Diseño de un Modelo de Enrutamiento de Tráfico Vehicular Basado en Buenas Practicas de Otras Ciudades con Problemática Similar

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(1)DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR. LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA 9929524. Universidad Distrital Francisco José de Caldas Maestría en Ciencias de la Información y Comunicaciones Facultad de Ingeniería Bogotá, Colombia 2015.

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(3) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRÁCTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR LUZ MYRIAM FERNÁNDEZ IBARRA Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en Ciencias de la Información y Comunicaciones. Director: Msc. Oswaldo Alberto Romero Villalobos. Línea de Investigación: Tráfico inteligente y seguridad ciudadana Grupo de Investigación: Grupo de Investigación en Tráfico Inteligente y Seguridad Ciudadana (GITISC). Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ingeniería, Proyecto curricular de Maestría en Ciencias de la Información y las Comunicaciones Bogotá, Colombia 2015.

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(5) “Lo. importante. no. es. el. objetivo. que. consigues sino la persona que te conviertes al perseguirlo”..

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(7) VII. Agradecimientos A todas las personas que permiten cada día hacer mis sueños realidad..

(8) VIII. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Resumen El presente anteproyecto realizará investigación sobre un modelo de enrutamiento de tráfico vehicular basado en prácticas que se aplican en otras ciudades del mundo con problemática similar, y plantea las variables relevantes que se deben tener en cuenta.. El proyecto se motiva teniendo en cuenta el grave problema de movilidad que existe en la ciudad desde hace varios años, en donde a pesar de que las distancias no son tan extensas los tiempos de desplazamiento si lo son, esto debido a las congestión que presenta en las diferentes vías, adicional a la incertidumbre que tienen los ciudadanos antes de definir la ruta que se va a tomar, se considera que proporcionando información a los usuarios respecto al estado de las vías referente a diferentes condiciones se podría disminuir dicha incertidumbre y colaborar a que los ciudadanos tomen mejores decisiones de ruta para llegar a su destino, y así mismo no se agranden los trancones, mejorando la movilidad en nuestras vías..

(9) Contenido. IX. Abstract This preliminary research conducted on a model of vehicular traffic routing based on practices applied in other cities with similar problems, and raises the relevant variables that must be taken into account.. The project is motivated considering the serious problem of mobility that exists in the city for several years, where even though the distances are not as extensive travel times if they are, this due to the congestion that occurs in different routes, in addition to the uncertainty of citizens before defining the route to be taken, it is considered that providing information to users regarding the state of the roads regarding different conditions could reduce this uncertainty and to collaborate citizens make better decisions in route to your destination, as well as avoid the jams become enlarged, improving mobility on our roads..

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(11) Contenido. XI. Contenido. Pág. Capítulo 1. Descripción del Proyecto ............................................................................ 3 1.1 Identificación del problema................................................................................... 3 1.2 Justificación ......................................................................................................... 4 1.2.1 Justificación teórica ........................................................................................... 5 1.2.2 Justificación Metodológica ................................................................................ 6 1.2.3 Justificación práctica ......................................................................................... 6 1.3 Objetivos .............................................................................................................. 7 1.3.1 General ............................................................................................................. 7 1.3.2 Específicos........................................................................................................ 7 1.4 Estructura del proyecto ........................................................................................ 8 Capítulo 2. Estado del Arte: ............................................................................................ 9 2 Marco teórico .......................................................................................................... 9 2.1 Algoritmos de Enrutamiento ................................................................................. 9 2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento ............................................................ 9 2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento ............................................................................ 10 2.1.2.1 Principio de Optimización ............................................................................. 11 2.1.2.2 Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra)........................... 12 2.1.2.3 Inundación (Flooding)................................................................................... 13 2.1.2.4 Enrutamiento por Vector de Distancia .......................................................... 14 2.1.2.5 Enrutamiento por Estado del Enlace(1) ......................................................... 16 2.1.2.6 Enrutamiento Jerárquico (1)........................................................................... 19 2.1.2.7 Enrutamiento por Difusión (Broadcast) ......................................................... 20 2.1.2.8 Enrutamiento por Multidifusión (Multicast) .................................................... 21 2.2 OSPF (2) ............................................................................................................ 22 2.2.1 Introducción .................................................................................................... 22.

(12) XII. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR. 2.2.2 Antecedentes .................................................................................................. 23 2.2.3 Algoritmo del estado de enlace ....................................................................... 24 2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto ..................................................................... 25 2.2.5 Costo de OSPF ............................................................................................... 26 2.2.6 Árbol de trayecto más corto ............................................................................ 26 2.2.7 Routers de área y de borde ............................................................................. 28 2.2.8 Paquetes de estado de enlace ........................................................................ 29 2.3 CONGESTION VEHICULAR (3) .......................................................................... 31 3.. Capítulo 3. Metodología ......................................................................................... 34. 4.. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual ..................................... 36 4.1 Situación Actual .................................................................................................... 36 4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo ................................................. 37. 5.. Capítulo 5. Modelo Propuesto ............................................................................... 41 5.1. COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DEL ALGORITMO EN EL MODELO ...... 42 5.2. Diseño general del sistema y enfoque del proyecto .......................................... 55 5.3. Sección de recolección de Información ............................................................. 58 5.4. Sección de transmisión de Información ............................................................. 59 5.5. Sección de procesamiento de Información ........................................................ 60 5.6. Sección de distribución de Información ............................................................. 60 5.7. Variables a monitorear ...................................................................................... 61 5.8. Transmisión de variables .................................................................................. 63 5.9. Almacenamiento de variables y definición de parámetros a manejar ................ 63 5.10. Consulta de información.................................................................................. 65 5.11. Definición de malla vial para el proyecto ......................................................... 66 5.12. Definición de Algoritmo de enrutamiento ......................................................... 72. 6.. ANALISIS Y VALIDACION ...................................................................................... 84 6.1. Análisis y validación .......................................................................................... 84 6.2. Validación del modelo por medio de análisis de casos estimados..................... 86 6.3. CONSIDERACIONES PARA VALIDACION MODELO ...................................... 87 6.4. Primer escenario ............................................................................................... 88 6.5. Segundo escenario ........................................................................................... 90 6.6. Tercer escenario ................................................................................................. 93. 7.. CAPITULO 6 – Protocolo de pruebas .................................................................... 96 7.1. Protocolo de pruebas y resultados obtenidos .................................................... 96 7.2. Consultar información de rutas y vías específicas ............................................. 97 7.3. Modificar valores de parámetros para pruebas de simulación ........................... 98 7.4. Ejemplos ..........................................................................................................100 7.5. .........................................................................................................................100 7.5. Pruebas ...........................................................................................................101 7.6. Resultados Obtenidos ......................................................................................102 7.7. Resumen soluciones implementadas alrededor del mundo..............................103 7.8. Matriz Resumen de soluciones en diferentes ciudades del mundo. .................104. 8.. Conclusiones y Recomendaciones ..................................................................... 107 7.1 Conclusiones ....................................................................................................107.

(13) Contenido. 7.2 9.. XIII. Recomendaciones ............................................................................................109. REFERENCIAS ...................................................................................................... 110.

(14) Contenido. XIV. LISTA DE TABLAS Tabla 1 - Resumen soluciones implementadas que aplican a Bogotá.............................. 39 Tabla 2- Puntaje eventos ................................................................................................. 45 Tabla 3- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49 Tabla 4- Ejemplo valores en variables – Fuente: propia................................................... 49 Tabla 5- valores de variables en ruta. Fuente: propia ..................................................... 51 Tabla 6- tramos de la malla vial. Fuente: propia.............................................................. 71 Tabla 7 - Puntaje definidos para eventos. Fuente: propia ................................................ 78 Tabla 8- Encabezado tabla vecinos – Fuente: propia ..................................................... 79 Tabla 9- Definición de vecinos – Fuente: propia ............................................................. 83 Tabla 10- Situación ideal – Fuente: propia ....................................................................... 88 Tabla 11- Situación estado de congestión – Fuente: propia............................................. 89 Tabla 12- ejemplo segundo escenario velocidad vs tiempo – Fuente: propia................... 91 Tabla 13- ejemplo segundo escenario análisis de datos – Fuente: propia ....................... 92 Tabla 14- ejemplo segundo escenario rangos de velocidad vs separación por norma – Fuente: propia ................................................................................................................. 92 Tabla 15- ejemplo segundo escenario mejora porcentual – Fuente: propia .................... 93 Tabla 16 - ejemplo tercer escenario análisis de datos – Fuente: propia ........................... 94 Tabla 17- ejemplo tercer escenario rangos de velocidad vs separación por noma– Fuente: propia .............................................................................................................................. 95 Tabla 18- ejemplo tercer escenario mejora porcentual– Fuente: propia ........................... 95 Tabla 19- Soluciones implementadas alrededor del mundo aplicables a la ciudad de Bogotá. Fuente: propia .................................................................................................. 104 Tabla 20- Matriz soluciones por ciudad. Fuente: propia ............................................... 106.

(15) Contenido. XV. LISTA DE ILUSTRACIONES Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente (1) .................................................................. 11 Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente (1) ............................................ 13 Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente. (1). ................................................... 15. Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente (1)...................................... 16 Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente (1) .................................................. 17 Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente (1) ............................................... 18 Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente (1) ................... 18 Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente (1) ...................................................... 19 Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente (1) ........................................................ 20 Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente (1) ....................................................... 21 Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1) ............................................ 22 Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente (2) ...................................... 27 Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente (2) ............................................... 28 Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2)........................................ 30 Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3) ............................................... 33 Ilustración 16- Ejemplo dos nodos sencillos – Fuente: propia ......................................... 42 Ilustración 17- Ejemplo dos nodos sencillos con tramos – Fuente: propia ....................... 43 Ilustración 18- Malla vial – Fuente: propia ........................................................................ 43 Ilustración 19- Muestra Malla – Fuente: propia ............................................................... 47 Ilustración 20- ejemplo diagrama nodos-tramos-orientación Fuente: propia .................... 48 Ilustración 21 - Costos en tramos ejemplo. Fuente: propia .............................................. 50 Ilustración 22 - Diagrama nodos tramos ejemplo. Fuente: propia .................................... 52 Ilustración 23- Costos tramos – en ruta ejemplo. Fuente: propia .................................... 53 Ilustración 24- Costos tramos ejemplo – en ruta ejemplo ................................................. 54 Ilustración 25- Costos tramos ejemplo – Fuente: propia .................................................. 55 Ilustración 26- Diseño general del sistema – Fuente: Propia .......................................... 58 Ilustración 27- Malla vial seleccionada modelo. Fuente: propia....................................... 67 Ilustración 28- Diagrama de flujo algoritmo de enrutamiento. Fuente: propia ................... 77 Ilustración 29- Orientación de nodos. Fuente: Propia ...................................................... 79 Ilustración 30- Ejemplo - Autopista 5 carriles – Fuente: propia........................................ 90.

(16) XVI. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRÁFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRÁFICO SIMILAR. Ilustración 31- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19– Fuente: propia ......... 91 Ilustración 32- Ejemplo - Autopista 5 carriles mas paralela av 19 y autopista– Fuente: propia .............................................................................................................................. 93 Ilustración 33- Pantalla 1 ................................................................................................. 96 Ilustración 34 - Pantalla 2 ................................................................................................ 97 Ilustración 35- Pantalla 4 ................................................................................................. 98 Ilustración 36- Pantalla 5 ............................................................................................... 100 Ilustración 37- Pantalla 6 ............................................................................................... 101 Ilustración 38-Pantalla 6 ................................................................................................ 101 Ilustración 39-Pantalla 7 ................................................................................................ 102.

(17) Contenido. XVII.

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(19) Introducción. El control del tráfico ha sido durante muchos años alrededor del mundo un tema de difícil manejo, ya que no es un tema fácil de arreglar en ciudades que ya se encuentran diseñadas, con vías de escasos carriles, sin puentes, con demasiados cruces los cuales a su vez generan la necesidad de semáforos, a todo esto sumándole una gran densidad de población que día a día logran conseguir un vehículo el cual se une a los ya existentes medios de transporte particulares, públicos, de trasporte de carga, motos, etc, el estado ideal sería lograr un flujo vehicular uniforme, constate y sin congestiones, . Una alternativa para minimizar un poco esta situación es disminuir la incertidumbre de las personas que salen a aumentar la cantidad de flujo vehicular en las vías de la ciudad, el presente proyecto trabaja en diseñar una estrategia para dar información a los usuarios con el fin de que estos no se unan a los trancones diarios que se forman en la ciudad, para esto se requiere que sea suministrado el origen y destino por la persona que requiere realizar el desplazamiento, y teniendo en cuenta los parámetros del estado general de las vías,. se aplica un algoritmo de enrutamiento óptimo el cual como. resultado sugiere al usuario una posible ruta óptima teniendo en cuenta el estado de los parámetros monitoreados. En muchos países donde se presenta el mismo inconveniente, se manejan sistemas de control de tráfico vehicular, donde se publica información de las vías, se muestran imágenes de video cámaras ubicadas en puntos estratégicos,. información de obras. civiles, vías cerradas, etc., pero en muchos casos los usuarios pueden tener toda esta información pero no conocen vías alternas, puede que solo conozcan las vías principales lo que disminuye las opciones de rutas. El valor agregado del presente proyecto es evaluar varias rutas y sugerir la mejor de acuerdo al algoritmo de enrutamiento. Así como también analizar qué soluciones han dado a esta problemática diferentes ciudades alrededor el mundo que puedan aplicar a nuestra ciudad. Entre más crezca la población de esta ciudad, y la propia ciudad, mas aumenta la necesidad de que en algún momento se invierta presupuesto suficiente para mantener.

(20) 2. Introducción. informada a toda la población que de una u otra forma hace parte del problema y que también puede hacer parte de la solución. Adicionalmente se debe comenzar a trabajar en una solución integral de transporte, ya que esta problemática tiene muchas variables y también se debe atacar simultáneamente desde varios frentes, lo que significa que son muchos planes en paralelo para poder llegar a soluciones generales..

(21) Capítulo 1. Descripción del Proyecto 1.1. Identificación del problema. La movilidad de los ciudadanos por las diferentes vías de la ciudad de Bogotá y sobre todo por las vías principales es, en determinadas horas y días, compleja dado que existen variables inciertas que pueden modificar. el estado del tráfico, ¿Es factible. mejorar el tráfico de nuestra ciudad solo con un sistema de información que suministre a los ciudadanos información relevante para tomar la mejor ruta de un punto origen a un destino...? El contribuir a los trancones y congestiones en nuestra ciudad hace que nuestros tiempos de desplazamiento se aumenten así sean las distancias muy cortas, si poseemos información oportuna y relevante, ¿es posible optimizar los tiempos y costos de nuestros desplazamientos...? Teniendo en cuenta que el cuerpo humano se desgasta cuando se expone a ciertos ambientes de estrés e incomodidad, si un ciudadano toma una ruta que optimiza su tiempo, podría mejorar el estado de salud al no exponerse a ambientes que pueden afectar...? Si un gran volumen de usuarios mejora los tiempos de desplazamiento y no contribuyen a grandes trancones, ¿Podemos mejorar el nivel de gases tóxicos en el medio ambiente de la ciudad...? Si los ciudadanos toman una ruta óptima para su desplazamiento de un punto origen a un punto. destino, es posible que su velocidad promedio mejore y así mismo el. rendimiento del combustible, ¿se puede reflejar mejora en optimización de costos y generar ahorro para los usuarios con una solución como la presentada...? Dado que existen una gran cantidad de variables y parámetros fijos que condicionan el estado de una vía, ¿es posible determinar un algoritmo que genere una ruta óptima para los usuarios teniendo en cuenta el peso porcentual de cada condición y sus variaciones...? Para que la información sea de utilidad para los ciudadanos es necesario contar con información verídica y oportuna, ¿es factible a través de la tecnología actual recolectar,.

(22) 4. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. almacenar, y transmitir a los usuarios esta información procesada para que tomen decisiones acertadas...? Si se pudiera acabar o por lo menos disminuir la incertidumbre al transitar por estas vías, podría ser posible que el tráfico de la ciudad mejorara, ya que el usuario teniendo información acerca de determinada vía tomará una decisión que lo beneficie para llegar a su destino, y así mismo beneficia el tráfico de la ciudad.. Para que esta información sea. de gran utilidad, debe ser información verídica, actualizada, y el usuario debe recibirla en el lugar y el momento que la necesite, es decir, la información debe ser enviada hasta un dispositivo que el usuario tenga a su alcance. El presente proyecto pretende plantear una posible solución a estos problemas analizando las aplicaciones de estas tecnologías y diseñando un prototipo de sistema que preste un servicio que se hace cada vez más necesario para los ciudadanos.. 1.2. Justificación. Es de gran importancia plantear propuestas de mejora a nuestro sistema de movilidad, dado que la problemática actual genera gran impacto sobre la ciudadanía y gasto de tiempo, salud, dinero, adicional a la afectación de nuestro medio ambiente. Dado que dar solución a nivel de ampliación de vías es bastante complejo, costoso y demorado, se hace necesario plantear soluciones con los recursos actuales al alcance de la mano basado en aplicación de diferentes tecnologías y optimización de procesos. El contar con una ciudad cuyo tráfico es estable y se catalogue dentro de ejemplos en ciudades capitales hace que nuestra ciudad sea una ciudad más llamativa, así como también puede generar valorización en determinados sectores los cuales actualmente son vetados por ciertas personas a raíz de los problemas de movilidad y diseño. El contar con información clave en el momento que requerimos nos permite. tomar. decisiones que impactan directamente el resultado, razón por la cual se resalta esta parte en el presente proyecto. Tomar mejores decisiones se refleja directamente en los tiempos de desplazamiento, por lo que los ciudadanos podrían tener más tiempo para realizar actividades realmente importantes que mejoren la calidad de vida y la sociedad como tal, por ejemplo si en el regreso a casa normalmente me demoro 70 minutos en vehículo y tomando una ruta óptima puedo reducir un 50%, podría dedicar a la educación de mis hijos 35 minutos más.

(23) Capítulo 1. 5. al día, haciendo actividades recreativas, culturales, en resumen mejorar la calidad de tiempo con la sociedad. Día a día el medio ambiente se degrada a velocidad inimaginable, actualmente hay ciudades que no ven un cielo azul debido al alto grado de contaminación, razón por la cual es necesario y supremamente importante por salud pública y por el cuidado de las generaciones que vienen, cuidar al máximo nuestro medio ambiente, este modelo haría un aporte a la reducción de la contaminación diaria del medio. El contar con información relevante y centralizada de los diferentes parámetros y variables, permite a las entidades oficiales realizar estudios y plantear mejoras basado en análisis de comportamiento y tendencias, y así mismo destinar recursos y generar proyectos para mejorar la calidad de vida de la ciudad. Es supremamente importante realizar aportes que mejoren la problemática actual de tráfico en la ciudad de Bogotá y más aún cuando se pueden utilizar recursos al alcance.. 1.2.1 Justificación teórica Actualmente los problemas cotidianos de la sociedad pueden ser analizados bajo la visión de diferentes frentes, para este caso se aplican los conocimientos adquiridos durante la academia para plantear alternativas de solución a un problema tan normal en muchas ciudades como es el tráfico vehicular. Así, la universidad puede fortalecer su entorno, mejorar su competitividad y llegar a retribuir en mayor medida a la sociedad donde se desenvuelve, Las mismas universidades deben fomentar la investigación entorno a solución de grandes problemáticas de la sociedad donde el aporte puede ser valioso desde esta perspectiva. Igualmente no solo el aporte en la investigación, el ir un poco más allá en caso de detectar ideas innovadoras y que aporten de manera impactante, debe trascender. Bajo este marco se clarifica la necesidad urgente de promover y mostrar todas esas investigaciones en espacios donde se apliquen soluciones y se tomen decisiones, igualmente orientar las investigaciones hacia las problemáticas más graves de nuestra.

(24) 6. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. sociedad para que los aportes en investigación y desarrollo sean lo más valiosos posibles.. 1.2.2 Justificación Metodológica El porqué del presente proyecto se puede resumir teniendo en cuenta las siguientes necesidades: Identificación de La grave problemática que se presenta actualmente en nuestra sociedad, la cual desgasta en tiempo, dinero, salud. Análisis de causas de la problemática para proponer parámetros y variables que se deban tener en cuenta durante el análisis. Análisis de situación en otras ciudades con problemática similar o con soluciones innovadoras o prácticas. Propuesta de modelo que tenga en cuenta factores que no se deben dejar de lado ya que influyen en solución. Propuesta de alternativa de solución sobre los factores que más impactan la problemática.. 1.2.3 Justificación práctica El modelo propuesto muestra por medio de un modelo y de las propuestas la mejora que se podría tener en temas de tráfico vehicular, de implementarse alguna o todas, esto está demostrado en ciudades al alrededor del mundo, ya que esta problemática es común y hay muchos países que ya han pasado, no hay que inventar la rueda, hay que usar la rueda, hay que analizar cómo esta rueda encaja en nuestra solución. El simple hecho de tener visión global o sectorizada del estado del tráfico y poder ajustar variables remotamente o en sitio, me permite modificar el flujo o establecer alternativas rápidas..

(25) Capítulo 1. 1.3. 7. Objetivos. 1.3.1 General Diseñar un modelo de enrutamiento de tráfico vehicular. basado en condición y. estado de vías, analizar soluciones implementadas en otras ciudades del mundo con problemáticas de tráfico similar a la de nuestra ciudad y plasmar la idea general en un modelo de simulación con software.. 1.3.2 Específicos . Realizar estudio de modelos de control de tráfico en ciudades cuyo problema de movilidad sea similar al de Bogotá, en ciudades cuya cultura latina se considere parecida, en países donde se haya presentado problemática de alto tráfico, y en países que posean sistemas de control de tráfico ejemplares.. . Identificar los parámetros y variables que pueden influir directamente en un desplazamiento de un origen a un destino.. . Plantear posibles alternativas que ayuden a mejorar el problema de tráfico vehicular en la ciudad de Bogotá, basado en soluciones ya implementadas en otras ciudades del mundo.. . Plasmar la idea en una simulación con software que permita visualizar los beneficios de contar con información clave a la hora de la toma de decisiones..

(26) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 8. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. 1.4. Estructura del proyecto. La primera parte comprende la descripción del proyecto (véase Capítulo 1), la recopilación general enfocada a la investigación en los que se fundamenta el modelo propuesto. La segunda parte muestra el estado del arte y la fundamentación teórica. La tercera parte del libro presenta la metodología con la que se desarrolló el proyecto. La cuarta parte del libro corresponde al análisis de la situación actual y las soluciones implementadas alrededor del mundo, en algunos países La quinta parte del libro hace presentación del modelo propuesto, y las alternativas de solución para algunas problemáticas. La sexta parte explica las pruebas de funcionamiento. Finalmente se presentan las conclusiones, recomendaciones y se proponen trabajos adicionales o futuros que se puedan desarrollar para complementar e implementar los modelos propuestos del proyecto. ..

(27) Capítulo 2. Estado del Arte:. 2 2.1. Marco teórico Algoritmos de Enrutamiento. Para comenzar a describir el algoritmo de enrutamiento utilizado en el desarrollo de la aplicación, es necesario explicar algunos conceptos básicos de enrutamiento y tipos de algoritmos de enrutamiento: 2.1.1 Conceptos básicos sobre enrutamiento Enrutamiento: mecanismo por medio del cual se selecciona una ruta para que un “mensaje” llegue de la fuente al destino. (1). .. Enrutamiento estático y enrutamiento dinámico: Básicamente en comunicaciones existen dos maneras de enrutar a otros hosts fuera del nodo local y estos son: utilizando enrutamiento estático o enrutamiento dinámico. Cada método tiene ventajas e inconvenientes, pero cuando una red crece finalmente el enrutamiento dinámico es la única manera factible de gestionar la red. Por este motivo se plantea la necesidad de utilizar protocolos de enrutamiento dinámico en vez de usar rutas estáticas en todos los nodos.. Hay que destacar que el uso de estos. protocolos será transparente al usuario final y será exclusivamente un tema para los gestores de nodos en caso que el nodo conecte a otros. Desde el punto de vista del cliente el enrutamiento será resuelto mediante la configuración DHCP automática cuando el cliente conecta al nodo..

(28) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 10. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Como no es obligatorio que un nodo conecta a otros, el uso de estos protocolos y el enrutamiento dinámico no es obligatorio. En algunos casos una ruta estática puede ser suficiente para realizar una conexión. Para realizar la conexión entre dos nodos se utilizan rangos de direcciones IP, este tema no se profundizará debido a que no será aplicado en el presente proyecto. Debido al gran número de redes que podrían existir dentro de cada grupo, el enrutamiento entre los distintos nodos será bastante complejo. Para resolver este problema será necesario utilizar un protocolo de enrutamiento dinámico de tipo IGP (Interior Gateway Protocols) como RIP (Routing Information Protocol) o OSPF (Open Shortest Path First), el último siendo un protocolo más complejo y sofisticado. Si la red de un grupo está compuesta de un número reducido de nodos se podría contemplar el uso de enrutamiento estático.. (1). El uso del enrutamiento dinámico evitará las modificaciones manuales y asegurará que la conexión a nuevos nodos sea inmediata en toda la red. Por este motivo se recomienda su uso cuando sea posible. Por los mismos motivos elaborados anteriormente con las direcciones IP de los clientes, el uso de las direcciones IP 172.16.0.0/12 utilizadas para interconectar los nodos dentro de un grupo wireless NO deben coincidir con direcciones IP utilizadas por otros grupos wireless. Si esto ocurriera no afectaría al enrutamiento entre las direcciones IP de los clientes, pero sí imposibilitaría la depuración de tráfico que se mueva de la red de un grupo a la red de otro, y por lo tanto no se recomienda en absoluto. 2.1.2 Algoritmos de Enrutamiento. . Enrutamiento = Tomar decisión de qué rutas seguir (entrenar tablas de enrutamiento).

(29) Capítulo 5. 11. . Reenvío = Acción que se toma al llegar un paquete. . El enrutador hace enrutamiento y reenvío.. . El algoritmo de enrutamiento debe ser capaz de manejar cambios de topología y tráfico en funcionamiento. . Necesitamos un punto medio entre eficiencia global y equidad hacia las conexiones individuales. . Podemos optimizar: (1) Retardo medio de los paquetes, (2) máximo de velocidad de la red, (3) nº de saltos, etc.. . Algoritmos no adaptativos = Enrutamiento Estático (Decisiones por adelantado al arrancar la red). . Algoritmos. adaptativos. (Decisiones. en. tiempo. real. mirando:. (1). Enrutadores adyacentes, (2) cambios de carga, (3) cambios de topología, (4) métrica usada para optimización) 2.1.2.1. Principio de Optimización. Ilustración 1- Figura 1 – subredes – fuente. (1). (a) Una subred. (b) El árbol sumidero para el enrutador B.

(30) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 12. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. . El árbol de descenso o sumidero es el conjunto de rutas óptimas para un nodo (no único). La métrica usada suele ser el nº de saltos.. . La meta de todos los algoritmos de enrutamiento es descubrir y utilizar los árboles sumideros de todos los enrutadores Si B está en la ruta óptima de A a C, entonces las rutas óptimas a A a B y de B a C forman la ruta óptima de A a C.. 2.1.2.2. . Enrutamiento por la ruta más corta (Algoritmo de Dijkstra). La idea es armar un grafo de la subred donde cada nodo representa un enrutador y cada arco del grafo una línea de comunicación (enlace).. . Elegimos rutas en función de la distancia más corta. . Métricas: Saltos, distancia física, retardo medio de encolamiento y transmisión, costo, etc. (1)..

(31) Capítulo 5. 13. Ilustración 2 - Figura 2 – Calculo ruta mas corta – fuente. (1). Los primeros cinco pasos del cálculo de la ruta más corta de A a D. Las flechas indican el nodo de trabajo 2.1.2.3. . Inundación (Flooding). Cada paquete de entrada se envía por cada una de las líneas de salida, excepto aquella por la que llegó.. . Genera infinitos duplicados. Soluciones: o Contador de saltos (inicio=tamaño de la subred) o Registro de los paquetes ya difundidos (nº sec.) o Inundación. selectiva.. Sólo. enviar por. las. líneas que. aproximadamente en la dirección correcta . Usos o Aplicaciones militares o Actualizaciones concurrentes de bases de datos o Redes inalámbricas. . Como métrica. Inundación siempre escoge la ruta más corta. van.

(32) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 14. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. 2.1.2.4. Enrutamiento por Vector de Distancia. . Los algoritmos estáticos no tienen en cuenta la carga actual de la red. . Los algoritmos dinámicos “enrutamiento por vector de distancia” (EVD) y “enrutamiento por estado del enlace” (EEE) son los más comunes. . El EVD se usó inicialmente en ARPANET y se conoce como Bellman-Ford. En Internet tb se usó con el nombre RIP.. . Cada enrutador mantiene una tabla que da la mejor distancia conocida a cada destino y las líneas que se pueden usar. Estas tablas se actualizan con inf de los vecinos (e.g. ping).. . Cada línea contiene: La línea preferida de salida hacia ese destino y una estimación del tiempo o distancia.. . Una vez cada T mseg cada enrutador envía a todos sus vecinos una lista de sus retardos estimados a cada destino.. . Imagine que una de esas tablas acaba de llegar al vecino X, siendo Xi la estimación de X respecto al tiempo que le toca llegar al enrutador i. Si el enrutador sabe que el retardo de X es de m mseg también sabe que puede llegar al enrutador i a través de X en (Xi + m) mseg.

(33) Capítulo 5. Ilustración 3- Figura 3 – Subred – entradas – fuente. 15. (1). (a) A subnet. (b) Input from A, I, H, K, and the new routing table for J.. Suponga que J ha medido el retardo de sus vecinos A, I, H y K en 8, 10, 12 y 6 mseg. El problema de la cuenta hasta infinito.

(34) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 16. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Ilustración 4 - Figura 4 – Subred – entradas - salidas– fuente. . (1). En la práctica aunque llega a la respuesta correcta, podría hacerlo lentamente . El EVD reacciona con rapidez a las buenas noticias y lentamente a las malas.. . En (a) vemos cómo evolucionan las tablas después de activar el nodo A.. . En (b) vemos cómo se produce el problema de la cuenta a infinito cuando A se apaga inesperadamente.. . El problema consiste en que cuando X indica a Y que tiene una ruta en algún lugar, Y no tiene forma de saber si él mismo está en la ruta.. 2.1.2.5. Enrutamiento por Estado del Enlace. (1). . E.g. OSPF de Internet. . Enrutamiento por Vector de Distancia se usó en ARPANET hasta 1979 y luego se reemplazó por el estado del enlace.. . Problemas del EVD: o La métrica no tenía en cuenta el ancho de banda del canal o El algoritmo tardaba en converger (cuenta a infinito).. . Cada enrutador debe: o Descubrir a sus vecinos y conocer sus direcciones de red o Medir el retardo o costo para cada uno de sus vecinos o Construir un paquete que indique todo lo que acaba de aprender o Enviar este paquete a todos los demás enrutadores o Calcular la ruta más corta a todos los demás enrutadores o Todos los retardos se miden experimentalmente y se distribuyen a cada enrutador..

(35) Capítulo 5. . 17. Luego puede usarse Dijkstra para encontrar la ruta más corta a los demás enrutadores.. Conocimiento de los Vecinos . Envía paquete HELLO a cada línea punto a punto.. . Los nombres de enrutadores deben ser globalmente únicos. . Cuando se conectan 2 o más enrutadores por una LAN podemos modelar la. LAN. como. Ilustración 5- Figura 5 – Subred –9 entradas– fuente. un. nodo.. (1). (a) Nueve enrutadores y una LAN. (b) Modelo de grafo de (a).. Medición del costo de la línea . Envía paquete ECHO y el receptor debe devolverlo inmediatamente. Se usa el tiempo medio de retardo de ida y vuelta.. . Podemos considerar la carga media de una línea en la métrica. Nos interesa usar líneas con igual ancho de banda y menor carga.. . Si usamos la carga en la métrica puede producir oscilaciones..

(36) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 18. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Ilustración 6- Figura 6 – Subred – oscilaciones– fuente. (1). (e.g. Oscilaciones) Subred en la que la zona Este y Oeste están conectadas por 2 únicas líneas. Construcción de los paquetes del estado del enlace . El paquete tiene: (1) identidad del emisor, (2) Nº de secuencia, (3) Edad, y (4) lista de vecinos.. . Podemos construir los paquetes periódicamente, cuando se caiga o se reactive una línea, o cuando se produzca un cambio en las propiedades de un vecino.. Ilustración 7- Figura 7 – Subred – paquetes de estado de enlace– fuente. (1). (a) Subred. (b) Paquetes de estado del enlace para esta subred. Distribución de los paquetes de estado del enlace.

(37) Capítulo 5. . 19. La distribución confiable supone evitar inconsistencias entre tablas mientras se distribuyen los paquetes de estado.. . Utilizamos inundación controlada con reconocimientos. . Cada paquete lleva un campo Edad que al llegar a “0” descarta el paquete en el enrutador actual.. . En la figura el paquete de estado del enlace de A llegó directamente, por lo que debe enviarse a C y F, y debe confirmarse la recepción a A, como muestran los bits de bandera.. El buffer de paquetes para el enrutador B de la figura anterior Ilustración 8- Figura 8 – Subred paquetes– fuente. 2.1.2.6. . Enrutamiento Jerárquico. (1). (1). Si la red crece mucho no será factible que cada enrutador tenga una entrada a cada uno de los otros enrutadores. Se necesita enrutamiento jerárquico por regiones (e.g. red telefónica).. . La ganancia de espacio de tabla supone longitudes de ruta mayores. Se ha demostrado que el aumento de la longitud media efectiva de la ruta causado por el enrutamiento jerárquico es tan pequeño que por lo general se puede considerar aceptable..

(38) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 20. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Ilustración 9- Figura 9 – Subred regiones– fuente. 2.1.2.7. (1). Enrutamiento por Difusión (Broadcast). Modos de implementarla: . Enviar un paquete para cada host (desperdicia ancho de banda y supone conocer todos los hosts destino).. . Inundación (genera demasiados paquetes y consume demasiado ancho de banda).. . Enrutamiento multidestino (lista de destinos en la cabecera). . Por árbol de expansión (copiar los paquetes por los nodos del árbol de expansión excepto por el que llego. Ahorra ancho de banda). . Reenvío por ruta invertida (Si el paquete llega por la línea normal [e.g. árbol de expansión] se envía por todas la salidas, sino, se descarta). Es eficiente, fácil de implementar, no requiere conocer los árboles de expansión.

(39) Capítulo 5. 21. Ilustración 10-Figura 10 – Subred arboles– fuente. (1). Reenvío por ruta invertida. (a) Subred. (b) Árbol sumidero. (c) Árbol construido mediante reenvío por ruta invertida 2.1.2.8. Enrutamiento por Multidifusión (Multicast). . Mensajes a grupos bien definidos de tamaño grande (multidifusión).. . Los enrutadores aprenden qué hosts pertenecen a los grupos. . Cada enrutador calcula un árbol de expansión que cubre a todos los demás enrutadores de la subred.. . Cuando un proceso envía un paquete de multidifusión a un grupo, el primer enrutador examina su árbol de expansión y lo recorta, eliminando todas las líneas que conduzcan a hosts que no sean miembros del grupo..

(40) 22. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Ilustración 11- Figura 11 – Subred tipos árboles– fuente (1). (a) Subred. (b) Árbol de expansión del enrutador del extremo izquierdo. (c) Árbol de multidifusión del grupo 1. (d) Árbol de multidifusión del grupo 2.. 2.2. OSPF. (2). 2.2.1 Introducción El protocolo Open Shortest Path First (OSPF) que se define en RFC 2328. es. un Protocolo de gateway interior que se usa para distribuir información de enrutamiento dentro de un sistema autónomo único. Este artículo analiza el funcionamiento de OSPF y la forma en que se puede usar para diseñar y construir las complejas redes de gran tamaño de hoy en día. (2).

(41) Capítulo 5. 23. 2.2.2 Antecedentes El protocolo OSPF se desarrolló a partir de una necesidad en la comunidad de Internet de introducir un Protocolo de gateway interior (IGP) no propietario y de alta funcionalidad para la familia de protocolos TCP/IP. La discusión sobre la creación de un IGP común interoperable para Internet comenzó en 1988 y no se formalizó hasta 1991. En aquel momento, el grupo de trabajo OSPF solicitó que OSPF se considerara un avance para el estándar de Internet de borrador. El protocolo OSPF se basa en tecnología de estado de enlace, la cual es una desviación del algoritmo basado en el vector Bellman-Ford que se usa en los protocolos tradicionales de enrutamiento de Internet, como por ejemplo, RIP. OSPF ha introducido conceptos nuevos, por ejemplo, la autenticación de actualizaciones de enrutamiento, máscaras de subred de longitud variable (VLSM), resumen de ruta, etc. En los siguientes capítulos, se tratará la terminología OSPF, el algoritmo y las ventajas y desventajas del protocolo en el diseño de las complejas redes de gran tamaño de hoy en día. (2). El OSPF, por otra parte, direcciona la mayoría de los problemas que se presentaron anteriormente: • Con OSPF, no hay limitación para el conteo de saltos. • El uso inteligente de VLSM es de gran utilidad a la hora de realizar la asignación de direcciones IP. • OSPF utiliza la multidifusión IP para enviar actualizaciones de estado de enlace. Esto garantiza un menor procesamiento en los routers que no están a la escucha de paquetes OSPF. Además, las actualizaciones sólo se envían en caso de cambios de enrutamiento y no de manera periódica. Esto garantiza un mejor uso del ancho de banda. • OSPF tiene mejor convergencia que RIP. Esto se debe a que los cambios en el enrutamiento se propagan de forma instantánea y no periódica..

(42) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 24. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. • OSPF permite un mejor balance de carga. • OSPF permite una definición lógica de redes en las que los routers se pueden dividir en áreas. De este modo, se limita la explosión de actualizaciones de estado de enlace en toda la red, además de proporcionar un mecanismo para agregar rutas y reducir la propagación innecesaria de información de subred. • OSPF permite la autenticación de enrutamiento a través de distintos métodos de autenticación de contraseñas. • OSPF permite la transferencia y el etiquetado de rutas externas inyectadas en un sistema autónomo. De este modo, se realiza un seguimiento de las rutas externas inyectadas por protocolos exteriores como BGP. Esto, por supuesto, llevaría a una mayor complejidad en la configuración y en la solución de problemas de las redes OSPF. Los administradores acostumbrados a la simplicidad de RIP se enfrentarán a algunos desafíos con la cantidad de información nueva que deben reconocer a fin de mantenerse actualizados con las redes OSPF. Además, esto generará una mayor sobrecarga en la asignación de memoria y utilización de la CPU. Es posible que sea necesario actualizar algunos de los routers que ejecutan RIP para administrar la sobrecarga que produce OSPF. (2) ¿Qué queremos decir con estados de enlace? OSPF es un protocolo de estado de enlace. Un enlace se puede considerar como una interfaz en el router. El estado del enlace ofrece una descripción de esa interfaz y de su relación con los routers vecinos. Una descripción de la interfaz incluiría, por ejemplo, la dirección IP de la interfaz, la máscara, el tipo de red a la que se conecta, los routers conectados a dicha red, etc. La agrupación de todos estos estados de enlace formaría una base de datos de estados de enlace. (2). 2.2.3 Algoritmo del estado de enlace OSPF usa un algoritmo de estado de enlace para generar y calcular el trayecto.

(43) Capítulo 5. 25. más corto a todos los destinos conocidos. El algoritmo en sí mismo es bastante complicado. A continuación se ofrece una forma simplificada de nivel muy elevado para analizar los diversos pasos del algoritmo: • Durante la inicialización, o bien cuando se produce algún cambio en la información de enrutamiento, un router generará un anuncio de estado de enlace. Este anuncio representará la agrupación de todos estos estados de enlace en dicho router. • Todos los routers intercambiarán estados de enlace mediante la inundación. Cada router que recibe una actualización de estado de enlace debe almacenar una copia de su base de datos de estados de enlace y luego propagar la actualización a otros routers. • Una vez que la base de datos de cada router está completa, el router calculará un árbol de trayecto más corto a todos los destinos. Para ello, el router utiliza el algoritmo Dijkstra. Los destinos, el costo asociado y el siguiente salto (next hop) para alcanzar dichos destinos formarán la tabla de IP Routing. • En caso de que no se produzcan cambios en la red OSPF, por ejemplo, el costo de un enlace o bien la adición o eliminación de una red, OSPF debería permanecer muy tranquilo. Los cambios que se produzcan se comunicarán a través de paquetes de estado de enlace y se volverá a calcular el algoritmo Dijkstra para encontrar el trayecto más corto. 2.2.4 Algoritmo del trayecto más corto El trayecto más corto se calcula con el algoritmo Dijkstra. El algoritmo coloca cada router en la raíz de un árbol y calcula el trayecto más corto a cada destino en función del costo acumulado requerido para alcanzar dicho destino. Cada router dispondrá de su propia vista de la topología, a pesar de que todos los routers crearán un árbol de trayecto más corto con la misma base de datos de estados de enlace. Las secciones siguientes indican que comprende la creación.

(44) 26. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. de un árbol de trayecto más corto. (2) 2.2.5 Costo de OSPF El costo (también llamado métrica) de una interfaz en OSPF es una indicación de la sobrecarga requerida para enviar paquetes a través de una interfaz específica. El costo de una interfaz es inversamente proporcional al ancho de banda de dicha interfaz. Un mayor ancho de banda indica un menor costo. El cruce de una línea serial de 56k implica una mayor sobrecarga (costo mayor) y más retrasos de tiempo que el cruce de una línea Ethernet de 10M. La fórmula que se usa para calcular el costo es: • costo = 10000 0000/banda de ancha en bps Por ejemplo, cruzar una línea Ethernet de 10M costará 10 EXP8/10 EXP7 = 10 y cruzar una línea T1 costará 10 EXP8/1544000 = 64. De forma predeterminada, el costo de una interfaz se calcula en función del ancho de banda; es posible forzar el costo de una interfaz con el comando de modo de subconfiguración de interfaz ip ospf cost <value>.. 2.2.6 Árbol de trayecto más corto Suponga que tenemos el siguiente diagrama de red con los costos de interfaz indicados. Para crear el árbol de trayecto más corto para RTA, se debe convertir a RTA en la raíz del árbol y se debe calcular el menor costo para cada destino. (2).

(45) Capítulo 5. Ilustración 12-Figura 12 – OSPF vista de la red RTA– fuente. 27. (2). Arriba se muestra la vista de la red tal como se ve desde RTA. Observe la dirección de las flechas al calcular el costo. Por ejemplo, el costo de la interfaz de RTB para la red 128.213.0.0 no es pertinente cuando se calcula el costo para 192.213.11.0. RTA puede llegar a 192.213.11.0 a través de RTB con un costo de 15 (10+5). RTA también puede llegar a 222.211.10.0 a través de RTC con un costo de 20 (10+10) o a través de RTB con un costo de 20 (10+5+5). En el caso de que existan trayectos de igual costo para el mismo destino, la implementación de Cisco de OSPF realizará un seguimiento de los siguientes seis saltos (next hop) al mismo destino. Después de que el router cree el árbol de trayecto más corto, comenzará a.

(46) 28. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. generar la tabla de enrutamiento según corresponda. Las redes conectadas directamente se alcanzarán por medio de una métrica (costo) 0 y otras redes se alcanzarán según el costo calculado en el árbol. 2.2.7 Routers de área y de borde Como se mencionó anteriormente, OSPF utiliza la inundación para intercambiar las actualizaciones de estado de enlace entre los routers. Cualquier cambio en la información de enrutamiento se distribuye en forma de inundación a todos los routers en la red. Las áreas se introducen para establecer un límite en la explosión de actualizaciones de estado de enlace. La inundación y el cálculo del algoritmo Dijkstra en un router están limitados a los cambios dentro de un área. Todos los routers dentro de un área disponen de exactamente la base de datos de estados de enlace. Los routers que corresponden a varias áreas y que conectan dichas áreas al área de estructura básica se denominan routers de borde de área (ABR). Por lo tanto, los ABR deben conservar información que describa las áreas de estructura básica y las otras áreas conectadas. (2). Ilustración 13- Figura 13 – OSPF vista interfaz– fuente. (2).

(47) Capítulo 5. 29. Un área es específica de la interfaz. Un router que tiene todas sus interfaces dentro de la misma área se denomina router interno (IR). Un router que tiene interfaces en varias áreas se denomina router de borde (ABR). Los routers que actúan como gateways (redistribución) entre los protocolos OSPF y otros protocolos de enrutamiento (IGRP, EIGRP, IS-IS, RIP, BGP, estático) u otras instancias del proceso de enrutamiento OSPF se denominan routers del límite del sistema autónomo (ASBR). Cualquier router puede ser un ABR o un ASBR. (2) 2.2.8 Paquetes de estado de enlace Existen diferentes tipos de paquetes de estado de enlace, que son los que generalmente se ven en una base de datos OSPF (Apéndice A). El siguiente diagrama muestra los diferentes tipos:.

(48) 30. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. Ilustración 14- Figura 14 – OSPF tipos de paquete– fuente (2). Como se mencionó anteriormente, los enlaces del router son una indicación del estado de las interfaces en un router que pertenece a un área determinada. Cada router generará un enlace de router para todas sus interfaces. Los enlaces de resumen se generan mediante routers ABR; es así como la información de alcance de la red se disemina en las diferentes áreas. Por lo general, toda la información se inyecta en la estructura básica (área 0) y ésta la pasará a otras áreas. Los ABR se ocupan también de propagar el alcance de ASBR. Así es como los routers saben la forma de llegar a rutas externas en otros AS. (2) Los enlaces de redes se generan mediante un router designado (DR) en un.

(49) Capítulo 5. 31. segmento (los DR serán tratados más adelante). Esta información es una indicación de todos los routers conectados a un segmento de acceso múltiple en particular como, por ejemplo, Ethernet, Token Ring y FDDI (también NBMA). Los enlaces externos indican redes fuera de AS. Estas redes se inyectan en OSPF mediante la redistribución. El ASBR está a cargo de inyectar estas rutas en un sistema autónomo. (2). 2.3. CONGESTION VEHICULAR (3). El uso popular y la definición según el diccionario La palabra “congestión” se utiliza frecuentemente en el contexto del tránsito vehicular, tanto por técnicos como por los ciudadanos en general. El diccionario de la Lengua Española (Real Academia Española, 2001) la define como “acción y efecto de congestionar o congestionarse”, en tanto que “congestionar” significa “obstruir o entorpecer el paso, la circulación o el movimiento de algo”, que en nuestro caso es el tránsito vehicular.. Habitualmente se entiende como la condición en que existen muchos vehículos circulando y cada uno de ellos avanza lenta e irregularmente. Estas definiciones son de carácter subjetivo y no conllevan una precisión suficiente.. (3). Explicación técnica(3) La causa fundamental de la congestión es la fricción entre los vehículos en el flujo de tránsito. Hasta un cierto nivel de tránsito, los vehículos pueden circular a una velocidad relativamente libre, determinada por los límites de velocidad, la frecuencia de las intersecciones, etc. Sin embargo, a volúmenes mayores, cada vehículo adicional estorba el desplazamiento de los demás,es decir, comienza el fenómeno de la congestión. Entonces, una posible definición objetiva sería: “La congestión es la condición que prevalece si la introducción de un vehículo en un.

(50) 32. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. flujo de tránsito aumenta el tiempo de circulación de los demás”. A medida que aumenta el tránsito, se reducen cada vez más fuertemente las velocidades de circulación. El gráfico 1 presenta, mediante la función t=f(q), el tiempo (t) necesario para transitar por una calle, a diferentes volúmenes de tránsito (q). (3). La otra curva, δ(qt)/δq=t+qf ’(q),se deriva de la anterior. La diferencia entre ambas curvas representa, para cualquier volumen de tránsito (q),el aumento del tiempo de viaje de los introducción del vehículo adicional. Puede observarse que las dos curvas coinciden hasta el nivel de tránsito Oq0; hasta allí, el cambio en el tiempo de viaje de todos los vehículos es simple mente el tiempo empleado por el que se incorpora, porque los demás pueden seguir circulando a la misma velocidad que antes. Por el contrario, de ahí en adelante, las dos funciones divergen, estando δ(qt)/δqpor arriba de t.Eso significa que cada vehículo que ingresa experimenta su propia demora, pero simultáneamente aumenta la demora de todos los demás que ya están circulando. En consecuencia, el usuario individual percibe sólo parte de la congestión que causa, recayendo el resto en los demás vehículos que forman parte del flujo de ese momento. En el lenguaje especializado se dice que los usuarios perciben los costos medios privados, pero no los costos marginales sociales..

(51) Capítulo 5. 33. Ilustración 15- Figura 15 – Volumen de tráfico– fuente (3). En estricto rigor, los usuarios tampoco tienen una acabada noción de los costos medios privados, puesto que, por ejemplo, pocos automovilistas tienen una idea clara de cuánto les cuesta realizar un viaje adicional, en términos de mantenimiento, desgaste de neumáticos, etc. Por otra parte, sí perciben los costos cargados por el gobierno particularmente el impuesto sobre los combustibles—, que son simples transferencias del automovilista al Estado, todo lo cual distorsiona su forma de tomar decisiones. (3).

(52) 34. DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. 3. Capítulo 3. Metodología Para llevar a cabo el objetivo del proyecto se hace necesario primero que toda analizar la problemática que se presenta tanto en nuestra ciudad como en diferentes ciudades alrededor del mundo, así como también que tipos de solución han dado a esta problemática, la revisión del estado del arte en las diferentes ciudades tanto las que han logrado mejoría, como las que tienen planes en desarrollo con la expectativa de ver materializados los resultados, posteriormente se formula y se implementó la metodología de solución del modelo propuesto para lo cual se estudia la teoría de tipos, técnicas, modelos, clases de enrutamiento para finalmente estudiar el protocolo de enrutamiento OSPF, para el objeto del presente trabajo se revisa a profundidad las principales características para asemejar la propuesta del modelo a estas características tomando las mejores prácticas para aplicar en el diseño del algoritmo de enrutamiento.. Con este método se propone un modelo prototipo como alternativa parcial de solución sobre el problema de trafico que se presenta en la ciudad, seleccionando variables a tener en cuenta que influyen directamente en el resultado de la toma de una decisión, orientado a valorar y colocar un peso a cada una de estas variables y a través de la propuesta formular la forma de determinar la mejor ruta en cuanto a costo, teniendo en cuenta la distancia, el estado, la velocidad promedio, capacidad, eventos.. Para lograr este objetivo se deben realizar varias pruebas y validar la solución encontrada con el propósito de conocer si la metodología desarrollada es adecuada y presenta resultados de buena calidad. El desarrollo metodológico está dividido en seis fases, las cuales describen el desarrollo del proyecto por medio de los subitems. A continuación se mostraran las fases y su subdivisión.. FASE I: Diagnostico del Problema Contexto del Problema. Determinar los Objetivos a alcanzar. FASE II: Identificación de un Modelo Matemático Definir una estrategia matemática para solución..

(53) Capítulo 5. 35. Definir Parámetros y Variables a tener en cuenta. Determinar la Función Objetivo. Determinar las restricciones. Determinar los algoritmos que faciliten la solución del problema.. FASE III: Obtención de una Solución a partir del Modelo Diseñar un algoritmo basado en protocolos de enrutamiento de redes de datos que solucione el problema en tiempos y costo utilizando un lenguaje de programación apropiado, de tal manera que se pueda desarrollar un protocolo que muestre su funcionalidad. FASE IV: Prueba del Modelo de solución. Adicionar diferentes restricciones al problema de enrutamiento de vehículos. Examinar de manera exhaustiva que todas restricciones del modelo se estén cumpliendo.. FASE V: Validación de la Metodología de Solución Proponer un análisis que muestre matemáticamente la mejora de la propuesta del modelo, donde se observe mejoría en los resultados del modelo versus la situación actual..

(54) DISEÑO DE MODELO DE ENRUTAMIENTO DE TRAFICO VEHICULAR BASADO EN BUENAS PRACTICAS DE OTRAS. 36. CIUDADES CON PROBLEMÁTICA DE TRAFICO SIMILAR. 4.. Capítulo 4. Análisis y Evaluación de la situación actual. 4.1 Situación Actual Actualmente para la toma de decisiones respecto a las rutas a tomar de un origen hasta un destino se depende de algunas herramientas, medios de comunicación, noticias en internet, reportes de estado de tráfico, y algunas herramientas que se consultan por el plan de datos como es el waze, de todas estas casi que se puede decir que la única oportuna podría ser el waze, oportuna pero no formal, se considera que trabaja casi en línea, pero se desconoce la confiabilidad de la información allí contenida, ya que las personas que almacenan puede que no lo realicen con la formalidad y seriedad que corresponde, entonces tomamos rutas que conocemos basado en nuestra experiencia diaria, y salimos a experimentar, en caso de encontrar situaciones inesperadas que afectan la fluidez, simplemente tenemos dos opciones, tomar ruta alterna o continuar en la misma en caso de ya haber quedado encerrados. Ocasionalmente la noticia de algún accidente, obra, o situación particular, llega oportuna, pero es muy ocasional, por medios de comunicación normalmente no dan este tipo de noticias en línea ni continuamente, y no es común buscar en las páginas de internet la condición de determinada vía antes de tomarla. Siendo así solo salimos a la deriva a experimentar y ver cómo nos va.. Si tuviéramos. más herramientas que suministraran información oportuna y confiable para tomar decisiones más acertadas, sería de gran valor, igualmente si una herramienta me suministra información de rutas alternas, confiables y basadas en información actualizada. Por otro lado poder llegar a definir un plan de gestión de movilidad integral para la ciudad es necesario para mejorar, cada día que pasa, la congestión aumenta, al igual que los tiempos de desplazamiento, por lo que se hace muy necesario rápidamente tomar el.

(55) Capítulo 5. 37. control y dedicar tiempo para plantear propuestas de soluciones, en la secretaría de movilidad se puede consultar el plan maestro de movilidad para Bogotá, pero al revisarlo y compararlo con planes de desarrollo de otras ciudades se evidencia que podemos incluir más propuestas, que complementarían y darían una solución más integral.. Para llegar al nivel de ciudades avanzadas, nos falta dedicación, esfuerzo, cambio de cultura, mejora en medios masivos y otras,. algunas ciudades de Europa se han. concentrado en mejorar la infraestructura, vías, normas y seguridad para medios de transporte alternos no motorizados. Lo cual motiva al uso disciplinado de la bicicleta, los patines, y otros. Esta estrategia la combinan con reducción de espacios para parquear, altos costos en el parqueo y estricto cumplimiento de normas, lo cual logra resultados efectivos. Estas estrategias por ejemplo son aplicadas en varias ciudades de Holanda.. La información recopilada sobre el estado actual de nuestra problemática y las diferentes soluciones dadas en otras ciudades alrededor del mundo, nos muestran entonces una serie de propuestas que aplicarían en nuestra ciudad como alternativas de solución, lo que se concluye es que la solución a la problemática del tráfico en una ciudad, sea esta o cualquier otra, no está dada por un plan que trabaje sobre una de las propuestas, realmente la solución debe ser integral y a largo plazo, varios años, continuidad en la ejecución de planes entre gobierno y gobierno, la propuesta del algoritmo de ruta óptima es solo una parte que mitiga un poco la parte de la falta de información y propone ruta basada en del estado de los parámetros y variables.. 4.2 Soluciones implementadas alrededor del mundo Se recopilan y organizan las siguientes propuestas que aplican en nuestra ciudad y que han dado resultado en otras ciudades,.