DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PILOTO PARA
SISTEMA IoT DE CICLOPARQUEADERO INTELIGENTE,
BASADO EN LOS SISTEMAS INTELIGENTES DE
TRANSPORTE Y SU IMPLICACIÓN NORMATIVA DENTRO
DE UNA CIUDAD INTELIGENTE EN COLOMBIA.
Trabajo de Grado
Ing. DAVID NORBERTO ANGULO ESGUERRA
Director:
Angela Tatiana Zona Ortiz, PhD
Codirector:
Felipe Díaz Sánchez, PhD
UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS
FACULTAD DE INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES MAESTRÍA EN TELECOMUNICACIONES Y REGULACIÓN TIC
Nota de aceptación: ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________
___________________________________ Firma del presidente del jurado
___________________________________ Firma de jurado
Texto de la Dedicatoria
i
AGRADECIMIENTOS
ii
TABLA CONTENIDO
TABLA CONTENIDO --- ii
ACRÓNIMOS --- iv
INTRODUCCIÓN --- 10
1 MARCO GENERAL DEL PROYECTO --- 12
1.1 OBJETIVOS --- 12
1.2 ALCANCE --- 12
1.3 METODOLOGIA --- 13
2 FUNDAMENTOS SOBRE EL INTERNET DE LAS COSAS --- 15
2.1 RECOMENDACIONES Y ESTÁNDARES IoT --- 19
2.2 ARQUITECTURA IoT GENERAL --- 20
2.2.1 IoT Endpoints Layer. --- 21
2.2.2 IoT Edge Plataform Layer. --- 22
2.2.3 IoT Platform Layer. --- 22
2.2.4 Entreprise Applications Layer. --- 23
2.3 RETOS Y DESAFÍOS IoT. --- 23
2.4 INTERNET DE LAS COSAS HABILITANDO CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES --- 24
3 CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES --- 27
3.1 MARCO DE REFERENCIA PARA UNA CIUDAD INTELIGENTE SOSTENIBLE --- 27
3.2 INDICADORES DE UNA CIUDAD INTELIGENTE SOSTENIBLE --- 30
3.2.1 Indicadores de Ciudad Inteligente Sostenible sector Transporte. --- 31
3.3 NORMATIVIDAD SSC COLOMBIANA --- 33
3.3.1 Departamento Nacional de Planeación --- 33
3.3.2 Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones --- 33
4 SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE --- 34
4.1 SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE DESDE LA VISIÓN DE LA UNIÓN INTERNACIONAL DE TELECOMUNUNICACIONES --- 34
4.1.1 Sistemas Avanzados de Control de Vehículo --- 35
4.1.2 Sistemas Avanzados de Gestión de Tráfico --- 38
4.1.3 Sistemas Avanzados en Información al Viajero --- 40
iii
4.1.5 Sistemas Avanzados de Gestión de Flota --- 44
4.1.6 Sistemas de Gestión en Situaciones de Emergencia --- 46
4.1.7 Servicios de Pagos Electrónicos --- 47
4.1.8 Sistemas de Apoyo a Peatones --- 49
4.2 NORMATIVIDAD ITS COLOMBIANA --- 50
4.2.1 Departamento Nacional de Planeación --- 50
4.2.2 Ministerio de Transporte --- 51
4.2.3 Secretaría Distrital de Movilidad --- 52
5 RELACIÓN ENTRE SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE Y CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES CON LA NORMATIVDAD COLOMBIANA SOBRE EL TEMA --- 53
5.1 APLICACIONES IoT Y SU RELACIÓN CON LOS SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE Y LAS CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES. --- 53
5.2 PROPUESTA DE MARCO DE REFERENCIA PARA LOS SERVICIOS DE TRANSPORTE EN UNA SSC EN COLOMBIA --- 59
6 DISEÑO DE SISTEMA IoT DE CICLOPARQUEADEROS INTELIGENTES --- 62
6.1 DISEÑO DE UN SISTEMA IOT DE CICLOPARQUEADERO INTELIGENTE --- 66
6.2 PROPUESTA DE MARCO DE REFERENCIA PARA CICLOPARQUEAERO INTELIGENTE EN UNA SSC EN COLOMBIA --- 67
7 DISEÑO DEL SISTEMA DE DISPONIBILIDAD --- 70
8 IMPLEMENTACIÓN DE PILOTO PARA EL SISTEMA DE DISPONIBILIDAD --- 74
8.1 ESTADÍSTICAS DE USO DEL PILOTO DEL SISTEMA DE DISPONIBILIDAD --- 84
9 CONCLUSIONES --- 87
9.1 TRABAJOS FUTUROS --- 89
9.2 PRODUCTOS GENERADOS --- 89
10 REFERENCIAS BiBLIOGRÁFICAS --- 91
LISTA DE FIGURAS --- 99
LISTA DE TABLAS --- 101
LISTA DE ANEXOS --- 102
iv
ACRÓNIMOS
6LoWPAN: del inglés, IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks. ANI: Agencia Nacional de Infraestructura.
ANSI: del inglés,American National Standard Institute. ATT: del inglés, Advanced Transport Telematics. AWS: del inglés, Amazon Web Services.
BTS: del inglés, Bus Transmitter Segment. BSS: del inglés, Bike Sharing Systems. CAD: del inglés, Computer-aided Design.
CALM: del inglés, Communications Access for Land Mobile. CC: del inglés, Cloud Computing.
CGT: Centro de gestión de Tráfico.
CICOTT: Centro Inteligente de Control de Tránsito y Transporte.
Ciki: del inglés,The International Congress of Knowledge and Innovation.
CMNUCC: Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático. CNR: del inglés,National Research Council of Italy.
COLCOM: del inglés,Colombian Conference on Communications and Computing. CONPES: Consejo Nacional de Política Económica y Social.
v DITRA: Dirección de Tránsito y Transporte. DNP: Departamento Nacional de Planeación. DSNS: del inglés, Domain Sensor Name Server. EERA: del inglés,European Energy Research Alliance. EIA: del inglés, Electronic Industries Association.
EIP-SSC: del inglés,European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities. EPC: del inglés, Electronic Product Code.
ERI: del inglés, Electronic Registration Identification.
ETSI: del inglés, European Telecommunications Standards Institue. FG-SSC: del inglés, Focus Group Smart Sustainable Cities.
GNSS: del inglés, Global Navigation Satellite System. GPRS: del inglés, General Packet Radio Service.
GPS: del inglés, Global Positioning System Satellite System. GSM: del inglés, Global System for Mobile Communications.
HC-SDMA: del inglés, High Capacity Spatial Division Multiple Access. HPE: del inglés,Hewelt Packart Enterprise.
HTTPS: del inglés, Hypertext Transfer Protocol Secure.
ICCAD: del inglés,International Conference on Computer-Aided Design. IEEE: del inglés, Institute of Electrical and Electronics Engineers.
vi
IP / REV: Interoperabilidad de Peajes con Recaudo Electrónico Vehicular. IoE: del inglés, Internet of Everything.
IoT: del inglés, Internet of things.
ITS: del inglés, Intelligent Transport Systems.
ITSI: del inglés, Institute on Information Science and Technologies. ITU: del inglés, International Telecommunications Union.
ITU-R: del inglés, Internacional Telecommunications Union – Radiocommunications. ITU-T: del inglés, Internacional Telecommunications Union – Standardization of Telecommunications.
ISO: del inglés, International Organization for Standardization. IP: del inglés, Internet Protocol.
IPsec: del inglés, Internet Protocol Security. IPv4: del inglés, Internet Protocol version 4. IPv6: del inglés, Internet Protocol version 6. KPIs: del inglés, Key Performance Indicators. LCD: del inglés, Liquid Crystal Display.
LKAS: del inglés, Lane Keeping Assistance System. LRMs: del inglés, Location Referencing Methods. M2M: del inglés, Machine to Machine.
MBN: del inglés, Mobile Propagation Node.
vii NFC: del inglés, Near Field Communication.
NIST: del inglés, National Institute Standards and Technology. NUSE: Número Único de Seguridad y emergencias 123. OBE: del inglés, On-Board Equipment.
OBU: del inglés, On-Board Unit.
ONS: del inglés, Object Naming Service. ONU: Organización de las Naciones Unidas. OSI: del inglés, Open System Intercosection. PCB: del inglés,Printed Circuit Board. PND: Plan Nacional de Desarrollo. POL: del inglés, Petrol Oil and Lubricate.
RDS-TMC: del inglés, Radio Data System – Traffic Message Channel. RENAT: Registro Nacional de Accidentes de Tránsito.
REST: del inglés,Representational State Transfer. RFID: del inglés, Radio Frequency Identification.
RNDC: Registro Nacional de Despachos de Carga por Carretera. RSE: del inglés, Road Side Equipment.
RSU: del inglés, Road Side Unit.
viii SC: del inglés, Smart City.
SG: del inglés, Smart Grid.
SMS: del inglés, Short Message Service.
SIMPLE: del inglés, Railway Satefy and Infrastructure for Mobility Applied at Level Crossings.
SINITT: Sistema Inteligente Nacional para la Infraestructura, el tránsito y el Transporte. SCN: del inglés, Smart Camera Network.
SFTP: del inglés, Secure File Transfer Program.
SIGAAE: Sistemas Inteligentes para la Infraestructura, el Tránsito y el Transporte. SIGD: Subsistema de Gestión de Disputas
SIGT: Subsistema de Gestión de Transacciones de Recaudo Electrónico Vehicular. SMEs: del inglés,Small and Medium-Sized Enterprises.
SNMP: del inglés, Simple Network Managment Protocol. SSC: del inglés, Smart Sustainable Cities.
SSH: del inglés, Secure SHell.
TIA: del inglés, Telecommunications Industry Association. TIC: Tecnologías de la Información y de Comunicaciones. TLS: del inglés, Transport Layer Security.
TPEG: del inglés, Transport Protocol Expert Group. TSS: del inglés, Test Suite Structure.
ix
U4SSC: del inglés,United 4 Smart Sustainable Cities. UBN: del inglés, Urban Bus Navigator.
UIS: Universidad Industrial de Santander.
UNECE: Comisión Económica Europea de las Naciones Unidas. UMTS: del inglés, Universal Mobile Telecommunications System. UTE: del inglés,Ubiquitous Transportation Environment.
V2V del inglés, Vehicle to vehicle. V2I: del inglés, Vehicle to Infrastructure. VPN: del inglés, Virtual Private Network.
WAVE: del inglés, Wireless Access for Vehicular Environments. WIFI: del inglés, Wireless Fidelity.
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INTRODUCCIÓN
Una de las grandes preocupaciones a nivel mundial son los efectos negativos del cambio climático. Dentro de las iniciativas para afrontarlo, la ONU (Organización de las Naciones Unidas) celebró la CMNUCC (Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático) en París, el pasado 12 de Diciembre de 2015. Como resultado de dicha convención, Colombia como país miembro se comprometió a reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero en un 20% para 2030, teniendo como referencia las emisiones del año 2010 [1]. En particular, Bogotá tiene uno de los índices de monóxido de carbono más altos del país, debido entre otros factores a la alta tasa de movilidad vehicular. Con el fin de reducir la contaminación debida a la movilidad vehicular se ha propuesto el uso de medios alternativos de transporte no contaminantes, uno de los más destacados es la bicicleta. Bogotá se ha diferenciado entre otras ciudades de Latinoamérica por el uso de la bicicleta como medio alternativo de transporte [2]. Debido a los 113 Km de ciclovía disponibles los días feriados y una red de ciclo rutas con una extensión total de 376 Km [2], distribuidas a lo largo de la ciudad.
El uso de la bicicleta permite disminuir la emisión de gases de efecto invernadero y contribuye a las metas propuestas por el país en el CMNUCC. Sin embargo, el uso de la bicicleta presenta inconvenientes para la ciudadanía, entre ellos la seguridad en los cicloparqueaderos. A pesar de la amplia infraestructura que posee la ciudad de Bogotá, para incentivar el uso de la bicicleta, los usuarios tienen que enfrentar múltiples retos en relación con temáticas de seguridad, disponibilidad de sitios de parqueo e interconexión con otros medios de transporte. De esta forma, algunos ciudadanos prefieren movilizarse en vehículos de combustión. Específicamente en el caso de la disponibilidad de sitios de parqueo, los usuarios no experimentan un ambiente de seguridad y el hurto de bicicletas es muy frecuente en la ciudad, con 5,25 casos diarios reportados para el año 2016 [3].
11
Telecommunications Union) para las SSC (del inglés, Smart Sustainable Cities) y para los ITS (del inglés, Intelligent Transport Systems). Adicionalmente, la propuesta desistema IoT de cicloparqueadero inteligente, se enmarca dentro del PND (Plan Nacional de Desarrollo) vigente, al igual que, dentro del marco normativo y regulatorio colombiano para los ITS. Se presenta el diseño de un sistema IoT de cicloparqueadero inteligente, que facilite la movilidad en bicicleta dentro de la ciudad. El sistema IoT consta de un sistema de disponibilidad, un sistema de monitoreo ambiental y un sistema de control de acceso. El alcance del presente trabajo de grado contempla la implementación del sistema de disponibilidad, realizando un piloto para nueve espacios de parqueo en el cicloparqueadero de la sede principal de la universidad Santo Tomás, que permite la visualización de los espacios de parqueo disponibles a través de una página web.
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1 MARCO GENERAL DEL PROYECTO
En el presente capítulo se presenta de forma general el proyecto “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PILOTO PARA SISTEMA IoT DE CICLOPARQUEADERO INTELIGENTE, BASADO EN LOS SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE Y SU IMPLICACIÓN NORMATIVA DENTRO DE UNA CIUDAD INTELIGENTE EN COLOMBIA”, abordando el objetivo general, los objetivos específicos, el alcance y la metodología, del mismo.
1.1 OBJETIVOS
Diseñar un sistema IoT de cicloparqueadero inteligente e implementar un piloto del sistema de disponibilidad en la sede principal de la universidad Santo Tomás, articulados con la normativa colombiana y las recomendaciones de la ITU para los ITS y las SSC.
• Relacionar los ITS y las SSC, según las recomendaciones y el marco de referencia definido por la ITU, con el marco normativo colombiano sobre el tema.
• Diseñar un sistema de control de presencia desarrollado con dispositivos de sensado y protocolos para la comunicación serial, funcional para la transmisión de disponibilidad de los espacios de parqueo.
• Diseñar una comunicación entre gateway Intel Edison y el repositorio bucket, que transmita los datos sensados por el sistema de control de presencia al repositorio, de forma inalámbrica.
• Implementar un piloto del sistema de disponibilidad para nueve espacios de parqueo en el cicloparqueadero de la sede principal de la universidad Santo Tomás, utilizando servicios de computación en la nube y tecnologías IoT.
1.2 ALCANCE
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Implementación de piloto para el sistema de disponibilidad en la sede principal de la universidad Santo Tomás, que permita el monitoreo de nueve espacios de parqueo y que sea escalable para un total de ciento veintisiete espacios de parqueo. El sistema de disponibilidad consta de un sistema de control de presencia, un método comunicación inalámbrico entre gateway Intel Edison - repositorio bucket y una página web.
1.3 METODOLOGIA
En la Figura 1, se describe la metodología a utilizar para el desarrollo del proyecto, la cual se compone de tres fases de investigación (Fase I, Fase II, Fase III), una fase intermedia propositiva para el sistema IoT de cicloparqueadero inteligente (Fase IV) y finalmente, una fase de implementación del sistema de disponibilidad.
Figura 1. Metodología del proyecto. Fuente: Propia
La Fase I, comprende la descripción de la tecnología IoT articulando recomendaciones y estándares internacionales y una arquitectura general. Igulamente la Fase I comprende la revisión de las recomendaciones emitidas por la ITU, respecto a los ITS y las SSC. De esta forma, se contextualiza el proyecto sobre las tendencias tecnológicas actuales.
14
La Fase III, comprende la creación de una propuesta de marco de referencia para los servicios del sector transporte en una SSC en Colombia, que involucra los principales sistemas y actores contemplados en la descripción de la normatividad de la Fase II.
La Fase IV, articula las demás fases investigativas, sobre una propuesta de sistema IoT de cicloparqueadero inteligente, que se encuentra alineada con la normatividad de los ITS y SSC colombiana y con las recomendaciones de las ITU descritas en la Fase I.
15
2 FUNDAMENTOS SOBRE EL INTERNET DE LAS COSAS
IoT se interpreta como una nueva tendencia tecnológica que interconecta millones de dispositivos, objetos y personas en múltiples plataformas, conformando una infraestructura multiprotocolo. Además, cada elemento conectado se dota de una inteligencia, con el fin de, monitorear, controlar y reportar actividades a una plataforma centralizada. En los sistemas IoT según los datos reportados, los objetos pueden tener la capacidad de tomar decisiones, automatizando procesos que habitualmente eran manuales y exigían la presencia de un individuo.
Para que los sistemas IoT sean posibles en la actualidad, se presentaron dos hitos en particular. Técnicamente, surgieron tecnologías como IPv6 (del inglés, Internet Protocol version 6) y WSN (del inglés, Wireless Sensor Network), además de la masificación de las redes convergentes. Por otra parte, comercialmente los precios de dispositivos, sensores y en general de los equipos de cómputo, en conjunto con los servicios CC, se redujeron sustancialmente debido al ingreso de nuevos oferentes al mercado, entre otros factores. Debido a que los sistemas IoT, se componen de un gran número de dispositivos que interactuan en la capa de red del modelo de referencia ISO (del inglés, International Organization for Standardization) / OSI (del inglés, Open System Intercosection), y demandan una dirección IP (del inglés, Internet Protocol) para su funcionamiento. IPv6 se creó como una necesidad de identificación para aquellos dispositivos conectados a un sistema IoT. No fue suficiente con el direccionamiento IPv4 (del inglés, Internet Protocol version 4) que llega a conectar hasta 4000 millones de dispositivos, fue necesario, expandir el número de direcciones a 340 sextillones abarcando todos los dispositivos y objetos conectados a la red, mediante un nuevo protocolo conocido como IPv6 [4].
16
mediante un software especializado [5]. Así, es posible definir IoT como la evolución de las redes WSN.
En la actualidad no existe una visión homogénea para los sistemas IoT, cada proveedor de servicios, fabricante de dispositivos e incluso entidades normalizadoras del mercado TIC, han creado su propia visión.
En la industría de telecomunicaciones, empresas como CISCO han definido IoT como un sistema habilitador para las plataformas basadas en IoE (del inglés, Internet of Everything), que son ecosistemas tecnológicos donde la interacción con las personas es vital. Además, CISCO menciona los sistemas IoT como herramientas generadoras de valor para las empresas, incrementando al 50 porciento la automatización de los procesos manuales [6]. Por otra parte, Microsoft crea su visión diferenciando los sistemas IoT del sector industrial al sector público. Para empresas, compañias y la industría en general, Microsoft define el IoT como herramientas que posibilitan la optimización de su cadena productiva, además de facilitar el acceso de datos que alimentan la gestión multidisicplinar empresarial. Mientras que, las entidades del sector público pueden obtener beneficios al implementar sistemas IoT, que se basan en el monitoreo del estado de la infraestructura multinodo [7].
Para HPE (del inglés, Hewelt Packart Enterprise), el concepto de IoT surge a partir de la tecnología M2M (del inglés, Machine to Machine), y su funcionalidad básica es generar utilidades económicas a partir del uso de los datos, que son procesados en plataformas CC, con el fin de, impulsar la generación de nuevos productos y servicios [8].
En un ámbito académico, según el departamento de electricidad e ingeniería computacional de la universidad británica de columbia, IoT es la convergencia de una gran cantidad de tecnologías, que posee componentes ilimitados para dotar de inteligencia a un objeto o sistema, cumpliendo algunas condiciones menores de conectividad [9].
17
Las aplicaciones IoT se han diversificado y crecen diariamente, además han encontrado nuevos sectores de innovación (e.g. transporte, seguridad, energías, salud, agro, medioambiente, contrucción, manufactura, entre otros). Según Juan Manuel Cueva se proyecta que para el 2020 existirán 25.000 objetos inteligentes conectados entre sí por medio de internet [4].
En el sector transporte, Marcus Handte diseñó un sistema IoT para el sistema de buses de transporte público en la ciudad de Madrid en España, denominado UBN (del inglés, Urban Bus Navigator). UBN utiliza un sistema IoT compuesto por una aplicación para teléfonos inteligentes y un sistema de monitoreo ubicado en los buses que componen el sistema de buses urbanos en la ciudad de Madrid. La aplicación permite dar información a los usuarios acerca de la cantidad de pasajeros en un bus determinado, los usuarios tienen una experiencia de navegación continua informandose sobre la ubicación exacta del bus. Además, la aplicación también otorga recomendaciones de ruta según el desplazamiento programado, combinando horarios, el estado del tráfico y las rutas disponibles para el usuario. El sistema IoT para UBN presentó una tasa de error de 0,16 % desde 1 a 13 pasajeros y 0,06 de 14 pasajeros en adelante [11].
En temáticas de energía, las SG (del inglés, Smart Grid) se han consolidado como la aplicación del IoT en energías renovables de desarrollo común. Por esta razón, la UIS (Universidad Industrial de Santander) en el 2015, diseño una SG de aplicación residencial que consiste en el uso de paneles solares ubicados en el techo de las casas, con el fin de, reducir el consumo energético en un ámbito doméstico en la ciudad de Bogotá. En las simulaciones realizadas se comprobó una disminución del precio de la factura mensual, a causa de no utilizar la red comercial cuando excedia los niveles de demanda permitidos por la empresa distribuidora. El sistema permite enviar alertas a los usuarios de un sector residencial para que conmuten de la red comercial a su propia red de paneles solares, cuando el precio del KW/h se encuentra en picos de consumo, así mismo, los usuarios pueden distribuir energía a casas cercanas, con lineas de distribución pasivas, ya que en la actualidad no existe regulación colombiana sobre distribución de energía con líneas pasivas [12].
18
ambientales del aire en sitios de alta contaminación, mediante la implementación de sensores de alta calibración. La arquitectura del sistema se divide en cuatro capas, iniciando en la percepción del aire, la transmisión de datos, la evaluación de la polución del aire y por úlitmo, la creación de pronósticos. De esta forma, basado en la calidad del aíre detectado, el sistema realiza pronósticos de polución para minimizar las emergencias producidas por la contaminación del aire, alertando a las personas que frecuentan los sitios objeto de sensado [13].
En torno a la seguridad, en la escuela de ciencias de la información y de tecnologías de la universidad de Beijing, en China, se desarrolló un sistema basado en el monitoreo de salud estructural, con tecnologías IoT. El sistema filtra las vibraciones reales de una estructura y envía alertas a las personas cuando las vibraciones son externas y superan las magnitudes permitidas, que en ocasiones no son percibidas por las personas. De esta manera, es posible reducir los tiempos de evacuación, minimizando las posibles victimas por la colisión de la estructura. Adicionalmente, se contempla para una siguiente fase, orientar a las personas que se encuentren evacuando el edificio por medio de una aplicación instalada en sus teléfonos personales [14].
Dado que todos los sectores industriales han visto permeado sus modelos de negocación en los sistemas IoT, las entidades internacionales de normalización han generado un marco de referencia para el uso, el desarrollo y la implementación de sistemas IoT. De esta forma, se pretende fomentar el uso de las tecnologías IoT como herramientas de análisis y de valor agregado, de forma rápida.
19 2.1 RECOMENDACIONES Y ESTÁNDARES IOT
IEEE aún no tiene un estándar único para IoT, sin embargo es posible identificar el concepto adoptado, desde “IoT como una red de elementos, donde cada uno contiene un sensor, que se conecta a internet”. En la actualidad IEEE, trabaja en el borrador definitivo del estándar P2413, donde se definirá el marco de referencia para la arquitectura de los sistemas IoT así como los principales conceptos y definiciones. En el borrador previo entregado en Abril de 2017, se describió la arquitectura IoT en tres capas (i.e. Applications Layer, Networking and Data Communications Layer y Sensing Layer), donde intervienen los principales actores estratégicos que componen un mercado IoT (e.g. Hospitals and Doctors, Insurance Companies, Appliances Providers, Facility Managment, Retail Stores, Applications Developers, Utilities, Automation Equipment Providers, Manufacturing Industries, City Authorities, Public Transport Companies, Logistics Companies, Regulators, ICT Infrastructure Providers, Consumers, Consumer Equipment Provider) [15].
La ETSI es una organización orientada a la estandarización del sector TIC para el continente europeo, en torno a los sistemas IoT, en el estándar GR IP6 008 se definen las SC (del inglés, Smart City), Smart Building y Smart Manufacturing, como los sectores a los cuales IoT ha automatizado grandes procesos de larga duración [16].
Por otra parte, la NIST utiliza el término CPS (del inglés, Cyber-Physical Systems), homogéneo a IoT, para definirlo como una de las tecnologías que ofrecen conectividad de muchos objetos para mejorar la eficiencia en la operación de sistemas convencionales, generando una mejor calidad de vida. Además, los CPS permiten generar control y obtener retroalimentación en los sistemas industriales, así es posible generar evaluaciones de rendimiento y de ser necesario realizar mantenimientos preventivos sobre los componentes del sistema [17].
20
genera nuevos servicios para la sociedad y no únicamente para las empresas del sector tecnológico, utilizando la conectividad de un objeto desde cualquier ubicación y con disponibilidad continua de conexión.
2.2 ARQUITECTURA IoT GENERAL
En la Figura 2, se observa la arquitectura IoT que propone Gartner, contemplando todos los componentes que interactuan en una solución compleja. Sin embargo, cabe aclarar que no todos los componentes de la arquitectura son necesarios, dependen de la aplicación IoT a desarrollar.
De manera general, la arquitectura IoT cuenta con 4 capas conectadas entre sí jerarquicamente (i. e. IoT Endpoints, IoT Edge Platform, IoT Platform Hub y Entreprise Applications), iniciando en los componentes físicos y terminando en los modelos de negocio y toma de decisiones. En la arquitectura se contemplan equipos de seguridad e interconexión, los datos se obtienen de la primera capa, mientras que, el control es suministrado desde las capas superiores a las inferiores.
21
Figura 2. Arquitectura IoT.
Fuente: Use the IoT Platform Reference Model to Plan Your IoT Business Solutions, Gartner.
A continuación, se describe detalladamente cada una de las capas que compone la arquitectura IoT, propuesta por Gartner.
2.2.1 IoT Endpoints Layer.
Los objetos se encargan de detectar, monitorear, sensar y capturar eventos, propabilidades, niveles, desfases y actividades, para convertirlas en datos y transmisitirlas a un gateway ubicado en la capa IoT Edge Platform Layer. La transmisión de los datos puede realizarse por medios alámbricos o inalámbricos, generalmente por medios inalámbricos y algunos de estos objetos tienen la capacidad de recibir tareas desde las capas superiores de forma virtual, es decir, sin la presencia de un humano.
22 2.2.2 IoT Edge Plataform Layer.
Los dispositivos de mayor uso para inteconectar los objetos inteligentes con las plataformas CC, se caracterizan por transportar y direccionar los datos sensados a las capas encargadas de realizar procesamiento y almacenamiento de los mismos. Un nodo gateway puede tener a su cargo, la recepción de los datos de muchos dispositivos de la capa 1 (IoT Endpoints Layer), dependiendo de la topología de red utilizada, de la capacidad de procesamiento, memoria física que posea y del tamaño de la trama enviada por cada dispositivo.
Los dispositivos ubicados en la capa dos poseen algoritmos de multiplexación, para aumentar el número de dispositivos monitoreados. Para el caso de las etiquetas RFID, se utilizan lectores de radiofrecuencia, sin embargo, existen otras tecnologías de comunicación inalámbrica a cortas distancias, (e.g. Wifi (del inglés, Wireless Fidelity), bluetooth, NFC (del inglés, Near Field Communication)).
Las interfaces de comunicación inalámbricas o alámbricas, son usadas para la recepción de datos y el envío de dichos datos a la capa 3 (IoT Platfrom).
2.2.3 IoT Platform Layer.
Las plataformas CC comerciales de mayor uso son Microsoft Azure, AWS (del inglés, Amazon Web Services), IBM Hadoop, Ubidots, entre otras, son utilizadas como herramientas de ayuda, para visualizar y analizar gran cantidad de datos y además, permitir la configuración de alarmas, alertas y notificaciones. En la plataforma convergen gran cantidad de actores estratégicos que acceden a los datos con base en su perfil, es decir, que el administrador puede configurar perfiles de usuario asociados a permisos de escritura y lectura sobre los datos alojados en la plataforma.
23 2.2.4 Entreprise Applications Layer.
Aunque en la capa de toma de decisiones no existe interacción directa con las capas de recolección y procesamiento de los datos, es allí donde se ejecutan las directrices para el funcionamiento del sistema. Por otra parte, las empresas han decidido almacenar históricos con la información transmitida en sus propios servidores, ya que, es de menor costo a comparación con servidores virtuales y además es más ágil el acceso a la información. Cabe resaltar que el acceso a la capa IoT Platform Hub se puede realizar desde cualquier dispositivo con conexión a internet, además es de uso común la configuración de alertas enviadas directamente a dispositivos móviles de uso personal, como el caso de los teléfonos inteligentes.
2.3 RETOS Y DESAFÍOS IoT.
Dado que en la actualidad, IoT es una tendencia tecnológica que se encuentra en proceso de masificación, existen algunos retos y desafíos creados desde la perspectiva del usuario y del mismo sistema. En etapas de desarrollo el sistema IoT, debe cumplir con requerimientos de consumo energético, costo y tamaño. Mientras que para el usuario, es fundamental además de los items anteriores, la seguridad del sistema, en términos de privacidad, rastreo, autenticación y encriptamiento.
Aunque los sistemas IoT han surgido como nuevas propuestas para la generación de utilidades en ámbitos empresariales, el consumo energético se aumenta y pasa a ser un costo operativo adicional. Por esta razón, se configura un reto y/o desafío de suma importancia para los desarrolladores de sistemas IoT, diseñar e implementar soluciones con bajo consumo energético, que involucran el uso de energías limpias o sistemas energéticos autosostenibles (renovables) (e.g paneles solares, turbinas eólicas, centrales geotérmicas) [19].
Adicionalmente, las dimensiones y características físicas de los dispositivos IoT se han comprimido con el fin de, ser mimetizados. Por otra parte, los costos de los equipos de computo, se han reducido como se observó en el capítulo 2.
24
potenciales plataformas que facilitan ciberataques. En consecuencia, temen que información de carácter privado sea vulnerada por medio del uso de sistemas IoT.
Existen técnicas que disminuyen los retos y/o desafíos mencionados, utilizando sistemas de optimización para el consumo energético, herramientas de autenticación, cifrado de señales, entre otras características. En la ICCAD (del inglés, International Conference on Computer-Aided Design), celebrada en el 2014, se propuso una técnica de seguridad basado en CAD (del inglés, Computer-aided Design), donde se identificó la recolección de datos, como la etapa más vulnerable de ataques cibernéticos. En dicha técnica se realizan protecciones de hardware y de software y adicionalmente, se implementan mecanismos de seguridad en data centers y en la comunicación entre data center y los dispositivos distribuidos del sistema IoT implementado [20].
La técnica de seguridad IoT-CAD, contiene 2 estrategías para el diseño de seguridad en sistemas IoT. La primera de ellas concierne en que cada nodo debe tener una variedad de identificadores, para dificultar el rastreo. Mientras que, la segunda estrategía se refiere al encriptamiento de los nodos IoT utilizando el método digital watermarking, que oculta la información de la señal portadora. Finalmente el autor sugiere un listado de protocolos de seguridad que deben ser integrados en un sistema IoT (e.g TLS (del inglés, Transport Layer Security), IPsec (del inglés, Internet Protocol Security), VPN (del inglés, Virtual Private Network), SSH (del inglés, Secure SHell), SFTP (del inglés, Secure File Transfer Program), HTTPS (del inglés, Hypertext Transfer Protocol Secure), SNMP (del inglés, Simple Network Managment Protocol) y secure mail) [20].
2.4 INTERNET DE LAS COSAS HABILITANDO CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES
25
marco de referencia SSC (Figura 3), desde allí entidades guvernamentales utilizan la información procesada, como insumo para la toma de decisiones.
En consecuencia, se ha observado un paradigma convergente entre los sistemas IoT, los ITS y las SSC, dentro las entidades internacionales de normalización.
La iniciativa U4SSC (del inglés, United 4 Smart Sustainable Cities), convocada por la ITU en conjunto con la UNECE (Comisión Económica Europea de las Naciones Unidas) en Mayo de 2016, pretende generar sostenibilidad, inclusión social e inteligencia en las ciudades del mundo. En la inicitiva participan entidades académicas, guvernamentales e instituciones de carácter privado, utilizando herramientas TIC que impacten directamente los KPIs (del inglés, Key Performance Indicators) de las dimensiones descritas en 3.2. La problemática principal de esta iniciativa se centra, en la cantidad de población mundial que converge en las ciudades, cercana en un 50%, que se espera llegue a un 66% para el 2050, lo que deriva en escases alimenticia, mayores niveles de polución, renovación e incremento de infraestructura, congestión vehícular, entre otros factores [21].
Por otra parte, la comisión europea lanzó en el año 2016 la iniciativa EIP-SSC (del inglés, European Innovation Partnership on Smart Cities and Communities), donde interactuan distintos participantes activos de una metropolí (e.g. industría, cuidadanos, bancos, investigadoes, SMEs (del inglés, Small and Medium-Sized Enterprises)). La iniciativa se focaliza en aumentar la vida urbana a través de soluciones sostenibles en áreas como transporte y energía [22].
En temáticas de transporte la Unión Europea creó CIVITAS, iniciativa creada en el año 2002 con trayectoría en la mayoría de los países miembros. En la actualidad, CIVITAS se encuentra en su quinta fase, contemplando el desarrollo de diecisiete SSC y la planificación de tres proyectos. Así, CIVITAS a finales del año 2020, tendría un total de 86 SSC. Esta iniciativa se convirtió en referente mundial por las políticas aplicadas en el transporte urbano. La iniciativa trabaja sobre 10 áreas temáticas [23]:
• Estilos de vida independiente para el vehículo. • Combustibles y vehículos límpios.
26 • Estrategías de gestión de la demanda. • Planificación integrada.
• Gestión de la movilidad. • Participación pública. • Confiabilidad y seguridad. • Telemática del transporte. • Logística urbana de carga.
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3 CIUDADES INTELIGENTES SOSTENIBLES
La ITU a través del FG-SSC (del inglés, Focus Group Smart Sustainable Cities) define una SSC como “una ciudad innovadora que utiliza las Tecnologías de Información y Comunicaciones y otros medios para mejorar la calidad de vida, la eficiencia de la operación y los servicios urbanos, y la competitividad, garantizando la satisfacción de las necesidades tanto para las generaciones presentes como futuras con respecto a aspectos económicos, sociales y ambientales” [24].
De esta forma, el término SSC, comprende la creación de distintas iniciativas tecnológicas, que impactan directamente a la calidad de vida de los habitantes de una ciudad y que adicionalmente, contribuyen con factores económicos, sociales, ambientales, culturales, entre otros propios de una metrópoli. Así, el objetivo principal de una SSC es mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos, mediante la prestación de diferentes servicios (e.g. prestación y acceso a los recursos hídricos y energéticos, transporte y movilidad, educación, medio ambiente, gestión de residuos, vivienda y subsistencia). Las TIC conforman toda clase de plataforma tecnológica que permite superar retos y aprovechar oportunidades emergentes, impulsando a las ciudades en el proceso de convertirse en inteligentes y sostenibles.
Las TIC dentro de las SSC habilitan la creación de una red de información y conocimiento, que permite la agregación de información y datos no sólo con el propósito de efectuar análisis de datos, sino también, lograr una mejor comprensión del comportamiento de la ciudad en términos de consumo de recursos, servicios y estilos de vida, facilitando la toma de decisiones a los entes encargados de la creación de políticas que propendan por mejorar la calidad de vida de los ciudadanos y la sociedad en su conjunto.
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infraestructura de la ciudad en general. Estas cuatro capas se evidencian en la Figura 3 y se describen con mayor detalle a continuación.
Figura 3. Marco de referencia definido por el FG – SSC para las SSC. Fuente: Adaptado de FG-SSC ITU-T Focus Group on Smart Sustainable Cities.
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planificación estratégica, el aprendizaje autónomo en situaciones de desastre y su recuperación, y el despliegue de infraestructura.
• Servicios: esta capa se encuentra orientada a la prestación de servicios para la ciudadanía, el gobierno y las empresas en diferentes áreas, con el fin de, mejorar tanto la calidad de vida de los ciudadanos, como la dinámica de la cuidad, para hacerla más atractiva a las empresas productivas y a la masificación del emprendimiento. Es mediante estos servicios que el ciudadano participa en la construcción de una SSC.
Las áreas de servicios identificadas por el FG-SSC de la ITU se encuentran diversificadas en distintos campos de desarrollo (e.g. transporte, logística, seguridad pública, cuidado de la salud, energía y gestión de recursos, protección ambiental, adaptación al cambio climático, gobierno electrónico, gobierno de infraestructura urbana, hogares y comunidades).
• Tecnologías de la Información y las Comunicaciones: la capa TIC es el corazón de una SSC. Esta debe estar en la capacidad de soportar tecnológicamente los servicios de la ciudad, dotándolos de inteligencia y permitiendo la participación de diferentes actores y tecnologías. Dentro de esta capa se pueden identificar seis subcapas: arquitectura, seguridad de la información, sensado, comunicación, datos y aplicación. Las dos primeras subcapas son transversales a las otras cuatro, mientras que las restantes se complementan entre ellas [26].
•
Arquitectura: actualmente no existe un estándar que defina la arquitectura de la capa TIC, sin embargo, existen varios referentes e iniciativas en el mercado (e.g. COMPOSE, FIWARE y SOFIA).•
Seguridad de la Información: esta capa actúa como un sistema de protección para la información y los datos procesados a lo largo de la solución, ante posibles ciberataques, además debe implementarse desde los dispositivos de sensado hasta los aplicativos. La seguridad es variable, según el tipo de aplicación, la sensibilidad de los datos y la regulación vigente del país donde se despliegue la solución.30
•
Datos: encargada de dar soporte a las aplicaciones mediante el procesamiento y almacenamiento de datos.•
Comunicación: se caracteriza por la integración de redes de transporte, distribución y acceso.•
Sensado: compuesta por dispositivos físicos que capturan variables de sensado, para transmitirlas hacía sus capas superiores.En la capa TIC, las herramientas IoT posibilitan el despliegue de una SSC, mediante la integración de subsistemas inteligentes que dotan a una plataforma TIC de datos. La última capa del marco de referencia para una SSC, es:
• Estándares e Infraestructura física: compone la capa base del marco de referencia, ya que, es necesario contar con una infraestructura óptima para desplegar soluciones en una SSC. De lo contario, una ciudad no puede realizar su transformación digital hacía una SC. Se compone de autopistas, hospitales, parques, edificaciones y demás.
3.2 INDICADORES DE UNA CIUDAD INTELIGENTE SOSTENIBLE
De forma general, en el estándar ISO 37120:2014 se definen los indicadores que hacen parte de una SC [26]. El FG-SSC se encuentra en el desarrollo de una recomendación macro, que contenga el conjunto de indicadores para una SSC [27].
El desarrollo de una SSC, se encuentra definido por una serie de KPIs que permiten evaluar el desarrollo, el progreso y la sostenibilidad de la ciudad, basados en distintos sectores (i.e. economía, educación, energía, medio ambiente, finanzas, capacidad de respuesta a emergencias, gobierno, salud, recreación, seguridad, desperdicios sólidos, telecomunicaciones e innovación, transporte, planeación urbana, desperdicio y saneamiento de aguas). Un indicador es un conjunto de valores (datos), que alimentan sistemas de recolección de datos, para generar información posteriormente evaluada para determinar el nivel de progreso y desarrollo de una SSC, con respecto al impacto y a la apropiación TIC [27].
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1. Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. 2. Sostenibilidad ambiental.
3. Productividad. 4. Calidad de vida.
5. Equidad e inclusión social. 6. Infraestructura física.
A su vez, cada dimensión contiene una serie de subdimensiones. En la dimensión uno, se encuentran cuatro subdimensiones (i.e. red y acceso, servicios y plataformas de información, privacidad y seguridad de la información, campo electromagnético). En la dimensión dos, se encuentran cinco subdimensiones (i.e. calidad del aire, emisiones CO2, energía, polución en interiores, agua suelo y ruido). En la dimensión tres, se encuentran nueve subdimensiones (i.e. inversión de capital, empleo, inflación, comercio, ahorros, exportación / importación, ingresos domésticos / consumo, innovación, economía del conocimiento). En la dimensión cuatro, se encuentran cuatro subdimensiones (i.e. educación, salud, seguridad / seguridad en sitios públicos, convivencia y confort). En la dimensión cinco, se encuentran cuatro subdimensiones (i.e. injusticia de renta / consumo (coheficiente de Gini), injusticia social y de género en el acceso a los servicios y la infraestructura, transparencia y participación pública, governanza). Por último, en la dimensión seis, se encuentran once subdimensiones (i.e. infraestructura / conexión con servicios – acueducto, infraestructura / conexión con servicios – aguas residuales, infraestructura / conexión con servicios – electricidad, infraestructura / conexión con servicios – gestión de basuras, conexión con servicios – conocimiento de la infraestructura, infraestructura / conexión con servicios – salud de infraestructura, infraestructura / conexión con servicios – transporte, infraestructura / conexión con servicios – infraestructura viaria, vivienda – materiales de construcción, vivienda – espacio de vida, edificación) [27].
3.2.1 Indicadores de Ciudad Inteligente Sostenible sector Transporte.
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genera costos adicionales para los ciudadanos en temas de combustión, tiempos de desplazamiento, contaminación ambiental sectorizada, entre otros [27].
Finalmente, los indicadores del sector transporte para una SSC, se encuentran en la subdimensión infraestructura / conexión con servicios – transporte y en la subdimensión infraestructura / conexión con servicios – infraestructura viaria. Los indicadores se presentan en la Tabla 1 [28], [29].
Tabla 1. KPIs sector transporte, según la ITU-T.
Dimensión Subdimensión Indicador (KPI) Descripción KPI
Infraestructura Física Infraestructura / conexión con servicios – transporte
I6.7.1 Uso del transporte público.
Porción de ciudadanos que utilizan el transporte público, comparado con el total de la
población de la ciudad. I6.7.2 Eficiencia del tráfico en las
vías.
Exposición a la congestión del tráfico.
Infraestructura / conexión con
servicios – infraestructura viaria
I6.8.1 Disponibilidad de la supervisión de tráfico usando TIC.
Porción de calles con monitoreo de tráfico, usando
TIC.
I6.8.2 Disponibilidad de sistemas que facilitan el aparcamiento.
Porción de espacios de parqueo y estacionamientos en
calle, que utilizan TIC para facilitar el aparcamiento.
I6.8.3 Disponibilidad de información de tráfico en tiempo
real.
Porción de paradas y estaciones del transporte público con información de tráfico, disponible en tiempo
real. I6.8.4 Gestión de alumbrado
público usando TIC.
Porción de lámparas urbanas, con gestión automática usando
TIC.
I6.8.5 Gestión de sistemas de gases usando TIC.
Porción de sistemas / sitios de suministro de gas, con supervisión automática, usando TIC. Infraestructura / conexión con servicios – infraestructura viaria. Apéndice A.
A6.8.1 Disponibilidad de la información en tiempo real visualizada con respecto al uso
del gas.
Porción de ciudadanos con información en tiempo real, acerca de la cantidad y patrones del gas utilizado. A6.8.2 Disponibilidad en línea de
sistemas compartidos de bicicleta / carro.
Porción de un área de la ciudad con cobertura de sistemas compartidos de
bicicleta / carro.
A6.8.3 Uso de navegación en tiempo real.
Porción de ciudadanos que utilizan navegación en tiempo real, comparado con el total de
la población de la ciudad.
Fuente: Adaptada de ITU-T Y.4901/L.1601 y ITU-T Y.4902/L.1602.
33 3.3 NORMATIVIDAD SSC COLOMBIANA
Las SC son contempladas juridicamente en el DNP (Departamento Nacional de Planeación) mediante el documento CONPES (Consejo Nacional de Política Económica y Social) 3814 y desde el MinTIC (Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones) fueron reglamentadas mediante el Decreto 1414 de 2017.
3.3.1 Departamento Nacional de Planeación
El documento CONPES 3819 expedido el 21 de Octubre de 2014 por el DNP, establece la política nacional para consolidar el sistema de ciudades en Colombia. En el título VI (Plan de Acción), eje 2 (Conectividad Física y Digital), se ordena realizar un plan con visión sostenible para impulsar la conectividad digital en el sistema de ciudades, expidiendo políticas de promoción para el desarrollo de ciudades inteligentes, alineadas con el ecosistema digital del país (Infrastructura, Usuarios, Servicios y Aplicaciones). Por otra parte, en el título VIII (Recomendaciones) numeral 11 se dicta, establecer políticas de promoción para el desarrollo de las SC que sean planificadas a mediano y largo plazo, integrando TIC como eje de constitución [30].
3.3.2 Ministerio de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
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4 SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE
Los ITS son servicios y sistemas de nueva generación, que utilizan herramientas TIC para desarrollar soluciones en la industría del transporte, en un ámbito citadino. Los ITS son funcionales en aspectos como la seguridad, la movilidad, el confort y demás particularidades de un sistema de transporte habitual. Estos servicios y sistemas se subdividen con base en el perfíl de usuario (e.g. conductor, pasajero, peatón, ciclista, funcionario público, autoridades de tránsito), que varía según el sistema utilizado. Además, los ITS pueden tener aplicación en los sistemas de transporte terrestre que se utilizan a diario (i.e. vehículos partículares, vehículos de transporte público, movilidad en bicicleta, movilidad peatonal, entre otros) [32].
La versatilidad del perfil para un usuario de los ITS, es posible gracias al uso de las herramientas tecnológicas que ofrecen las TIC y por la gestión tecnológica sobre los ITS. Los beneficios divergen en temáticas de seguridad pública, ahorro ecnonómico a nivel general, ahorro en tiempo, disminución de la contaminación ambiental, entre otros beneficios [33].
La principal característica de la funcionalidad de los ITS, se basa en el sensado y monitoreo de las señales capturadas por distintos dispositivos. En algunas aplicaciones de gestión de tráfico, las señales son enviadas a un punto de control centralizado, donde se planean y se toman decisiones, sobre un objetivo social [33]. Algunas variables que son objeto de captura y monitoreo son posición, velocidad, aceleración, gases, recursos líquidos, entre otras. Sin embargo, existen otras aplicaciones de interacción punto a punto, es decir, entre dispositivo y dispositivo, donde no es necesario la gestión tercerizada de un punto administrativo. Por el contrario, el dispositivo es capaz de tomar decisiones autónomamente, como ocurre en aplicaciones de alerta al conductor anti-colisión [34].
4.1 SISTEMAS INTELIGENTES DE TRANSPORTE DESDE LA VISIÓN DE LA UNIÓN INTERNACIONAL DE TELECOMUNUNICACIONES
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recomendación UIT-R M.1890 [35], en 8 sistemas ITS (i.e. sistemas avanzados de control de vehículo, sistemas avanzados de gestión de tráfico, sistemas avanzados de información al viajero, sistemas avanzados de transporte público, sistemas avanzados de gestión de flota, sistemas de gestión en situaciones de emergencia, servicios de pago electrónico, sistemas de apoyo a peatones) y 31 servicios a partir de estos sistemas.
Divididos a saber; para los sistemas avanzados de control de vehículo existen 7 servicios (i.e. prevención de colisiones longitudinales, prevención de colisiones laterales, prevención de colisiones en los cruces, sistemas para mejora de visión, activación de dispositivos de emergencia, sistemas automatizados de carretera, disponibilidad de seguridad). Para los sistemas avanzados de gestión de tráfico existen 5 servicios (i.e. seguimiento y control de la red de tráfico, gestión de demanda de viajes, detección y gestión de accidentes, análisis y atenuación de las exhalaciones, gestión de espacios de estacionamiento). Para los sistemas avanzados de información al viajero existen 5 servicios (i.e. Información antes de partir, información de ruta al conductor, información de ruta de tránsito, orientación de itinerarios, combinación y reservación de trayectos). Para los sistemas avanzados de transporte público existen 2 servicios (i.e. gestión del transporte público, transportes públicos personalizados). Para los sistemas avanzados de gestión de flota existen 5 servicios (i.e. administración de vehículos, control y seguimiento de velocidad, despacho previo del vehículo, automatización de las inspecciones de seguridad de tránsito). Para los sistemas de gestión en situaciones de emergencia existen 5 servicios (i.e. notificación de emergencias y seguridad personal, seguridad de tránsito público, gestión de vehículos de socorro). Para los servicios de pago electrónico existen 2 servicios (i.e. servicio de pago electrónico, servicio de pago electrónico GNSS (del inglés, Global Navigation Satellite System). Para los sistemas de apoyo a peatones existen 2 servicios (i.e. guía de peatones, prevención de accidentes).
4.1.1 Sistemas Avanzados de Control de Vehículo
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• Prevención de colisiones longitudinales: comprende un sistema de monitoreo, para la prevención de colisiones delanteras o traseras entre los mismos vehículos u objetos aledaños.
• Prevención de colisiones laterales: comprende la prevención de colisiones, al instante de cambio de carril, por parte de los vehículos.
• Prevención de colisiones en los cruces: comprende la prevención de colisiones vehiculares, en zonas de alta peligrosidad, como intersecciones y cruces de múltiples vías.
• Sistemas para mejorar la visión: comprende el uso de sistemas basados en tecnologías que usen medios infrarrojos, para mejorar la visión del conductor. • Activación de los dispositivos de emergencia: comprende un sistema de sensado,
que identifica posibles colisiones y su nivel de impacto, activando los sistemas de seguridad dentro del vehículo.
• Sistemas automatizados de carretera: comprende un sistema autónomo que posee el vehículo, para la selección de rutas hasta llegar al destino previamente seleccionado por el usuario. Hasta ahora, solo se han desarrollado avances en vehículos eléctricos e híbridos.
• Disponibilidad de la seguridad: comprende todas las aplicaciones que realizan monitoreo del estado físico y mental del conductor, el estado del vehículo y por último, el estado de la vía por la cual transitan.
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Figura 4. Marco de referencia TIC para los sistemas avanzados de control de vehículo. Fuente: propia.
Para el desarrollo de estos servicios, generalmente se utilizan tecnologías inalámbricas, una de las más utilizadas es el estándar CALM (del inglés, Communications Access for Land Mobile), definido en la norma ISO 29283. CALM describe arquitecturas a nivel de protocolos de red, interfaces de funcionamiento y demás características de un sistema de comunicación por aire. Los requisitos otorgados por esta norma, están vinculados para diferentes sistemas de comunicaciones inalámbricos como telefonía móvil en segunda y tercera generación, y en general, sobre redes de conmutación de paquetes [36].
Por su parte, la norma ISO 11067, menciona elementos básicos relacionados con los sistemas de advertencia para el conductor, al tomar una curva CSWS (del inglés, Curve Speed Warning Systems). Esta norma contiene un desarrollo matemático para los distintos casos relacionados con los niveles de curvatura que enfrentan los vehículos, según variables como velocidad y posición. De esta forma, es posible determinar el factor de desaceleración que debe tener el vehículo en cada uno de los casos de estudio, para preservar la vida y evadir posibles eventualidades en torno a la accidentalidad. Igualmente, la norma contiene los requisitos mínimos para que el sistema funcione eficazmente, los términos de mayor relevancia y la tipificación de curvas [37].
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para rectificarla de acuerdo al carril utilizado, así se evita que el vehículo sobrepase el carril adyacente. En el caso de que el vehículo sobrepase su carril, el sistema envía alertas al conductor con el fin de, reducir promedios de accidentalidad en vías de alta congestión. Adicionalmente, en la norma mencionada se describen los aspectos más relevantes en relación a requisitos de sensado e interfaces de comunicación necesarias, para que el sistema sea estable y eficiente [38].
4.1.2 Sistemas Avanzados de Gestión de Tráfico
El campo de acción de estos sistemas es bastante amplio y reúne características de alta complejidad. Son funcionales para gestionar procesos de movilidad, congestiones de tráfico e incidentes automovilísticos, con el fin de, mejorar la experiencia del tráfico en una ciudad. Entre más numerosa sea la población de la ciudad, de mayor complejidad será la toma de decisiones, que frecuentemente, se realiza en un centro de gestión de tráfico [34].
Dentro de esta sección, se pueden encontrar los siguientes servicios [35]:
• Seguimiento y control de la red de tráfico: comprende el direccionamiento de la movilidad y el tráfico en calles y autopistas principales de una ciudad.
• Gestión de la demanda de viajes: comprende aplicaciones que trabajen en la mitigación de consecuencias ambientales o sociales, derivadas de la congestiones de tráfico y movilidad.
• Detección y gestión de accidentes: comprende aplicaciones que identifiquen eventos basados en accidentalidad, con el fin de, informar rápidamente a los entes públicos o privados encargados de actuar y así, reducir posibles congestiones vehiculares.
• Análisis y atenuación de las exhalaciones: comprende sistemas basados en el sensado de los niveles de contaminación ambiental y así, controlar la calidad del aire en una SC.
• Gestión de espacios de estacionamiento: comprende aplicaciones para conductores, de índole informativa, para el conocimiento de estacionamientos públicos libres, su costo y ubicación.
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detalla las variables objeto de sensado, las tecnologías utilizadas en la capa de comunicación, el uso de herramientas CC en la capa de datos y en la cabecera los servicios ofrecidos por el sistema en mención.
Figura 5. Marco de referencia TIC para los sistemas avanzados de gestión de tráfico. Fuente: propia.
Existen una serie de estándares expedidos por la ISO, que trabajan sobre la tecnología CALM como se vio en 4.1.1. Esta tecnología posee compatibilidad con el modelo de referencia ISO / OSI y trabaja en las capas físicas y enlace de datos.
La norma ISO 25113, condensa la información necesaria para el uso de sistemas CALM, en un ámbito acorde con el protocolo HC-SDMA (del inglés, High Capacity Spatial Division Multiple Access), también conocido como una tecnología de banda ancha inalámbrica por el protocolo IEEE 802.20. Especialmente, la norma indica los requisitos para la transmisión de información sobre distancias extensas, utilizando tecnologías inalámbricas, en comunicaciones punto a punto, vehículo a vehículo o vehículo a punto. Entendiendo el punto, como un nodo de recopilación de la información para un centro de gestión de tráfico [39].
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instalaciones, red y transporte, y acceso. Igualmente, hace énfasis en las capas de gestión y seguridad, las cuales son transversales a las demás capas que compone el centro de gestión de tráfico [40]. Otras normas como la ISO 13183 y la ISO 21210, describen el uso de la tecnología CALM, para redes de difusión y el direccionamiento IPv6 respectivamente. Por otra parte, las aplicaciones para servicios de gestión de tráfico han sido masificadas gracias al uso del estándar WAVE (del inglés, Wireless Access for Vehicular Environments) 802.11p, además del apoyo de otros protocolos de comunicación vehicular, como V2V (del inglés, Vehicle to Vehicle) y V2I (del inglés, Vehicle to Infrastructure), que son perpendiculares para todos los ITS [41].
4.1.3 Sistemas Avanzados en Información al Viajero
Son sistemas funcionales mediante la interacción, software-usuario, permitiendo conocer información acerca del estado del tráfico, la ubicación de los buses del sistema de transporte público, sitios de acopio de combustible, entre otros. Generalmente los usuarios aceden a estos servicio mediante el uso de aplicaciones móviles [35].
Dentro de esta sección, se pueden encontrar los siguientes servicios [35]:
• Información antes de partir: comprende aplicaciones que buscan entregar sugerencias al usuario sobre medios de transporte, rutas y sus horarios, para facilitar el desplazamiento de un punto a otro.
• Información de ruta al conductor: comprende herramientas que trabajan en la ayuda al conductor durante un trayecto determinado, de esta forma, el vehículo puede identificar las señales de tránsito en el camino, en pro de la seguridad de sus integrantes.
• Información de ruta de tránsito: comprende aplicaciones que trabajan en informar a los usuarios de transporte público, sobre el estado de todas las variables del recorrido.
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• Combinación y reserva de trayectos: comprende a los sistemas de intercambio de información, sobre la experiencia del usuario con un trayecto seleccionado, para que otros usuarios adopten el mismo itinerario, posteriormente.
La Figura 6, ilustra los servicios soportados por los sistemas avanzados en información al viajero, articulados con el marco de referencia de una SSC, definido por la ITU en 3.1. Se detalla las variables objeto de sensado, las tecnologías utilizadas en la capa de comunicación, el uso de herramientas CC en la capa de datos y en la cabecera los servicios ofrecidos por el sistema en mención.
Figura 6. Marco de referencia TIC para los sistemas avanzados en información al viajero. Fuente: propia.
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de transporte público, específicamente, utiliza el sistema RDS-TMC (del inglés, Radio Data System - Traffic Message Channel), para determinar los instantes de envío o cancelación del mensaje, del sistema de monitoreo hacia el usuario [43].
La serie de normas ISO/TS 18234, vinculan una aplicación instalada en un smartphone, con el protocolo TPEG (del inglés, Transport Protocol Expert Group), con la finalidad de, obtener información en tiempo real, utilizando medios inalámbricos, por medio de redes de difusión o redes celulares. Este protocolo envía al usuario información acerca de las condiciones de tráfico, como de la malla vial. También es posible acceder a pronósticos de tiempo sobre rutas calculadas, entre otro tipo de información de uso mayoritario para conductores de vehículo [44].
4.1.4 Sistemas Avanzados de Transporte Público
Los servicios listados para este subsistema, son funcionales en áreas metropolitanas donde se encuentran establecidos sistemas de transporte público másivos. De esta manera, el usuario puede consultar mediante distintos aplicativos los horarios, recorridos y trayectos de las rutas que desee. Adicionalmente, la información debe ser interactiva con el usuario y presentar datos en tiempo real.
Dentro de esta sección, se pueden encontrar los siguientes servicios [35]:
• Gestión del transporte público: comprende todas las actividades de programación y planificación de los horarios de operación para las distintas rutas, que conforman el sistema de transporte público.
• Transportes públicos personalizados: comprende la planificación de rutas de forma versátil, según la cantidad de usuarios en determinada estación, para reducir el congestionamiento de forma ágil, en el sistema de transporte público.
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Figura 7. Marco de referencia TIC para los sistemas avanzados de transporte público. Fuente: propia.
44 4.1.5 Sistemas Avanzados de Gestión de Flota
Alrededor del mundo existen empresas, cuyo centro de negocio parte del transporte de mercancías de una ciudad a otra o de un país a otro. Al igual, existen empresas que poseen una gran cantidad de vehículos que distribuyen productos, insumos, alimentos y demás mercancía. Estas empresas necesitan realizar control sobre la ubicación de sus vehículos, para determinar las falencias que afectan los procesos de distribución y comercialización de la mercancía y realizar las mejoras que corresponda.
Para dar soporte a una infraestructura que da prestación al servicio de gestión de flota, se ha utilizado una arquitectura que vincula el protocolo 6LoWPAN (del inglés, IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks), con redes tipo WSN [47].
La arquitectura consiste en utilizar las redes WSN, como método de rastreo o ”tracking”, que envíen los datos capturados mediante un gateway, utilizando el protocolo 6LoWPAN, con la interacción de uno o varios servidores DSNS (del inglés, Domain Sensor Name Server). De esta forma, el usuario final tendrá acceso a los datos capturados en la red de sensores implementada [48].
De esta forma, los servicios funcionales para gestión de flota son [35]:
• Administración de vehículos: comprende el envío de datos de las variables propias del vehículo, como consumo de combustible, distancia recorrida y demás.
• Control y seguimiento de velocidad: comprende aplicaciones de control de velocidad según carga y ubicación del vehículo.
• Despacho previo del vehículo: comprende la programación remota de las rutas de los vehículos en ámbitos internacionales, con el fin de, reducir los tiempos de latencia en cruces fronterizos.
• Automatización de las inspecciones de seguridad de tránsito: comprende la entrega previa de información relativa al cargamento y documentos del vehículo (credenciales), a las autoridades competentes de inspeccionar y regular los vehículos de carga.
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forma, los organismos encargados de atender estos incidentes, sabrán qué procedimiento utilizar durante el desplazamiento al sitio de la eventualidad.
La Figura 8, ilustra ilustra los servicios soportados por los sistemas avanzados de gestión de flota, articulados con el marco de referencia de una SSC, definido por la ITU en 3.1. Se detalla las variables objeto de sensado, las tecnologías utilizadas en la capa de comunicación, el uso de herramientas CC en la capa de datos y en la cabecera los servicios ofrecidos por el sistema en mención.
Figura 8. Marco de referencia TIC para los sistemas avanzados de gestión de flota. Fuente: propia.
La serie de normas ISO 17572, introduce los conceptos relacionados con la localización por medio de tecnologías de cobertura geográfica, a vehículos, barcos, aviones y en general todo mecanismo que posea características de movilidad. En su primera versión, se describen los requisitos generales y el marco conceptual de los LRMs (del inglés, Location Referencing Methods), que son los métodos de localización geográfica para obtener compatibilidad de codificación. En la versión siguiente ISO 17572-2, se describen las tecnologías funcionales sobre localización codificada y en la última versión ISO 17572–3, se describe de similar forma, la localización dinámica. Estas normativas son ejemplificadas sistemáticamente, concentrando sus diferencias a nivel de gestión [49].
