Arquitectura de comunicaciones en ITS

Se han invertido muchos esfuerzos en la estandarización de la arquitectura de comunicaciones para asegurar la futura compatibilidad entre diferentes proveedores [168]. La arquitectura de comunicaciones en ITS (ITSC) se encuentra especificada por ISO y ETSI en los documentos [168][169][170], respectivamente, expresando una variedad de tecnologías existentes y de nuevo acceso para aplicaciones ITS. El término ITSC indica protocolos de comunicaciones, gestión relacionada y funcionalidades adicionales.

El ISO lanzó el concepto CALM (Communications Access for Land Mobile) [169] como acrónimo usado para referirse a los trabajos del ISO TC204 WG16, englobados entre los estándares internacionales de comunicaciones para ITS. Estos estándares están enfocados en interfaces abiertos respecto a las funcionalidades requeridas para todas las capas relevantes y entidades de la arquitectura de referencia para estaciones ITS, considerando estas como entidades en una red de comunicaciones capaces de comunicarse con otras entidades similares.

El grupo ETSI TC ITS ha trabajado sobre CALM para enriquecerlo basándose en los resultados del proyecto Europeo COMeSafety [170]. La arquitectura de la actual pila de comunicaciones europeas ITS, mostrada en la Figura 17, afecta a los vehículos, dispositivos nómadas, unidades de la carretera y puntos centrales, puesto que explica la funcionalidad contenida en las estaciones ITS que son parte de alguno de los siguientes sub-sistemas:

• Personal, en dispositivos portátiles

• Central, parte de un sistema central ITS

• Vehículo, en coches, camiones, etc., tanto en movimiento como aparcados

• Infraestructura, en pórticos, postes, etc.

Esta arquitectura de referencia sigue los principios del modelo OSI [171] para protocolos de comunicaciones por capas, que es extendida para la inclusión de

aplicaciones ITS. Los tres bloques centrales inferiores contienen la funcionalidad de la pila de protocolos de comunicaciones OSI, donde:

• Tecnologías de acceso representa los niveles 1 y 2 de OSI

• Red y Transporte representa los niveles 3 y 4 de OSI

• Facilidades representa los niveles 5, 6 y 7 de OSI

Tecnologías de acceso ITS

Red y Transporte ITS

Aplicación ITS

Facilidades ITS

Segur

id

ad

ITS

Ges

tión I

T

S

Tecnologías de acceso ITS

Red y Transporte ITS

Aplicación ITS

Facilidades ITS

Segur

id

ad

ITS

Ges

tión I

T

S

Figura 17. Pila de la arquitectura de referencia para una estación ITS

Esta pila de comunicaciones europea debería ser implementada total o parcialmente en las estaciones ITS, y se asumirá en las estaciones implicadas en los despliegues de la arquitectura propuesta en esta tesis.

4.7Conclusiones

Durante este capítulo se han comentado las diversas perspectivas desde las que se puede modelizar el tráfico, considerando modelos macroscópicos, microscópicos o mesoscópicos del mismo. Las aplicaciones mostradas en el capítulo 6 hacen uso de uno u otro, dependiendo de los requisitos y objetivos de cada una de ellas.

En cuanto a la monitorización del tráfico existen multitud de variables a considerar, y dependerá de la modelización usada y de la información requerida por el sistema desarrollado la selección de un subconjunto de estas variables. A colación de la definición de densidad de tráfico, se han razonado las diversas causas que provocan congestiones, puesto que la detección de las mismas se planteó como caso de motivación, y es el principal objetivo de dos de las aplicaciones desarrolladas en la tesis.

Por otra parte, los vehículos en circulación pueden crear una red de comunicaciones para compartir información sobre la localización de los mismos o sobre eventos de interés en la carretera. Como el despliegue de esta red en un entorno real es impracticable, el comportamiento de estas redes se estudia mediante simuladores, tanto para el aspecto de la movilidad como el de la comunicación dentro de la red. Para finalizar el capítulo, se describen las misiones de los Sistemas Inteligentes de Transporte y se señalan los ámbitos beneficiados por servicios ITS. Puesto que el transporte es una disciplina claramente ligada a las posiciones geográficas en las que está situada la infraestructura de las carreteras (u otros elementos como vías ferroviarias, etc.), la mayoría de los sistemas de transporte tendrán rasgos de Sistemas de Información Geográfica (GIS), y de ahí la necesidad de fusionar las características y ventajas de los GIS en los sistemas ITS que se desarrollen.

Para que los complejos sistemas ITS puedan inter-operar, y así aportar el máximo beneficio, deben basarse en un marco estratégico, como el definido por el proyecto FRAME de la Unión Europea, que establece un marco de referencia para la creación de arquitecturas ITS, las cuales adaptarán y extenderán las necesidades y funcionalidades planteadas. La arquitectura de comunicaciones de las estaciones ITS queda definida por estándares ISO/ETSI, basados en la pila de protocolos OSI.

Capítulo 5

Arquitectura propuesta

5.1Introducción

El uso de redes vehiculares permite un intercambio continuo de grandes cantidades de mensajes entre los vehículos y con la central de tráfico. Estos mensajes deben ser procesados y reenviados de nuevo dentro de unos márgenes de tiempo, y evitando sobrecargar la red. La arquitectura propuesta sugiere unos componentes hardware y software adaptables, que hacen que esta contribuya a la creación de muy diversos sistemas.

En cuanto al hardware, las unidades planteadas pueden referirse a máquinas separadas, o unir sus funcionalidades, según la complejidad del sistema. Igual pasa con los elementos software, por ejemplo durante la fase de procesamiento.

La arquitectura puede hacer uso de herramientas de procesamiento de eventos (ESP, Event Stream Processing) para detectar situaciones relevantes, basándose en el intercambio de mensajes. Como el número de eventos de interés es bastante elevado y heterogéneo, se emplea procesamiento de eventos complejos (CEP, Complex Event Processing) para analizar los mensajes y proporcionar a los usuarios mayor conocimiento de la situación local en la que se encuentran.

Aunque la arquitectura presentada en este trabajo, así como la tecnología CEP utilizada, pueden aplicarse a diferentes áreas, durante la explicación de la misma nos centraremos en el ámbito de los ITS y las redes vehiculares. Específicamente, uno de los principales objetivos es el de incrementar el conocimiento de la situación por parte de los usuarios, que recibirán información sobre los vehículos vecinos, y del sistema central de tráfico, que obtendrá una imagen global.

Este diseño adaptable y escalable es una de las principales contribuciones de la arquitectura, ya que sus módulos genéricos pueden implementarse tanto en un sistema autónomo a bordo de un vehículo, como en una estación de control remota. Por otra parte, es de destacar la contribución en cuanto al desarrollo de componentes software y hardware reutilizables. Se han generado paquetes de software que servirán de base para posteriores desarrollos, facilitando la adaptabilidad y escalabilidad con la que fue concebida esta arquitectura. Además, dentro del grupo de investigación, se han generado placas hardware con diversos sensores y múltiples interfaces de comunicación que se han utilizado para las pruebas en sistemas reales y cuyo diseño podrá reutilizarse en futuras aplicaciones de la arquitectura.