ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE REDES AD-HOC VEHICULARES VANETs
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ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE REDES AD-HOC VEHICULARES VANETs MARIO ALEXANDER TORRES GIRALDO Cód. 18618786 UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES PROYECTO DE GRADO PEREIRA MAYO DE 2013
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ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE REDES AD-HOC VEHICULARES VANETs
MARIO ALEXANDER TORRES GIRALDO
Cód. 18618786
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE GRADO
PEREIRA
MAYO DE 2013
ESTUDIO Y SIMULACIÓN DE REDES AD-HOC VEHICULARES VANETs
MARIO ALEXANDER TORRES GIRALDO
Tesis de grado para optar el Título de Ingeniero de Sistemas y
Telecomunicaciones.
Tutor:
Line Yasmin Becerra Sánchez
Ingeniera Electrónica
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE PEREIRA
INGENIERÍA DE SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES
PROYECTO DE GRADO
PEREIRA
MAYO DE 2013
3
DEDICATORIA
A mis padres y aquellos familiares que me han apoyado y ayudado desde que
empecé este largo camino en convertirme en Ingeniero, en especial cuando
sobrevinieron las dificultades, pues fueron justo ellos los que me dieron las
fuerzas para seguir adelante cuando estaba a punto de desfallecer.
A mis compañeros de estudio con los que he compartido buenos y malos
momentos, por hacer llevadero el aprendizaje con sus bromas y alegrías, por el
esfuerzo compartido y porque indudablemente de ellos; también aprendí.
A Dios por poner en mi camino a muy buenos profesores que me han asesorado y
ayudado en mi formación como un futuro profesional.
4
AGRADECIMIENTOS
Mi agradecimiento a Dios, por haber permitido y brindado los medios necesarios,
de seguir con mis estudios, por permitirme vivir y ver cumplida esta meta.
A mis padres, por su apoyo incondicional. Familiares y amigos cercanos, porque
cada uno en particular, ha ayudado a mantener viva la llama de la esperanza
hasta el final. Gracias por creer en mí.
A mi tutora de tesis: Ingeniera Line Yasmin Becerra Sánchez, quien me asesoró y
apoyo a cumplir los objetivos establecidos del proyecto de grado, y por haber
guiado en buena forma; la realización de este proyecto de investigación.
Para finalizar agradezco muy sinceramente a aquellos amigos (@); por su apoyo
y compañía, por alegrarse conmigo y marcar huellas profundas e indisolubles en
mi vida.
5
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
RESUMEN ............................................................................................................. 14
INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 15
1. OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 17
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................ 17
2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 18
3. MARCO CONTEXTUAL ................................................................................... 19
4. FUNDAMENTACIÓN TEORICA ....................................................................... 21
4.1 HISTORIA DE LAS REDES VANETS ........................................................... 21
4.2 DEFINICIÓN DE REDES VANETS ............................................................... 22
4.2.1 Características ....................................................................................... 23
4.3 ARQUITECTURA REDES VANETS ............................................................... 25
4.4 REQUERIMIENTOS .................................................................................... 30
4.5 ESTÁNDARES A TENER EN CUENTA EN LAS REDES VANETS .............. 31
4.5.1 802.11P: Interfaz para la Familia 1609e 802.11. .................................... 31
4.5.2 802.11, W: Mejoras en la seguridad ....................................................... 31
4.5.3 802.11d, H, Y Requisitos reglamentarios del espectro ........................... 32
4.5.4 802.11c, F, K, S, V: 802 Integración y Gestión de Red. ......................... 32
4.5.5 Estándar IEEE 802.11p – WAVE. .......................................................... 34
4.6 FUNCIONAMIENTO .................................................................................... 36
4.7 APLICACIONES ........................................................................................... 37
4.7.1 Seguridad activa. .................................................................................... 38
4.7.2 Servicio público. ..................................................................................... 38
6
4.7.3 Mejoramiento de conducción. ................................................................. 39
4.7.4 Negocios y entretenimiento .................................................................... 39
4.8 IMPLEMENTACIONES ................................................................................ 40
4.9 SIMULADORES EXISTENTES .................................................................... 42
4.9.1 Simuladores aislados ............................................................................. 42
4.9.2 Simuladores integrados. ......................................................................... 45
4.9.3 Simuladores híbridos. ............................................................................. 46
5. PROCESO Y DESARROLLO DE LA SIMULACION DEL PROYECTO .......... 48
5.1 SIMULADOR ESCOGIDO PARA LA SIMULACIÓN NCTUNS ...................... 48
5.2 INSTALACIÓN DEL NCTUNS ...................................................................... 51
5.3 MODELO DE SIMULACION Y GUIA DEL USO DE LA INTERFAZ ............... 55
5.3.1 Simulación de Red VANETs utilizando el protocolo IP móvil. ................ 65
5.3.2 Ejecución de la simulación. .................................................................... 71
5.4 DESAFIOS DE INVESTIGACIÓN ................................................................ 74
CONCLUSIONES .................................................................................................. 76
RECOMENDACIONES .......................................................................................... 78
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 79
ANEXO 1. SIMULADOR DE TRÁFICO: SUMO .................................................... 82
1.2 SIMULADOR DE RED: OMNET++ ............................................................... 83
1.3 SIMULADOR HIBRIDO: VEINS .................................................................... 84
ANEXO 2. INSTALACIÓN E INTEGRACIÓN DE LOS SIMULADORES .............. 85
2.1 INSTALACIÓN DE SUMO ............................................................................ 86
2.2 INSTALACIÓN DEL OMNET++. ................................................................... 87
ANEXO 3. INTEGRACIÓN SUMO, OMNET++ E INSTALANDO VEINS ............. 92
ANEXO 4. USO DE LOS SIMULADORES ........................................................... 96
4.1 MÓDULOS OMNET++ DE VEINS ................................................................ 99
7
ANEXO 5. REDES EN SUMO ........................................................................... 100
5.1 OBSERVACIONES: ................................................................................... 106
8
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Simuladores de Tráfico. ........................................................................... 43
Tabla 2. Simuladores de Red................................................................................. 44
Tabla 3. Simuladores Integrados. .......................................................................... 45
Tabla 4. Simuladores Híbridos. .............................................................................. 47
9
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Arquitectura plana de las Redes. ........................................................... 26
Figura 2. Arquitectura jerárquica de las Redes. ................................................... 26
Figura 3. Arquitectura de referencia para Redes vehiculares C2C-CC. ................ 27
Figura 4. Equipamiento para comunicaciones vehiculares. .................................. 28
Figura 5. Comunicación vehículo a vehículo (V2V). ............................................. 29
Figura 6. Comunicación Vehicular. ....................................................................... 30
Figura 7. Arquitectura de protocolos en WAVE (Wireless Access in Vehicular
Environments). ....................................................................................................... 35
Figura 8. Estructura del espectro en la banda de los SIT (Sistemas Inteligentes de
Transporte). ........................................................................................................... 36
Figura 9. Asignación de espectro para DSRC. ..................................................... 40
Figura 10. Elementos vehiculares para representar las Tecnologías. .................. 51
Figura 11. Terminales en ejecución. ..................................................................... 54
Figura 12. Interfaz del NCTUns 5.0 ...................................................................... 55
Figura 13. Modelos de Escenarios realizados en el NCTUns 5.0 ........................ 56
Figura 14. Modos de operación. ........................................................................... 57
Figura 15. Elementos utilizados para la Simulación VANET. ................................ 58
Figura 16. Seleccionando los elementos Crossroad, Multi-Lane Road, Lane-
merging Road. ....................................................................................................... 59
Figura 17. Seleccionando el Road Conector. ....................................................... 60
Figura 18. Configuración de los elementos de carretera. ..................................... 61
Figura 19. Agregando vehículos al Escenario. ..................................................... 62
Figura 20. Escenario 1. ......................................................................................... 63
Figura 21. Escenario 2. ......................................................................................... 64
Figura 22. Configuración de tiempo. ..................................................................... 65
10
Figura 23. Escenario 3. ......................................................................................... 66
Figura 24. Elementos Utilizados en el Escenario 3. .............................................. 67
Figura 25. Configuración de nodos. ...................................................................... 68
Figura 26. Configuración de nodos del carro. ....................................................... 69
Figura 27. Comando stg. ...................................................................................... 70
Figura 28. Configuración de nodos. ...................................................................... 71
Figura 29. .............................................................................................................. 72
Figura 30. .............................................................................................................. 72
Figura 31. .............................................................................................................. 73
Figura 32. .............................................................................................................. 73
Figura 33. .............................................................................................................. 74
Figura 34. Interfaz de SUMO. ............................................................................... 83
Figura 35. Características del Computador donde se Instaló SUMO. .................. 85
Figura 36. Comandos para la instalación de SUMO. ............................................ 86
Figura 37. Ejecutando el comando sumo-gui.exe ................................................. 87
Figura 38. Ejecutando el comando mingwenv.cmd. .............................................. 88
Figura 39. Configurando OMNeT++ ...................................................................... 88
Figura 40. Configurando OMNeT++ ...................................................................... 89
Figura 41. Verificando Instalación. ........................................................................ 89
Figura 42. Ejemplo de la correcta Instalación. ...................................................... 90
Figura 43. Interfaz Gráfica. ................................................................................... 91
Figura 44. Importando a VEINS. ........................................................................... 93
Figura 45. Probando VEINS y SUMO. ................................................................ 94
Figura 46. Probando VEINS y OMNeT++. .......................................................... 95
Figura 47. Ejecutando la integración de los Simuladores. .................................... 95
Figura 48. Árbol de ficheros dañados. .................................................................. 98
Figura 49. Escenario VANET. ............................................................................... 98
Figura 50. Redes de rejilla (o tipo grid). .............................................................. 101
Figura 51. Captura del OpenStreetmap correspondiente a las cercanías de la
Universidad Católica de Pereira........................................................................... 103
11
Figura 52. Proceso de exportación con formato xml. .......................................... 104
Figura 53. Convirtiendo map.osm a etsi.net.xml ................................................. 104
Figura 54. Mapa importado en SUMO. ............................................................... 105
12
GLOSARIO
AD-HOC: una Red Ad Hoc, es una red específica cuya infraestructura solo tiene
sentido en ese instante o situación, es decir su topología es variante en el tiempo.
DSRC (Dedicated Short Range Communications): es un estilo general de
enlace de comunicaciones de RF entre el vehículo a infraestructura, o entre dos
vehículos.
ECALL: es una iniciativa de la Comisión Europea prevista para proporcionar
ayuda rápida a los automovilistas implicados en un accidente de tráfico en
cualquier parte de la Unión Europea.
FLUCTUACIÓN: Término que se refiere a la cantidad de variación de retardo que
introduce la Red. Una Red con fluctuación cero tarda exactamente el mismo
tiempo en transferir cada paquete, mientras que una Red con fluctuación alta tarda
mucho más en entregar algunos paquetes que otros.
HOTSPOTS: es un lugar donde hay una gran demanda de tráfico conocido como
“punto caliente”, que ofrece acceso a Internet a través de una Red inalámbrica y
un enrutador conectado a un proveedor de servicios de Internet.
MANET (Mobile Ad-hoc Networks): es un tipo de Red Ad-Hoc que pueden
cambiar de ubicación y configurarse sobre la marcha. Debido a que las redes
MANETs son móviles y utilizan conexiones inalámbricas para conectarse a
diferentes redes. Esto puede ser una conexión Wi-Fi estándar, u otro medio, como
una transmisión celular o satelital.
13
MULTI-HOP: o Ad Hoc, son Redes inalámbricas que utilizan dos o más saltos
inalámbricos para transmitir información desde un origen a un destino.
OBUs (On-Board Unit): transmisor de información que se encuentran en los
vehículos.
PSAP (Public Safety Answering Point): es un centro de llamadas, responsable
de responder las llamadas a un número de teléfono de emergencia de la policía,
bomberos y servicios de ambulancia.
WLAN (Wireless Local Area Network): un tipo de red de área local que utiliza
ondas de radio de alta frecuencia en lugar de cables para la comunicación entre
nodos.
14
RESUMEN
RESUMEN
Las redes VANETs es una nueva
tecnología dirigida para el control
de tráfico, y el mejoramiento de las
condiciones de los vehículos en
carretera, esta tecnología permite
establecer una comunicación entre
vehículos, aprovechando las Redes
Inalámbricas que se encuentran en
el entorno en el que se localice los
vehículos.
En este documento se encontrara
lo que son las Redes VANETs,
beneficios que aportan estas
nuevas tecnologías, aplicaciones,
estándares asociados, desarrollos
de proyectos integrando estos
nuevos sistemas de comunicación.
Como cierre de este estudio se
dará a conocer que herramientas
existen en la actualidad para
simular estas redes, haciendo una
sencilla simulación donde se podrá
entender mejor lo que son los
alcances de estos nuevos Sistemas
de comunicación enfocado a
vehículos.
DESCRIPCIONES: Estándares,
Simuladores, Aplicaciones,
NCTUns, SUMO, OMNeT++.
ABSTRACT
VANETs networks is a new
technology aimed to control
traffic and improving conditions
in road vehicles, this technology
allows for communication
between vehicles, taking
advantage of wireless networks
that are in the environment in
which they locate vehicles..
The paper found that VANETs
are networks, benefits provided
by these new technologies,
applications, associated
standards, project developments
integrating these new
communication systems.
In closing this study will
acknowledge that there are now
tools to simulate these networks,
making a simple simulation
where you can better
understand what are the
implications of these new
communication systems focused
on vehicles.
DESCRIPTIONS: Standards,
Simulation, Applications,
NCTUns, SUMO, OMNeT++.
15
INTRODUCCIÓN
Como pasa con la mayoría de las tecnologías nuevas, necesitan años de estudio
y de investigación antes de ser implementadas, la actual evolución de los métodos
de comunicación hace posible que surjan nuevas áreas de exploración,
destacándose los Sistemas de Transporte Inteligentes (SIT) como una nueva
tecnología de la cual se espera revolucione los medios de transporte que existen
actualmente, siendo las Redes Ad-Hoc VANETs una clara representación de las
nuevas tendencias que tienen a futuro las comunicaciones, más concretamente
en el ámbito de las Redes vehiculares.
Las Redes VANETs (Vehicular Ad Hoc Network) son Redes de comunicación
vehicular que utilizan el medio inalámbrico para establecer la comunicación, en
este caso entre vehículos o con alguna infraestructura, estas Redes son
importantes debido a que existe un continuo intercambio de información entre los
usuarios que se encuentran en sus vehículos transitando, así como el intercambio
de información desde y hacia los proveedores de servicios que poseen su
infraestructura desplegada a lo largo de las carreteras, su estudio resulta
importante dado a que son tecnologías que están en crecimiento y están
desplegándose con fuerza en el área de las telecomunicaciones, y por lo tanto su
campo de operación resulta interesante para quienes decidan conocer a fondo el
funcionamiento de estas nuevas Redes orientadas a vehículos.
El objetivo de este proyecto es estudiar y simular Redes (VANETs), generando
pequeños escenarios que permita comprender su funcionamiento, principales
aplicaciones y establecer desafíos investigativos para su implementación.
16
Como parte inicial de la investigación se hará una introducción sobre lo que son
las Redes VANETs, definición, un poco de historia de las Redes Ad-Hoc,
arquitectura, aplicaciones, estándares que intervienen en las comunicaciones
inalámbricas (Estándar IEEE 802.11p), y demás conceptos importantes que hacen
parte de esta tecnología Luego se describirán algunas herramientas de simulación
que permiten simular redes VANETs. Se revisarán algunas de las herramientas
más importantes que existen en la actualidad para simular Redes VANETs, se
escogerá el simulador más adecuado para llevar a cabo nuestro objetivo, simular
un entorno VANETs sencillo, para evidenciar el funcionamiento general de las
Redes Inalámbricas Ad-Hoc.
Finalmente se explicara mediante una herramienta de simulación como crear
escenarios VANETs y cómo hacer una simulación sencilla con esta tecnología.
17
1. OBJETIVO GENERAL
Realizar un estudio y simulación de las Redes Ad Hoc Vehiculares (VANETs) que
permita comprender su funcionamiento, principales aplicaciones y establecer los
desafíos investigativos para su implementación.
1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar una exploración sobre la información existente en Redes VANETs
con fin de establecer, la forma de trabajo de estas redes, sus
características, requerimientos, estándares y aplicaciones.
Seleccionar un simulador, que permita ejecutar un modelo de simulación
sencillo de redes VANETs.
Crear un modelo de simulación sencillo que permita evidenciar el
funcionamiento y arquitectura de las Redes VANETs.
18
2. JUSTIFICACIÓN
El problema del tráfico y congestión en las vías que existe actualmente, es una
problemática que preexiste en todo el mundo, no importando si son países
desarrollados o no, al parecer todo apunta a que este inconveniente seguirá
agravándose creando un declive en la calidad de la vida urbana, el detonante de
esta situación es el desmedido aumento de los vehículos de toda clase y la
pretensión de obtener uno de estos sistemas de transporte para la comodidad o
estatus de un reconocimiento social, esta situación se presenta con frecuencia en
ciudades y países desarrollados, ejerciendo un continuo y masivo crecimiento
sobre las capacidades de las vías públicas que existen en la actualidad.
Las situaciones de congestión de tránsito vividas a diario al desplazarse por la
ciudad para llegar a nuestro destino, evidencia el impacto negativo de esta
situación, se requiere entonces de soluciones que permita mantener bajo control
esta situación, no siendo fácil encontrar las medidas que contrarresten este
problema.
Con la aparición de las Redes inalámbricas Ad-Hoc VANETs, el problema de
congestión de tráfico párese ser la solución más óptima al control de tráfico urbano
que existe actualmente, dado a que entre las muchas aplicaciones que presenta
estas nuevas Redes inalámbricas, está en que un vehículo puede comunicarse
con los demás automóviles y al mismo tiempo con un proveedor de servicios,
quien le podrá informar sobre el estado de las vías a los demás miembros de la
Red, así se podrá tener un control vial que permita dar solución a la problemática
de la congestión urbana que tanto afecta a las vías públicas.
19
3. MARCO CONTEXTUAL
En las últimas décadas, cuantiosos esfuerzos han tratado de disminuir los
problemas que provienen del tráfico rodado, desde entonces ha surgido la
necesidad de empezar a dar solución a este problema, y es a partir de aquí que
nace el estudio y la investigación de Redes dirigidas a vehículos, con la evolución
y crecimiento que ha tenido la tecnología especialmente en computación móvil,
comunicación inalámbrica y otros elementos, están impulsando a los Sistemas de
Transporte Inteligentes (ITS) a que den un paso más allá, esta investigación se
centra entonces en los elementos que surgen a raíz de la evolución de esta nueva
tecnología, en este caso son los estándares, aplicaciones, implementaciones
herramientas de simulación existentes, y demás conceptos que caracterizan a
estas Redes vehiculares.
Desde hace ya varios años son muchas las personas que han centrado sus
estudios como trabajo de investigación en estas nuevas tecnologías Inalámbricas
de movilidad para vehículos. El tema de las Redes VANETs está aún en proceso
de desarrollo, de hecho existen varios grupos de trabajo, tanto por parte de las
universidades y los gobiernos, como de la industria, que investigan en este campo
debido a la multitud de posibles aplicaciones que podría suponer su manejo.
Los estudios e investigaciones que se han hecho sobre el tema se han dirigido al
análisis de los beneficios y aplicaciones que ofrecen las Redes inalámbricas
vehiculares, a la viabilidad de estas tecnologías en el ámbito de los vehículos, al
estudio y análisis de desempeño de los protocolos que manejan las Redes
VANETs, la simulación de estas Redes también ha sido objeto de estudio debido a
20
que existen y se han desarrollado herramientas que permiten evidenciar cual es el
alcance que despliegan las Redes vehiculares en un escenario real.
La evolución de la tecnología ha sobrepasado todos los límites, y más aún en el
ámbito de las comunicaciones, con el desarrollo de nuevas tecnologías enfocadas
a los Sistemas de Transporte Inteligentes (ITS), se hace primordial realizar estos
estudios para dejar las puertas abiertas a otras personas que quieran y desean
seguir esta línea de investigación.
21
4. FUNDAMENTACIÓN TEORICA
4.1 HISTORIA DE LAS REDES VANETs
Los principios de estas Redes se atribuyen a la necesidad que presentan los
usuarios, para poder crear sus propias redes y así poder atender a necesidades
concretas como son las de desplazamiento o de movilidad. Estos fueron los
motivos fundamentales que llevaron crear y desarrollar Redes sin infraestructura
fija, las cuales están compuestas por nodos de fácil despliegue y bajo costo.
Las Redes Ad-Hoc, se definen como una de las categorías de las Redes
inalámbricas que no depende de una infraestructura física desplegada para su
funcionamiento, se denomina como una red flexible y de bajo costo que solo
requiere de dos o más nodos para desplegarse (Reyes Morgado, 2009). Cada uno
de los nodos puede actuar como transmisores, receptores o enrutadores, según
sea preciso, sin necesidad de un punto de acceso centralizado. Simplemente
cada uno de los nodos que llegue a la red debe tener la capacidad de adaptarse a
la red, ya sea para transmitir o recibir información o como apoyo para que la
comunicación entre dos nodos que no se encuentran dentro de sus radios de
cobertura puedan comunicase entre sí. Para el caso en el que los nodos de la red
pueden moverse estas redes se denominan redes móviles Ad-Hoc o (MANET),
que en realidad son las más comunes (Gálvez Serna & Hincapié , 2011).
Las Redes Ad-Hoc fueron creadas en la década de los 70, conocidas en ese
entonces como las Redes de radio paquetes, desarrolladas por la agencia
conocida como Defense Advanced Research Projectc Agency (DARPA) y
empleadas para proyectos militares. Posteriormente en 1994 DARPA inició un
programa que permitirá suministrar conectividad a los usuarios inalámbricos en
cualquier momento con los mismos beneficios de conectividad de internet,
conocido como Global Mobile Information Systems (GloMo). Gracias al buen
22
desempeño de estas Redes se tomó el estándar 802.11 de la IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers), que ha desarrollado el estándar 802.11 que
abarca la tecnología inalámbrica para la operación de Redes independientes
permitiendo una comunicación entre ellas, dentro de este mismo estándar se
desarrolló una extensión denominado 802.11s que busca permitir la comunicación
en Redes auto configurables de topología Multisalto (Gálvez Serna & Hincapié ,
2011).
4.2 DEFINICIÓN DE REDES VANETs
Las Redes VANETs o Redes Ad-Hoc, no son más que Redes enfocadas a
entornos vehiculares, en las cuales sus nodos son vehículos (automóviles,
camiones, buses, etc.) los cuales constituyen una Red en pleno movimiento. Los
nodos se mueven en forma arbitraria y pueden comunicarse entre ellos o pueden
tener comunicación con algún tipo de infraestructura (ICESI, 2010). Estas Redes
se crean de forma espontánea, con el movimiento de vehículos equipados con
interfaces inalámbricas (OBUs - On Board Unit), que les permiten comunicarse
unos con otros. De no ser posible la comunicación directa entre dos vehículos
(fuente y destino), se usa la técnica Multi-hop (Múltiples saltos) para enviar los
paquetes de datos de vehículo a vehículo hasta alcanzar el destino
correspondiente (Royer, 1999).
Se define entonces a las Redes VANETs como una clase de Red inalámbrica
derivada de las Redes MANET (Mobile Ad-hoc Networks), que han surgido gracias
a los avances tanto en las tecnologías inalámbricas e investigaciones en la
industria automotriz para desarrollar Redes que permiten la comunicación entre
vehículos a diferentes velocidades. En las redes vehiculares, cada vehículo es
equipado con la tecnología necesaria para permitir capturar información de sí mis-
mo como de su entorno, esta información no solo debe ser procesada para la
toma de decisiones del mismo vehículo sino que también para ser transmitida a
23
los demás vehículos adyacentes o dentro de la topología (Blanco, Hernandez
Suarez, & Salcedo Parra, 2010).
4.2.1 Características. Debido a que en las Redes VANETs los vehículos pueden
establecer una comunicación entre ellos y con algún tipo de infraestructura.
Las Redes vehiculares tienen las siguientes características (Maldonado
Narváez, 2012):
Autonomía: cada terminal es un nodo autónomo con capacidad para
procesar y enrutar la información proveniente de otros nodos de la misma
red.
Control distribuido de Red: el control se hace en cada nodo ya que no se
tiene infraestructura que lo realice.
Enrutamiento: es necesario que cada nodo por separado, y todos en
conjunto, provean un mecanismo dinámico de enrutamiento. Los protocolos
clásicos de enrutamiento no son aplicables a este tipo de redes ya que no
están preparados para las variaciones de topología que presentan las
VANET. Actualmente, se están desarrollando algoritmos de enrutamiento
para enfrentar este problema.
Topología de Red variable: en las redes vehiculares los nodos o vehículos
se pueden mover de forma arbitraria, aunque a veces sigan algunos
patrones de movilidad. Debido a esto, las Redes se pueden subdividir y por
consiguiente, pueden experimentar la pérdida de paquetes. Para esto se
deben desarrollar mecanismos que detecten estas circunstancias y que
minimicen de esta forma sus efectos (Blanco, Hernandez Suarez, &
Salcedo Parra, 2010).
Energía Ilimitada: los inconvenientes de alimentación de los dispositivos
móviles, no constituyen una limitación importante para las Redes
vehiculares, ya que el propio nodo (vehículo), puede proporcionar energía
permanente a los dispositivos informáticos y de comunicación.
24
Mayor Capacidad Computacional: las Redes vehiculares requieren a
menudo brindar mayores capacidades de detección, comunicación y
cómputo, por lo que los vehículos y las estaciones deben de contar con
muy buenos equipos computacionales.
Movilidad Predecible: Por lo general los vehículos tienden a tener
movimientos de fácil predicción, al estar limitados por el diseño de las
carreteras. Con la tecnología GPS, es posible conocer la posición exacta
del vehiculó, con esta información y sabiendo además la trayectoria y
velocidad de desplazamiento del mismo, se puede predecir su posición
futura.
Escala Potencialmente Grande: Las Redes vehiculares se extienden sobre
toda la red vial, aumentando de tal forma el tamaño de la red, esto implica
la participación de un elevado número de nodos, que requieren niveles de
potencia elevados para ampliar su rango de cobertura y mantener las
comunicaciones.
Alta Movilidad: las Redes vehiculares operan sobre un entorno altamente
dinámico. Los vehículos en las carreteras viajan a velocidades muy altas
(100Km/h en autopistas y 60Km/h en la ciudad), lo cual conlleva a predecir
que el periodo de comunicación inter-vehicular pueda ser muy corto
(Maldonado Narváez, 2012).
La topología de la red tiende a cambiar de forma aleatoria y rápida en todo
momento, dificultando el establecimiento de la conectividad de la red, la
cual debe mantenerse estable para que los servicios de comunicación
puedan operar sin inconvenientes. En este caso el protocolo de
enrutamiento debe modificarse o ajustarse (Gálvez Serna & Hincapié ,
2011).
Ancho de banda limitado: el ancho de banda en sistemas inalámbricos, que
carecen de infraestructura física y más con dicha movilidad es mucho más
reducido que el ancho de banda de redes que están preestablecidas.
25
Fluctuación de los enlaces: La calidad de la información se ve afectada a
medida que los saltos entre los nodos de las Redes Ad Hoc se va
incrementando debido a la adición de errores de bit entre cada salto
(Gálvez Serna & Hincapié , 2011). La información tarda mucho en entregar
los paquetes al destinó requerido.
4.3 ARQUITECTURA REDES VANETs
Antes de mirar cómo está compuesta la arquitectura de las Redes VANETs, sería
importante observar la arquitectura de las Redes Ad-Hoc:
Las Redes Ad-Hoc se pueden clasificar en dos diferentes arquitecturas que se
definen según la estructura que forman al construirse la red, la arquitectura plana y
la arquitectura jerárquica. En la arquitectura plana (Figura 1), se realizan enlaces
entre los nodos y sus vecinos de forma libre y se emplea el Multi-hop para que la
información llegue a los demás nodos, son redes relativamente pequeñas,
presenta un bajo consumo de potencia y deja de ser escalable a medida de que la
red va creciendo. En la arquitectura jerárquica (Figura 2), se conforman grupos
denominados clusters que se unen entre sí mediante un nodo que conocido como
de cabecera o de borde que se comunica entre sí con otros nodos que permiten
jerarquizar y darles diferentes funciones a los nodos que permitan la comunicación
entre toda la red, se emplea normalmente para Redes Ad-Hoc más extensas, y
depende de un algoritmo que permite la creación de cada uno de los clusters
(Gálvez Serna & Hincapié , 2011).
26
Figura 1. Arquitectura plana de las Redes.
Fuente: Gálvez Serna, J. A., & Hincapié , R. C. (s.f.). Las Redes Inalámbricas Ad-Hoc En La Comunicación
Vehicular. 3
Figura 2. Arquitectura jerárquica de las Redes.
Fuente: Gálvez Serna, J. A., & Hincapié , R. C. (s.f.). Las Redes Inalámbricas Ad-Hoc En La Comunicación
Vehicular. 3
En general en las arquitecturas de las redes Ad-Hoc, existen dos fenómenos en
este medio, los conocidos nodos ocultos que es cuando dos nodos transmisores
no se ven entre si y no coordinan para la transmisión, generando interferencia en
el nodo receptor; y los conocidos nodos expuestos que es cuando un nodo deja de
transmitir porque cree que el canal está ocupado, cuando en realidad no,
27
simplemente está en mismo radio del otro nodo transmisor pero no del receptor,
reduciendo así la tasa de transmisión y retardando la transmisión de la
información. Estos fenómenos deberán ser mitigados por los protocolos de
comunicación empleados (Gálvez Serna & Hincapié , 2011).
La Arquitectura VANET de referencia, propuesta por el Car-to-Car Communication
Consortium (C2C-CC)1 que se aprecia en la (Figura 3); distingue tres dominios de
comunicación en las redes vehiculares: Dominio en Vehículo, Dominio Ad-Hoc y
Dominio Infraestructura (Maldonado Narváez, 2012).
Figura 3. Arquitectura de referencia para Redes vehiculares C2C-CC.
Fuente: Hassnaa Moustafa, S. M. (Noviembre 10 del 2008). Introduction to Vehicular Networks. UTP
Electronic and Digital Intellectual Asset.
1 http://www.car-to-car.org/
28
El Dominio en Vehículo, se refiere a una Red local dentro de cada
vehículo, compuesta evidentemente por dos tipos de unidades como lo
podemos observar en la (Figura 4):
La On-Board Unit (OBU): Una OBU es un dispositivo en el vehículo, que
tiene capacidades de comunicación inalámbrica o cableada.
La AU: Es un dispositivo que ejecuta una o múltiples aplicaciones; mientras
hace uso de las capacidades de comunicación de la OBU. Las AU pueden
ser los computadores portátiles, PDAs, smartphones, que se conectan de
forma dinámica a una OBU (Moustafa, Senouci, & Jerbi, 2008).
Figura 4. Equipamiento para comunicaciones vehiculares.
Fuente: http://www.bahnaktuell.net/gallery/index.php?g2_itemId=8174.
El Dominio Ad-Hoc, se refiere a una comunicación vehículo a vehículo
(V2V) sin apoyo de la Red de infraestructura (Figura 5). Aquí la Red se
compone por los vehículos equipados con OBUs y las RSUs que se fijan a
lo largo de la carretera, para mejorar la seguridad vial; mediante la
ejecución de aplicaciones especiales, o el envío, recepción y retransmisión
de datos a las unidades vehiculares. Las OBUs de diferentes vehículos
29
forman la Red Ad-Hoc móvil (MANET), donde cada OBU integra
características inalámbricas de comunicación; homogéneas o
heterogéneas, que definen el rango de cobertura o limitan la propagación
(Moustafa, Senouci, & Jerbi, 2008).
Figura 5. Comunicación vehículo a vehículo (V2V).
Fuentes: Smart Computing Review, A Survey of Greedy Routing Protocols for Vehicular Ad-Hoc Networks,
Abril 2012.
El Dominio Infraestructura, como su nombre lo indica; se refiere a la
comunicación vehicular, con soporte de la red de infraestructura. El acceso
a ella, puede ser por intermedio de las RSUs y Hotspots públicos,
comerciales o privados; o también aprovechando las capacidades de
comunicación de las redes celulares y tecnologías radio (GSM, GPRS,
UMTS, WIMAX) integradas como parte del equipamiento OBU de las
unidades vehiculares, en caso de que los terminales RSUs y Hotspots sean
insuficientes (Moustafa, Senouci, & Jerbi, 2008).
30
Figura 6. Comunicación Vehicular.
Fuentes: Smart Computing Review, A Survey of Greedy Routing Protocols for Vehicular Ad-Hoc Networks,
Abril 2012.
Las Redes Ad-Hoc utilizan tecnologías inalámbricas diferentes para la
comunicación entre sus dominios, como es la WLAN basada en el estándar
IEEE 802.11, la de comunicación dedicada a corto alcance (DSRC) y la
tecnología GPRS2/UMTS3.En la (Figura 6) se aprecia la comunicación
vehicular que se presenta en el dominio de la Infraestructura, donde se
destaca un modelo Híbrido y se observa la comunicación que existe
vehículo a vehículo (V2V), vehículo a infraestructura (V2I) y viceversa.
4.4 REQUERIMIENTOS
Probablemente los problemas más importantes que se tengan a la hora de llevar
la implementación de las Redes VANETs, son el inadecuado sistema de canal de
Radio y demás componentes eléctricos que ayudarían a establecer una conexión
vehículo a vehículo y de vehículo a infraestructura, son muchos los países que
aún tienen una inadecuada estructura en sus Redes de comunicaciones, y es
precisamente donde nacen los desafíos de las Redes Ad-Hoc, pues estos
31
sistemas necesitan asegurar de que las comunicaciones se realicen con una
situación de baja densidad en su ancho de banda, que exista un control adecuado
en las líneas de transferencias de datos, que manejen los protocolos apropiados y
unos de los principales factores a tener en cuenta es la asignación del espectro
para el DSRC pues son muchos los países que deberían de restructurar sus
bandas de frecuencias.
4.5 ESTÁNDARES A TENER EN CUENTA EN LAS REDES VANETs
4.5.1 802.11P: Interfaz para la Familia 1609e 802.11. Permite la comunicación
entre dispositivos que se mueven a una velocidad vehicular de hasta 200 Km / h.
Es parte de la estructura de acceso inalámbrico en entornos vehiculares (WAVE).
802.11p define la parte inferior de la capa MAC, mientras que la familia de
estándares IEEE 1609 se centra en la parte superior de la capa MAC (1609.4),
redes (1609.3),seguridad (1609.2), gestión de recursos (1609.1), gestión de la
comunicación (1609.5), y la arquitectura general (1609.0). El intercambio de datos
entre los dispositivos móviles es limitado a unos pocos segundos antes de que se
pierda la conectividad. Los dispositivos no se asocian, ni se autentican
previamente, en cambio se unen a las redes WAVE con un procedimiento interno
del dispositivo, sin ningún tipo de intercambio de tramas en el medio inalámbrico
(Gonzalez, Universo de la Familia de Estándares IEEE 802.11, 2012).
4.5.2 802.11, W: Mejoras en la seguridad. Este estándar protege las redes
contra la interrupción causada por los sistemas maliciosos que crean peticiones
que parecen ser enviadas por un equipo específico. Este estándar pretende seguir
la protección que aporta el estándar 802.11i más allá de los datos responsables de
las principales operaciones de una Red hasta las tramas de gestión, responsables
de las principales operaciones de una Red.
32
4.5.3 802.11d, H, Y Requisitos reglamentarios del espectro. A pesar de 802.11
tiene sus raíces en el mundo exento de licencia para la banda de 2,4 GHz, en
junio de 1999 el proyecto 802.11d fue aprobado y destinado a hacer frente a las
necesidades de direcciones regionales. Además de información específica del
país, un 802.11d AP transmite información sobre los límites permitidos de potencia
de transmisión de los canales de frecuencias. Dado que los dispositivos 802.11a
son usuarios secundarios en la banda de 5 GHz en la banda de Europa, ellos
deben evitar la interferencia en los enlaces satélites de subida de los radares
meteorológicos.
En el 2003, 802.11h añade la DFS y TPC que se requieren para el funcionamiento
en Europa. Con 802.11h, un AP puede callar dispositivos asociados e incluso
solicitar que realicen mediciones en otros canales de frecuencias. De acuerdo con
el reglamento de la FCC para la banda de 3,65 GHz, los dispositivos deben estar
habilitados por un operador de red. Por lo tanto, el equipo cliente sea móvil o fijo
debe buscar mensajes transmitidos por los puntos de acceso de un proveedor. Es
obligación del operador de red garantizar que dentro de las áreas específicas
designadas la interferencia se limite a un cierto umbral, donde los APs no
transmiten los mensajes a los clientes. El valor por defecto para 802.11 y acerca
de la propagación de la señal en el medio inalámbrico es de 1 microsegundo
(Gonzalez, Universo de la Familia de Estándares IEEE 802.11, 2012).
4.5.4 802.11c, F, K, S, V: 802 Integración y Gestión de Red. 802.11
proporciona mecanismos para la interoperabilidad con otros estándares 802.
802.11c define los medios necesarios para la WLAN. En 1998, 802.11c se
convirtió en parte del actual estándar 802.11d que define el concepto general de
802 MAC (capa 2 de reinstalación).
33
Para evitar confusiones con todas las funciones 802, 802.11 define un dispositivo
que conecta un 802.11 con uno que no lo es para formar un portal. Si bien el
estándar permitiría APs sin conexión, casi todos los dispositivos en el mercado
incluyen un puerto Ethernet. Con Ethernet se llega a ser la columna vertebral
típica de los puntos de acceso WLAN. Aunque en el año 2000 802,11TG f
comenzó a trabajar en una práctica recomendada para un Protocolo Inter-Access
Point, conocida hoy como 802.11.1. Esto permite que los puntos de acceso de
diferentes proveedores se puedan comunicar a través de tramas IP y TCP/UDP.
Con el soporte para la formación y mantenimiento de una red de varios puntos de
acceso, la transferencia de contexto, y el almacenamiento en caché de
dispositivos móviles.
El 802.11s permite una estructura Multi-hop, donde los dispositivos mutuamente
sirven como Router inalámbricos. Desde una malla 802.11s se transmite de forma
transparente múltiples saltos dentro de la capa MAC, esta se integra a la
perfección con otras redes 802. Con el aumento del tamaño de las áreas cubiertas
por WLANs, la especificación de un estándar de gestión de red se ha convertido
en una urgencia. El 802.11k y las mejoras de 802.11v proporcionan un marco para
los recursos de radio y la gestión de redes, respectivamente.
Los informes de mediciones del 802.11k incluyen una carga de canal y el
histograma de ruido, proporcionando la información de ubicación, dando detalles
sobre un enlace inalámbrico y sobre los puntos de acceso por medio de un
informe detallado de sus APs vecinos. Mientras que muchos fabricantes ya utilizan
estadísticas del dispositivo para la selección del canal, 802.11k ofrece la primera
solución estandarizada. Con el filtrado de tráfico, diagnóstico y notificación de
eventos.
802.11v se centra en el dispositivo y la gestión de red. La novena corrección de
802.11 introduce nuevas funcionalidades que permiten un tiempo de reposo
prolongado para las estaciones. Estos, por ejemplo, permiten a los proxy de los
34
puntos de acceso contar con un Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP)
para las solicitudes de sus dispositivos asociados, filtrando el tráfico de los APs
que aparece en una estación específica, de forma tal que las estaciones tengan
transmisiones flexibles y no necesiten alertas en cada período de transmisión de
servicios, sean de difusión y/o multidifusión (Gonzalez, Universo de la Familia de
Estándares IEEE 802.11, 2012).
4.5.5 Estándar IEEE 802.11p – WAVE.
Este estándar desde sus inicios se ha convertido como una solución a la
interconexión de terminales inalámbricos, conforme a pasado el tiempo este
estándar ha soportado muchos cambios y son precisamente estas innovaciones
que hacen de este estándar el más apto para cumplir con las características
donde este va a ser implementado o va a ser su entorno de operación.
Es importante resaltar que a medida que pasa el tiempo surgen nuevos
componentes de aprovechamiento de los recursos que ofrecen las Redes
inalámbricas. Es el caso de las redes Ad-Hoc móviles (MANET). Este tipo de
Redes se caracteriza principalmente por estar constituido por nodos con
capacidades de movilidad, lo que implica que los procesos de transmisión y
recepción se vean afectados por el tiempo y la posición espacial de los mismos.
Un caso especıfico de estas Redes son las VANET (redes Ad-Hoc vehiculares),
que intercambian información de interés o bien entre vehículos o entre vehículos e
infraestructura, y proporcionan así a los pasajeros prestaciones avanzadas en
materia de seguridad, control del tráfico rodado, ocio y acceso a información
(Tomás Gabarrón, Egea López, & García Haro).
WAVE adopta de forma específica la denominación IEEE 802.11p, es una
evolución del estándar IEEE 802.11a con modificaciones a nivel físico y MAC
35
para mejorar su comportamiento en el entorno vehicular. Al igual que IEEE
802.11a, WAVE utiliza OFDM, pero con tasas de transmisión de 3, 4.5, 6, 9, 12,
18, 24, y 27 Mbps en canales de 10 MHz. Utiliza 52 sub-portadoras moduladas
utilizando BPSK, QPSK, 16-QAM o 64-QAM así como codificaciones de ratios 1/2,
2/3, o 3/4. Además, IEEE 802.11p hereda los procedimientos de diferenciación de
servicios que ya contemplaba la extensión 802.11e mediante la creación de una
serie de interfaces que permiten administrar el servicio de los paquetes según la
prioridad que tengan asignada (Tomás Gabarrón, Egea López, & García Haro),
(Lequerica Roca & Cortazar Múgica, s.f)
Arquitectura WAVE. WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments)
constituye la arquitectura de protocolos que administra las capas de nivel
de Red, enlace, acceso al medio y física para las comunicaciones en
VANETs, (Tomás Gabarrón, Egea López, & García Haro). En la (Figura 7)
se puede apreciar la arquitectura de protocolos WAVE.
Figura 7. Arquitectura de protocolos en WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments).
Fuente: Evaluación de mecanismos de priorización en 802.11p con VHDL.
36
DSRC (Dedicated Short Range Communications). La historia de la
arquitectura WAVE se remonta a 1999 cuando la FCC (Federal
Communications Commission) estadounidense estableció un espectro de
75 MHz en la banda de los 5.9 GHz (banda de los ITS, Sistemas
Inteligentes de Transporte) para albergar de manera exclusiva las
tecnologías emergentes de radiocomunicaciones que tendrían lugar en las
Redes vehiculares de nueva generación (Tomás Gabarrón, Egea López, &
García Haro).
Figura 8. Estructura del espectro en la banda de los SIT (Sistemas Inteligentes de Transporte).
Fuente: Evaluación de mecanismos de priorización en 802.11p con VHDL.
La (Figura 8) muestra el espectro que adopta el DSRC en esta banda, y se
estructura según siete canales de 10 MHz cada uno.
4.6 FUNCIONAMIENTO
Las Redes VANETs empiezan a ejecutar o a realizar su trabajo desde sus nodos
móviles, que resultan ser nada más y nada menos que los vehículos que
conforman la Red, estos buscan establecer una comunicación entre sí, una vez se
instaura un intercambio de información entre ambos nodos se empieza a efectuar
o desarrollar una de las características que alberga estas Redes, como es la
37
autonomía, donde cada uno de sus nodos tiene la capacidad de recibir, procesar,
transmitir y enrutar información, cada nodo realiza el control de la información, la
encamina y establece una comunicación entre los demás nodos de la Red,
permitiendo así enrutar los paquetes.
Los nodos pueden desplazarse arbitrariamente entrando y saliendo de la Red
cuando lo considere necesario, esto se presenta debido a las altas velocidades de
movilidad que los vehículos desarrollan, también por la capacidad variable que
presentan los enlaces y por la cantidad de enlaces inalámbricos que debe cruzar
en ciertos recorridos para poder llegar así a su destino.
4.7 APLICACIONES
Uno de los principales objetivos de los Sistemas Inteligentes de Transportes (SIT)
es sin lugar a dudas, poder brindar un mejor escenario de conocimiento de las
carreteras a los conductores, para de cierta forma poder reducir el número de
accidentes y a su vez la conducción se pueda realizar de una manera más
cómoda y fluida.
Para las Redes que permiten la comunicación de vehículo a vehículo como lo son
las Redes VANETs, las aplicaciones pueden ir desde un simple intercambio de
información entre sus nodos, hasta el poder tener acceso a contenidos Multimedia
e internet, los beneficios de estas Redes vehiculares se pueden ver más en
detalle en las siguientes aplicaciones:
38
4.7.1 Seguridad activa. La seguridad activa está catalogada como el servicio
más demandado por las Redes VANETs, el objetivo de esta categoría es poder
suministrar recursos a los conductores para que estos realicen una conducción
segura, obteniendo información de situaciones peligrosas, para que el vehículo
esté preparado para evitar accidentes o para reaccionar apropiadamente si un
accidente no puede evitarse. Las aplicaciones de Seguridad activa se clasifican
según el nivel de peligro:
Peligro bajo; está asociado a situaciones como por ejemplo la existencia de
curvas en la carretera, éstas son estáticas y por lo tanto previsibles.
Peligro elevado; se da cuando ocurren situaciones anormales de circulación
y cambio en las condiciones de las carreteras luego estas situaciones son
de tipo dinámico y no tan altamente previsibles.
Peligro alto; cuando las aplicaciones intentan evitar colisiones (por ejemplo,
si un vehículo frena de manera brusca en situaciones de tráfico denso). Por
último, cuando el peligro se ha convertido en un incidente, es importante
advertir a los vehículos aproximándose o llamar para pedir ayuda (Murcia
Hernández, 2010).
4.7.2 Servicio público. Las aplicaciones de las Redes vehiculares están
destinadas a acompañar a la labor de servicios públicos, brindando apoyo a
unidades de emergencia como lo son las ambulancias, llamadas de urgencia etc.
Estas aplicaciones buscan mejorar la atención que existe hoy en día de las
unidades de emergencia y unidades de respuesta rápida, ante una eventual
catástrofe natural y por cualquier otro motivo que la situación amerite un
despliegue rápido de sus unidades vehiculares.
Además, este tipo de aplicaciones permitirían simplificar la vigilancia como si se
estuviera tratando de un sistema de correo electrónico. Un servicio de esta
39
categoría que será implantado a nivel Europeo será la llamada de urgencia (ecall)
un dispositivo instalado en un vehículo que, o bien cuando se produce un grave
accidente, o de manera manual por los utilitarios del vehículo, transmite una
llamada de urgencia al punto de respuesta del servicio público (PSAP Public
Safety Answering Point) más cercano, y, al mismo tiempo, envía determinados
datos sobre el vehículo, en particular, su localización precisa ( Rodríguez García,
2009).
4.7.3 Mejoramiento de conducción. Esta clase de aplicación busca mejorar o
facilitar por medio de la comunicación la conducción de un vehículo en diferentes
escenarios, es decir en diferentes contextos de carreteras tanto en la ciudad como
a las afueras de la misma, en un primer caso las comunicaciones se destinan a
ayudar al conductor en circunstancias de tráfico estándar, como puede ser la de
cómo llegar a una autopista. En el segundo caso se puede trasladar a un
accidente, la alerta se propaga a todos los vehículos que se encuentran en un
área de muchos kilómetros a la redonda, y se les informa sobre un obstáculo que
se encuentra en la dirección donde posiblemente ellos se dirigen, así los vehículos
tomaran caminos alternos para llegar a su destino ( Rodríguez García, 2009).
4.7.4 Negocios y entretenimiento. Aquí se podrían describir un gran número de
aplicaciones, dado a que la aplicación se centra en la prestación de servicios a los
usuarios, procesamiento de datos de tareas del vehículo o solicitudes de pago, así
como en la Descarga de música, servicios de flota para empresas dedicadas al
transporte, un simple mantenimiento de vehículo, o realizaciones de pago por
estacionamientos o por el peaje de las carreteras. La mayoría de estas
aplicaciones se centran en el aumento del disfrute y del confort para los utilitarios
del auto ( Rodríguez García, 2009).
40
4.8 IMPLEMENTACIONES
Debido a los grandes beneficios que las Redes VANETs despliegan, se han
establecido y desarrollado diferentes proyectos, por múltiples consorcios tratando
de explotar el potencial que estas Redes ofrecen, Estas entidades y proyectos
involucran a distintos sectores de la población, constructoras, agencias de viaje,
operadores, obviamente la industria del automóvil y algunos otros proveedores de
servicio. Es importante resaltar que estos proyectos se financian principalmente
con ayuda de los gobiernos nacionales, también los gobiernos son los encargados
en asignar el espectro con su respectiva licencia, generalmente en la banda de los
5.8/5.9-GHz y lo que es en Japón en la banda de los 700Mhz, la (Figura 9)
muestra la asignación del espectro para DSRC en el mundo.
Figura 9. Asignación de espectro para DSRC.
Fuente: Las actividades en sus normas de radiocomunicaciones de la UIT-R y en Japón.
41
Los proyectos más importantes en la actualidad se concentran en Europa, algunos
en fase de desarrollo y otros ya efectuados, de los cuales podemos mencionar
(Murcia Hernández, 2010):
CityMobil es el nombre del proyecto, su financiación fue por medio de la
Unión Europea, en el periodo del 2006-2010, donde se hace la integración
del transporte computarizado en el medio urbano, basado en las
implementaciones de la vida real.
El Ministerio de economía y tecnología de Alemania ayudo a implantar el
proyecto AKTIV, donde se hace un diseño, desarrollo y evaluación de los
sistemas de asistencia al conductor, su periodo de desarrollo tardo
alrededor de cuatro años 2006-2010.
COOPERS es un proyecto de aplicaciones telemáticas para la
infraestructura vial de cooperación de gestión de tráfico, desarrollado en el
2007 y terminado en el 2010 con ayuda de la Unión Europea.
En el periodo del 2007 al 2011, la Unión Europea ayuda al desarrollo del
proyecto denominado CVIS, donde su principal objetivo era poder
garantizar a los vehículos un terminal con conexión permanente a internet,
una arquitectura de comunicaciones abierta, aplicaciones comerciales, kit
de herramientas, y hojas de ruta de implementación.
EVITA (2008-2011), AFESPOT (2008-2012), son otros de los proyectos
desarrollados e implementados con ayuda de la Unión Europea, la finalidad
de los proyectos se centra en la comunicación intravehicular segura,
creación de Redes, localización exacta relativa, mapas locales de tráfico
dinámicos.
El Ministerio de Tierras, Infraestructura, Transportes y Turismo de Japón
ayuda a la implementación del proyecto SmartWay, el objetivo de este se
centró en la seguridad de los vehículos en carretera.
42
4.9 SIMULADORES EXISTENTES
Los Sistemas de Transporte Inteligentes (STI) se consideran como una tecnología
clave para mejorar la seguridad vial y el confort de conductores y pasajeros
durante la experiencia en carretera, estos sistemas han llevado a la investigación y
crecimiento de los modelos de movilidad como también al desarrollo de múltiples
herramientas de simulación, en un principio estos modelos y simuladores fueron
creados y diseñados para que trabajaran de forma independiente, sin que hubiera
una interacción entre ellos. Al comprender que estas herramientas prometedoras
podrían servir para estudio de las Redes Ad-Hoc vehiculares VANETs, en especial
los simuladores de tipo “OpenSource”, se adoptan para los diferentes intereses de
los usuarios, debido a la alta disponibilidad y funcionalidad fuera de restricciones,
que brindan a la comunidad investigadora.
En un principio el estudio de las Redes VANETs se genera mediante la utilización
de simuladores:
A) Simuladores Aislados.
B) Simuladores integrados.
C) Simuladores híbridos.
4.9.1 Simuladores aislados. Donde se establece por separado la herramienta
para simular la movilidad de los vehículos, conocidos como Simuladores de
tráfico.
43
Tabla 1. Simuladores de Tráfico.
SIMULADOR Descripción Desarrollador Plataforma Lenguaje Escrito
Software gratuito
eTEXAS
Modelo de simulación de tráfico microscópico que ha sido actualizado por Harmonía para actuar como una biblioteca de simulación para aplicaciones de programa de vehículos conectados e incorporar
ciertas SAE J2735 mensajes
vehículos.
Universidad de Texas en Austin.
Disponible para Windows
sistemas Linux.
Escrito en Java y el
modelo está escrito en
FORTRAN.
SI
VanetMobiSim
Es una extensión de la herramienta (CanuMobiSim), un marco flexible para el modelado de la movilidad del usuario. Puede generar trazas de movimiento en diferentes formatos, el apoyo a diferentes simulación / emulación de herramientas para redes móviles (NS2, GloMoSim. QualNet, NET).
Institut Eurécom,
Politecnico di Torino.
Windows, Linux. Java
SI
SUMO
SUMO (Simulation of Urban MObility) consiste en una herramienta freeware y opensource, de uso principal en proyectos de investigación sobre tráfico vehicular tales como patrones de comportamiento de conductores, patrones de movilidad, etc.
Instituto de Sistemas de Transporte
Centro Aeroespacial
Alemán.
Disponible para Windows,
Linus,MacOs.
C++ SI
VISSIM
El proyecto Simulación Visual tráfico dirigido a proporcionar una implementación para el movimiento de vehículos urbanos utilizando un enfoque de simulación microscópica
Imperial
College de Londres.
Multiplataforma Java SI
MITSIM
Un enfoque de simulación
microscópica, en la que están
representados los movimientos de
los vehículos particulares, se
adopta para el flujo de tráfico de
modelo en el simulador de tráfico.
Los diversos componentes de
MITSIM, se organizan en tres
modulos: 1. Simulador de tráfico
microscópico (MITSIM),
2. Simulador de Gestión del
Tráfico (TMS),
3. Interfaz gráfica de usuario (GUI)
Caliper Corporation
Multiplataforma C++ SI
Fuente: Elaboración propia.
Como parte de los simuladores aislados encontramos aquellos simuladores
dedicados a generar los enlaces de comunicación para dichas Redes vehiculares
llamados Simuladores de Red.
44
Tabla 2. Simuladores de Red.
SIMULADOR Descripción Desarrollador Plataforma Lenguaje Escrito
Software gratuito
NS-2
El usuario describe una topología de red por medio de scripts OTcl, y luego el programa principal de ns-2 simular dicha topología utilizando los parámetros definidos.
Comunidad de investigadores e
instituciones.
Disponible para Linux,FreeBSD
Solaris,Mac Os X, Windows
utilizando Cyqwin.
C++ SI
JIST-SWANS
JIST es un motor de simulación de eventos discretos de alto rendimiento que se ejecuta en una máquina virtual Java estándar. Se trata de un prototipo de un nuevo enfoque de propósito general para la construcción de simuladores de eventos discretos llamado simulación de la máquina virtual basado, que unifica los sistemas tradicionales, La plataforma de simulación resultante es sorprendentemente eficaz. Se supera a tiempos de ejecución de simulación altamente optimizados existentes tanto en el tiempo y el consumo de memoria.
Rimon Barr,
Zygmunt J.
Haas, Robbert
van Renesse,
Kelwin Tamtoro,
Benedicto Scott,,
Clifton Lin,
Marcos Fong,
Edwin Cheung.
Multiplataforma Escrito C Pársec SI
GTNetS
El Georgia Tech Network Simulator (GTNetS) es un entorno de simulación de la red con todas las funciones que permite a los investigadores en redes de computadoras para estudiar el comportamiento de moderada a redes de gran escala, bajo una variedad de condiciones.
George F Riley.
Disponible para Linux, OSX,
Solaris Windows.
Java SI
OMNeT++
Es un simulador de red basado en C++ que permite modelar redes de comunicaciones cableadas e inalámbricas, la ventaja de éste simulador sobre otros es la gran cantidad de módulos independientes creados para dar soporte a funciones específicas y que se integran de manera natural.
András Varga. Multiplataforma C++ SI
Fuente: Elaboración propia.
45
4.9.2 Simuladores integrados. Estos simuladores sustituyen a los simuladores
de Red y a los de movilidad, llegado el caso de que ambos no puedan interactuar
completamente, los simuladores integrados son conocidos como Off-The Shell. El
principal objetivo de estos simuladores es que ambos modelos estén trabajando e
interactuando de manera eficiente, la desventaja que tienen es la mala calidad del
simulador de Redes. Las pruebas que se han hecho es utilizando los efectos
básicos de una Red, donde estos simuladores no han alcanzado las expectativas
que se requieren.
Tabla 3. Simuladores Integrados.
SIMULADOR Descripción Desarrollador Plataforma Lenguaje Escrito
Software gratuito
GrooveNet
GroveNet es el proyecto central de
la modelización y visualización de
la movilidad para vehículos, es un
simulador híbrido que permite la
comunicación entre vehículos
simulados, vehículos reales y entre
los vehículos reales y simulados.
Al modelar la comunicación entre
vehículos en una topografía real de
la calle basada en mapas se facilita
el diseño del protocolo. La
arquitectura modular de GrooveNet
incorpora la movilidad, el viaje y los
modelos de difusión.
Universidad de Pensilvania,
universidad de Carnegie Mellon en
Pittsburg y la empresa
Automovilística General Motors.
Multiplataforma. Java SI
NS-3
En este simulador la movilidad de
vehículos y comunicación en red
están integrados a través de
eventos. Los manejadores de
eventos creados por el usuario
pueden enviar mensajes de red o
alterar la movilidad de los
vehículos cada vez que se recibe
un mensaje de red o bien cada vez
que la movilidad se ve modificada
por el modelo de movilidad.
Universidad de Washington,Instituto
Tecnológico de Georgia.
Multiplataforma C++ SI
46
NCTUns
NCTUns, es un simulador de red
extensible así como un emulador
capaz de simular distintos
protocolos utilizados, Esta
herramienta no se centra
específicamente en la movilidad de
vehículos, sino que proporciona
una gama completa de la pila de
herramientas de simulación de red
NCTuns contiene funcionalidades
suficientes para el modelado de la
movilidad de vehículos tales como
patrones de conducción humana.
Universidad Chiao Tung de Taiwan.
Linux. C++ SI
Fuente: Elaboración propia basada.
4.9.3 Simuladores híbridos. El propósito de estos simuladores es crear un
enlace hibrido entre el simulador de Red y el de movilidad, a través de una interfaz
diseñada para este fin. Donde ambos simuladores trabajan en paralelo y por tal
razón pueden interactuar dinámicamente entre sí, mediante el cambio de los
patrones de movilidad establecidos en los flujos de Red y viceversa. Los
simuladores híbridos nos permiten beneficiarnos mejor de las propiedades que
nos ofrecen los simuladores de Red y movilidad, dado a que estos se pueden
adaptar mucho mejor a los modelos de movilidad de última generación, pero se
requiere de numerosos recursos de máquina, dado a que ambos simuladores
necesitan trabajar al mismo tiempo y el desarrollo de la interfaz de interconexión
no es una labor fácil en función de la Red específica y los simuladores de
movilidad (Murcia Hernández, 2010).
47
Tabla 4. Simuladores Híbridos.
SIMULADOR Descripción Desarrollador Plataforma Lenguaje Escrito
Software gratuito
TRANS
TRANS (Traffic and Network
Simulation Environment), es una
herramienta de interfaz gráfica de
usuario que integra simuladores
de tráfico y de la red (SUMO y
ns2) para generar simulaciones
realistas de Redes Vehiculares Ad
hoc (VANETs). Trans permite que
la información intercambiada en
una VANET para influir en el
comportamiento del vehículo en el
modelo de movilidad.
Ecole Polytechnique
Fédérale Lausanne.
Multiplataforma. Java SI
MobiREAL
MobileReal (A Realistic Network
Simulator), es un simulador
novedoso para la sociedad con
dispositivos móviles. Permite
simular la movilidad real de los
seres humanos y los automóviles,
cambiando su comportamiento en
función de un contexto de
aplicación dado y así obtener una
evaluación detallada de las
aplicaciones de red, protocolos de
enrutamiento, las infraestructuras,
etc. MobiREAL permite simular
redes móviles ad-hoc mediante la
adición modelos de movilidad a un
simulador de redes GTNetS.
Universidad de Osaka, Japón.
Multiplataforma C++
Se puede utilizar para fines de investigación y uso no comercial.
VEINS
VEINS (Vehicles in Network
Simulation), es un simulador de
VANET, el cual permite integrar un
simulador de tráfico como SUMO y
un simulador de red como
Omnet++, con la ventaja sobre
otros simuladores híbridos de que
permite establecer una
comunicación bidireccional entre
los simuladores mencionados,
presentando una simulación más
interactiva y más cercana a la
realidad.
Universidad de
Erlangen-
Nürnberg,
Alemania.
Multiplataforma C++ SI
Fuente: Elaboración propia.
48
5. PROCESO Y DESARROLLO DE LA SIMULACION DEL PROYECTO
En el proceso de simulación se exploraron inicialmente los siguientes
simuladores: SUMO como un generador de tráfico, OMneT++ como simulador de
Red y VEINS como enlace híbrido de comunicación entre los dos simuladores
mencionados, se eligen en una primera instancia para la simulación del proyecto,
sin embargo al momento de instalarlos y ejecutarlos presentaron problemas de
afinidad, debido a que las versiones que se manejan para estos tipos de
simuladores actualmente se encuentran con sus archivos incompletos y en la
mayoría de los casos sus distribuidores ya no dan soporte a estas versiones, por
tal razón se tuvo que hacer otra elección de simulador y se decidió trabajar con el
simulador Integrado NCTUns, este simulador está compuesto por los elementos
necesarios para simular Redes, movilidad y diferentes tecnologías, lo que lo hace
un simulador versátil para el objetivo de este proyecto. Pero teniendo en cuenta
que con los primeros simuladores mencionados se trabajó un tiempo considerable
y se estudiaron a fondo, se anexa toda la documentación correspondiente a su
instalación, definición, integración y demás componentes importantes que se
investigaron, la información correspondiente a estos simuladores se encuentra en
la página de Anexos.
5.1 SIMULADOR ESCOGIDO PARA LA SIMULACIÓN NCTUns
NCTUns es un simulador de redes nuevas que proporciona unas características
únicas, suministra muchas ventajas notables que no pueden ser fácilmente
alcanzadas por simuladores de redes tradicionales, es un software de código
abierto que se ejecuta en Linux y es utilizado por muchos investigadores en el
mundo. Esta herramienta no se centra específicamente en la movilidad de
49
vehículos, también proporciona una serie de elementos que permiten la
simulación de Red, NCTUns contiene muchas funcionalidades para el modelado
de vehículos, como es los patrones de conducción humana car-following, y
también para el control de intersecciones.
Fue desarrollado en Chiao Tung University (NCTU) en Taiwan, NCTUns simula
redes IP basadas en Ethernet, redes Wireless LAN IEEE 802.11b, redes celulares
GPRS, redes ópticas, redes en malla Wireless IEEE 802.11b, redes QoS IEEE
802.11e, redes Ad-Hoc y redes inalámbricas con antenas direccionales
(Hernández Mantilla, 2008).
NCTUns simula dispositivos de red como Hubs Ethernet, Switches, Routers,
Hosts, puntos de acceso inalámbricos IEEE 802.11b, interfaces, etc. Para redes
ópticas, simula Switches de circuitos en redes ópticas y Switches de ráfagas en
redes ópticas, fibras ópticas WDM y anillos de protección WDM. Para redes QoS,
simula Routers interiores y de frontera. Para redes GPRS, simula teléfonos GPRS,
estaciones base GPRS, dispositivos GGSN y SGSN. Para redes WIMAX 802.16d,
simula estaciones base en modo PMP (punto-multipunto), las estaciones base en
modo malla y sus correspondientes equipos de usuario SS (Subscriber Stations).
Para redes DVB-RCS, simula el satélite geoestacionario, el centro de control de
red (NCC), el terminal de satélite de retorno de canal (RCST), el alimentador, el
proveedor del servicio, el tráfico de la puerta de acceso (gateway). Para redes
vehiculares inalámbricas, simula vehículos ITS equipados con una interfaz
inalámbrica en modo Ad-Hoc 802.11b, vehículos ITS equipados con una interfaz
inalámbrica en modo de infraestructura 802.11b, vehículos ITS equipados con una
interfaz inalámbrica GPRS, vehículos ITS equipados con una interfaz inalámbrica
DVB-RCST, vehículos ITS equipados con las cuatro diferentes interfaces
inalámbricas. Para nodos móviles equipados con múltiples interfaces inalámbricas
heterogéneas, simula un nodo móvil tradicional que se mueve por una ruta
50
especificada, un carro ITS que automáticamente se mueve sobre una carretera
construida (Hernández Mantilla, 2008).
En su versión 5.0, que es la que se utilizó en esta caso proporciona una
implementación completa de la IEEE 802.11p / 1609 las normas definidas para
redes vehiculares inalámbricas (Shie-Yuan Wang, Chih-Che Lin, 2010). Debido a
su gran acogida en el campo de la investigación se volvió un Software comercial y
su última versión libre fue la 6.0.
Para este proyecto utilizamos algunos de los elementos que provee el simulador
para redes VANETs. Los elementos y tecnologías con los que dispone el
simulador para Redes VANETs son los siguientes:
Tecnologías: IEEE 802.11b, IEEE 802.16e, IEEE 802.11p, GPRS, IP
MÓVIL.
Elementos de Red: Host, Routers, Estaciones Base, enlaces, antenas,
Switches.
Otros: Intersecciones vehiculares, Vehículos, avenidas programables para
varios carriles.
Teniendo en cuenta que una de las características principales de las redes
VANETs es su habilidad para trabajar con diferentes tecnologías, el simulador
NCTUns dispone de vehículos para cada una de las tecnologías o vehículos
integrados que funcionan para simular estos procesos, como se puede ver en la
(Figura 10).
51
Figura 10. Elementos vehiculares para representar las Tecnologías.
Fuente: Elaboración propia.
5.2 INSTALACIÓN DEL NCTUns
La instalación y configuración de este simulador es sencilla, pero se debe tener en
cuenta que versión del Fedora tiene la maquina donde se va a instalar el
simulador, para este caso se utilizara una versión del Fedora 9, después de tener
presente esta consideración se podrá instalar sin problemas si se siguen los
siguientes pasos (Becerra , 2006) :
En este caso, en la Universidad se hallaba una máquina que tenía la herramienta
instalada, es importante aclarar que actualmente ya no se encuentran disponibles
las descargas de las versiones del NCTUns, por lo que el acceso a esta
52
herramienta se vuelve difícil, pero una vez se cuenta con la versión del NCTUns
se procede a:
1) Tener instalado en la máquina que va a utilizar un Fedora core 9. Tener en
cuenta que si desea tener una instalación exitosa del simulador, se debe instalar
Fedora core sin ningún cortafuegos.
2) Extraer los archivos del NCTUns en la carpeta de preferencia, para poder
acceder a las librerías y a los directorios del programa. Al descomprimir
automáticamente se creará una carpeta con el nombre NCTUns5.0
3) Ubicado en /home/nombre_usuario/NCTUns5.0, abra un terminal en modo
superusuario para realizar la instalación del simulador. Para esto digite en el
terminal “./install.sh “. Los archivos del simulador se guardarán automáticamente
en la ruta /usr/local/nctuns. Durante la instalación de NCTUns se crea un nuevo
kernel para Fedora en el cual se puede ejecutar el simulador. Este nuevo kernel
aparecerá en la ventana del gestor de arranque junto con otros sistemas
operativos que usted tenga instalado en su computador.
4) Ubicado en /home/nombre_usuario/NCTUns5.0, abra un terminal en modo
superusuario para realizar la instalación del simulador. Para esto digite en el
terminal “./install.sh “. Los archivos del simulador se guardarán automáticamente
en la ruta /usr/local/nctuns. Durante la instalación de NCTUns se crea un nuevo
kernel para Fedora en el cual se puede ejecutar el simulador. Este nuevo kernel
aparecerá en la ventana del gestor de arranque junto con otros sistemas
operativos que usted tenga instalado en su computador.
5) Desactivar el cortafuego y todas las Reglas con los siguientes comandos:
ipatables-F
ipatables-L.
6) Reinicie el computador y entre por el nuevo kernel de NCTUns.
53
7) Terminada la instalación el programa le dará una lista de pasos a seguir para la
configuración del simulador antes de usarlo. Los pasos son los siguientes:
Definir las variables de ambiente NCTUNSHOME y LD_LIBRARY_PATH.
Estas variables deben quedar definidas en los archivos .bashrc y .cshrc que
se encuentran en /root . Para definirlas en el archivo .bashrc debe hacerlo
de la siguiente manera:
export NCTUNSHOME=/usr/local/nctuns
export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/nctuns/lib
Para definirlas en el archivo .cshrc:
setenv NCTUNSHOME /usr/local/nctuns
setenv LD_LIBRARY_PATH /usr/local/nctuns/lib
8) Indique la dirección del dispatcher.
Ubíquese en /usr/local/nctuns/etc/coordinator.cfg y compruebe que la dirección del
dispatcher sea 127.0.0.1.
9) Desactive el cortafuegos y todas las reglas utilizando: iptable-F iptable-L.
10) En el archivo /etc/sysconfig/selinux desactive la variable SELINUX con
SELINUX=disable.
11) Ahora para ejecutar el simulador usted debe ubicarse en /usr/local/nctuns/bin y
abrir tres terminales ver (Figura 10) en las cuales debe ejecutar los siguientes
programas es este orden:
./dispatcher
:/coordinator
./nctunsclient
54
Figura 11. Terminales en ejecución.
Fuente: Elaboración propia.
Al ejecutar . /nctunsclient en el terminal tres como observa en la (Figura 11) se
entrará a la interfaz gráfica de usuario del simulador, entonces aparecerá una
ventana como la siguiente:
55
Figura 12. Interfaz del NCTUns 5.0
Fuente: Elaboración propia.
5.3 MODELO DE SIMULACION Y GUIA DEL USO DE LA INTERFAZ
Como primera instancia se va explicar cómo utilizar los elementos disponibles en
el simulador para crear Redes VANETs. Inicialmente se crearon dos escenarios
a) y b), así como lo muestra la (Figura 13):
56
Figura 13. Modelos de Escenarios realizados en el NCTUns 5.0
Fuente: Elaboración propia.
El escenario a) está conformado por vías vehiculares de cuatro carriles con
vehículos IEEE 802.11b, configurados de manera automática y anexándole otros
de manera manual. El escenario b) está conformado por vías de 4 carriles que
luego se reducen a dos carriles con un cruce de cuatro vías y de igual forma con
vehículos IEEE 802.11b, configurados manualmente. La creación de estos
escenarios tiene como finalidad dar una guía de utilización de la interfaz, para la
creación de modelos de Redes VANETs.
Para crear una topología en NCTUns primero se debe tener claro que el simulador
tiene cuatro modos de operación ver (Figura 14). Cada uno de los cuales debemos
activar según sea el caso:
57
Draw Topology: En este modo se crea y organiza la simulación.
Edit Propierties: En este modo se editan y configuran todos los nodos y
enlaces
Run: En este modo se ejecuta la simulación
PlayBack: En este modo se puede correr la simulación con los controles
que aparecen en la barra de herramientas que se encuentra en la parte
inferior de la pantalla. Además este modo de operación permite visualizar
en la pantalla todos los eventos ocurridos en la simulación.
Figura 14. Modos de operación.
Fuente: Elaboración propia.
Para activar cada uno de los modos de operación se puede hacer de dos
maneras, mediante las letras: D E R P, que se encuentran en la parte superior
izquierda de la interfaz del NCTUns como se muestra en la (Figura 14). O en la
58
Ruta: File>Operation Mode. Una vez identificado los nodos de operación se debe
seguir los siguientes pasos para realizar un modelo de simulación:
1) Crear la topología. La red a simular requiere de los siguientes elementos:
identifíquelos en la barra de herramientas de la Interfaz del NCTUns, ver (Figura
15).
Figura 15. Elementos utilizados para la Simulación VANET.
Fuente: Elaboración propia.
Una vez que se identifiquen los elementos en la barra de herramientas de debe
activar Draw Topology o D, seleccione los elementos de la red hacia el área
de trabajo, haga click sobre el icono correspondiente, y luego haga click sobre el
área donde se quiere ubicar cada nodo, y se empieza a construir el escenario, en
las siguientes (Figuras 16, 17) se podrá apreciar cómo se construye el escenario.
59
Figura 16. Seleccionando los elementos Crossroad, Multi-Lane Road, Lane-merging Road.
Fuente: Elaboración propia.
60
Figura 17. Seleccionando el Road Conector.
Fuente: Elaboración propia.
Cuando se están seleccionando los elementos de las vías se pueden modificar
según como queramos tener las carreteras, número de carriles en una vía, el
ancho, número de cruces que se quieren tener, orientación y otras características
que se pueden configurar ver (Figura 18).
61
Figura 18. Configuración de los elementos de carretera.
Fuente: Elaboración propia.
Una vez que se genere las carreteras se procede a elegir el vehículo que se va a
utilizar, y se introduce al escenario desarrollado. Para después ser configurados
de la manera que se requiera, ver (Figura 19).
62
Figura 19. Agregando vehículos al Escenario.
Fuente: Elaboración propia.
2) Configuración de nodos. Para esta configuración debe de estar activo el
modo Edit Propierties o E, se da doble click sobre el elemento a configurar en
este caso los vehículos con la tecnología 802.11p Ad-Hoc, estando en el modo
Edit Propierties o E, se da doble click al nodo vehículo y se abrirá una
ventana con el nombre mobile station y allí se configura el nodo según los
parámetros que se desee que tenga el nodo, esto se debe hacer con cada nodo
que escogimos.
Si se desea se puede agregar más nodos automáticamente, para esto nos
dirigimos al menú y seleccionamos la siguiente ruta; /ITS-Network/Confifure cars
profiles aquí se podrán poner los nodos automáticamente, después de hacer esto
nos vamos al menú la ruta G_Setting/Simutation/Real Time/ Moving
Path/Dynamic. Esto se debe hacer para los dos escenarios.
63
3) Configurar la simulación. En el menú superior “Settings” escoja la opción
“Simulation”, aparecerá una ventana con las opciones de configuración de la
simulación. (Para este caso que se está creando solo los escenarios, no se
utiliza).
4) Ejecute la simulación: Active el modo de operación PlayBack. Aparecerá una
ventana que muestra todos los archivos generados al realizar la simulación click
en “Ok”. Luego diríjase al menú de la parte superior de la pantalla y seleccione
“Simulation”, luego de click en “Run”. Luego de terminar la ejecución de la
simulación el mismo simulador activa el modo de operación “PlayBack”, en el cual
se podrá manipular la simulación con los botones que se encuentran en la parte
inferior de la interfaz, como se muestra en la (Figura 20).
Estos fueron los Escenarios que se construyeron y se utilizaron como guía, para
explicar de cómo es la creación de modelos de Redes VANETs manejando el
NCTUns.
Figura 20. Escenario 1.
Fuente: Elaboración propia.
64
Figura 21. Escenario 2.
Fuente: Elaboración propia.
En los dos escenarios que se plantearon se trató de desplegar dos ambientes
distintos, donde se pueden observar la colisión entre vehículos, las distancias que
hay entre estos, además cada escenario tiene sus propias características de
configuración, que son las siguientes:
Número de carriles 4
Un ancho de carril de 20 (Numero de grosos de la carretera)
Se utiliza el elemento ITS 802.11b Ad-Hoc
Se configura el número máximo de carros que se pueden desplegar según
la carretera o escenario que se quiere generar, en este caso se despliegan
de forma automática 22 vehículos.
Además de configurar los carros de forma automática, se anexan alrededor
de 9 carros más.
Se escoge en el menú la forma de generación del movimiento. Es esta caso
será Dinámico.
65
Se configura el tráfico de cada uno de los carros que se anexaron con los
siguientes parámetros como lo indica la (Figura 22).
Figura 22. Configuración de tiempo.
Fuente: elaboración propia.
Las características que utiliza en el primer escenario son las mismas que se
emplean en el escenario número dos, lo único que cambia es el ambiente que se
genera en el tamaño de las carreteras, número de cruces, más vehículos por las
dimensiones del escenario escogido.
5.3.1 Simulación de Red VANETs utilizando el protocolo IP móvil. A manera de
resultado de la simulación se generó un escenario 3 representando el estándar 802.11p
que es el estándar especialmente indicado para automóviles. Como se puede observar en
la (Figura 23) el escenario se genera de la misma forma que los anteriores, solo que esta
vez se integran elementos que hacen parte de una Red de comunicaciones, y que en
NCTUns también se pueden simular. Este escenario está conformado por unas vías que
tienen 9 cruces, un vehículo configurado con el estándar IEEE 802.11p y una
infraestructura de red de datos cercana a toda la vía vehicular. La infraestructura de red
de datos trabaja con el protocolo IP móvil al igual que se configura el vehículo con este
protocolo esto significa que al trabajar con el protocolo IP móvil el vehículo podría hacer
conexión a internet a medida que se va desplazando por la vía y podría obtener
información valiosa mientras él viaja a través de accesos a internet.
66
La red de datos está conformada por cuatro puntos de acceso inalámbricos, un
Router y un computador, de tal manera que la cobertura de estos puntos de
acceso cubren toda el área vial por donde pasa el vehículo, como se muestra en la
(Figura 23).
Figura 23. Escenario 3.
Fuente: Elaboración propia.
Los elementos de Red utilizados en esta simulación son los siguientes y se
pueden encontrar en la Barra de herramientas del simulador:
1. Antenas que hacen la trasmisión de datos o puntos de acceso a la red de datos.
2. Router
3. Host
67
4. Elementos de conexión
5. Elemento IEEE 802.11p con IP Móvil
6. Botón de Selección de nodos inalámbricos para formar una Subred
7. Botón de configuración de configuración de parámetros del modelo del canal y
capa física.
Estos elementos se podrán apreciar mejor en la (Figura 24).
Figura 24. Elementos Utilizados en el Escenario 3.
Fuente: Elaboración propia.
Una vez que se identifiquen las herramientas se construye el escenario estando
en el modo de operación del NCTUns Draw Topology o D, se selecciona los
68
elementos, y se pasa a configurar los dispositivos de la siguiente forma: (teniendo
en cuenta que se debe pasar a modo Edit Propierties o E)
1. Se da click en el botón 7 y después se da doble click en el vehículo 802.11p,
allí se activa el modo Use the transmitting node perspective. Después click en ok.
2. Se repite el paso 1 se selecciona el modo Use the transmittin node perspective.
Vamos a la casilla C.S.P.T. (dbm) (Carrier Sense Power Threshold) y ponemos -
72 que es nivel de potencia del umbral adecuado para la comunicación con el
nodo y después marcamos ok.
3. Después vamos al modo Edit Propierties y guardamos el escenario.
4. Configurar los nodos dando doble click en ellos y en la casilla Provider Service
identifier y ponemos nodo 1 damos ok, y así con los otros nodos respectivos,
como lo muestra la (Figura 25).
Figura 25. Configuración de nodos.
Fuente: Elaboración propia.
69
5. Después nos vamos para el elemento 802.11p IP Móvil damos doble click y
configuramos los 4 nodos donde se comunicara el elemento 802.11p Ad-Hoc.
Figura 26. Configuración de nodos del carro.
Fuente: Elaboración propia.
6. Ahora configuramos el Host con el comando stg que es el que envía el tráfico a
la Red ver (Figura 27).
70
Figura 27. Comando stg.
Fuente: Elaboración propia.
7. Por último configuramos las IP en cada uno de los nodos, tomando como
referencia la IP del 802.11p del protocolo IP Móvil, este paso se realiza en cada
nodo, cada nodo se configura con una IP móvil por tanto, los nodos vehiculares
deben tener configurada un dirección temporal que es la Care-of-address que es
la que lo va identificar cuando cambie de punto de acceso es decir cuando pase a
otra subred que no sea la local.
Teniendo en cuenta que para proveer movilidad en IP Móvil, se requiere que cada
vez que un móvil pase por alguna SubRed local, obtenga una dirección temporal
mientras está visitando la Red foránea, se deben configurar estas direcciones en
cada móvil. Estas direcciones son llamadas Care of address como se muestra en
la (Figura 28).
71
Figura 28. Configuración de nodos.
Fuente: Elaboración propia.
8. Luego nos dirigimos a poner la simulación en el Modo Run y ejecutamos la
simulación con el Modo PlayBack.
5.3.2 Ejecución de la simulación. El escenario 3 es una Red VANETs donde
hay un nodo móvil en este caso un vehículo, el cual se está moviendo por una vía
que está permanentemente haciendo conexión con una infraestructura de Red
que va localizando a medida que se desplaza por la carretera. El protocolo por
medio del cual se están conectando es el protocolo IP Móvil, lo que quiere decir
que el nodo móvil vehicular está haciendo conexión a una Red de datos en
particular a internet móvil y se puede observar que a medida que avanza el
vehículo se va conectando con el punto de acceso más cercano, por tanto están
haciendo Handover entre distintas zonas de cobertura, como se aprecia en las
(Figuras 29, 30, 31, 32,33).
72
Figura 29.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 30.
Fuente: Elaboración propia.
73
Figura 31.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 32.
Fuente: Elaboración propia.
74
Figura 33.
Fuente: Elaboración propia.
5.4 DESAFIOS DE INVESTIGACIÓN
En este trabajo se ha realizado un estudio de lo que son las Redes VANETs, se
han visto diferentes tipos de simuladores que permiten evidenciar como trabajan y
operan estas Redes, se hizo una simulación utilizando el NCTUns. Sin embargo
las Redes enfocadas a entornos vehiculares reúnen amplias características de
estudio, como son los beneficios que estas pueden prestar, en la actualidad ya se
han implementado y desarrollado varios proyectos que integran estas tecnologías,
los estándares y protocolos que emplean estas tecnologías están actualmente en
estudio y desarrollo, los dispositivos que se utilizan en la conexión entre los
vehículos y una infraestructura serian un buen tema a tratar para futuras
investigaciones.
75
Hay algunas aplicaciones de confort que tienen muy buena acogida en un futuro,
como es por ejemplo poder tener acceso a internet desde el vehículo, aquí se
podría centrar varias investigaciones de cara al futuro.
Los estudios futuros se podrían centrar en las características generales de la
Redes VANETs como es la conectividad, flujo de tráfico, estándares y protocolos
de alto rendimiento, pero los desafíos más importantes para estudios futuros están
en las herramientas de simulación, teniendo en cuenta que los simuladores que
existen en ciertos aspectos no llenan las expectativas que se tienen respecto a
ellos. Se puede considerar para estudios futuros la comparación entre diferentes
simuladores, establecer las ventajas y desventajas que presenta cada uno,
evaluar los simuladores en distintos escenarios, para saber cuál es su
comportamiento y desempeño, para poder entrar a evaluar que tan
recomendables son en un proceso de simulación. En general son muchas las
áreas en la que se debería seguir investigando esta tecnología, lo más importante
es saber identificar cuáles son las dificultades más frecuentes con la que esta
tecnología no ha logrado consolidarse.
76
CONCLUSIONES
Este estudio permitió conocer más a fondo los elementos que conforman
una Red VANETs, así como sus aplicaciones y los diferentes estándares
que intervienen en esta tecnología.
El uso de las herramientas de simulación nos da un mejor acercamiento a
la realidad de como es el funcionamiento de una Red Ah-Hoc VANET,
permite entender las capacidades de alcancé de estas nuevas tecnologías,
y de posibles nuevos beneficios que puedan traer en un futuro.
El concepto de movilidad que utilizan los Sistemas Inteligentes de
Transporte (SIT), crea una nueva perspectiva sobre el enrutamiento de las
Redes, de esta manera se exploran y se tiene en cuenta aspectos que no
se consideraron al crear la Redes que actualmente existen.
El manejo de las herramientas de simulación fue difícil, debido a que las
versiones de los simuladores han presentado problemas de compatibilidad
con algún sistema Operativo en específico, además varios de los
simuladores ya no se encuentran disponibles, porque se han vuelto
comerciales y en algunos casos sus últimas versiones libres ya no están a
disposición de los usuarios.
El OpenStreetMap es una buena herramienta de exportación de mapas que
se puede utilizar en cualquier proyecto que establezca unas características
77
de movilidad definidas, además brinda una inserción de realismo a la
simulación que se logre realizar con este elemento, aclarando que solo se
puede utilizar en algunos simuladores en este caso SUMO.
Las implementaciones que se han logrado realizar, han sido proyectos
ejecutados por múltiples consorcios ayudados por distintos sectores de la
población y de los gobiernos locales, debido a los elevados costos que
representa la construcción de un proyecto empleando estas nuevas
tecnologías.
Se pudo apreciar que las Redes VANETs tienen una capacidad amplia de
comunicación con diferentes tecnologías, en el caso particular de la
simulación realizada en este proyecto se ve la proyección de las Redes
VANETs para trabajar con IP Móvil, lo que significa conexión Móvil con
Internet. Esto evidencia la amplia cobertura que tendrá en el futuro,
teniendo en cuenta que podrá trabajar tanto con las tecnologías actuales
como GPRS y con las tecnologías futuras.
78
RECOMENDACIONES
En cuestión de la búsqueda de los simuladores sería importante tener en
cuenta si la herramienta escogida cumple con los elementos necesarios
para poder realizar la simulación.
Sería recomendable mirar otros proyectos de simulaciones que se hayan
elaborado, observar bajo que escenarios se trabajaron y que herramientas
utilizaron para la generación de tráfico, dado a que en este punto se
presenta problemas debido a la familiaridad que se pueda tener con el
simulador escogido.
Se considera necesario tener una maquina con muy buenas características,
para poder instalar las herramientas que se escojan, y así poder realizar la
simulación.
Independientemente del simulador que se elija es necesario tener la
documentación correspondiente de la herramienta, dado a que así se
facilita el uso y el desarrollo de la simulación que se quiera realizar.
79
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Recuperado de fuente Académica Database., 3-4.
82
ANEXO 1. SIMULADOR DE TRÁFICO: SUMO
SUMO (Simulation of Urban MObility), es una herramienta freeware y opensource
desarrollada por el Instituto de Investigación en el Transporte (Centro Aeroespacial
Alemán), junto con el Centro de Informática Aplicada de Colonia (Alemania), su
uso primordial va dirigido hacia proyectos de investigación sobre tráfico vehicular,
su plataforma de programación es C++, SUMO permite crear escenarios distintos
como vías con varios carriles, intersecciones con semáforos, generar mapas de
rutas o importarlos desde mapas disponibles como OpenStreetMap, SUMO está
Disponible para Windows, Linux, MacOs. Lo más importante de este simulador es
que cuenta con interfaces para conectarse con simuladores de Red como
Omnet++.
Como parte del proceso de desarrollo de la simulación se escoge la versión
0.15.0, La cual presenta las siguientes características:
Movimiento de vehículos en tiempo discreto y espacio continúo.
Soporta tipos diferentes de vehículos.
Vías Multicarril.
Cambio de carril.
Diferentes modos de prioridad en cruces y semáforos.
Interfaz gráfica.
Soporta redes viarias de varias decenas de miles de calles.
Alta velocidad de ejecución (alcanza 100.000 actualizaciones/segundo por
vehículo en un procesador de 1GHz).
Interoperabilidad con otras aplicaciones en tiempo real.
Soporta importación de mapas topológicos para la red vial.
Rutas microscópicas (cada vehículo tiene la suya propia).
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Alta portabilidad (paquetes para Linux y Windows).
Alta interoperabilidad gracias al uso de datos XML.
Figura 34. Interfaz de SUMO.
Fuente: Elaboración propia.
1.2 SIMULADOR DE RED: OMNeT++
Está basado en C++, dirigido a modelar Redes de comunicaciones ya sean
cableadas e inalámbricas, la ventaja que tiene sobre otros simuladores es la de
poder contar con módulos independientes, que fueron creados especialmente para
dar soporte a otras aplicaciones específicas y que se puedan integrar de manera
natural, como es por ejemplo SUMO. La principal característica del OMneT++ es
que cuenta con una herramienta grafica denominada Tkenv, la cual permite
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visualizar la Red que se pretende implementar, es de código abierto, para el uso
en el ámbito académico en instituciones comerciales orientadas a la investigación.
1.3 SIMULADOR HIBRIDO: VEINS
(Vehículos en Simulación de Red), este simulador permite integrar los resultados
de la simulación que genera los simuladores de Red y Trafico, desde su primera
versión en la año 2008, ha servido para que desarrolladores colaboren con su
perfeccionamiento, es un software multiplataforma, está escrito en C++, la
características de maquina donde va hacer instalado son las mismas en la que se
instaló el SUMO, este proceso de instalación e integración de los simuladores se
podrá ver con más detalle más adelante.
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ANEXO 2. INSTALACIÓN E INTEGRACIÓN DE LOS SIMULADORES
Es importante identificar con que versión del simulador se desea trabajar, dado a
que algunas de ellas trabajan mucho mejor en un tipo de máquina y Sistema
operativo específico, en este caso se instaló en una plataforma Windows 8 con
las siguientes características:
Figura 35. Características del Computador donde se Instaló SUMO.
Fuente: Elaboración propia.
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2.1 INSTALACIÓN DE SUMO
En la página de SUMO encontraremos las todas las versiones del simulador, así
como toda la documentación necesaria para su instalación y su posterior manejo,
es importante anotar que si se va a trabajar con el OMneT++, debemos tener en
cuenta la versión que se descargue, lo que se expondrá aquí ha sido realizado
con la versión 0.15.0.
Una vez descargado el Archivo sumo-winbin-0.15.0.zip, llevar el archivo al
directorio de preferencia (para este caso C:), descomprimir el archivo el cual
genera la carpeta sumo-0.15.0, después se realizara los siguientes pasos:
1) Nos dirigimos al Símbolo del sistema (command shell), y allí ejecutaremos los
siguientes comandos:
Figura 36. Comandos para la instalación de SUMO.
Fuente: Elaboración propia.
2) Cuando se confirma que la instalación ha sido exitosa se ejecuta el comando
sumo-gui.exe
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Figura 37. Ejecutando el comando sumo-gui.exe
Fuente: Elaboración propia.
Al ejecutar el comando anterior se abrirá una ventana con la interfaz de SUMO
como se puede observar en la (Figura 34).
2.2 INSTALACIÓN DEL OMNeT++.
En la instalación de este simulador se debe ser precavido a la hora de descargar
la versión indicada, pues es frecuente que se descarguen los archivos de
versiones incompletas y en muchos casos con errores, para este caso se instaló la
versión 4.2.2 para Windows, pues es una de las versiones que traen todas las
librerías y demás herramientas completas para llevar a cabo la simulación, de la
misma manera que se descargó y se ejecutó SUMO, lo haremos con el
OMNeT++, siguiendo y ejecutando los siguientes comandos:
1) Nuevamente nos dirigimos al símbolo de sistema y ejecutamos:
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Figura 38. Ejecutando el comando mingwenv.cmd.
Fuente: Elaboración propia.
2) Una vez ejecutado el paso anterior se despliega una nueva ventana,
ejecutamos el comando ./configure
Figura 39. Configurando OMNeT++
Fuente: Elaboración propia.
3) Confirmamos que la configuración ha tenido éxito, y entonces ejecutamos el
comando make, para así construir los archivos necesarios para que OMNet++
funcione correctamente.
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Figura 40. Configurando OMNeT++
Fuente: Elaboración propia.
4) Cuando se acabe la configuración, se procede a verificar si la instalación esta
correcta con la siguiente instrucción:
cd samples/dyna
./dyna
Figura 41. Verificando Instalación.
Fuente: Elaboración propia.
Al ejecutar la instrucción se abrirá unas ventanas comprobando que la instalación
fue todo un éxito.
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Figura 42. Ejemplo de la correcta Instalación.
Fuente: Elaboración propia.
Para poder acceder a la interfaz de OMNeT++, y poder así crear un acceso directo
en el escritorio de la maquina sin tener que estar reiteradamente abriendo la
ventana de (command shell), podemos extraer el IDE del simulador que está
basado en Eclipse escribiendo en la ventana de comandos omnetpp.
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Figura 43. Interfaz Gráfica.
Fuente: Elaboración propia.
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ANEXO 3. INTEGRACIÓN SUMO, OMNeT++ E INSTALANDO VEINS
Al igual que paso con el OMNeT++, las versiones que se encuentran de este
simulador no están completas o en su efecto están con errores, para este proceso
se trabajó con la versión del Veins 2.0, se sigue manteniendo el mismo criterio de
descarga y copia del archivo en el directorio de preferencia como se indicó
anteriormente, al descomprimir el archivo se crea una carpeta en el directorio C:\
veins-2.0, cuando se realice esta acción abriremos la interfaz gráfica del
OMNet++ y seguiremos la siguiente ruta:
1) Damos click en File / Import / General, escoger “Existing Projects into
Workspace” y en donde aparece Select root directory marcar la casilla y buscar
en el directorio la carpeta donde se encuentra veins-2.0, luego finalizar, y entonces
en el Project Explorer se habrá creado un proyecto llamado mixim. Ahora nos
ubicamos en el menú de la interfaz y nos vamos a Project / Build All, y
esperamos a que se complete el proceso de importación, para comprobar que el
proceso se ejecutó exitosamente se deberá generar en el CDT Build Console
[mixim] **** Build Finished ****, y observar si en la parte inferior de la interfaz
donde se encuentra Problems no se hayan ejecutado errores, dado el caso que
se encuentren errores, nos advierte que la versión que se está ejecutando no tiene
los archivos completos, y se deberá desinstalar el OMNeT++ y volver a instalar el
programa con una versión del VEINS completa.
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Figura 44. Importando a VEINS.
Fuente: Elaboración propia.
2) Ahora debemos comprobar que SUMO está trabajando simultáneamente con
VEINS, esto lo podemos hacer mediante la consola de configuración del
OMNeT++ simplemente nos vamos a la ruta donde se encuentra la carpeta del
omnetpp 4.2.2 y le damos click y buscamos el comando (mingewenv.cmd) damos
doble click y ejecutamos el ejemplo erlangen, como lo muestra la (Figura 45).
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Figura 45. Probando VEINS y SUMO.
Fuente: Elaboración propia.
3) En este paso comprobamos que VEINS y OMNeT++ funcionan correctamente
para lo cual se busca dentro del árbol del explorador de proyectos de la interfaz
gráfica (IDE) de Omnet++, el proyecto / mixmin / examples / baseNetworks /
omnetpp.ini, dar click derecho y escoger Run Ass / Omnet++ Simulation Una vez
que se ejecuta los comandos deberá aparecer una ventana donde se podrá
comprobar el funcionamiento de VEINS con el OMNeT++.
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Figura 46. Probando VEINS y OMNeT++.
Fuente: Elaboración propia.
4) Por ultimo comprobamos que el simulador hibrido esta interactuando
correctamente con SUMO y el OMNet++, la forma de probar el correcto
funcionamiento es ejecutando un script en Phyton que tiene el OMNeT++ y se
debe ejecutar desde la consola del OMNeT++ (mingewenv.cmd).
Figura 47. Ejecutando la integración de los Simuladores.
Fuente: Elaboración propia.
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ANEXO 4. USO DE LOS SIMULADORES
Para un primer acercamiento con el proceso de desarrollo de la simulación se
hace importante conocer y explorar estas herramientas instaladas, dado a que se
amplía mucho mejor el panorama de cómo se implementa un modelo para Redes
VANETs, el modelo que se va a utilizar es de un ejemplo que viene en el paquete
veins-.2.0 que se llama traci_launchd, en este modelo permite generar un retardo
de varios segundos a varios vehículos tratando de provocar un accidente y
provocar una congestión, entonces es donde la Red VANET tiene como beneficio
informar a los otros nodos de la Red que es lo que ha pasado y puedan coger otra
ruta alternativa, entonces es aquí donde OMNet++ informa a SUMO para que este
busque una ruta, por donde puedan transitar los vehículos normalmente de igual
manera le informa si la ruta de la accidente esta otra vez funcionando
normalmente.
Entonces la creación del modelo seria el siguiente:
1) Nos ubicamos en Project Explorer del OMNeT++ y ubicamos el modelo que
queremos utilizar que es en este caso traci_launchd que se encuentra en
C:\veins-2.0\examples.
2) Copiar la carpeta mencionada y pegar dentro de la misma carpeta examples,
como ya se encuentra una carpeta con el mismo nombre, el programa va a
solicitar un nuevo nombre, aquí se va a llamar prof.
3) Todos los archivos .ned van a resultar afectados debido a que la carpeta no
corresponde al paquete, por lo tanto hay que cambiar primero el nombre del
paquete en todos los archivos afectados para lo cual al dar doble click en el
archivo .ned que se va a editar aparece en la ventana principal el modo gráfico del
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archivo .ned, en la parte inferior izquierda de ésta ventana aparecerán dos
pestañas:
Desing y Source, la segunda pestaña permite ver el archivo .ned en modo (scrip)
luego se procede a remplazar package, org.mixim.examples.traci_launchd por
org.mixim.examples.prof, de igual manera existen objetos duplicados ya que se
encuentran también en otro modelo, por lo tanto es necesario cambiar el nombre
de los módulos así como se indica a continuación, y para finalizar guardar todos
los cambios.
BaseNic.ned ->BaseNic1.ned
Car.ned -> Car1.ned, también cambiar el módulo BaseNic a BaseNic1
Highway.ned -> Highway1.ned
scenario.ned -> scenario1.ned, aquí también se debe cambiar la clase que
extiende que se debe llamar Higwway1
Editar el archivo omnetpp.ini y cambiar
network=scenario1
*.manager.moduleType = “org.mixim.examples.prof.Car1″
En éste archivo también se pueden cambiar los parámetros de configuración,
como sensibilidad, velocidad de transmisión, potencia de transmisión, y otros
elementos. Para iniciar la simulación es necesario iniciar el VEINS desde la
consola del OMNeT++ (mingewenv.cmd), para llamar a los simuladores , luego ir
a la interfaz del OMNeT++ ir al proyecto prof y dar click derecho en el archivo
network / Run As / Omnet++ Simulation y dar click en el botón RUN.
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Figura 48. Árbol de ficheros dañados.
Fuente: Elaboración propia.
En la (Figura 48) se aprecia los módulos que están dañados una vez que se
agregan a la carpeta examples, cuando se remplaza el package por prof, se
puede ejecutar el archivo y se obtiene un escenario VANETs como se puede
apreciar en la (Figura 49).
Figura 49. Escenario VANET.
Fuente: Elaboración propia.
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4.1 MÓDULOS OMNeT++ DE VEINS
Como se pudo ver en la creación de un proyecto en OMNeT++, el usuario tiene
acceso a todos los componentes de VEINS debido al proceso de importación que
se realizó durante la instalación creando un módulo llamado mixim, en la creación
de un nuevo proyecto se puede utilizar los módulos que se requiera para llevar a
cabo la simulación que se desee. Dentro del proyecto que se creó prof, podemos
ver los siguientes elementos que se utilizaron para la creación del escenario
VANET:
Scenario.ned: Es el módulo sobre el que se construye la Red, este
módulo es donde se cimienta la topología de la red y hereda los
submódulos de Highway.ned, quien define los elementos o ficheros que se
va utilizar dependiendo de lo que se desee simular.
Highway.ned: Como se ha dicho, es este fichero .ned el que realmente
define la topología básica (pues el denominado scenario hereda de él).
Car.ned: Este módulo juega un papel muy importante puesto que tiene una
serie de elementos auxiliares que son los encargados de la parte telemática
(que serían las tablas de enrutamiento y de interfaces, como la parte de
gestión de movilidad), así como el modelado de cada una de las capas
necesarias para que se produzca la comunicación (desde la tarjeta de red
inalámbrica, hasta el nivel de aplicación, pasando por las capas de red y de
transporte) (Ripoll Cerezo, 2012).
BaseNic.ned: Es un módulo del mixim encargado de hacer las
implementaciones de la capa MAC CSMaclayer y Mac80211
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ANEXO 5. REDES EN SUMO
Puesto que la lista de opciones que ofrece SUMO es muy amplia, se decidió
introducir el concepto de ficheros de configuración. Esto facilita su uso, pues no es
necesario llamar todos los comandos deseados uno a uno, sino que se guarda
todo el esquema en ese fichero. Un fichero de configuración es un documento
XML que tiene un elemento raíz denominado configuration, con los valores
deseados almacenados como valores de atributo. Por ejemplo, la opción --net-file
test.net.xml en la línea de comandos sería <netfile value="test.net.xml"/> en el
fichero de configuración (Ripoll Cerezo, 2012).
Según para la aplicación que se tenga destinado el uso del paquete del fichero
de configuración del SUMO, se conviene seguir la siguiente nomenclatura
*.sumo.cfg: Fichero de configuración para SUMO and GUISIM.
*.netc.cfg: Fichero de configuración para NETCONVERT.
*.netg.cfg: Fichero de configuración para NETGEN.
*.rou.cfg: Fichero de configuración para DUAROUTER.
*.jtr.cfg: Fichero de configuración para JTRROUTER
*.df.cfg: Fichero de configuración para DFROUTER.
*.od2t.cfg: Fichero de configuración para OD2TRIPS.
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Figura 50. Redes de rejilla (o tipo grid).
Fuente: Elaboración propia.
Este tipo de Redes es una de las que se pueden generar de manera automática.
Se trata de una topología con vías en sentido vertical y horizontal que se cruzan
entre sí. Podremos indicar al simulador el número de cruces deseados en las
coordenadas x e y, así como la distancia entre los mismos (en metros).
Las opciones que permiten formar estas Redes automáticas son las siguientes:
--grid-x-number Indica el número de cruces en el eje x.
--grid-y-number Indica el número de cruces en el eje y.
--grid-number Indica el número de cruces en el eje x e y (iguales).
--grid-x-lenght Indica la distancia (metros) entre los cruces en el eje x.
--grid-y-lenght Indica la distancia (metros) entre los cruces en el eje y.
--grid-lenght Indica la distancia (metros) entre los cruces en el eje x e y.
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La opción que permite añadir vías perpendiculares al perímetro de la rejilla, de tal
forma que todas las intersecciones de la red cuenten con cuatro brazos como se
muestra en la (Figura 50) es --attach-length
Además se puede seleccionar entre dos tipos de tráfico en los cruces:
priority: Los cruces son controlados mediante la regla de prioridad típica, es
decir, al llegar a un cruce, tendrán preferencia los vehículos que aparecen
por la derecha.
traffic_light: El cruce se controla mediante un semáforo que irá dando paso
a cada sentido de la marcha de forma intercalada.
Cuando se define la forma del grid y el control de las intersecciones, se deberá
llamar a NETGEN para que el simulador genere la red que se le ha indicado. Para
visualizar el resultado podemos cargar el archivo .net.xml que ha generado
NETGEN (indicamos el nombre con la opción --output-file ó --o) desde la interfaz
gráfica.
Como se había mencionado anteriormente podemos generar Redes en SUMO
importando mapas de escenarios reales, el simulador es capaz de importar redes
desde varias fuentes, en este caso utilizaremos el proyecto OpenStreetMap.
OpenStreetmap: Es un proyecto colaborativo que tiene como fin crear
mapas libres y editables, para ponerlos a disposición de todos los usuarios,
se puede obtener mapas a través de una base de datos que es muy
extensa, además se puede crear una cuenta para tener la opción de poder
editar el mapa que se quiere importar.
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Figura 51. Captura del OpenStreetmap correspondiente a las cercanías de la Universidad Católica de Pereira.
Fuente: Elaboración propia.
El proceso de importación del mapa para abrirlo en la interfaz SUMO y crear una
Red de importación seria el siguiente:
1) Ubicar el escenario que se quiere importar, en este caso la Universidad católica
de Pereira en http://www.openstreetmap.org/.
2) La misma herramienta web ofrece la posibilidad de realizar la exportación del
mapa. En este caso, nos interesará el formato XML, pues es este tipo de ficheros
el que SUMO es capaz de procesar.
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Figura 52. Proceso de exportación con formato xml.
Fuente: Elaboración propia.
3) Dar click en el botón Exportar y se guardará el mapa como el archivo map.os
dentro de la carpeta de descargas.
4) Mover el archivo map.osm desde la carpeta de Descargas hacia el directorio
donde se encuentra SUMO C:\sumo-0.15.0\bin
5) Convertir dicho archivo a un archivo de red etsi.net.xml, válido para SUMO
mediante la herramienta NETCONVERT.
Figura 53. Convirtiendo map.osm a etsi.net.xml
Fuente: Elaboración propia.
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6) Para abrir el archivo (etsi.net.xml) se abre la interfaz gráfica de SUMO en la
barra de menú escoger File / Open Network y abrir la red con el mapa que se ha
importado (etsi.net.xml) y se tendrá la siguiente imagen:
Figura 54. Mapa importado en SUMO.
Fuente: Elaboración propia.
Con esto hemos terminado de generar la red vial para la simulación de la VANET.
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5.1 OBSERVACIONES:
Como se aprecia en la (Figura 54), fue hasta donde se pudo avanzar con los
simuladores escogidos en una primera instancia, el problema que surgió con estos
simuladores fue que no se pudo adquirir una herramienta que pudiera generar la
Red vehicular que se necesitaba para poder formar el tráfico en la Interfaz de
SUMO, pues los programas que hacen esta tarea de formar el flujo vehicular en
este momento no se encuentran disponibles y en la mayoría de los casos sus
desarrolladores han bloqueado los archivos de descarga, como es el caso de
simulador MOVE que es una herramienta grafica que genera scripts para SUMO,
además cuenta con un editor de mapas para la generación de una Red vial de
manera automática, otra herramienta que esta fuera de servicio y es muy útil para
la generación de Redes de tráfico es CityMob for Roadmaps (C4R), el cual es un
generador de patrones de movilidad de Redes vehiculares, este software permite
simular tráfico de vehículos en diferentes lugares utilizando mapas reales, estos
simuladores son muy importantes a la hora de integrarlos con SUMO, en la
actualidad no se encuentran disponibles y es por esta razón el proyecto tuvo que
cambiar la herramienta de simulación, escogiendo a un simulador integrado como
es el NCTUns, el cual cuenta con todas las herramientas necesarias para simular
este tipo de tecnología.
