ésta (Figura 10.19).
La información que tendrán los vehículos será [89]:
1. Aviso y ayuda ante atascos.
2. Alerta de los límites de velocidad en cada instante.
3. Especificación del carril por donde pueden circular.
4. Prohibición selectiva a los camiones.
5. Tiempo estimado de llegada dependiendo de las condiciones del tráfico.
6. Avería de un coche, llamada a los servicios especiales.
Figura 10.19. Arquitectura proyecto Coopers.
10.1.14
Watch-Over
Duración
1-Ene-2006
Coste
31-Dic-2008
5.914.601€
3.315.000€
financiados
152
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Llamada
ICT for Transport
Web
www.watchover-eu.org/
Coordinador
Centro Ricerche FIAT (Italia)
Resto participantes
DaimlerChrysler AG (Alemania), Piaggio & C. S.p.A. (Italia), Robert Bosch GmbH
(Alemania),
MIRA
Limited
(Reino
Unido),
Technische
Universität
Chemnitz (Alemania), ARC Seibersdorf research GmbH (Austria), University of Stuttgart
(Alemania), Steinbeis Research Institute Wireless Communications (Alemania), Faber
Software S.r.l. (Italia), LogicaCMG Nederland B.V. (Holanda), Università di Modena e
Reggio Emilia (Italia)
En el marco del proyecto Watch-Over (Vehicle-to-vulnerable road user cooperative
communication and sensing technologies to improve transport safety) se pretenden
diseñar y desarrollar sistemas cooperativos para la prevención de accidentes tanto en
entornos urbanos como interurbanos. El sistema tendrá la capacidad de adaptarse a
los diferentes usuarios: vehículos, motoristas, ciclistas y peatones, posicionando los
usuarios vulnerables a través de la información proporcionada por los sensores
basados en visión por computador embarcados en el vehículo (Figura 10.20) y
difundiendo está información a través de un sistema de comunicaciones de corto
alcance [90].
Figura 10.20. Capacidades de Watch-Over.
El sistema sensorial propuesto está basado en cámaras de espectro visible para
modelado 2D y 3D, cámaras de infrarrojo cercano y lejano, así como tecnología láser y
radar. El empleo de los diferentes sistemas se ha asociado al tipo de usuario y a
diferentes escenarios en función de la casuística de este tipo de accidentes (Figura
4.1.21).
153
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.21. Escenario de trabajo.
El sistema de comunicación propuesto debe ser bidireccional, es decir, debe permitir
que el vehículo y el usuario intercambien información en un rango de distancias
próximas al vehículo y con un posicionamiento en coordenadas absolutas o relativas al
vehículo del usuario [91].
10.1.15
Safespot
Duración
1-Feb-2006
Llamada
ICT for Transport
Coste
31-Dic-2010
37.903.960€
Web
www.safespot-eu.org
20.590.972€
financiados
Coordinador
Centro Ricerche FIAT (Italia)
Resto participantes
Anas (Italia), Bosch (Alemania), Cofiroute (Frnacia), Daimler Chrysler (Alemania),
Magneti Marelli (Italia), Renault (Francia), TNO (Holanda), Volvo Technology Corporation
(Suecia), Dipartimento di Ingegneria Biofisica ed Elettronica - Università degli Studi di
Genova (Italia), Centre for Research and Technology (Grecia), Institute of
154
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Communication and Computer Systems (Grecia), Laboratoire Central des Ponts et
Chaussées (Francia), Istituto Superiore Mario Boella (Italia), Technische Universität
Chemnitz (Alemania), Technische Universität München (Alemania), University of
Stuttgart (Alemania), Universidad Politécnica de Madrid (España), Telefónica
Investigación y Desarrollo (España), AT4 wireless (España), Centre National de la
Recherche Scientifique (Francia).
Safespot es un proyecto integrado cuyo objetivo primordial es comprender como los
vehículos y las carreteras inteligentes pueden cooperar de cara a avanzar en la
seguridad vial. La idea principal es prevenir accidentes a partir de Sistemas de
Asistencia a la Seguridad que sean capaces de detectar situaciones de riesgo (Figura
10.22), dichos sistemas estarán basados en sistemas de comunicación entre vehículos
y vehículo infraestructura.
El nuevo concepto de red dinámica de comunicaciones entre vehículos e
infraestructura incrementa el rango operativo que en la actualidad se circunscribe al
vehículo y permite al conductor recibir información del entorno pudiendo evitar
situaciones críticas [92].
Figura 10.22. Arquitectura Safespot.
Entre los objetivos del proyecto se encuentra el desarrollo de una nueva generación de
infraestructuras basadas en la percepción del entorno, así como el establecimiento de
figuras de mérito que permitan evaluar el impacto y la aceptación de este tipo de
tecnologías por parte del usuario final.
155
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
El desarrollo del sistema de asistencia de seguridad se ha planteado valorando
escenarios estáticos y dinámicos que comprenden situaciones de riesgo tales como
circulación en puentes, túneles, curvas cerradas, así como, circulación con niebla, alta
densidad de tráfico, presencia de vehículos averiados, etc.
10.1.16 A Global System for Telematics enabling on-line safety services (GST)
Duración
1-Marzo-2004
Llamada
ICT for Transport
Coste
28-Febr-2007
21.55 Mill €
Web
www.gstforum.org/
11.1 Mill €
financiados
Coordinador
ERTICO ITS Europe (Bélgica)
Resto participantes
ERTICO ITS Europe (Bélgica), TDF (Francia) , CENTRO RICERCHE FIAT (Italia),
NETHERLANDS ORGANISATION FOR APPLIED SCIENTIFIC RESEARCH (Holanda),
TELECOM ITALIA SPA (Italia), FORD GMBH (Alemania), TECHNISCHE
UNIVERSITAET MUENCHEN (Alemania), TRUSTED LOGIC (Francia), PTV PLANUNG
TRANSPORT VERKEHR AG (Alemania), EUROPEAN BROADCASTING UNION
(Suiza), TRIALOG, FRANCE TELECOM (Francia), KATHOLIEKE UNIVERSITEIT
LEUVEN (Bélgica), TELEMATICS CLUSTER VZW (Bélgica), VIALIS VERKEER &
MOBILITEIT BV (Holanda), TUEV INTER TRAFFIC GMBH (España), PROSYST
SOFTWARE AG (Alemania), KREIS OFFENBACH (Alemania), ALLIANZ ZENTRUM
FUER TECHNIK GMBH (Alemania), MOTOROLA ELECTRONICS S.P.A. (España),
AIRCRAFT DEVELOPMENT AND SYSTEMS ENGINEERING (ADSE) B.V. (Holanda),
RSA SECURITY IRELAND LIMITED (Irlanda), SIEMENS VDO AUTOMOTIVE AG
(Alemania), ISTITUTO SUPERIORE MARIO BOELLA SULLE TECNOLOGIE
DELL'INFORMAZIONE E DELLE TELECOMUNICAZIONI (Italia), ROBERT BOSCH
GMBH (Alemania), TSYSTEMS (Alemania), Universidad de Málaga (España)
GST supone un proyecto integrado con financiación de la Unión Europea para crear
una arquitectura abierta y estandarizada para servicios telemáticos en el entorno del
automóvil, con el objetivo de que los nuevos servicios telemáticos puedan ser
desarrollados y usados bajo un coste razonable tanto para el fabricante como el
cliente.
Este proyecto integrado está constituido por siete subproyectos que van desde el
establecimiento de los diferentes requisitos de funcionamiento que permitan consolidar
el resto de desarrollos, pasando por los distintos procesos de certificación y validación
156
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
de los componentes telemáticos, sistemas y servicios, para que estos sean flexibles,
transparentes y aceptados por los usuarios. También han sido tratados aspectos de
comunicación en tiempo real, prioridades y emergencias en función de las condiciones
del tráfico, la carretera y la meteorología con el objetivo de mejorar el flujo de
información y operación en situaciones de rescate.
Figura 10.23. Arquitectura GST
10.2 Proyectos del VII Programa Marco
Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VII Programa Marco se
van a comentar aquellos que han potenciado el desarrollo de sistemas de ayuda a la
conducción a través del empleo de los distintos medios y sistemas de comunicaciones.
10.2.1.1
Geonet
Duración
1-Feb-2008
Llamada
'ICT for Transport'
Coste
31-Ene-2010
2.985.964 €
Web
1.899.208
financiados
Coordinador
Insitut National de Recherche en
Informatique et en Automatique
(Francia).
Resto participantes
157
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
NEC EUROPE (Reino Unido), Hitachi Europe (Francia), Lesswire (Alemania), Efkon
(Austria), Broadbit (Hungría), Fundación IMDEA Redes (España)
El objetivo del proyecto Geonet (Geo-addressing and geo-routing for vehicular
communications) es establecer un protocolo que permita el intercambio de mensajes
de alerta entre los vehículos y entre estos y la infraestructura dentro de una
determinada área geográfica, extendiendo las especificaciones del protocolo IPv6 para
lograrlo [90]. Dado que la topología de la red será altamente cambiante se basarán en
la arquitectura IPv6 NEMO.
GeoNet implementará y comprobará un mecanismo de conexión que sea transparente
ante la conectividad entre el vehículo y la infraestructura, aunque la comunicación
tenga que saltar entre varios vehículos. Este mecanismo de conexión tendrá que ser
fiable y escalable. La información se tendrá que hacer llegar solo a los vehículos para
los que sea importante conocerla. Así la posición, velocidad o actuaciones sobre los
pedales o el volante solo se hará llegar a aquellos coches que por cercanía u otras
circunstancias les sea útil conocerlas para iniciar acciones de alarma o mitigación de
daños.
10.2.2
Antenna Research and Technology for the Intelligent Car
(ARTIC)
Duración
1-Abr-2008
Llamada
FP7-ICT, ICT for mobility
Coste
31-Marz-2010
466.000 €
Web
www.antennasvce.org
361.000 €
financiados
Coordinador
Ingegneria dei Sistemi Spa (Italia)
Resto participantes
Università di Siena (Italia), Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica), Antenna Systems
Consulting ApS (Dinamarca), University of Rennes 1 (Francia), Universität Karlsruhe
(Alemania), IMST GmbH (Alemania), Universidad Politécnica de Madrid (España), SAAB
Space (Suecia), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza), Alcatel Lucent
Telecom Limited (Reino Unido)
El objetivo de este proyecto es resolver los requisitos que la Iniciativa por el coche
Inteligente (Intelligent Car Initiative) ha planteado desde el punto de vista de las
comunicaciones. Para ello se centra en la tecnología de antenas y su aplicación a la
158
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
automoción y sirve de enlace entre el Antennas Virtual Centre of Excellence [94] y el
proyecto COMeSafety [95].
Dentro de los sistemas cooperativos se fija en:
•
Comunicaciones Vehículos-Infraestructura (V2I).
•
Comunicaciones Vehículos- Vehículos (V2V).
•
Comunicaciones inalámbricas dentro del vehículo.
Las tecnologías referidas a las antenas que se están estudiando son:
•
Antenas integradas de onda milimétrica
•
Sensores y antenas de dimensiones reducidas
•
Antenas de gran ancho de banda
•
Conjuntos de antenas
•
Antenas inteligentes
Con este proyecto se espera que dentro de la Unión Europea se tengan una serie de
soluciones técnicas homogéneas dentro de la tecnología de antenas para el
transporte.
10.2.3
Extend
FRAMEwork
architecture
for
cooperative
systems (E-FRAME)
Duración
1-Mayo-2008
Llamada
FP7-ICT,
ICT
Cooperative Systems
Coste
30-Abr-2011
1.045.000 €
Web
for www.frame-online.net
Coordinador
Peter Jesty Consulting Ltd (Reino
Unido)
Resto participantes
Siemens Traffic Controls (Reino Unido), AustriaTech – Federal Agency for Technological
Measures (Austria), Rijkswaterstaat Dienst Verkeer en Scheepvaart (Holanda), Czech
Technical University in Prague (Chequia), Centre d’Etudes sur les Réseaux, les
Transports, l’Urbanisme et les constructions publique (CERTU) (Francia), MIZAR
Automatizione S.p.A. (Italia)
E-FRAME es una Support Action que apoya la creación de Sistemas Cooperativos
dentro de la Unión Europea. Es un centro de conocimiento neutral desde el punto de
159
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
vista comercial y político. El citado apoyo se lleva a cabo mediante los siguientes
objetivos [96]:
•
Extender la arquitectura europea ITS Framework (FRAME) para que incluya
Sistemas Cooperativos.
•
Promocionar y mostrar dentro de los Estados Miembros y de otros proyectos que
esta arquitectura puede ser usada para desarrollar e implementar Sistemas
Cooperativos
•
Proporcionar ayuda y consejo para el desarrollo de los aspectos operatives de una
arquitectura ITS concreta.
•
Estudiar los aspectos que lleva la estandarización de los Sistemas Cooperativos y
proporcionar un conjunto de recomendaciones a las organizaciones apropiadas.
•
Organizar Grupos de Trabajos, Seminarios y Workshops dirigidas al sector
financiero e industrial.
•
Proporcionar ayuda y guía para la aplicación de la arquitectura Extended FRAME
Los requisitos detectados en los Proyectos Integrados COOPERS, CVIS y SAFESPOT
se han integrado dentro de la arquitectura FRAME (Figura 10.24). Una vez que estos
requisitos hayan sido revisados la arquitectura actual será modificada dando lugar a la
arquitectura Extended FRAME que incluya los Sistemas Cooperativos.
Algunos ejemplos de utilización deben de estar listos para el ITS World Congress que
se celebrará en Estocolmo en el otoño de 2009.
160
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Figura 10.24. Interrelación entre E-FRAME con COOPERS, CVIS y SAFESPOT
10.2.4
Cooperative Intersection Safety (INTERSAFE 2)
Duración
1-Jun-2008
Llamada
ICT-2007.6.2
ICT
cooperative systems
Coste
31-Mayo-2011
6.500.000€
Web
for www.intersafe-2.eu
3.860.000 €
financiados
Coordinador
Ibeo Automobile Sensor GmbH
Resto participantes
161
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
BMW Forschung und Technik GmbH (Alemania), Institut für Kraftfahrwesen Aachen
(Alemania), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Francia),
NEC Europe (Reino Unido), Signalbau Huber (Alemania), TRW Ltd (Reino Unido),
Technical University of Cluj-Napoca (Rumania), Volvo Technology (Suecia), VTT
Technical Research Centre of Finland (Finlandia), Volkswagen Aktiengesellschaft
(Alemania)
Es la continuación del proyecto INTERSAFE que se encontraba dentro de PReVENT y
sigue centrándose en la aplicación de los sistemas cooperativos a las intersecciones
[97]. Se construirá un prototipo denominado Cooperative Intersection Safety System
(CISS). El demostrador estará formado por tres vehículos: dos turismos y un camión y
el sistema avisará y tomará el control de los vehículos para asegurar la seguridad de
ellos.
Se utlizarán varios sensores y para la fusión sensorial de sus informaciones se tendrá
en cuenta:
•
El reconocimiento de objetos y la posición relativa entre ellos
•
Mapas de navegación
•
La información suministrada por el canal de comunicaciones:
o
Otros usuarios de la vía
o
Los sensores de la infraestructura
10.2.5
An Integrated Wireless and Traffic Platform for Real-Time
Road Traffic Management Solutions (iTETRIS)
Duración
1-Jul-2008
Llamada
Coste
31-Dic-2010
4.420.000 €
Web
FP7 ICT Call 2 ‘ICT for www.ict-itetris.eu
Cooperative Systems
Coordinador
Thales Communications (Francia)
Resto participantes
CBT, Comunicación & Multimedia (España), Comune di Bologna (Italia), German
Aerospace Center – DLR (Alemania), Eurecom (Francia), Hitachi Europe SAS (Francia),
Innovalia Association (España), Peek Traffic B.V. (Holanda), University Miguel
Hernandez (España)
162
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
iTETRIS tiene como objetivo principal la creación de una plataforma de simulación del
tráfico y de las comunicaciones de los vehículos que sea abierta, global y sostenible.
Tiene en cuenta comunicaciones vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura [98].
Este simulador permitirá el estudio del routing y la distribución de datos en un entorno
inalámbrico vehicular así como las adecuadas combinaciones de las diversas
tecnologías V2V y V2I.
Para conseguir este objetivo se tiene que lograr los siguientes pasos intermedios:
•
Afrontar los casos en que las comunicaciones se tengan que realizar a gran
escala.
•
Facilitar una plataforma abierta y capaz de ser estandarizada dentro del ámbito
europeo y que sirva para evaluar las soluciones ICT cooperativas para la
administración del tráfico viario.
•
Desarrollar nuevas estrategias de control del tráfico que sean más autónomas,
adaptativas que se apoyen en las tecnologías cooperativas.
•
Desarrollar protocolos de comunicaciones para vehículos que sean autoadaptables y robustos y que garantizen la Calidad de Servicio (QoS) y en último
lugar la seguridad del usuario.
10.2.6
A Network of Excellence for Advanced Road for
cooperative traffic management in the Information Society
(NEARCTIS)
Duración
1-Jul-2008
Llamada
ICT-2007.6.2
ICT
cooperative systems
Coste
30-Jun-2012
3.130.000 €
Web
for www.nearctis.org
2.500.000 €
financiados
Coordinador
Europe
Recherce
(Francia)
Transport
Resto participantes
Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite (Francia), Technical
University of Crete (Grecia), Imperial College of Science, Technology and Medicine
(Reino Unido), Technische Universiteit Delft (Holanda), Ecole Polytechnique Federale de
Lausanne (Suiza), Deutsches Zentrum fur Luft und Raumfahrt (Alemania), University
163
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
College London (Reino Unido), University of Southampton (Reino Unido)
NEARCTIS es una Red de Excelencia formada por grupos cuya línea principal de
trabajo sea la gestión del tráfico con especial interés en la utilización de sistemas
cooperativos para la optimización del tráfico viario [99]. Aunque se centre en estos
sistemas no quiere perder de vista el cuadro global ya que los sistemas cooperativos
deberán integrarse dentro de los sistemas de administración del tráfico.
El objetivo principal es crear un instituto virtual de investigación. Para ello se debe de
definir un programa de investigación, una serie de recursos que se compartan entre
los miembros, y los canales de diseminación del conocimiento y resultados de
investigación.
Quiere ser un primer paso para la constitución de un instituto virtual permanente.
10.2.7
Privacy Enabled Capability In co-Operative systems and
Safety Applications (PRECIOSA)
Duración
1-Marz-2008
Coste
28-Feb-2010
Llamada
2.465.870 €
Web
FP7 ICT Call 2 'ICT for www.preciosa-project.org
Cooperative Systems
1.667.000 €
financiados
Coordinador
TRIALOG (Francia)
Resto participantes
Humboldt-Universität zu Berlin (Alemania), Oracle (Bélgica), PTV (Alemania), Universität
Ulm (Alemania)
Con el desarrollo de sistemas cooperativos y las comunicaciones entre vehículos y
entre éstos y las infraestructuras, surge el tema de la salvaguarda de la intimidad en
este tipo de comunicaciones. Éste es el aspecto en el que se centra el proyecto
PRECIOSA [100] que hace hincapié en la seguridad de redes ad-hoc y móviles en
donde la localización e identificación del usuario así como su trayectoria van a ser
necesarias. Por ello se ha de estudiar cómo encontrar un equilibrio entre el respeto a
la intimidad y la eficacia de los sistemas cooperativos
El objetivo principal del proyecto es demostrar, con un ejemplo real, que estos dos
fines no son contradictorios y que encontrar ese punto de equilibrio es posible.
Los objetivos intermedios son:
164
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
Proponer cómo se puede evaluar el respecto a la intimidad en sistemas
cooperativos en función de las comunicaciones privadas y el almacenamiento de
datos personales.
•
Definir una arquitectura para sistemas cooperativos que incluya modelos de
“confianza” tanto para comunicaciones vehículos-vehículos, vehículosinfraestructuras en las que se pueda verificar ese respeto a la intimidad y que
incluyan los componente para protección de datos, detección de infracciones y
auditoría.
•
Investigar los retos específicos para la intimidad de los usuarios
10.2.8
PREparation for DRIVing implementation and Evaluation
of C-2-X communication technology (PRE-DRIVE C2X)
Duración
1-Jul-2008
Llamada
Coste
30-Jun-2010
8.520.000 €
Web
5.010.000 €
financiados
Coordinador
FP7 ICT Call 2 'ICT for www.cvisproject.org/en/links/pre- Daimler (Alemania)
Cooperative Systems
drive_c2x.htm
Resto participantes
Audi (Alemania), BMW R&T (Alemania), CRF (Italia), Opel (Alemania), Volkswagen
(Alemania), Volvo TEC (Suecia), Delphi (Alemania), Hitachi Europe (Francia), NEC
Europe (Reino Unido), Renesas Europe (Alemania), SAP AG (Alemania), PTV Planung
Transport Verkehr AG (Alemania), DLR (Alemania), EICT (Alemania), Fraunhofer
FOKUS (Alemania),Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite
(Francia), IMEC (Bégica), IMC (Alemania), PBS (Alemania), TNO (Holanda), TU Graz
(Austria), Universität Karlsruhe (Alemania), University of Surrey (Reino Unido)
Se centra en las comunicaciones Vehículo –X [101]. Toma como base la descripción
general definida por COMeSafety con el objetivo de desarrollar y detallar
especificaciones y funcionalidades, que deberán ser probadas de forma robusta en
prototipos reales. También se desarrollará un modelo de simulación integral y las
herramientas y métodos necesarios para la evaluación de las tecnologías de
comunicaciones para vehículos tanto en los laboratorios como en las condiciones
reales del tráfico.
Esto se logrará con los siguientes objetivos concretos:
165
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
•
Establecer dentro de Europa una arquitectura marco para sistemas cooperativos
que asegure la inter-operatividad de las diferentes aplicaciones de las
comunicaciones vehículo- vehículo y vehículo – infraestructura dedicadas a la
seguridad y movilidad.
•
Llevar a cabo una estimación coherente del impacto en seguridad y movilidad en el
tráfico de los sistemas cooperativos
•
Preparar el terreno a los futuros test reales de sistemas cooperativos.
•
Identificar los factores claves para la introducción de estos sistemas en el mercado.
166
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
11 Referencias
[1]
DIRECCIÓN GENERAL DE TRÁFICO (2007). Base de datos de accidentes
con víctimas en las carreteras de España.
[2]
APARICIO, F., ARENAS, B., GÓMEZ, A., JIMÉNEZ, F., LÓPEZ, J. M.,
MARTÍNEZ, L., PÁEZ, F. J. (2008). Ingeniería del transporte. Madrid: Dossat.
[3]
EUROPEAN ROAD TRANSPORT RESEARCH ADVISORY COUNCIL
(2008). ERTRAC Research Framework. ‘Steps to Implementation’
[4]
JIMÉNEZ, Felipe, APARICIO, Francisco. “Aportación de los ITS a la
sostenibilidad y mejora del transporte”. DYNA, 2008. vol. 83, núm 7.
[5]
IEEE 802.11,2007 IEEE Standard for Information technologyTelecommunications and information exchange between systems-Local and
metropolitan area networks-Specific requirements - Part 11: Wireless LAN
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications
[6]
Harvey J. Miller and Shih-Lung Shaw (2001). Geographic Information
Systems for Transportation. Oxford University Press. (DSRC)
[7]
Fixed, nomadic, portable and mobile applications for 802.16-2004 and
802.16e WiMAX networks. WiMAX Forum. Nov. 2005.
[8]
M. Ahmed, C.U. Saraydar, T. ElBatt, J. Yim, T. Talty, M. Ames, “IntraVehicular Wireless Networks”, IEEE Globecom Workshop 2007, 26-30
Noviembre, 2007.
[9]
Bluetooth Special Interest Group, “Bluetooth Specification version 2.0”, 2004.
[10]
IEEE 802.15.1-2005 IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-- Local and
metropolitan area networks--Specific requirements. Part 15.1: Wireless
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for
Wireless Personal Area Networks (WPANs(tm)).
[11]
A. García, J. Martínez, J. López, A: Prayati, and L. Redondo, “Problem
Solving for Wireless Sensor Networks” Springer, 2008.
[12]
Zigbee Alliance. “ZIGBEE SPECIFICATION”, 2005.
[13]
IEEE 802.15.4-2006 IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems--Local and
metropolitan area networks-- Specific requirements Part 15.4: Wireless
Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for
Low Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs).
[14]
ORGANIZATION FOR ECONOMIC CO-OPERATION AND DEVELOPMENT
(2003) Road safety. Impact of new technologies. OECD.
167
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
[15]
EUROPEAN COMMISSION (2001). White Paper: European Transport policy
for 2010: time to decide.
[16]
FEDERAL HIGHWAY ADMINISTRATION (2006). Safety applications of
Intelligent Transportation Systems in Europe and Japan. FHWA-PL-06-001
[17]
http://ec.europa.eu/information_society/activities/esafety/index_en.htm
[18]
HOBBS, F. D. (1989). Traffic planning and engineering. Oxford: Pergamon
Press
[19]
www.cvisproject.org
[20]
HUBER, W., LÄDKE, M. Y OGGER, R. (1999). Extended floating-car data for
the adquisition of traffic information. 6th Congress on ITS, Toronto (Canadá),
Noviembre, 1999
[21]
Información del sistema V2V DE General Motors
[22]
ROHR, S. N., LIND, R. C., MYERS, R. J., BAUSON, W. A., KOSIAK, W. K. Y
YEN, H. (2000). An integrated approach to automotive safety systems. SAE
paper nº 2000-01-0346
[23]
FUERSTENBERG K. CH.; BARAUD P.; CAPORALETTI G.;CITELLI S.;
EITAN Z.; LAGES U.; LAVERGNE C. (2001):”Development of a Pre-Crash
sensorial system- Chameleon Project”. Proceeding of joint VDI/VW Congress:
Vehicle Concepts for the 2nd Century of Automotive Technology, Woolfsburg,
Germany, November 2001.
[24]
APARICIO, F., PÁEZ, J., MORENO, F., JIMÉNEZ, F. (2005). El sistema de
control inteligente de velocidad (ISA). Madrid: Fundación Instituto
Tecnológico para la Seguridad del Automóvil (FITSA)
[25]
T’SIOBEL, S. (2003). The road to safety maps. 10th World Congress and
Exhibition on Intelligent Transport Systems and Services. Madrid: 16 – 20
Noviembre 2003
[26]
T’SIOBEL, S. Y VAN ESSEN, R. (2004). The map enabled ADAS future.
FISITA World Automotive Congress, Barcelona, 23-27 Mayo 2004.
[27]
BAUM, G. 2003. The infrastructure and evolution of mapmaking. 10th World
Congress and Exhibition on Intelligent Transport Systems and Services.
Madrid: 16 – 20 November 2003
[28]
BERZAL, C., DE LA PEÑA, E. Y ZARAGOZA, A. (2005). El sistema de
llamada de emergencia (e-call). Madrid: Fundación Instituto Tecnológico para
la seguridad del automóvil (FITSA)
[29]
KHAN, M. S. (2003). Leveraging wireless connectivity for digital maps in
automobiles. 10th World Congress and Exhibition on Intelligent Transport
Systems and Services. Madrid: 16 – 20 Noviembre 2003
168
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
[30]
BARNIOL, A. Y MARUGG, J. (2004). Navigable databases for intelligent
transportation systems: creation and maintenance of the Spanish database.
FISITA World Automotive Congress, Barcelona, 23-27 Mayo 2004.
[31]
FORSSELL, U., HALL, P., AHLQVIST, S. Y GUSTAFSSON, F. (2004). Mapaided positioning system. FISITA World Automotive Congress, Barcelona, 2327 Mayo 2004.
[32]
GIL-CASARES, R. (2004). Los sistemas de navegación: percepción del
usuario. Cartografía navegable en España: situación actual de Tele Atlas. IV
Congreso Nacional de Sistemas Inteligentes de Transporte. Zamora, 27 – 30
abril 2004
[33]
FERNÁNDEZ, J. M. (2004) Evolución de los sistemas de navegación al nivel
de interoperabilidad con el usuario. IV Congreso Nacional de Sistemas
Inteligentes de Transporte. Zamora, 27 – 30 abril 2004
[34]
GONZÁLEZ, C., CASTELLANOS, J. M. Y HERNÁNDEZ, A. (2004).
Navegador embarcado EGNOS basado en Pocket-PC y SISNET. IV
Congreso Nacional de Sistemas Inteligentes de Transporte. Zamora, 27 – 30
abril 2004
[35]
www.itsdocs.fhwa.dot.gov/jpodocs/reptste/2KC01.pdf
[36]
www:vics.or.jp/eng/index.html
[37]
VENHOVENS, P. J. T., BERNASTH, J. H. LÖWENAU, J. P., RIEKER, H. G.
Y SCHRAUT, M. (1999). The application of advanced vehicle navigation in
BMW driver assistance systems. SAE paper nº 1999-01-0490.
[38]
LABORCZI, P. Y ZAJICEK, J. (2003). How to generate a graph-based. Map
from floating car data?. 10th World Congress and Exhibition on Intelligent
Transport Systems and Services. Madrid: 16 – 20 Noviembre 2003
[39]
MCKINNON, A. C. Y GE, Y. (2003). Analysis of transport efficiency in the UK
food supply chain. Logistics Research Centre. Heriot-Watt University,
Edimburgh.
[40]
MAZO, M., ESPINOSA, F., AWAWDEH, A. M. H. Y GARDEL, A. (2005).
Diagnosis electrónica del automóvil. Estado actual y tendencias futuras.
Madrid: Fundación Instituto Tecnológico para la seguridad del automóvil
(FITSA)
[41]
ELVIK, R., MYSEN, A. B., VAA, T. (). The traffic safety handbook. The
institute of transport economics. Oslo
[42]
ATEC/ITS (2002). Road safety and telematics. Paris
[43]
PIARC (2000). ITS Handbook. Comité on Intelligent Transport. PIARC, Paris
169
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
[44]
SHAH, V. ET AL (2003). An assessment of the potential of ATIS to reduce
travel disutility in the Washington D.C. Region. 82 th annual meeting of the
Transportation Research Board. Washington.
[45]
SANCHEZ, R. ET AL. (2003). Final evaluation report for the greater
Yellowstone regional Traveller and Weather Information System (GYRTWIS).
SAIC for the USDOT, Washington D.C.
[46]
SWAN, N. ET AL (2004). 511 Virginia evaluation. Virginia Department of
Transportation.
[47]
Transport sector of the telematics applications programme. 4th Framework
Programme for RTD&D 1994:1998.
[48]
Hazardous materials safety and security technology fiel operational test.
Volume II: evaluation final report synthesis. SAIC for the USDOT.
Washington, 2004
[49]
http://www.safefreight.com/
[50]
http://www.transcore.com/
[51]
https://www.road.com/application/road/geomanager/login.html
[52]
http://www.paragonrouting.com/
[53]
http://www.upslogisticstech.com/pub/products/Roadnet-Transportation-Suite/
[54]
http://www.qualcomm.com
[55]
http://www.ptv.de
[56]
http://www.alk.com
[57]
http://www.esri.com
[58]
Operational and traffic benefits of the E-ZPass to the New Jersey Turnpike.
Wilburn Smith Associates Inc. New Brunswick, 2001.
[59]
KLONDZINSKI ET AL (1998). Impacts of electronic toll collection on vehicle
emissions. 77th annual meeting of the Transportation Reseacrh Board.
Washington D.C.
[60]
REICHART, G., FRIEDMANN, S., DORRER, C., RIEKER, H., DRECHSEL,
E. Y WERMUTH, G. (1998). Potentials of BMW Driver Assistance to Improve
Fuel Economy. FISITA World Automotive Congress, París, 27 Septiembre-1
Octubre 1998.
[61]
WILLIAMS, L. Y YU, L. (2001). A conceptual examination of the impact of
traffic control strategies on vehicle emissions and fuel consumption. Final
report. Houston: Texas Southern University.
[62]
BREUER, J. J. (1998). Analysis of driver-vehicle-interactions in an evasive
manouevre: results of “Mossse Test” studies. 16th International Technical
170
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
Conference on the Enhanced Safety of Vehicles. Windsor (Canadá), 31
Mayo-4 Junio 1998.
[63]
Nicolas SIMOND. INRIA/IMARA,“Obstacle Detection from IPM and SuperHomography”. IROS, San Diego Oct. 2007.
[64]
Edern Ollivier & Michel Parent. IMARA/INRIA.”Odometric Navigation with
Matching of Landscape Features”. ICARCV, Singapore, Dec. 2002.
[65]
Michel Parent INRIA/IMARA.. “Intelligent Transport in Cities with CTS”. ITS
World Congress, Chicago Oct. 2002.
[66]
Página Web de Ultra: http://www.atsltd.co.uk/
[67]
http://cordis.europa.eu/telematics/tap_transport/research/projects/chauffeur.h
tml
[68]
B.J. Harker. “Promote-chauffeur II & 5.8 GHz vehicle to vehicle
communications system”. International Conference on Advanced Driver
Assistance Systems, 2001.
[69]
Página Web de GoodRoute: http://www.goodroute-eu.org
[70]
Marco Santi, Katrin Meinken, Harald Widlroither, Evangelos Bekiaris. “GOOD
ROUTE HMI for Actors Involved in Dangerous Goods Transportation”. 4th
International Conference on Universal Access in Human-Computer
Interaction. Beijing, China, 2007.
[71]
Página Web de Reposit: http://www.ist-reposit.org
[72]
Página Web de Moryne: www.fp6-moryne.org
[73]
IST MORYNE Project, "Mobile WiMAX Measurement Scenarios and
Concept”, D 7.2, V 1.1 March 2007.
[74]
Página Web de CyberCars-2: http://www-c.inria.fr:9098/cybercars2
[75]
N. Simond, M. Parent. “Free space in front of an Autonomous Guided
Vehicle in Inner-City Conditions”. Eurocastt, 2007.
[76]
J. E. Naranjo, C. González, Ricardo García, Teresa de Pedro. ”Cooperative
Throttle and Brake Fuzzy Control for ACC + Stop & Go Manoeuvres”. IEEE
Transactions on Vehicular Technology, vol 56, n. 4, pp 1623-1630 July 2007.
[77]
O. Mehani and A. de La Fontelle. “Trajectory Planning in a Crossroads for a
Fleet of Driverless Vehicles”. Eurocast 2007.
[78]
Página Web de Prevent: http://www.prevent-ip.org
[79]
Wilhelm Vogt, Axel Varchmin, Mathias Garrelts, Michel Mittaz. “Navigationbased driver assistance systems”. ITS European Congress, Hannover,
Germany - June 2005.
[80]
Página Web de Cover: http://www.cvisproject.org/en/links/cover.htm
171
Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil
inteligente/conectado y seguridad vial
[81]
Página Web de Fiction: http://www.friction.vtt.fi
[82]
Tuononen, Ari. “EC-project FRICTION - Onboard measurement of friction
potential-subproject; tyre sensor approach”. Tire Technology Expo 2007,
Cologne, 13-15, 2007.
[83]
Página Web de I-Way: http:// www.iway-project.eu
[84]
Página Web de Trackss: http://www.trackss.net
[85]
A. Marqués, P. Rodriguez, M. Serrano. “Traffic control through wireless
cooperative systems”. 15th World Congress on Intelligent Transport Systems,
2008.
[86]
B. Arief, A. von Arnim, “TRACKSS Approach to Improving Road Safety
through Sensors Collaboration on Vehicle and in Infrastructure”. 2nd IEEE
International Symposium on Wireless Vehicular Communications, 2008.
[87]
Página Web de Coopers: http://www.coopers-ip.eu
[88]
J. Linssen. “Cooperative Systems for Road Traffic Safety: Functionality
Design and Implementation”. 15th World Congress on Intelligent Transport
Systems, 2008.
[89]
M. Böhm. “COOPERS – Co-operative Systems for Intelligent Road Safety”.
ERCIM / DECOS Workshop on "Dependable Embedded Systems" 2007.
[90]
Página Web de Geonet: http://www.geonet-project.eu
[91]
Katrin Meinken, Roberto Montanari, Mark Fowkes, and Anny Mousadakou.
“WATCH-OVER HMI for Vulnerable Road Users’ Protection”. Lecture Notes
in Computer Science, Volume 4555, pp: 488-496 (2007).
[92]
Página Web de Safespot: http://www.safespot-eu.org
[93]
Página Web de Geonet: http://www.geonet-project.eu
[94]
www.antennasvce.org
[95]
www.comesafety.org
[96]
www.frame-online.net
[97]
www.intersafe-2.eu
[98]
www.ict-itetris.eu
[99]
www.nearctis.org
[100]
www.preciosa-project.org
[101]
www.cvisproject.org/en/links/pre-drive_c2x.htm
172