Jitel2010 0046 tripp_aguilar

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Jitel2010 0046 tripp_aguilar

  1. 1. Evaluación de prestaciones de una red híbrida vehicular y de sensores para mejorar la seguridad vial Carolina Tripp Barba, Karen Ornelas, Guillermo Díaz Delgado, Mónica Aguilar Igartua Departament dEnginyeria Telemàtica. Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). C/ Jordi Girona 1-3, Mòd. C3, Campus Nord, 08034 Barcelona. {ctripp, gdiaz, monica.aguilar}@entel.upc.edu, karen.ornelas@gmail.comResumen- En los últimos años las redes inalámbricas se han hoc Networks) [2, 4]. Ambas son redes ad hoc capaces deconvertido en una tecnología de comunicación ampliamente operar sin ninguna infraestructura definida y sindifundida así como en un reto en cuanto a investigación se administración centralizada. La organización de esta red estárefiere. Se han presentado muchas contribuciones sobre redes ad a cargo de los mismos nodos que la conforman. Cada nodo eshoc, tales como redes inalámbricas de sensores (WSN, Wireless capaz de trabajar como emisor, destinatario o simple repetidorSensor Networks) y redes vehiculares (VANET, Vehicular Ad hocNetworks). Recientemente, la cantidad de coches que transitan de la información. Los nodos en una WSN son estáticos,en nuestras calles, carreteras y autopistas ha ido en aumento, mientras que los nodos en la VANET pueden alcanzar altasdando pie a un gran interés en las tecnologías de comunicación velocidades. Los cambios frecuentes que presenta lavehicular. Un nuevo tipo de red ha sido desarrollada, topología debido a la movilidad de los vehículos en la reddenominada Red Híbrida Vehicular y de Sensores (HSVN, VANET exigen el diseño de un protocolo de encaminamientoHybrid Sensor and Vehicular Network) en la cual WSNs y flexible y que se adapte a estas velocidades de los nodos.VANETs cooperan entre sí con el objetivo común de mejorar laseguridad vial. Existen proyectos recientes, tales como CVIS [8] Una WSN consiste en un grupo de pequeños dispositivosy COMeSafety [10], que se han enfocado en estos aspectos. Este inalámbricos capaces de recolectar información de su entornotipo de propuesta prevendrá al conductor y al copiloto sobre como temperatura, humedad, movimiento, etc. Este tipo decualquier evento que ocurra en la ruta por la que circulan, tales redes permiten un rápido despliegue de estos dispositivoscomo accidentes que han sucedido en la carretera, densidad de debido a su pequeño tamaño y peso. Pero presentan algunastráfico, condiciones climatológicas de las rutas, etc. De estamanera el número de accidentes de tráfico podrá decrecer restricciones en comparación con otras redes ad hoc que sesignificativamente y se podrán salvar muchísimas vidas. Así deben tomar en cuenta al momento de trabajar con ellos,mismo, otros servicios de entretenimiento como el acceso a como capacidad limitada de memoria, energía yInternet y las descargas multimedia podrán estar disponibles procesamiento, así como bajo alcance de transmisión.fácil y económicamente con el despliegue de infraestructura a lolargo de las carreteras. Además, el sistema navegador de a bordo En una VANET se asume que cada nodo en la red estápodrá elegir la ruta que esté realmente menos congestionada, equipado con alguna tecnología de navegación, como GPSayudando así a disminuir la contaminación. Transportarse en (Global Positioning System) [5]. Una VANET se consideracoche será más fácil, seguro y más cómodo para los pasajeros. como un tipo particular de MANET (Mobile Ad hoc Network)En el presente artículo se presenta una plataforma de HSVN, asícomo la descripción y evaluación de un protocolo de [1]. Sin embargo, la principal diferencia está en la velocidadcomunicación entre VANETs y WSNs usando como simulador de los nodos que la conforman. Este factor produce cambiosNCTUns [20] para su evaluación. rápidos en la topología y eso produce que los enlaces tengan un corto periodo de vida. Por otro lado, los dispositivos en losPalabras clave- WSN (Wireless Sensor Networks), VANET vehículos no presentan límites de energía, además de poder(Vehicular ad hoc Networks), HSVN (Hybrid Sensor and tener un alto poder de procesamiento. Para finales de 2010, seVehicular Network). espera la publicación del estándar IEEE 802.11p [4, 6] el cual será una gran contribución a mejorar la comunicación a través de los vehículos que forman la VANET. El cual maneja I. INTRODUCCIÓN rangos de comunicación de hasta 1000 metros, bandas de Las investigaciones en tecnologías de corto alcance han frecuencia de hasta 5.92 GHz, modulación OFDMido en aumento en los últimos años. Así pues, las redes ad hoc (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), así comohan recibido más atención debido al fácil despliegue que soportar alta movilidad de los nodos [6].suponen. Una red Ad hoc [1, 2] está formada por un grupo de Una red híbrida vehicular y de sensores (HSVN, Hybridnodos que se comunican entre sí con una interfaz inalámbrica, Sensor and Vehicular Networks) es un nuevo concepto queademás de poder trabajar tanto con infraestructura fija como permite incorporar sensores a lo largo de las carreteras, losin ningún tipo de infraestructura. En el entorno en que se cual puede ser considerado como una arquitectura de redplantea este trabajo hay dos tipos de redes ad hoc: las WSNs heterogénea de nueva generación. En una perspectiva global,(Wireless Sensor Networks) [3] y las VANETs (Vehicular Ad la información sobre las condiciones medioambientales, como
  2. 2. lluvia o hielo, y la densidad de tráfico en trayectos remotos cooperación de sistemas inteligentes de transporte porpodrá ser monitorizada por los vehículos, que posteriormente carretera. También proporciona una plataforma abierta deserá almacenada en la WSN para que pueda ser distribuida a integración de los intereses de todos los participantes públicostravés de otros vehículos que pasen posteriormente por el y privados representados. Los resultados consolidados sesegmento de carretera determinado por un grupo de sensores. envían a los organismos europeos de normalización y tambiénEl propósito principal de este tipo de red es que los coches a todo el resto del mundo.dentro de una VANET puedan compartir informaciónreferente a condiciones climáticas, estado de tráfico y INFOTRANSIT [12] ha sido desarrollado por laseguridad vial, con el fin de reducir el número de accidentes. fundación RACC (Reial Automòbil Club de Catalunya), laGracias al intercambio oportuno de esta información los cual provee de información para hacer la conducción másusuarios podrán viajar más seguros a lo largo de sus trayectos. segura. Consiste en un servicio en Internet basado en diferentes fuentes de datos que proveen información II. ESTADO DEL ARTE actualizada continuamente del tráfico en tiempo real, datos Recientemente, en Europa se han creado diferentes del clima, localización de radares y de accidentes. Utilizaconsorcios [7, 8, 9, 10, 11, 12] cuyo objetivo es hacer más mapas interactivos basados en los mapas de Google [13]. Enseguros tanto los vehículos como los trayectos. Estos un futuro no muy lejano, los conductores serán capaces deconsorcios están integrados principalmente por fabricantes de acceder y actualizar dicha información de tráfico en cualquiercoches, investigadores y la Comisión Europea. CAR 2 CAR momento durante su viaje sin coste adicional alguno. La[7] es un consorcio iniciado por fabricantes Europeos, cuyo información será proporcionada por la Dirección General deobjetivo principal es aumentar el tráfico seguro y eficiente Tráfico (DGT). Con esto, los conductores podrán fácilmentehaciendo uso de los ITS (Intelligent Transport Systems), así ver la localización de los radares, podrán obtener videoscomo de las comunicaciones vehículo-a-vehículo (V2V, cortos de las cámaras de tráfico y la localización de cualquierVehicle-to-Vehicle) y vehículo-a-infraestructura (V2I, Vehicle- accidente ocurrido en su trayectoria.to-Infrastructure). Recientemente, ha sido propuesto un nuevo enfoque a partir de la unión de dos tipos de redes ad hoc, WSNs y El proyecto CVIS (Cooperative Vehicle-Infrastructure VANETs. Una HSVN, consiste en hacer que las redes deSystems) [8] trabaja con sistemas inteligentes y cooperativos sensores y vehiculares trabajen juntas para constituir unque se basan en comunicaciones de tipo V2V y V2I, con lo sistema de comunicación que puede ser utilizado por losque le permite adquirir mejoras tanto en eficiencia en el vehículos con el objetivo de asistir al conductor con elsistema de transporte, como en la seguridad de los usuarios objetivo principal de reducir los accidentes en las carreteras.que estén a lo largo del camino. Los beneficios que se esperan Nuevas arquitecturas han sido propuestas para ofrecer unson el poder procesar información disponible del vehículo y enfoque robusto, flexible y efectivo para las HSVN. Variosde su entorno. Dichos beneficios incluyen mejoras en la trabajos de investigación, como [14] y [15], han sidocapacidad de la red del trayecto, reducción de la congestión realizados donde el principal reto ha sido el de diseñar lade tráfico, reducción de la contaminación, elección de arquitectura HSVN. Una red HSVN necesita incluir uncaminos con menor tiempo de trayecto, mejora de la protocolo de comunicación entre ambas redes que laseguridad de tráfico para todos los usuarios, logística más conforman: la de sensores (WSN) y la vehicular (VANET). Eleficiente, aumento del control sobre la red del trayecto fin es intercambiar datos entre sus respectivos nodos. La(urbano e inter-urbano), aumento en la eficiencia de los mayoría de los estudios hacen algunas suposiciones como quesistemas de transporte público y una mejor respuesta de los coches ya cuentan con dispositivos GPS,acción ante accidentes e incidentes en carretera. microprocesadores y sensores, así como el uso de un mismo mapa digital en la red completa. Una de las características El proyecto CARLINK [9] busca el desarrollo de un más importantes es que en los vehículos no hay límite enservicio inteligente para coches. La aplicación principal de cuanto al tiempo de vida de baterías, ni en el tamaño deeste proyecto es ofrecer información de clima en tiempo real, almacenamiento de datos. Algunos resultados sobrereportes del estado del tráfico y otras aplicaciones en dispositivos de redes y sensores para este tipo de red han sidobroadcast. Los vehículos estarán debidamente equipados para presentados en [14] donde se describen los sistemas dehacer posible la comunicación con una estación base y con control de tráfico, protocolos de comunicación y el contenidootros nodos ad hoc que participen en la red. El objetivo del de la información a compartir que han sido utilizados.proyecto está orientado a mejorar la industria automotriz,involucrando a los operadores de telecomunicaciones, a los Otro estudio [16] se enfoca en proveer seguridad vial yconductores y demás usuarios de las vías. Los nuevos coches está dirigido a la comunicación Carretera-Coche (R2C, Road-está previsto que estén equipados con un nuevo tipo de to-Car) mediante la utilización de WSNs. Se basa en laservicio de telecomunicación relacionado con los ITS que implementación de varios sensores a lo largo de la carretera,permitiría grandes beneficios a los operadores así como a los la cual está dividida en segmentos. Una red de sensoresusuarios. simple obtendrá información sobre el clima, así como otros datos importantes para los coches. Este estudio está enfocado El proyecto COMeSafety [10] está respaldado por el foro en ofrecer dos servicios diferentes: prevención de accidenteseSafety [11] respecto a todas las cuestiones relacionadas con e investigación post-accidente. Esta información podrá serlas comunicaciones V2V y V2I como base para la
  3. 3. usada tanto para salvar vidas como para que los equipos dentro del rango de transmisión del nodo sumidero (gateway)forenses puedan tener una fuente fiable sobre los hechos. de la WSN es muy corto (ver Figs. 1 y 2). La cooperación entre las redes de sensores y vehiculares permite ampliar el III. CONCEPTOS BASICOS EN UNA HSVN alcance de transmisión de la información sobre seguridad La principal característica ofrecida en una red vehicular vial. Los vehículos pueden almacenar datos sobre el estado dees la capacidad de distribuir información sobre el tráfico y el los distintos segmentos de la carretera y transmitirlos alestado de las carreteras a través de los demás coches que sumidero de la WSN por la que pasa. Más tarde, si otro cochecirculan en la carretera. Los nodos que forman parte de una pasa por esa misma zona, podrá recuperar dicha informaciónred vehicular serán capaces de tener acceso a diferente del sumidero de la WSN. En la Fig. 1. puede verse uninformación sobre su entorno. Esta información será de gran esquema general del sistema global en que se basa una HSVNayuda para que el protocolo de encaminamiento presente en la como la que consideramos en este estudio.VANET pueda tomar una mejor decisión, por ejemplo eldetectar vehículos que tengan destinos similares para elaborar El contenido de los mensajes que se intercambiarán losuna ruta conjunta de transporte de la información que nodos de la HSVN referentes a la seguridad vial, deberá serincremente el tiempo de vida de los enlaces. El mecanismo de definido. Estos mensajes deben incluir información sobre losinundación no es muy funcional, puesto que una red vehicular diversos segmentos de la carretera (por ejemplo, condicionespuede estar formada por un alto número de nodos; el climatológicas, localización de accidentes, posibles trabajosmecanismo de multisalto es usualmente utilizado, ya que en las calles, etc.). Los mensajes podrán incluir una imagenpermite el despliegue de la información vehículo a vehículo de baja resolución de las intersecciones próximas; de estahasta alcanzar el destino deseado, en caso de que el emisor y manera el copiloto o el conductor podrán dar un vistazoel destinatario no estén dentro de un mismo rango de rápido para tener información fiable sobre los lugares dondetransmisión. El transporte público también puede verse pasarán próximamente, por si deciden cambiar deinvolucrado en la comunicación de estas redes, pues los intersección. Después de esto, los datos intercambiados entreautobuses pueden operar como nodos fiables de la VANET, el sumidero de la WSN y un vehículo en la VANET, deberánademás de poder ofrecer una conexión a Internet a los coches ser almacenados o actualizados en sus respectivas bases deque circulen cerca. datos. Por otra parte, el protocolo que se diseñe deberá manejar varios tipos de intercambios de información (ver Fig. En la actualidad, la mayoría de los coches modernos ya 1), los cuales se describen a continuación:cuentan con un dispositivo GPS instalado, por ello lasaplicaciones instaladas que asisten a los conductores en la • El coche que actúa como líder de grupo (coches A yconducción, como Tom-Tom [17] o GARMIN [18], son C en la Fig. 1) almacenará la información de loscapaces de conocer la posición geográfica y obtener un mapa coches que pertenezcan al grupo.digital sobre la misma. Esta información actualizada entiempo real, servirá de apoyo a las aplicaciones de soporte a • La información sobre segmentos de carreteras serála navegación, ya que les harán más fácil la tarea de la toma intercambiada entre los líderes de grupos quede decisiones, por ejemplo tomar la ruta más segura y menos circulen en diferentes direcciones (coches A y C encongestionada. Para la distribución de la información por la Fig.1).red HSVN se plantea el diseño de un protocolo deencaminamiento basado en técnicas cross-layer, de tal manera • La nueva información que reciba el líder del grupoque las diferentes capas de protocolos podrán colaborar en la será transmitida hacia todos los miembros de sumejora de la comunicación. Además, el protocolo de grupo.encaminamiento deberá ser capaz de adaptarse yreconfigurarse tomando en cuenta parámetros representativos • Los pasajeros tendrán acceso a Internet, mediante APde cada nivel de protocolos, como la calidad del video que (Access Points) alojados a lo largo de la carretera o arecibe el usuario (nivel de aplicación), pérdidas (nivel de red) través del transporte público que tenga conexiones ay retransmisiones (nivel MAC). Asimismo deberá ser capaz Internet.de ofrecer QoS para ofrecer información multimedia (porejemplo video-streaming) sobre accidentes o densidad de A. Modelos de movilidad en VANETstráfico, así como datos propios de información sobre la En un escenario vehicular, los coches no se muevencarretera (clima, rutas óptimas, etc.). Otra característica libremente a través de todo el área. Éstos deben seguir lasimportante a ser mencionada es que los parámetros del vías de una carretera, las calles de una ciudad, respetarsistema se podrían configurar dinámicamente de acuerdo al señales de tráfico y considerar la presencia de otros vehículos.estado de la red (tráfico, pérdidas, retardos). Además, la distribución de estos nodos no es constante, sino que por el contrario los vehículos tienden a crear grupos. Se Un simple, rápido y eficiente protocolo de comunicación debe considerar el tipo de carretera en la cual se circulaha de ser desarrollado para permitir la comunicación entre las puesto que la mayoría de estos parámetros (número deVANETs y WSNs. Ambas redes deben compartir información carriles, velocidad de los nodos, distancia típica de lossobre el estado de las carreteras y del tráfico en general. El trayectos, etc.) cambian de un escenario a otro (rural, urbanointercambio de esta información deberá producirse de una o autopista). Para poder lograr resultados realistas, todas estasmanera muy veloz, pues el intervalo en que un coche está
  4. 4. características deben ser tomadas en cuenta cuando se diseña deben ser considerados entre las WSNs y las VANETs, losuna HSVN. cuales se pueden observar en la Fig. 1. a) Comunicación entre un sensor estático en una WSN y un Un modelo de movilidad describe el patrón de vehículo en una VANETmovimiento que deben seguir los nodos en un escenarioespecífico. Estos modelos de movilidad deben ser incluidos WSN Vehículo:en las simulaciones que se lleven a cabo con el objetivo de a.1 El sumidero de la WSN detecta un vehículo dentro de su rangoanalizar el comportamiento de un protocolo de comunicación de transmisión.diseñado para HSVN. También es necesario disponer de un a.2 El sumidero de la WSN envía una petición de conexión (14protocolo para difundir la información a través de los nodos bytes) al vehículo que va pasando.en la VANET. Es fundamental que la elección de los Vehículo WSN:parámetros de simulación y del modelo de movilidad sea a.3 El vehículo envía un ACK (14 bytes) al sumidero de la WSN,adecuada e incluya obstáculos, calles, semáforos y incluyendo las coordenadas de su destino (20 bits). De estaseñalizaciones propios de un escenario urbano, por ejemplo. manera el vehículo establece cuál es la información de su interés.Algunos trabajos de investigación, como por ejemplo [19], También incluye el identificador ID (20 bits) del grupo al quedemuestran lo importante que es considerar un modelo de pertenece el vehículo, si lo hubiere.movilidad realista para VANET para que los resultados que seobtengan con las simulaciones sean fiables y se acerquen lo WSN Vehículo:más posible a escenarios reales. a.4 Se transmite un paquete que contiene información sobre el estado de la carretera de todos aquellos segmentos que conoce y que están dentro de la ruta del vehículo hasta su destino. Se asume que todos los nodos (coches y sumidero) tienen un navegador consistente (es decir, mismo mapa, mismos segmentos). Asimismo, se incluye información de la carretera de todos los segmentos a otros destinos distintos del destino del propio vehículo, pues esta información puede interesar a otros vehículos. El contenido del paquete contiene la siguiente información: a.4.1 Por cada segmento de carretera hay un campo de la cabecera (2 bits) que incluye información acerca del estado de la densidad de tráfico de dicho segmento. La codificación de datos es: 0=segmento libre, 1=segmento semicongestionado, 2=segmento muy congestionado, 3=n/i (no se tiene información). a.4.2 Por cada segmento de la carretera hay un campo de la cabecera (2 bits) que incluye información acerca del estado de la carretera en dicho segmento. La codificación de datos es: 0=buenas condiciones, 1=hielo, 2=lluvia, 3=accidente. a.5 Se transmite un paquete que contiene una imagen a baja resolución (50 kbytes aproximadamente) del próximo cruce que haya dentro de su trayectoria. Vehículo WSN: a.6 El vehículo envía al sumidero de la WSN información (datos e imágenes) que recolectó previamente de otros vehículos o de otras WSN remotas. En caso de que exista nueva información relacionada al estado de la carretera, el WSN se encarga de actualizar dicha información en su base de datos, esta información es la descrita en a.4. Fig. 1. Escenario general de una HSVN. Vehículo WSN: a.7 El vehículo abandona el rango de transmisión del sumidero de la WSN y la conexión termina. b) Comunicación Vehículo a Vehículo. Vehículos que seB. Propuesta de protocolo de comunicación entre WSNs y mueven en la misma dirección.VANETs Vehículo A Vehículo B: A continuación se describe el algoritmo de comunicación b.1 El vehículo B es detectado por el vehículo A dentro de suentre WSNs y VANETs que hemos diseñado. El objetivo rango de transmisión. El vehículo B está detrás del vehículo A,principal es cumplir con todos los tipos de comunicación que misma dirección (ver Fig. 1).se puedan producir entre un vehículo y un sensor estático en b.2 Una petición de conexión (14 bytes) se envía del vehículo Ala carretera. Se presentan tres tipos de comunicación que al vehículo B.
  5. 5. Vehículo B Vehículo A: centraremos primero, a modo de ejemplo, en el escenario b.3 Un ACK (14 bytes) es enviado como respuesta del vehículo carretera, siendo los cálculos similares para los escenarios B al vehículo A. Esto incluye el ID del grupo (identificación, 20 autopista y ciudad. En un sólo paquete de 1000 octetos bits). Además de las coordenadas de su destino. (tamaño de los paquetes transmitidos que hemos utilizado) es posible codificar hasta 1995 segmentos (1995 = (1000*8- Vehículo A Vehículo B: 20bits_ID) / 4bits_cabecera). Para un desplazamiento en b.4 Se transmite información de la carretera relativa a todos carretera, un intercambio típico entre el sumidero de una aquellos segmentos que están dentro de la ruta del vehículo B WSN y un coche perteneciente a la VANET incluirá hasta su destino y también información de la carretera relativa a los caminos que tengan otras rutas. El contenido del paquete información acerca de 10 segmentos correspondientes a la contiene la siguiente información: información del destino de interés de ese vehículo. Cabe b.4.1 Ver a.4.1. mencionar que existe espacio disponible dentro de un mismo b.4.2 Ver a.4.2. paquete para incluir información acerca de 198 destinos más b.5 Se transmite un paquete que contiene una imagen a baja en carretera, donde 198=[(1995-10)/10]. En una autopista, un resolución (50 kbytes aproximadamente) del próximo cruce que paquete puede llevar información acerca de 40 destinos haya dentro de su trayectoria. (1995/50) y en un entorno de ciudad aproximadamente acerca de 80 destinos (1995/25). Vehículo A Vehículo B: b.6 Vehículo A sale del límite de cobertura del vehículo B y la • Autopista, información de 40 destinos por paquete. comunicación termina. • Carretera, información de 198 destinos por paquete. • Ciudad, información de 80 destinos por paquete.c) Comunicación Vehículo a Vehículo. Vehículos que se mueven en direcciones opuestas. Cada vehículo transmite una señal guía (beacon) cada 10 mseg con el fin de que los demás nodos dentro de la red ad Vehículo A en una dirección Vehículo C en la dirección opuesta hoc estén percatados de ellos. Cuando un vehículo se (ver Fig. 1). encuentra fuera del rango del nodo sumidero de la WSN no c.1 En el caso de detectar un vehículo en la dirección opuesta, recibirá las señales guía, por lo que el nodo sumidero dejará la conexión se establece solo por los primeros vehículos de de enviarle información. El MAC IEEE 802.11b posee un cada grupo (líder de grupo). La comunicación entre el vehículo enlace del ancho de banda de carácter nominal de 11Mbps, y A y el vehículo C será como se describe en b); desde b.1 a b.6 un throughput aproximado de th=7Mbps (para tráfico tipo c.2 Cada líder de grupo difunde la nueva información de la ruta UDP). dentro de su grupo. Estos valores corresponden al MAC IEEE 802.11.b, ya Hemos hecho algunas consideraciones relacionadas con que es el utilizado en las simulaciones de este trabajo al ser ella cantidad de información necesaria para poder comunicar el MAC implementado actualmente en el simulador elegido paraestado del camino para todos los segmentos que pertenecen al probar nuestra primera propuesta en un escenario general. Entrayecto de un mismo destino. Básicamente, el número de un futuro se pretende trabajar con el MAC 802.11.p, mássegmentos sobre los cuales hay que enviar información específico para entornos vehiculares. De todos modos, eldepende del tipo de escenario (urbano, rural, autopista) y de protocolo de comunicaciones diseñado en este trabajola distancia que exista hasta el destino. Por ejemplo, en el funciona independientemente del MAC, sea IEEE802.11b ocaso de una autopista cuya distancia hasta un destino IEEE802.11p.típicamente sea de 500 km y los segmentos del camino(localizados en las salidas de la autopista) tengan una Hemos considerado una velocidad máxima de v (km/h) ydistancia de unos 10 km, en promedio existirán 50 segmentos un rango de transmisión del nodo sumidero de r (m). Elpor destino. En caso de que el escenario sea una carretera, tiempo disponible para el intercambio de información entrecon una distancia hasta el destino de unos 50 km y los vehículo y nodos sumidero de la WSN es por tanto desegmentos de unos 5 km de longitud, serán entonces 10 Tdisponible=2r/v (seg.). Para los tres escenarios considerados, ysegmentos por destino. Finalmente, en los escenarios de un radio de cobertura del nodo sumidero de r =80m, esto nosciudad donde las distancias promedios de los viajes son de 5 da unos tiempos disponibles para la transacción de lakm, los segmentos serán de 200 m y el total de segmentos información de:serían 25 por trayecto medio. En resumen el número desegmentos dependiendo el tipo de escenario queda de la • Autopista, v=120 km/h, Tdisponible=2r/v=4,8 seg.siguiente manera: • Carretera, v=80 km/h, Tdisponible=2r/v=7,2 seg. • Ciudad, v=50 km/h, Tdisponible=2r/v=11,52 seg. • Autopista, 500 km trayecto total, 50 segmentos. • Carretera, 50 km trayecto total, 10 segmentos. Durante este tiempo la comunicación se establece y la • Ciudad, 5 km trayecto total, 25 segmentos. transmisión de todos los paquetes deberá tener lugar, de acuerdo al intercambio de mensajes descrito en el punto a del A continuación presentamos unos cálculos sobre la protocolo de comunicación. Se enviará la informacióncantidad de información que intercambian los nodos ad hoc relacionada a los segmentos del trayecto en un simple paquetede una HSVN y el tiempo disponible que tienen vehículos y de tamaño p=1000 bytes, el cual tardanodos sensores para proceder con dicho intercambio. Nos Tsegmentos_camino=p/th=1,14 ms en enviarse. Son necesarios 50
  6. 6. paquetes para enviar una imagen de 50 kbytes, que tarda en destino. En AODV el paquete solo incluye la direcciónenviarse Timagen=0,057 seg. (50 kbytes/7Mbps). Entonces, el destino y la dirección del próximo salto a seguir, además detiempo total necesario para enviar dicha información es utilizar una pequeña tabla de encaminamiento de nodosTrequerido=Tsegmentos_camino+Timagen=0,058 sec. Todo intercambio vecinos. Hemos utilizado estos protocolos por ser los quede información (datos e imágenes) entre el coche y el sensor están implementados en el simulador, NCTuns. Como frutosumidero de la WSN ha de producirse tal que de la evaluación de prestaciones con cada uno de ellos bajoTrequerido<Tdisponible. De los números anteriores, vemos que sí es diferentes condiciones y escenarios, podremos comprobarposible. La ilustración de estos intervalos se halla en la Fig. 2. cuál de ellos es más adecuado para posteriormente serAdemás, se podrán enviar más imágenes de otras modificado y adaptado a VANETs en un trabajo futuro.intersecciones posteriormente, puesto que todavía hay tiempo Además presentamos un intervalo de confianza del 80%hasta final de cobertura. para los valores obtenidos, donde se realizaron 5 simulaciones por escenario. En la Fig. 3 se puede ver la evolución de la pérdida de los paquetes usando el protocolo AODV. En la Fig. WSN 4 se observan la pérdida de paquetes con el protocolo DSR. sumidero De acuerdo con los resultados puede observarse que AODV tiene un buen comportamiento en el caso de velocidades bajas (menores a 80km /h), por lo cual sería un protocolo ideal en caso de ser usado en escenarios de ciudad donde las velocidades suelen ser moderadas. En el caso del protocolo DSR, presenta una baja tasa de pérdidas en comparación con AODV en el caso de utilizar altas velocidades. Esto usando paquetes de 1000 octetos que producen menos pérdidas. t t0 tdisponible Tabla 1. Parámetros de simulación Fig. 2. Intercambio temporal disponible para intercambiar mensajes. Velocidad de los nodos 40 a 80 km/h 4 (dos en cada Número de carriles en la vía dirección) IV. SIMULACION Y RESULTADOS Tamaño de la carretera 2 km Para validar el protocolo de comunicación propuesto Numero de nodos móviles 4entre WSNs y VANETs, se han realizado varias simulaciones en la VANETde la transmisión de datos entre diferentes nodos en una Numero de nodos en la 1 nodo sumideroHSVN. Se ha utilizado el Simulador libre NCTUns en su WSNversión 6.0 (National Chiao Tung University Network Rangos de transmisión 200 mSimulator) [20]. Protocolo de encaminamiento en la AODV y DSR Se ha trabajado con un escenario simple (un nodo HSVNsumidero y un grupo de cuatro coches), el cual asume que el 500, 1000 y 1500sumidero ya cuenta con la información que han monitorizado Tamaño de paquetes octetoslos diferentes sensores que pertenecen a la WSN. En las Tiempo de simulación 80 segundossimulaciones el sumidero envía paquetes de datos del Transmisión de datos 1Mbpssegmento al último coche del grupo. Para ello, los otros MAC IEEE 802.11bcoches del grupo funcionan como ruta de transmisión del Capacidad nominal 11 Mbpsprotocolo de encaminamiento. Los coches están separadosentre sí por una distancia de 130 metros. 16 Los nodos móviles cuentan con el programa CarAgent,presente en el simulador, el cual permite que los nodos sigan 14 % paquetes perdidosla carretera diseñada. Se han modificado las velocidades de 12los coches, los tamaños de los paquetes y el protocolo de 10encaminamiento para poder observar el comportamiento de la 8 500 bytesred. Se ha analizado la pérdida de paquetes bajo dosprotocolos de encaminamiento y con diferentes parámetros 6 1000 bytesantes mencionados. Estos parámetros se listan en la Tabla 1. 4 1500 bytes 2 En las simulaciones comparamos el comportamiento delprotocolo AODV [21] con respecto al DSR [22] en términos 0de paquetes perdidos. Los protocolos utilizados son DSR y 40 60 80 100 120AODV, los dos son protocolos reactivos, pero que difieren en Velocidad del coche (km/h)el hecho de que DSR incluye en la cabecera del paquete lalista de todos los nodos por los que debe pasar para llegar a su Fig. 3. Evolución de pérdida de paquetes para AODV.
  7. 7. and Inter-Networking Technologies (Intelligent Transport 16 Systems)”. Wiley, March 2010. ISBN: 978-0470740569 14 [3] K. Sohraby, D. Minoli, T. Znati. “Wireless Sensor Networks: Technology, protocols and applications”. Wiley Interscience, 12 %paquetes pérdidos 2007. ISBN: 978-0-471-74300-2. 10 [4] S. Olariu, M. Weigle. “Vehicular Networks from Theory to Practice”. Norfolk Virginia, USA. Chapman and Hall, 2009. 8 500 bytes ISBN: 978-1420085884. 6 1000 bytes [5] B. Hofman-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins. “Global Positioning System: Theory and Practice”. Springer, 2001. 5th 4 1500 bytes Ed. ISBN: 3211835342. 2 [6] D. Jiang, L. Delgrossi. “IEEE 802.11p: Towards an International Standard for Wireless Access in Vehicular Environment”. 67th 0 IEEE Vehicular Technology Conference VTC. Singapore, 2008. 40 60 80 100 120 [7] C2C. Car-To-Car Communication Consortium. http://car-to- Velocidad del coche (km/h) car.org/. [8] CVIS. Cooperative Vehicle-Infrastrucure Systems Fig. 4. Evolución de pérdida de paquetes para DSR. http://www.cvisproject.org/ [9] CARLINK. Wireless Traffic Service Platform for Linking Cars. http://carlink.lcc.uma.es/. [10] COME. Co-operative Intelligent Road Transport Systems: V. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO Vehicle-to-Vehicle and Vehicle-to-Infrastructure En este artículo se ha mostrado el comportamiento en communications. http://www.comesafety.org/.cuanto a la pérdida de paquetes de los protocolos AODV y 11] eSafety Forum. [Online] http://www.esafetysupport.org/DSR en una HSVN que incluye la propuesta del protocolo de [12] INFOTRANSIT. Reial Automòbil Club de Catalunya (RACC).comunicación entre WSN y VANET. El resultado de la http://infotransit.es.simulación muestra la eficacia de AODV para escenarios de [13] Google Maps. http://maps.google.com/.bajas velocidad (ciudad) y DSR en escenario de altas [14] F. Kong, J. Tan. “A Collaboration-based Hybrid Vehicularvelocidades (autopista). Sensor Network Architecture”. IEEE International Conference Como trabajo inmediato se realizará el análisis de este on Information and Automation. Zhangjiajie, China, 2008.mismo escenario pero bajo otros protocolos de [15] E. Weingärtner, F. Kargl. “A Prototype Study on Hybrid Sensorencaminamiento GSR (Geographic Source Routing) [23], Vehicular Networks”. 6 KuVS Fachgespräch Sensornetzwerke,SAR (Spatial Aware Routing) [24], VADD (Vehicular RWTH-Aachen Technical Report, no. AIB 2007-1, Aachen, Germany. 2007.Assisted Data Delivery) [25]. También procederemos aevaluar el comportamiento de la VANET usando el estándar [16] J. Bohli, O. Ugus, D. Westhoff. “A Secure and Resilient WSN Roadside Architecture for Intelligent Transport System”. ACMMAC IEEE 802.11p específico para este tipo de redes. Workshop on Wireless Security. Alexandria, Virginia, USA,Además de enfocarnos en el desarrollo de un protocolo de 2008.encaminamiento propio cross-layer que ofrezca QoS, y poder [17] TomTom. http://www.tomtom.com/.comparar sus prestaciones con los resultados anteriores. [18] GARMIN. http://www.garmin.com/garmin/cms/site/es. AGRADECIMIENTOS [19] D. Djenouri, E. Nekka, W. Soualhi. “Simulation of Mobility Models in Vehicular Ad hoc Networks”. 1st ICST Int. Conf. On Éste trabajo ha tenido el apoyo del Ministerio Español de Ambient Media and Systems (Ambi-sys). Quebec, Canada,Ciencia y Educación bajo los proyectos ITACA (TSI2007- 2008. ISBN: 978-9639799165.65393-C02-02) y CICYT CONSEQUENCE (TEC2010- [20] NCTUns 6.0 (Network Simulator and Emulator). 2010.20572-C02-02). C. Tripp Barba conto con el apoyo de la http://nsl.csie.nctu.edu.tw/nctuns.html.Comisión para las Universidades e Investigación del DIUE de [21] Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing.la Generalitat de Catalunya y del Fondo Social Europeo con http://www.ietf.org/rfc/rfc3561.txtla beca FI-Agaur y del programa Doctores Jóvenes en Áreas [22] The Dynamic Source Routing Protocol (DSR. http://www.rfc-Estratégicas de la UAS (Universidad Autónoma de Sinaloa, editor.org/rfc/rfc4728.txtMéxico). Asimismo, G. Díaz-Delgado ha contado con el [23] C. Lochert, H. Hartenstein, J. Tian, H. Füßler, D. Hermann, M.apoyo de becas de CONACYT, PROMEP-UAQ, México y Mauve. "A Routing Strategy for Vehicular Ad Hoc Networks inFundación Carolina, España. Finalmente los autores desean City". IEEE Intelligent Vehicles Symposium 03, pp. 156-161. 2003.agradecer a los revisores sus comentarios que fueron un granaporte. [24] J. Tian, L. Han,K. Rothermel. "Spatially Aware Packet Routing for Mobile Ad Hoc Inter-Vehicle Radio Networks". IEEE Intelligent Transportation Systems, Shanghai, pp. 1546-1551. REFERENCIAS China, 2003. [25] J. Zhao, J. Cao. "VADD: Vehicle-assisted data delivery in [1] C. Siva Ram Murthy, B.S. Manoj. “Ad Hoc Wireless Networks: vehicular ad hoc networks". 25th IEEE International Conference Architectures and Protocols”. June 3, 2004 on Computer Communications, pp.1-12. INFOCOM 2006. ISBN: 978-0131470231. [2] H. Hartenstein, K. Laberteaux. “VANET Vehicular Applications

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