Redes de vehículos con WSN: dispositivos y protocolos

Vanet

Como comentamos en el anterior artículo de esta serie, los dispositivos básicos que forman una red de vehículos son las Roadside Units (RSUs) y las On Board Units (OBUs). Estos dispositivos cuentan con los protocolos de comunicaciones programados para poder crear una red. Actualemente no existe una gran variedad de fabricantes o modelos. Entre los fabricantes de RSUs encontramos algunas empresas como Arada, NXP o Cohda. Debido a la escasez de empresas fabricantes, a los pocos proyectos pilotos y a lo cerrado de los protocolos, el precio de estas unidades se ha disparado. Lo mismo ocurre con las unidades OBU. De estas últimas ha sido aun más difícil encontrar información debido a la opacidad de las empresas del sector automovilístico. Sin embargo, hace poco salió a la luz una nuava tarjte apara estas OBU de la marca Nvidia, la Drive PX Pegasus, de la que podemos ver sus características.

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El alto coste de estos dispositivos es uno de los mayores problemas para el desarrollo a gran escala de redes vehiculares. Sin embargo, frente a esta limitación encontramos el primer nicho en el que las WSNs podrían tener cabida en estas redes de vehículos.

Todos estos dispositivos necesitan un protocolo de comunicaciones para poder ejecutar sus funciones. Dentro de todos los protocolos que se llevan implementando desde hace más de 15 años, el protocolo WAVE, wireless access in vehicular environments, es el que se está imponiendo. En realidad el protocolo WAVE, está formado por el estándar 802.11p, que define las capas física y de acceso al medio, y el protocolo 1609 que define las capas superiores. Como resumen simplificado el protocolo WAVE, pensado específicamente para las redes vehiculares, afronta varias características limitantes como son:

  • Coberturas de hasta 1000 metros
  • La alta velocidad de los vehículos
  • Entornos muticamino
  • Múltiples redes solapadas en el espacio con una gran calidad de servicio
  • La naturaleza de las aplicaciones
  • Un tipo de mensaje específico

wave stack 2

Con estos requisitos, se ha dotado al protocolo WAVE de las siguientes características:

  • Canales de 10 MHz, que pueden transmitir la mitad de información que WiFi
  • Hay 6 canales de servicios (SCH) y uno más de control (CCH)
  • Modo único Ad Hoc
  • Direcciones MAC aleatrorias
  • Gran precisión de la señal RSSI
  • Modulación 16 QAM para entornos de movilidad
  • Control de prioridades
  • Control de potencia

Con los dispositivos previamente mostrados y con el protocolo WAVE se pueden conseguir implementar VANETs. Sim embargo, como hemos comentado su coste ha limitado el desarrollo de más prototipos. Pero no solo el coste es la limitación. Otros problemas, que veremos en el siguiente artículo, deben ser resueltos para que las VANETs sean realidad.

Redes de vehículos con WSN: Introducción

smart roads

La creciente infraestructura de transportes por carretera y el creciente número de vehículos en las ciudades y autopistas está provocando ciertos problemas de control, seguridad y saturación que tienen que ser atajados. Una de las soluciones más prometedoras y que se está imponiendo son las redes vehiculares. Estas redes engloban varios términos muy conocidos actualmente como Vehicular AdHoc Network (VANET) o Intelligent Transport System (ITS). Las redes vehiculares son una de las tecnologías más importantes para implementar aplicaciones relacionadas con vehículos, tráfico, pasajeros y peatones. Las aplicaciones van desde el control inteligente de los semáforos hasta la detección de accidentes en carreteras interurbanas. Para realizar esto, hay varios elementos en el sistema, que se muestran en la siguiente figura.

VANET-Architecture

Existen dos dispositivos básicos en la red: las Road Side Units (RSUs) y las On Board Units (OBUs). Las RSUs son unidades situadas en el entorno de la carretera que sirven como infraestructura de apoyo a las comunicaciones y también pueden tener funciones de control y actuación. Las OBUs son unidades embarcadas dentro de los vehículos que permiten compartir la información del mismo con el resto del sistema. Las comunicaciones entre vehículos de denominan V2V y las comunicaciones entre vehículo e infraestructura se llaman V2I. Aparte de estos dos elementos básicos, pueden existir otros elementos para soporte de comunicaciones, seguridad y control.

El laboratorio B105 ha trabajado en varios proyectos relacionados con las redes VANETs, como Easysafe, Sensoriza o All in One. En todos estos proyectos las redes de sensores inalámbricas (WSNs) juegan una parte muy importante debido a sus características. En el futuro se espera que esta linea de desarrollo e investigación siga siendo cada vez más importante.

En los próximos artículos de esta sección comentaremos mejor estas redes, sus protocolos, sus retos y el por qué las WSNs pueden ser un gran complemento a los desarrollos actuales.

[1] H. Hartenstein and K. P. Laberteaux, “A tutorial survey on vehicular ad hoc networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 46, no. 6, pp. 164–171, Jun. 2008.
[2] G. Karagiannis, O. Altintas, E. Ekici, G. Heijenk, B. Jarupan, K. Lin, and T. Weil, “Vehicular networking: A survey and tutorial on requirements, architectures, challenges, standards and solutions,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 13, no. 4, pp. 584–616, 2011.