Al Instituto Politécnico Nacional.
Por haberme dado el honor de estudiar en sus aulas, desde el nivel medio superior hasta concluir mi carrera a nivel superior, le manifiesto mi más profundo agradecimiento por abrirme las puertas al conocimiento.
A la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Culhuacán.
Por haberme brindado la carrera que añoraba, amigos, satisfacciones, lecciones y muchas experiencias valiosas que viví en su ambiente.
A mis asesores de tesis, al Ing. Celedonio Aguilar y al Ing. Marco Aurelio Bello.
Por orientarme, me otorgaron su tiempo y apoyo para lograr un trabajo de calidad, digno del Politécnico.
A mis profesores.
Por compartir conmigo sus conocimientos y consejos; agradezco sus cátedras y lecciones impartidas durante toda la carrera.
A la Secretaría de Comunicaciones y Transportes.
Por darme mi primera oportunidad profesional y al mismo tiempo concederme la dicha de trabajar para mi patria.
A Vivi y a Francisco.
Por instruirme en la materia del transporte, gracias por su colaboración en mi tesis.
Pude titularme simplemente con solicitar un oficio, pero decidí realizar un esfuerzo extra para compensar a las personas que aprecio, con una Tesis Profesional engalanada por una Mención Honorífica.
A mis padres.
Que me han otorgado la vida y su amor, estoy infinitamente agradecido por el gran esfuerzo que realizaron para que yo pudiera estudiar una carrera y realizara mi sueño.
Madre, gracias por arriesgar tu vida para regalarme la mía, siempre me has brindado tu amor incondicionalmente y me has acompañado en el sendero de mi vida.
Padre, agradezco tus consejos, tu confianza en mí, tus enseñanzas y tu cariño en todos estos años.
A mis hermanos.
Que me han compartido lo mejor de su ser, me han acompañado en los momentos más importantes de mi vida, gracias por todo.
Gustavo, me orientaste, me enseñaste a alcanzar mis objetivos y superarme, para mi has sido un ejemplo.
Norma, me has escuchado y has sido buena conmigo, me has colmado de júbilo y aprecio mucho tu apoyo.
A mi mami.
Que fue la mejor abuela, hizo de mi infancia una etapa maravillosa, le ofrezco este esfuerzo, como un homenaje, espero que lo disfrute donde quiera que ella se encuentre.
A mis familiares.
Que han sido un gran soporte para mis padres, mis hermanos y para mí; me han sido gratos su apoyo, ayuda y cariño.
A mis amistades.
Que me han obsequiado su alegría y su amistad, hemos compartido instantes muy agradables y me han ofrecido su afecto sincero.
Índice
Introducción………..1
1.Los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS)...…………3
1.1 Antecedentes ………..3
1.2 ¿Que son los ITS?...3
1.3 Beneficios……….4
1.4 Aplicaciones………..…...4
1.4.1 Sistema de Posicionamiento Global (GPS)………4
1.4.2 Localización Automática de Vehículos (LAV)……….…6
1.4.3 Señales de Mensaje Variable (VMS)………...7
1.4.4 Cobro Electrónico de Peaje (ETC)………...8
2. La Arquitectura ITS………..……….…..10
2.1 Definición………..………..…...10
2.2 Arquitectura Lógica ………..11
2.2.1 Representación funcional………11
2.3 Arquitectura Física………12
2.3.2 Capa Institucional……….14
2.3.3 Capa de Transporte………..17
2.3.4 Capa de Comunicaciones………18
2.4 Arquitectura Nacional ITS de Estados Unidos...21
2.4.1 Definición funcional…...………....21
2.4.2 Definición física………..…22
2.4.3 Comunicaciones………..………..22
2.4.4 Estructura del NTCIP………..………..23
2.4.5 Tipos de comunicaciones………...…...………..25
2.4.6 Diagrama de Interconexión……….………….26
2.5 Arquitectura Nacional ITS de Canadá………...27
3. Propuesta de Arquitectura Nacional ITS para México (PANITSM)……….…29
3.1 Condiciones existentes en México……….………29
3.1.1 Condiciones Geográficas……….29
3.1.2 Población y demografía………...30
3.1.3 Economía………...31
3.1.4 Transporte………..31
3.1.5 Comunicaciones………32
3.1.6 Operación nacional del transporte……….33
3.1.7 Cruces fronterizos……….34
3.1.8 Sistemas en uso………36
3.2 Diseño de la PANITSM………38
3.2.1Consideraciones……….38
3.2.2 Base para la Arquitectura………40
3.2.3 Definición de servicios……….42
3.2.4 Definición funcional y física……….43
3.2.5 Arquitectura Lógica………...43
3.2.6 Arquitectura Física ………...45
3.2.7 Capa Institucional……….……….46
3.2.8 Capa de Transporte………..49
3.2.9 Capa de Comunicaciones………55
3.2.10 Esquema de Interconexión………59
4.Propuesta de Servicio: Sello Electrónico……….….61
4.1 El Sello Electrónico………...61
4.1.1 Estándares……….63
4.2Justificación……….64
4.3 Beneficios potenciales del Sello electrónico……….65
4.4 Concepto de operación………66
4.5 Desarrollo del sello electrónico bajo el marco de la PANITSM……….67
4.5.1 Definición del servicio………...68
4.5.2 Procesos Lógicos………..68
4.5.3 Flujos de Arquitectura………70
4.5.4 Capa de Comunicaciones………...………72
4.5.5 Revisión de mercado………..79
Conclusiones………..80
Referencias……….83
Glosario………84
Índice de tablas
Tabla 1.1 Impacto de los ITS en la reducción de accidentes………..4 Tabla 3.1 Principales Indicadores del sector transporte de México……….…31 Tabla 3.2 Principales Indicadores del sector comunicaciones de México………..32 Tabla 3.3 Evolución del movimiento de carga por modo de transporte (millones de toneladas)………...34 Tabla 3.4 Evolución del tránsito de pasajeros por modo de transporte (millones de pasajeros)………...34 Tabla 3.5 Dependencias, Instituciones y otros Organismos relacionados con la Capa Institucional………46 Tabla 4.1 Resumen de las frecuencias empleadas en sellos electrónicos……….64 Tabla 4.2 Relación de los subsistemas con los procesos lógicos………71 Tabla 4.3 Precios de productos y servicios requeridos por los sistemas de comunicación aplicados al Sello Electrónico………79
Índice de figuras
Fig. 1.1 Constelación de satélites del sistema GPS………..5
Fig. 1.2 Receptor GPS………6
Fig. 1.3 Esquema de un sistema LAV………..6
Fig. 1.4 Ventanas de un software LAV………...………….…7
Fig. 1.5 Señales de Mensaje Variable (VMS)……….8
Fig. 1.6 Tarjetas inteligentes para ETC………...8
Fig. 1.7 Esquema de un sistema ETC……….9
Fig. 2.1 Principales componentes de una Arquitectura ITS………...10
Fig. 2.2 Procesos relacionados con la Gestión del tráfico………....12
Fig. 2.3 Relación entre Arquitectura Lógica y Física………...13
Fig. 2.4 Capas de la Arquitectura ITS………14
Fig. 2.5 Marco de Servicios ITS Fundamentales………....….15
Fig. 2.6 Diagrama de paquete de mercado de anticipación de semáforos……….……18
Fig. 2.7 Proceso de desarrollo en la Capa de Comunicaciones………20
Fig. 2.8 Ejemplo de paquete de mercado ITS………..22
Fig. 2.9 Estructura de la familia de protocolos NTCIP………24
Fig. 2.10 Esquema de Interconexión de la Arquitectura Nacional ITS de EE.UU……..27
Fig. 2.11 Esquema de Interconexión de la Arquitectura Nacional ITS de Canadá…....28
Fig. 3.1 Vista del cruce fronterizo mostrando la operación separada de carriles SENTRI y de autobuses………..37
Fig. 3.2 Página Web con información en tiempo real (de los datos electrónicos proporcionados a través de los programas FAST y SENTRI)………...37
Fig. 3.3 Comparativo Internacional de Penetración de Computadoras por cada 100 habitantes, 2004………39
Fig. 3.4 Interrelación entre las Actividades de la Arquitectura Nacional y la Estatal….41 Fig. 3.5 Esquema de la PANITSM……….…42
Fig. 3.6 Arquitectura Lógica……….45
Fig. 3.7 Capas de la PANITSM………...……45
Fig. 3.8 Diagrama de Paquete de Servicios ITS……….….50
Fig. 3.9 Proceso de la Capa de Comunicaciones……….………...56
Fig. 3.10 Sistema Mixto en la PANITSM………...57
Fig. 3.11 Esquema de Interconexión de la PANITSM……….59
Fig. 4.1 Diagrama a Bloques del transponder pasivo TK5551……….….62
Fig. 4.2 Sello electrónico en un contenedor ……….………...64
Fig. 4.3 Modelo de operación del Sello Electrónico………67
Fig. 4.4 DFD del Sello Electrónico………..………..….…70
Fig. 4.5 Diagrama de Flujos de Arquitectura del Sello Electrónico………...71
Fig. 4.6 Paquete de Servicio del Sello Electrónico………..72
Fig. 4.7 Diagrama de Interconexión del Sello Electrónico………..73
Fig. 4.8 Esquema del servicio de Internet satelital de Skycasters………74
Fig. 4.9 Esquema de interconexión de redes………...……...…74
Fig. 4.10 Esquema de operación del sello Hi-G-Tek………..……76
Fig. 4.11 Diagrama de Interconexión de Arquitectura del Sello Electrónico……..…….77
Fig. 4.12 Sistemas de comunicación aplicados al Sello Electrónico………78
Introducción
El desarrollo de la presente tesis basada en Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS, por sus iniciales en inglés), surge a partir de la labor que se realiza en la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, orientada a investigar e impulsar el desarrollo tecnológico del transporte carretero en México. La importancia de los ITS radica en que permiten optimizar el traslado de personas y bienes, mediante la mejora de los sistemas de transporte, sin la necesidad de realizar grandes obras de infraestructura (caminos, puentes, terminales, etc.).
En términos generales el presente trabajo se enfoca en mostrar a los ITS como un campo de aplicación de la Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica; proponer el modelo de una Arquitectura Nacional ITS para México, así como el servicio de un Sello Electrónico, los cuales podrán ser de utilidad en esfuerzos orientados al desarrollo e implementación de aplicaciones ITS.
La información sobre este tema se obtuvo principalmente de profesionales, dependencias y empresas relacionadas con las actividades del sector transporte, empleando como medio de consulta el Internet, publicaciones y anuarios estadísticos.
En México existen algunos servicios ITS, sin embargo, sus beneficios y esquemas de operación son poco conocidos, se concibieron como sistemas aislados y con una limitada capacidad de integración con otras aplicaciones; esta situación limita el aprovechamiento de los ITS y frena el mejoramiento de los sistemas de transporte mediante la incorporación de tecnologías y sistemas de información. En otras naciones se han desarrollado estructuras y lineamientos, que permiten la integración de las aplicaciones ITS a nivel nacional y que requieren la participación de los sectores público y privado. Por lo tanto, se realiza una propuesta de normalización similar al trabajo previo en otros países, para unificar en México los lineamientos y criterios para el desarrollo de los ITS.
En el primer capítulo se expone de manera breve el concepto de los ITS, el cual tiene su origen desde hace algunas décadas. Los recientes avances de la tecnología han permitido ampliar la gama de tecnologías ITS, de las cuales se presentan algunas aplicaciones típicas.
Durante el segundo capítulo se revisa el esquema general de una Arquitectura Nacional ITS, constituida principalmente por componentes institucionales y tecnológicos, que permiten desarrollar de manera integral diversos servicios ITS. También se hace una revisión general de las Arquitecturas de EU y Canadá, ambas similares entre sí, las cuales pueden considerarse como un marco de referencia para México.
El tercer capítulo consiste en una propuesta de modelo de Arquitectura Nacional ITS para México, basada principalmente, en el esquema realizado por EE.UU. Se presenta un panorama general de las condiciones presentes a nivel nacional, a partir del cual se hacen consideraciones para elaborar el diseño de Arquitectura aplicado a nuestro país; se establecen los principales componentes y recomendaciones para que posteriormente en base a los lineamientos planteados, se desarrollen e integren los ITS en México bajo el marco de una Arquitectura Nacional.
Dentro del cuarto capítulo se plantea el diseño un servicio ITS en México, el Sello Electrónico, el cual se especializa en el aseguramiento de contenedores de carga. Para ello se emplean los componentes y principios contenidos en la propuesta de Arquitectura Nacional ITS para México, esto es con la finalidad de mostrar la funcionalidad de los mismos.
1. Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS)
1.1Antecedentes
El origen de los ITS (Intelligent Transportation Systems), se remonta a la década de los años setentas, cuando Estados Unidos, Japón e Inglaterra comenzaron a realizar experimentos enfocados en la incorporación de tecnología a los sistemas de transporte.
Hace más de 35 años, se demostró el control en el camino de vehículos mediante el uso de cableado en la carretera, los proyectos de investigación incluyeron sistemas anticolisión por radar, vehículos de conducción automática y sistemas de información al conductor, sin embargo, sólo se desarrollaron hasta una fase de demostración, paulatinamente se fueron ampliando los trabajos en este campo y la profundidad de los mismos.
Las soluciones que proveen los ITS fueron tema de estudio a finales de la década de los ochentas y principios de los noventas, ahora se han convertido en parte integral en la operación de las redes de transporte en todo el mundo. Debido a esta tendencia, la Asociación Mundial de Caminos designó en 1991 un grupo para explorar las aplicaciones de los ITS; actualmente tienen la respuesta a una gran variedad de problemas en el sector transporte, han generado nuevos conceptos en la operación, infraestructura, diseño, administración y consumo de servicios.
Los recientes avances tecnológicos ofrecen una gran variedad de opciones para resolver problemas derivados del transporte, tales como: accidentes de tráfico, congestión vehicular e impacto ambiental por las emisiones contaminantes de los vehículos, entre otros.
1.2 ¿Que son los ITS?
Podemos considerar a los ITS como cualquier aplicación o servicio que integra tecnologías en electrónica, comunicaciones e informática, a los sistemas de transporte, para hacer más eficiente el traslado de personas y/o bienes. Los ITS proporcionan servicios de información a los viajeros, comprenden un amplio rango de herramientas para administrar y operar las redes de transporte. Dichos sistemas pueden hacer que un traslado sea más efectivo, seguro, confortable y en menor tiempo.
Con respecto a la clasificación de los ITS, se pueden consideran cinco categorías:
• Sistemas de administración del tránsito: su propósito es mejorar los flujos de tránsito, reducir accidentes, coordinar los diferentes sistemas de transporte de pasaje y de carga.
• Sistemas avanzados de información del tránsito: se refiere a sistemas que proporcionan al conductor información relacionada con incidentes, congestionamientos, rutas alternativas y otros datos útiles para el viajero
• Sistemas de navegación a bordo: principalmente se enfocan en mostrar la posición de los vehículos en rutas y mapas digitalizados.
• Sistemas de reporte de vehículos y cobro electrónico de cuota: el reporte de los vehículos es útil en la administración de flotas, localización de vehículos, auxilio vial, recuperación de vehículos robados, etc. Los Sistemas de Cobro Electrónico
de Cuotas (ETC, por sus siglas en inglés), se encargan de automatizar el cobro de peaje en carreteras.
• Dispositivos automáticos de seguridad: se enfocan en desarrollar sistemas de piloto automático, que permitan minimizar el riesgo de colisiones tanto lateralmente como longitudinalmente; implementan sistemas de control computarizados en los vehículos, con el propósito de reducir los accidentes.
1.3 Beneficios
Los beneficios que se obtienen al implementar los ITS son múltiples, una gran variedad de productos y servicios han contribuido a:
• Disminuir la cantidad y severidad de los accidentes
• Mejorar la seguridad en carreteras
• Disminuir tiempos de traslado
• Reducir las emisiones nocivas al medio ambiente
• Proporcionar información a los viajeros
• Ahorrar recursos debido a la disminución de los tiempos de recorrido, costos de operación vehiculares y de accidentes
En términos más tangibles, la siguiente tabla muestra ejemplos de distintos ITS y su impacto en la reducción en el porcentaje de accidentes.
ITS Porcentaje País o región
Señales de control avanzadas 75% Japón
Prevención de colisiones 33% USA
Monitoreo de clima 30% Europa
Mantenimiento del auto en su carril 18% Europa
Sistema para evitar colisiones 17% USA
Monitoreo del conductor 41% Europa
Tabla 1.1 Impacto de los ITS en la reducción de accidentes1
1.4 Aplicaciones
Dentro del campo de los ITS existe una amplia gama de servicios y tecnologías, que se han desarrollado para cubrir las distintas necesidades del sector transporte. Dentro de las aplicaciones típicas podemos encontrar las siguientes:
1.4.1 Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
El GPS (Global Positioning System), es un Sistema de Navegación por Satélite, el cual permite determinar en todo el mundo la posición de un vehículo, con una precisión de entre cuatro a quince metros. El sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos.
1Hernández R. Omar, Sistemas Inteligentes de Transporte, Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, México, 2002, p. 3
El GPS funciona mediante una constelación de 24 satélites a 12,000 millas de altura, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda la superficie de la Tierra. Más concretamente, repartidos en 6 planos orbitales de 4 satélites cada uno (fig. 1.1). Las Estaciones terrestres envían información a los satélites para controlar las órbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelación. Los receptores GPS, que son comercializados en tiendas, muestran la posición del vehículo, para ello, el receptor mide su distancia con respecto a los satélites, y usa esa información para calcular su posición. Esta distancia se mide calculando el tiempo que la señal tarda en llegar al receptor. Conocido ese tiempo y basándose en el hecho de que la señal viaja a la velocidad de la luz (salvo algunas correcciones que se aplican), se puede calcular la distancia entre el receptor y el satélite.
Fig. 1.1 Constelación de satélites del sistema GPS
Por "triangulación" el receptor calcula la posición en que se encuentra, en el caso del GPS, se basa en determinar la distancia de cada satélite respecto al punto de medición.
Conocidas las distancias, se determina fácilmente la propia posición relativa respecto a los tres satélites. Conociendo además la posición de cada uno de ellos por la señal que emiten, se obtienen las coordenadas del punto de medición. También se consigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atómicos que desde tierra sincronizan a los satélites.
La precisión intrínseca del sistema GPS depende del número de satélites visibles en un momento y posición determinados. Sin aplicar ningún tipo de corrección y con ocho satélites a la vista, la precisión es de 6 a 15 metros; pero puede obtenerse más precisión usando sistemas de corrección.
Algunos receptores GPS cuentan con aplicaciones como mapas, memoria de rutas, medición de recorridos entre dos o más puntos, etc.
Fig. 1.2 Receptor GPS
1.4.2 Localización Automática de Vehículos (LAV)
Los sistemas LAV son capaces de rastrear la posición de los vehículos y desplegar sus coordenadas en un mapa, para su localización y rastreo; se requiere de dos elementos principales: una base y ‘n’ unidades móviles.
La base es la encargada de administrar la información y de rastrear la posición de los vehículos, cuenta con enlaces de comunicación que le permiten obtener la posición de las unidades móviles, se emplea un software de aplicación que procesa y presenta los datos que determinan la ubicación de la unidad.
Las unidades móviles se instalan en los vehículos, constan de un receptor GPS que determina la posición y un equipo de comunicación con la base, para la transmisión en tiempo real de la ubicación de la unidad. Se pueden emplear distintos sistemas de comunicación, como CDMA, GPRS, enlaces satelitales, etc. La figura 1.3 ilustra a grandes rasgos el funcionamiento de un sistema LAV.
Fig. 1.3 Esquema de un sistema LAV
Existen varias aplicaciones para LAV, según la cobertura, el tipo de vehículo monitoreado y los objetos transportados, entre sus beneficios encontramos:
• Permite administrar al personal de flotillas más efectivamente
• Hace más eficiente el tiempo de los conductores
• Mejora rutas y disminuye tiempos de traslado
• Reduce el consumo de combustible
• Ayuda a tener una referencia sobre las distancias recorridas y tiempos empleados entre repartos o recolecciones
• Mejora la satisfacción de los clientes al reducir tiempos de entrega
• Facilita la recuperación de vehículos
Fig. 1.4 Ventanas de un software LAV
1.4.3 Señales de Mensaje Variable (VMS)
Los VMS (Variable Message Signs), son dispositivos electrónicos que despliegan mensajes luminosos de texto y gráficos, que pueden reprogramarse para proporcionar distintos tipos de información en carreteras y otras vialidades.
De manera típica, un mensaje VMS presenta el tipo de incidente (embotellamiento, accidente, inundación, etc.), la ubicación del incidente y sus efectos (reducción de carriles, disminución de visibilidad, etc.), así como recomendaciones de seguridad en caminos.
Los mensajes que se emplean comúnmente son:
• Accidentes de tránsito
• Cierre de carriles y caminos
• Obstáculos y escombros en la carretera
• Trabajos de mantenimiento y construcción
• Condiciones climáticas adversas
La siguiente figura muestra el aspecto de algunos VMS, principalmente se encuentran en operación en Europa, EE.UU. y Canadá.
Fig. 1.5 Señales de Mensaje Variable (VMS) 1.4.4 Cobro Electrónico de Peaje (ETC)
Los sistemas ETC (Electronic Toll Collection) o comúnmente conocidos como Telepeaje, permiten a los conductores efectuar el pago de cuotas de manera automática y con procesos transparentes al usuario. El sistema de cobro emplea tarjetas inteligentes (transponders RFID), que contienen información del usuario y su vehículo; lectores RFID ó radiofaros, que se instalan en las carreteras, en vez de casetas; así como un sistema central de cobro, el cual realiza las transacciones entre la cuentas del usuario y del proveedor.
Fig. 1.6 Tarjetas inteligentes para ETC
De manera general, el proceso empleado por los sistemas ETC consiste en identificar el vehículo, el lector RFID obtiene los datos necesarios a través de la tarjeta inteligente que porta la unidad; una vez que se ha identificado el vehículo se envían los datos al sistema de cobro, en donde se procesa la información para realizar el pago del peaje desde la cuenta del usuario, que puede ser de prepago ó pospago, posteriormente se realizan las operaciones con bancos o instituciones relacionadas para la transferencia del cobro (fig.
1.7).
Fig. 1.7 Esquema de un sistema ETC
2. Arquitectura ITS
A partir del despliegue masivo de las aplicaciones ITS, se presenta un comportamiento anárquico en el empleo de los mismos, trayendo como consecuencia conflictos para el intercambio de información entre diversas tecnologías, limitantes en la capacidad de expansión de los servicios e inconvenientes en el desarrollo de sistemas robustos. En el año de 1994, EU comenzó a trabajar en un proyecto orientado a contrarrestar las dificultades que se presentaron debido al uso indiscriminado de los ITS; se propuso un concepto que engloba los aspectos institucionales, operativos y tecnológicos, la Arquitectura Nacional ITS, la cual se considera como un marco común para el desarrollo e implementación de los ITS, sustentado por la participación de los sectores público y privado.
2.1Definición
Una Arquitectura ITS es una estructura en común para la planeación, definición e integración de Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS). Identifica a los prestadores del servicio de transporte, a los usuarios y sus necesidades, tecnologías y estándares para la implementación de ITS. Este esquema de trabajo incorpora las contribuciones de todos los sectores involucrados en este tipo de aplicaciones y servicios. La Arquitectura define:
• Las Funciones que son requeridas para los ITS (por ejemplo información sobre condiciones de tránsito).
• Las Subsistemas donde estas funciones residen (por ejemplo, el vehículo).
• Los flujos de datos que conectan estas funciones y subsistemas físicos, dentro de un sistema integrado.
• El conjunto de servicios que el sistema proporcionará, para satisfacer las necesidades de los usuarios.
• La Arquitectura reúne las necesidades del usuario y en base a estas identifica una gama de servicios, respaldados por aplicaciones ITS, para cubrir dichas necesidades.
El diagrama 1 ilustra los principales componentes de una Arquitectura ITS, así como su relación entre sí.
Fig. 2.1 Principales componentes de una Arquitectura ITS
Los principales beneficios de una Arquitectura ITS son los siguientes:
• Expansión del mercado ITS
• Compatibilidad entre productos ITS de distintos fabricantes
• Integración de las funciones de transporte, flujos de información y tecnologías
• Escalabilidad y apertura tecnológica de servicios ITS
• Unificación de criterios para el diseño de servicios ITS
• Establecimiento de estándares y normas ITS
• Mayor vinculación entre los sectores público y privado para la atención de las necesidades de transporte
• Intercambio de datos entre aplicaciones ITS desarrolladas en distintas entidades
2.2 Arquitectura Lógica
Define los procesos (actividades o funciones) que son necesarias para satisfacer los servicios al usuario. La arquitectura Lógica modela los requerimientos del flujo de datos y control a través de varias funciones incluidas en los ITS. Mediante Diagramas de Flujos de Datos (DFD’s) y otras especificaciones, se descomponen los Requerimientos de Servicios del Usuario (USR’s) en elementos que se puedan definir dentro de la Arquitectura ITS, requerimientos específicos de procesos y de flujo de datos, así es como la Arquitectura Lógica representa sistemas de transporte como el Control de Tránsito.
2.2.1 Representación funcional
La metodología se basa principalmente en el análisis Hatley-Pirbhai, utilizado en el desarrollo de la Arquitectura Nacional ITS de EE.UU., dicho método emplea el Diagrama de Flujo de Datos (DFD) para ilustrar el envío de datos entre los elementos funcionales que constituyen la Arquitectura Lógica, a continuación se mencionan dichos elementos:
• Adaptadores: existen adaptadores de entrada y de salida, que representan respectivamente, las fuentes y sumideros de la información externa, que fluye de y hacia la Arquitectura. Definen los límites de la Arquitectura ITS y proporcionan las interfaces externas para el proceso y funciones que respaldan todos los USR.
Tenemos distintos tipos de adaptadores:
a) Adaptadores Humanos: representan a los usuarios y operadores de los ITS, incluyendo a personal que participa en los procesos de la Arquitectura, como conductores, viajeros, etc.
b) Adaptadores de Sistema: representa a otros sistemas que no son parte de la Arquitectura, por ejemplo un sistema financiero, sistema de telefonía celular, etc.
c) Adaptadores de Ambiente: representan las entradas que proveen los sensores para procesar datos de salida, por ejemplo sensores de transito, sensores de clima, etc.
• Almacenes de datos: son bancos internos para almacenar información en cualquier DFD, su empleo requiere agregar servicios para archivar datos.
• Especificaciones de Procesos (P-specs): describen los procesos utilizados para transformar la información de entrada en la salida de datos requerida.
• Flujo de datos: identifica la información que se comparte entre procesos. Permite asignar un orden a la lista de procesos y flujo de datos, también proporciona un vista gráfica de cómo se enlazan los procesos y los flujos de datos.
Las Especificaciones de Proceso (P-Specs), se emplean para definir las funciones necesarias para satisfacer los requerimientos de servicios al usuario (USR) y como los flujos de datos de salida se construyen a partir de sus datos de entrada.
Los P-Specs proporcionan la esencia de los USR a la Arquitectura y describe como los datos de la entrada fluyen dentro de la Arquitectura Lógica, hasta transformarse en los datos de salida.
La arquitectura lógica define un conjunto de funciones (ó procesos) y el flujo de información (ó flujo de datos) para responder a las necesidades de servicio a usuario. El proceso para la Gestión del Tráfico, interacciona con otros procesos, como se muestra en la figura 2.2
Fig. 2.2 Procesos relacionados con la Gestión del tráfico
2.3 Arquitectura Física
La Arquitectura Física identifica los subsistemas físicos y los flujos de arquitectura entre subsistemas que implementaran y soportaran el flujo de datos de la Arquitectura Lógica, así como los adaptadores de entrada (fuentes) y los adaptadores de salida del sistema (sumideros) para el flujo de la Arquitectura.
La figura 2.3 describe la relación entre las arquitecturas lógica y física, las líneas punteadas marcan la relación entre funciones de la arquitectura lógica y los subsistemas en la parte física.
Función A Función
B
Función C
Función D
Subsistema A Subsistema B
Arquitectura Lógica
Arquitectura Física
Flujos de datos
Flujos de Arquitectura
Fig. 2.3 Relación entre Arquitectura Lógica y Física
La Arquitectura Física implementa los procesos y flujos de datos de la Arquitectura Lógica. La Arquitectura ITS se compone de tres capas, como se muestra en la figura 2.4.
a) Capa de transporte: desempeña las funciones relacionadas con los sistemas de transporte, tales como control de tránsito e información al viajero. Las funciones (P-specs de la Arquitectura Lógica) son asignadas a subsistemas tales que las interfaces entre subsistemas, representen posibles interfaces físicas. Los subsistemas cumplen con los siguientes puntos:
• Representan las necesidades de mayor interés (por ejemplo, servicios de emergencia, operación de vehículos comerciales).
• Explícitamente desempeñan las funciones que se llevan a cabo en centrales y en vehículos (por ejemplo, planeación de rutas antes y durante el viaje).
• Retoman funciones actualmente realizadas individualmente por una organización (por ejemplo, control de transito en ciudades corresponde al Subsistema de Gestión del Tránsito).
• Separan funciones que en un futuro podrían ser repartidas entre dos o tres proveedores (por ejemplo, todas las funciones centrales de transito están contenidas en el Subsistema de Gestión del Transito).
b) La capa de comunicaciones representa las tecnologías que soportaran el intercambio de datos entre las funciones de transporte. Cada flujo de datos requerido por las funciones de transporte es evaluado con respecto al tipo de servicio de comunicación que requerirá para su operación.
c) La capa institucional representa las políticas, directrices, y otros aspectos para la planeación de aplicaciones ITS. Así como dependencias, entidades y organizaciones están vinculadas con la implementación de ITS.
Comunica ciones
Transporte
Institucional
Objetiv os y Requerimientos
Soluc iones Interfases
Fig. 2.4 Capas de la Arquitectura ITS
2.3.2 Capa Institucional
La descripción básica de los servicios fundamentales, se basa en la definición de los servicios para los usuarios y proveedores de transporte. Estos servicios definen cómo se estructurará la Arquitectura, y definen las tecnologías que los proveedores tendrán disponibles y que usarán los consumidores. Los servicios se basan en las necesidades de los usuarios.
Los servicios se definen en términos de la forma en que se involucra a los usuarios y proveedores.
La figura 2.5 ilustra la jerarquía de las definiciones de los servicios. La identificación de los servicios individuales comienza desde abajo.
Las Esferas de Servicio se constituyen por servicios fundamentales, forman grupos de alto nivel para clasificar los servicios en base a las funciones de los mismos. Los Grupos de Servicio son subconjuntos de las Esferas de Servicios, los cuales contienen servicios individuales, que son necesarios para cubrir las necesidades de los usuarios de los ITS.
Servicio B3a
Servicio B3b Servicio A2a
Servicio A2b
Architecture Arquitectura ITS de Referencia
Domain B
Servicio A1a
Servicio A1b
Servicio A1c
ITS Service ITS
Service Grupo de Servicios ITS A1
Domain A Esfera de Servicio ITS
A
Servicio B1a
Servicio B1b
ITS Service ITS
Service
ITS Service
Servicio B2a
Servicio B2b
Servicio B2c
Servicio K2a
Servicio K2b Domain K
Servicio K1a
Servicio K1b
Servicio K1c ITS Service Group K1
ITS Service Esfera de
Servicio ITS B
Esfera de Servicio ITS
K
Grupo de Servicios ITS A2
Grupo de Servicios ITS B1
Grupo de Servicios ITS B3 Grupo de Servicios ITS B2
Grupo de Servicios ITS K1
Grupo de Servicios ITS K2
Servicio B3a
Servicio B3b Servicio A2a
Servicio A2b
Architecture Arquitectura ITS de Referencia
Domain B
Servicio A1a
Servicio A1b
Servicio A1c
ITS Service ITS
Service Grupo de Servicios ITS A1
Domain A Esfera de Servicio ITS
A
Servicio B1a
Servicio B1b
ITS Service ITS
Service
ITS Service
Servicio B2a
Servicio B2b
Servicio B2c
Servicio K2a
Servicio K2b Domain K
Servicio K1a
Servicio K1b
Servicio K1c ITS Service Group K1
ITS Service Esfera de
Servicio ITS B
Esfera de Servicio ITS
K
Grupo de Servicios ITS A2
Grupo de Servicios ITS B1
Grupo de Servicios ITS B3 Grupo de Servicios ITS B2
Grupo de Servicios ITS K1
Grupo de Servicios ITS K2
Fig. 2.5 Marco de Servicios Fundamentales2
Para desarrollar una Arquitectura consistente y poder establecer la relación e interdependencia de los diversos servicios de los ITS, primero es conveniente identificar los Servicios ITS fundamentales.
La organización en Grupos de Servicios permite obtener una definición más clara de los conceptos de la operación para cada servicio y sus datos. Las características de los
‘Grupos y Esferas de Servicios ITS’ se describen como sigue:
• Una Esfera de Servicios ITS se refiere a un área específica de aplicación que comprende uno o más Grupos de Servicios.
• Un Grupo de Servicios ITS consiste en uno o más servicios similares o complementarios prestados a los usuarios ITS.
• Un Servicio ITS consiste en un producto o actividad prestada a un tipo específico de usuario ITS. No especifica alguna tecnología o aplicación para proporcionar el servicio.
En el listado siguiente se describen 11 ‘Esferas de Servicios ITS’, de acuerdo con la definición actual de ISO:
1. Información para el pasajero. – Suministro de información estática y dinámica sobre la red de transporte para los usuarios, incluyendo las opciones de modo de transporte (carretero, marítimo, etc.) y de trasbordo.
2ISO TC 204/SC, Intelligent Transportation Systems- Reference Model Architecture (s) for the ITS Sector- Part 1: ITS Fundamental Services, p. 7
2. Gestión y operación del tránsito. – La gestión del movimiento de vehículos, pasajeros y peatones a lo largo de la red de transporte carretero.
3. Vehículo. – Incremento de la seguridad y eficiencia en la operación de los vehículos, por medio de advertencias y asistencia a bordo para los usuarios o para controlar la operación de los vehículos.
4. Transporte de carga. – La gestión de la operación de vehículos de carga, la gestión de carga o flotas, así como actividades que agilizan el trámite de autorización para la carga en las fronteras, agilizan los transbordos entre los modos para la carga autorizada.
5. Transporte colectivo de pasajeros. – operación de servicios de transporte colectivo de pasajeros y el suministro de información operacional al conductor y al usuario.
6. Emergencias. – servicios de atención médica y asistencia para los usuarios de las carreteras.
7. Pago electrónico relacionado con el transporte. – Transacciones durante el viaje y reservaciones para los servicios relacionados con el transporte.
8. Seguridad en el transporte carretero. – protección de los usuarios del transporte incluyendo a los peatones y usuarios vulnerables.
9. Monitoreo de las condiciones climatológicas y ambientales. – actividades que monitorean y notifican sobre las condiciones climatológicas y ambientales.
10. Gestión y coordinación de la respuesta a desastres. – actividades de transporte carretero en respuesta a desastres naturales, disturbios civiles o ataques terroristas.
11. Seguridad nacional. – actividades que protegen o mitigan directamente el daño físico o de operación a las personas e instalaciones debido a desastres naturales, disturbios civiles o ataques terroristas.
Usuario ITS: El Comité Técnico 204 de ISO (ISO TC204) define a un usuario ITS de la siguiente manera:“quien interactúa con los proveedores de servicios ITS para beneficiarse de un servicio ITS”.
Los Usuarios de ITS pueden ser personas o sistemas, en general se puede decir que el usuario ITS, es aquel que interactúa con los ITS recibiendo un servicio mediante un adaptador ITS (interfase). Por otro lado, los usuarios internos, son aquellos que fabrican, operan, regulan y controlan el transporte mediante ITS. Simultáneamente, pueden utilizar los servicios de sistemas que no son ITS y a su vez, los ITS pueden usar componentes específicos que no son de ITS (Ej., teléfonos celulares o GPS) como parte de un ITS. Por ejemplo, las personas a bordo del autobús que se benefician de una mayor eficiencia son consideradas usuarios, aunque su interacción con el ITS fue simplemente abordar un autobús. El autobús en sí y el personal administrativo del autobús son considerados proveedores del servicio ITS.
En la especificación de estos servicios, no hay diferencia práctica entre los usuarios externos e internos, y de hecho, algunos sistemas en ciertas ocasiones atienden a clientes externos y en otras a clientes internos. Sin embargo, para determinar el Sector ITS, es importante no solamente definir cuáles son las normas requeridas para atender los requerimientos los usuarios, sino también los procesos internos que deben realizarse para satisfacer las necesidades del usuario.
Los usuarios ITS también pueden estar en sectores que no son ITS. Por ejemplo, las instalaciones que atienden los asuntos administrativos relacionados con las placas vehiculares, también son usuarios de ITS, aunque no se encuentran en un sector ITS.
Proveedor ITS: Para cada servicio debe existir algún proveedor ITS que ofrezca dicho servicio. Los proveedores de ITS, por lo general son los operadores de los sistemas de transporte; es decir, el personal o los sistemas que prestan los servicios. Es por medio de las actividades de estos proveedores que el usuario recibe un servicio.
Los proveedores de ITS generalmente son representados por dependencias públicas y proveedores privados.
2.3.3 Capa de Transporte
En esta capa se incorporan en la Arquitectura las funciones que desempeña un sistema de transporte, para introducir estas actividades se emplean los siguientes elementos para interpretar y describir los procesos necesarios:
Adaptadores: representan las entradas (fuentes) y salidas (sumideros) de la información externa a la Arquitectura, determinan los límites de la Arquitectura
Flujos de Arquitectura: los flujos de Arquitectura entre los subsistemas son determinados en base al intercambio de información descrita en los flujos de datos de la Arquitectura Lógica.
Interconexiones Físicas: la comunicación entre subsistemas requiere un tipo de conexión específica (por ejemplo fibra óptica), acorde con las características de los subsistemas. El conjunto de interconexiones que soportan los flujos de datos están definidas en la capa de comunicaciones.
Paquetes de equipo: cada paquete de equipo representa a un conjunto de P-specs similares entre sí, previamente definidos por la Arquitectura Lógica, los paquetes se asignan a los subsistemas para identificar las funciones que desempeñan.
Subsistemas: representan actividades, organizaciones y tecnologías que se relacionan para desempeñar funciones (P-specs) contenidas en los paquetes de equipo. Por lo tanto los subsistemas contienen paquetes de equipo, que a su vez contienen P-specs de la Arquitectura Lógica. Los subsistemas se pueden considerar entidades físicas, las cuales se clasifican por sus características funcionales, institucionales y de implantación en:
• Centrales: se emplean para el control, administración y respaldo de las funciones de los sistemas de transporte.
• Campo: proporcionan la interfase entre la Arquitectura con la red de caminos, vehículos que transitan los caminos y los viajeros.
• Viajero: incluyen el equipo que es operado por el viajero para emplear el sistema de transporte.
• Vehículo: están directamente ligados a la operación, control y seguridad en los vehículos.
Paquetes de mercado: reúne a los distintos subsistemas, adaptadores, y flujos de arquitectura para proporcionar el servicio requerido por el usuario. Reúnen distintas componentes lógicas y físicas del sistema, para ofrecer al usuario el servicio que necesita. Están definidos por conjuntos de paquetes de equipo necesarios para trabajar juntos (típicamente de uno a otro subsistema). Identifican las piezas necesarias de la Arquitectura ITS para implementar un servicio. Están diseñados para atender problemas específicos de transporte y necesidades. La figura 2.6 ubica los elementos básicos de un diagrama de paquete de mercado.
Gestión de tránsito
flujo de tránsito + imágenes de
tránsito control de sens ores de tránsito
control de video v igila ncia
Con tro l d e se máforos Cen tro d e Gestión de
Tr ánsito (CGT)
sta tus de l control de sem áforos
Red Vial
Man te nimien to de l tránsito
Con tro les d e semáforos en la r ed vial Coo rdina ción de l eq uipa mi ento vial datos de control de semáforos
solic it ud de de recho de vía
Conductor
Tránsito características del tránsito
inform ación del cond uctor Vig ilancia básica
de la r ed vial
Recop ilación de d ato s de vigi lancia de l tránsito
Su bsiste mas
Ad aptado res
Pa que te s de E quip o
Flujo s de Arq uitectura
Fig. 2.6 Diagrama de paquete de mercado de anticipación de semáforos Estándares
Son normas que establecen lineamientos y características técnicas de los ITS, para facilitar la implantación y la interoperabilidad de los distintos sistemas que conforman la Arquitectura, con un esquema abierto se facilita la inserción de nuevas tecnologías y avances del sector.
2.3.4 Capa de Comunicaciones
La Capa de Comunicaciones proporciona las opciones de telecomunicaciones que la capa de transporte requiere para implementar los servicios al usuario. Además, en esta etapa se identifican:
• Tipos de infraestructura de Comunicaciones para conectar los subsistemas de la Capa de Transporte.
• El tipo de conectividad necesaria en los flujos de datos (por paquetes, conmutación de circuitos, etc.).
• Sistemas de comunicación que necesitan estándares para su interoperabilidad a nivel nacional.
• Sistemas de comunicación alámbrica e inalámbrica
• Opciones de comunicaciones públicas y privadas
El desarrollo de esta capa, es similar al de la Capa de Transporte:
1. Desarrollo y descripción de las necesidades de comunicación (conversación, datos, video, etc.), esto es análogo al desarrollo de los servicios a usuarios ITS.
2. Determinar las funciones lógicas de la red (acceso inalámbrico, registro, etc.) para atender los requerimientos de los servicios de comunicaciones, esto cumple con funciones similares a las de la Arquitectura Lógica.
3. Se identifican las entidades funcionales (estación base, conmutador, etc.) que pueden desempeñar las funciones lógicas y se ajustan a modelos de red y estándares adecuados.
Las comunicaciones que se propongan en esta capa deben ser tecnológicamente y económicamente factibles para su eficaz implementación en la Arquitectura, en algunos casos convendrá utilizar redes comerciales de comunicaciones y en algunos otros será necesario establecer sistemas especializados. Se deben elegir apropiadamente los servicios de comunicaciones, medios de comunicación, tipos de interfases y tecnologías para interconectar los subsistemas de transporte.
El desarrollo de esta capa implica dos principales ramas, en la primera básicamente se realiza un proceso genérico de sistemas de comunicación, la segunda rama se enfoca básicamente en enlazar los sistemas de comunicación con los sistemas de transporte, de esta manera se establecen comunicaciones especializadas en las necesidades de la Arquitectura ITS, esto se lleva a cabo con los siguientes pasos:
1. Mapeo de los servicios de comunicaciones con los flujos de datos de la Capa de Transporte.
2. Generación de Diagramas de Interconexión de la Arquitectura (AID’s), los cuales definen las interconexiones entre los subsistemas de transporte y otros módulos definidos en la Capa de Transporte.
3. Identificación de Interpretaciones de la Arquitectura (AR’s), los cuales son ejemplos basados en la Red Modelo de Referencia, de cómo proporcionar tecnologías de comunicaciones entre usuarios ya definidos en Capa de Transporte.
4. Enlace de los AID’s con AR’s (cada AR permanece un nivel arriba de las especificaciones tecnológicas y comprende una familia de sistemas con características similares, por ejemplo, redes inalámbricas de paquetes de datos).
5. Identificación de las Especificaciones de Interconexión de la Arquitectura (AIS’s), las cuales son ejemplos de sistemas para implementar una tecnología de comunicaciones para una necesidad específica.
El mapeo de flujo de datos con los servicios de comunicación, se basa en los Flujos de Arquitectura que especifican que subsistemas necesitan comunicarse, este mapeo proporciona uno o más servicios de comunicación para cada flujo de datos entre los componentes de la capa de transporte. Los Diagramas de Interconexión de la Arquitectura (AID’s) identifican el tipo de comunicación, ya sean alámbricas o inalámbricas entre subsistemas, así como una descripción del servicio de comunicaciones.
De manera paralela, el Desarrollo de Red Modelo de Referencia, se realiza en base a redes y estándares comerciales de sistemas de comunicaciones apropiados para las necesidades ITS. Posteriormente este modelo se emplea para obtener las Interpretaciones de la Arquitectura (AR), empleando un análisis costo-beneficio para desarrollar interpretaciones ó ejemplos de cómo implementar los servicios necesarios de comunicaciones.
El enlace AID-AR identifica que flujos de datos son respaldados por cada interpretación, al mismo tiempo, los resultados del Análisis Técnico se emplean para desarrollar las Especificaciones de Interconexión de la Arquitectura (AIS), los cuales analizan las características específicas de la tecnología para interconectar las entidades de la capa de transporte, son una especie de recomendaciones para elegir las tecnologías de comunicación candidatas. Las AIS en conjunto con el Mapeo AID-AR, determinan las tecnologías de comunicaciones candidatas, que cubren los requerimientos de comunicaciones de la capa de transporte, para implementar los servicios al usuario. El proceso que se realiza en la Capa de Comunicaciones se ilustra en la siguiente figura.
Ma peo Flujo de datos-
Servcios de comunic ación
Dia gram a de Intercone xión
de la A rquitectura (A ID)
D esarrollo de la Re d Modelo de R eferencia
Interpretaciones de la Arquitectura
(AR)
Enlace AID-AR
Espec ificaciones de interconexión
Funciones lógica s de com unica cione s
Entidades Fís ic as de com unica cione s
Costo/Beneficio
Anális is Técnico
Tecnologías de comunica ciones
candidatas
Fig. 2.7 Proceso de desarrollo en la Capa de Comunicaciones
En general, la Capa de Comunicaciones tiene dos grandes componentes: uno alámbrico y otro inalámbrico. Todas las entidades identificadas en la Capa de Transporte requieren transferir de información mediante comunicaciones alámbricas, inalámbricas e incluso ambas. En la mayoría de los casos, se emplean sistemas inalámbricos orientados en tres enfoques:
• Comunicaciones Inalámbricas de Área Amplia (incluyendo tecnologías emergentes).
• Comunicaciones Inalámbricas de Corto Alcance
• Sistemas Inalámbricos Dedicados (para aplicaciones específicas de la Arquitectura, con baja probabilidad de errores).
2.4 Arquitectura Nacional ITS de Estados Unidos
Gran parte del desarrollo en el campo de Arquitectura ITS, proviene del trabajo que EE.UU. ha realizado desde 1994| en el desarrollo de su Arquitectura Nacional. Este esfuerzo es encabezado por la dependencia Department of Transportation (DOT).
La Arquitectura Nacional ITS de Estados Unidos comprende los siguientes elementos principales, que describen los requerimientos de los usuarios y la funcionalidad del sistema:
Requerimientos de los Servicios al Usuario (USR): Define los servicios básicos y los requerimientos de los usuarios como base para el desarrollo de la arquitectura, que pueden relacionarse con los objetivos operacionales. Los servicios de alto nivel están clasificados en “paquetes” e incluyen:
• Gestión del tránsito y de viajes
• Gestión del transporte público
• Pago electrónico
• Operaciones de los vehículos de carga
• Gestión de emergencias
• Sistemas avanzados de seguridad vehicular
• Gestión de información
• Gestión de construcción y mantenimiento
2.4.1Definición funcional
Ofrece la definición detallada de “procesos” dentro del contexto de la Arquitectura lógica (se concentra en los elementos funcionales y no en los físicos), además de los flujos de datos y su almacenamiento que enlazan y apoyan cada proceso. Los procesos de nivel más alto se relacionan con los Servicios al usuario definidos previamente e incluyen:
• Gestión del tránsito
• Gestión de vehículos de carga
• Control y monitoreo de vehículos
• Gestión del transporte público
• Gestión de los servicios de emergencia
• Servicios para los conductores y viajeros
• Servicios para el pago electrónico
• Gestión de los datos archivados
Más de 480 procesos y más de 2,500 flujos de datos describen la funcionalidad de la arquitectura de EE.UU.
2.4.2 Definición física.
La arquitectura física define los componentes que pueden usarse o agruparse para formar sistemas definidos, o identificar productos potenciales que deben desarrollarse para apoyar la implantación de ITS en EE.UU. Se definen diecinueve subsistemas funcionales, conformados por "componentes básicos” conocidos como paquetes de equipos. Cada paquete de equipo apoya grupos de flujos de datos y procesos similares como se comentó antes. Cuando se combinan en varios grupos funcionales, estos paquetes de equipo forman los Paquetes de Mercado y frecuentemente se usan como base de la implantación de ITS regionales en EE.UU. La Figura 2.8 presenta un ejemplo de un esquema de Paquete de Mercado para la Difusión de información de tránsito. Sin embargo, es posible que los paquetes deban ser combinados o reconfigurados para atender a los requerimientos funcionales específicos en una región.
GOT-106 Difusión de información de tránsito
difusión de avisos Gestión de
mantenimiento y construcción
Personal de operaciones de
tránsito
Proveedor del servicio
Gestión de emergencias Transporte
público información
al conductor condiciones de la red vial
datos del sistema de información vial Medios de
comunicación
insumos del operador de tránsito datos del operador de tránsito
solicitud de información de los medios de comunicación condiciones de la red vial
condiciones de la red vial
restricciones actuales de activos
condiciones de la red vial
Conductor Vehículo básico
Otra red vial coordinación del equipamiento vial
Red vial Gestión de tránsito
Difusión de información de tránsito de la Central de Gestión de Tránsito
Difusión de información del tránsito en la red vial
Coordinación del equipamiento vial estatus del sistema de
información vial
Fig. 2.8 Ejemplo de paquete de mercado ITS
2.4.3 Comunicaciones
La Arquitectura de EE.UU. define interfases y la transferencia de datos entre los diferentes componentes dentro de los Paquetes de Mercado. Estos componentes sirvieron de base para la definición de los estándares de comunicaciones y formatos de datos que sirven de apoyo en el desarrollo de sistemas, que reducen la dependencia de
los sistemas con algún proveedor dado. El Department of Transportation (DOT) trabaja en conjunto con cinco organizaciones en el establecimiento y desarrollo de estándares:
• AASTO (American Association of State Highway and Transportation Officials)
• ITE (Institute of Transportation Engineers)
• NEMA (National Electrical Manufacturers Association)
• IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers)
• SAE (Society of Automotive Engineers)
Como producto del trabajo de estandarización de comunicaciones realizado en Estados Unidos, se estableció The National Transportation Communications for ITS Protocol (NTCIP), es una familia de protocolos diseñada en base a las comunicaciones comerciales, define los estándares para la transmisión y recepción de datos, Central a Campo (C2F) y Central a Central (C2C), se emplea en aplicaciones como:
• Control de semáforos y otros dispositivos viales
• Monitoreo de las condiciones de tránsito y del clima
• Señales de Mensaje Variable
• Operación de sistemas CCTV
• Gestión de emergencias e incidentes
• Control de estacionamientos 2.4.4 Estructura del NTCIP
El NTCIP esta compuesto por una serie de niveles, similares a las capas del Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (también llamado Modelo OSI), el intercambio de datos se realiza a través de los distintos niveles del NTCIP:
• Nivel Base: consiste en los medios y elementos físicos empleados en la transmisión de datos, por ejemplo: cable coaxial, fibra óptica, ondas electromagnéticas, etc. Se enfoca en la infraestructura tecnológica de los sistemas de comunicación y su diseño tiene un impacto en el siguiente nivel.
• Nivel de Subred: contiene los estándares para la interfase física, por ejemplo, módem, tarjeta de red, y el método de paquete de datos como HDLC, PPP, Ethernet, ATM.
• Nivel de Transporte: en este nivel se encuentran los estándares para la subdivisión de paquetes de datos, reensamble de paquetes y ruteo de paquetes, como: TCP, UDP, IP.
• Nivel de Aplicación: maneja los estándares para la estructura de paquetes de datos y control de sesión, por ejemplo SNMP, STMP, DATEX, CORBA, FTP, CORBA.
• Nivel de información: contiene los estándares para los elementos de datos, objetos y mensajes a transmitirse, por ejemplo, TCIP, NTCIP 1200, MS/ETMCC. Estos solo se emplean en aplicaciones orientadas al sector transportes.
En la aplicación, los niveles de transporte y subred, emplean frecuentemente los estándares empleados en las industrias de informática y de comunicaciones, por debajo del nivel de información, los estándares NTCIP se basan en elegir los estándares comerciales para su aplicación en ITS. El NTCIP se enfoca en ciertas comunicaciones que requieren consideraciones especiales, como:
• Intercambio continuo, automático y en tiempo real de grandes cantidades de pequeños paquetes de datos, entre distintos tipos de redes (direccionados por DATEX y CORBA).
• Volúmenes continuos de datos enviados en tiempo real hacia y desde sistemas presentes en caminos y en vehículos (direccionados por STMP y el Protocolo Punto-Multipunto).
Cuando se identifican en capas o módulos los protocolos, se pueden realizar diagramas de estructuras. La siguiente figura muestra los distintos protocolos (dentro de cada rectángulo) que pueden elegirse en cada nivel del NTCIP, así como la compatibilidad entre los mismos (líneas entre los rectángulos). Para la transmisión de mensajes entre dispositivos se emplea un conjunto de protocolos conocidos como “pila de protocolos”, es posible que entre dos dispositivos se ocupe más de una pila de protocolos para la transmisión de la información.
Fig. 2.9 Estructura de la familia de protocolos NTCIP
Existe una clasificación de los estándares NTCIP, en base al nivel en que se encuentran:
• Estándares de información: definen los perfiles en el Nivel de información (serie 1xxx de los Estándares NTCIP).
• Estándares de aplicación: se utilizan en el Nivel de Aplicación (serie 23xx de los Estándares NTCIP).
• Estándares de Transporte: se empelan en el Nivel de Transporte (serie 22xx de los Estándares NTCIP).
• Estándares de Subred: se ocupan en el Nivel de Subred (serie 21xx de los Estándares NTCIP).
Los protocolos empleados en el Nivel de Aplicación provienen de sistemas comerciales, estos se describen enseguida de manera breve:
• Protocolo Simple de Gestión de Red (SNMP): se emplea en aplicaciones C2F, se basa en el Protocolo de Internet SNMP, pero es más simplificado. Es adecuado en redes con un gran ancho de banda o con un bajo trafico de información, corre sobre UDP/IP, pero puede adecuarse a TCP/IP o T2/NULL.
• Protocolo Simple de Gestión de Transporte (STMP): se desarrollo de manera específica para la industria del transporte, es una extensión del SNMP que maneja datos C2F de manera eficiente usando objetos compuestos dinámicos. Se recomienda en redes con un estrecho ancho de banda y gran trafico de datos, tales como, sistemas de señales de tránsito donde una computadora central se conecta a dispositivos en las vialidades. Está diseñado para correr sobre T2/NULL, sin embargo, se puede emplearse sobre TCP/IP o UDP/IP.
• Protocolo Simple de Mensajes Fijos (SFMP): se emplea para optimizar el ancho de banda para dispositivos terminales, como controladores de CCTV, este protocolo aún esta en proceso de desarrollo.
• Intercambio de Datos (DATEX): se emplea de manera genérica en las comunicaciones C2C, se basa en los protocolos de Internet (TCP/IP y UDP/IP) en una conexión igual a igual (peer to peer). El estándar base en el nivel de aplicación es un estándar ISO, desarrollado por el grupo de trabajo denominado DATEX- ASN.
• Arquitectura Común de Gestión Orientada a Objetos (CORBA): es un protocolo propósito general en comunicaciones C2C, se basa en el estándar industrial del mismo nombre. Para sistemas orientados a objetos, permite un mayor grado de integración y algunas prestaciones que no son proporcionados por DATEX, pero no es recomendable en aplicaciones que necesitan información en tiempo real.
2.4.5 Tipos de comunicaciones
Dentro del diagrama de Interconexión de la Arquitectura se encuetran distintas clases de comunicaciones que enlazan a los subsistemas:
• Comunicaciones de Punto Fijo a Punto Fijo: proporciona comunicación de voz, video y datos entre dispositivos en la vía (Ej., semáforos, señales electrónicas, lectores de tarjetas electrónicas, sistema de cobro de cuotas) y sistemas centrales de control (centros de control de tránsito, centros de adminsitración de cuotas, etc). Pueden emplear comunicaciones alámbricas e inalámbricas.
• Comunicaciones Inalámbricas de Área Amplia: proporciona comunicación de voz y datos hacia y desde los vehículos o dispositivos personales utilizando