InformeVT Entornos Inalambricos ITS

INFORME DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA

Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte,

automóvil inteligente/conectado y seguridad vial

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

Autores: José Eugenio Naranjo Felipe Jiménez José María Armingol Arturo de la Escalera

Diciembre - 2008

Este informe ha sido elaborado por CITIC (Círculo de Innovación en las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones), siendo autores del mismo:

• José Eugenio Naranjo Hernández, Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Informática, Universidad Politécnica de Madrid.

• Felipe Jiménez Alonso, Instituto Universitario de Investigación del Automóvil, Universidad Politécnica de Madrid.

• José María Armingol Moreno, Escuela Politécnica Superior, Universidad Carlos III de Madrid.

• Arturo de la Escalera Hueso, Escuela Politécnica Superior, Universidad Carlos III de Madrid.

Ha colaborado igualmente en su realización:

• Iván Martínez Salles, técnico de la OTRI de la Universidad Politécnica de Madrid y miembro de CITIC.

Este trabajo ha sido realizado a petición de la Plataforma Tecnológica Española de Sistemas con Inteligencia Integrada PROMETEO y definido dentro de las líneas marcadas en su Agenda Estratégica de Investigación. El equipo de CITIC que ha participado en la definición y seguimiento del trabajo ha sido: Coordinador: Juan M. Meneses Chaus Equipo de trabajo: Ana Belén Bermejo Nieto Iván Martínez Salles

El equipo de PROMETEO que ha participado en la definición y seguimiento del trabajo ha sido: Coordinador: Juan Carlos Dueñas (UPM) Equipo de seguimiento: Félix Cuadrado (UPM)

Joseba Laka (ESI) Iñaki Larrañaga (Mondragón) Mikel Uribe (Mondragón) José Luis González-Conde (Telvent) Jesús Bermejo (Telvent) José Carlos Riveira (Telvent)

Todos los derechos están reservados. Se autoriza la reproducción total o parcial de este informe con fines educacionales, divulgativos y no comerciales citando la fuente. La reproducción para otros fines está expresamente prohibida sin el permiso de los propietarios del copyright. © De los textos: Los autores © De las Ilustraciones: Autores y fuentes citadas

Entornos inteligentes basados en redes inalámbricas: aplicaciones al transporte, automóvil inteligente/conectado y seguridad vial

Metodología de trabajo El presente informe de Vigilancia Tecnológica ha sido coordinado por CITIC, el Círculo

de Innovación en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, iniciativa del

sistema madri+d y gestionado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

Metodológicamente, los informes de vigilancia realizados por CITIC se desarrollan en

las siguientes fases:

La primera fase involucra la definición de la temática y de los factores críticos de

vigilancia. Esta actividad se hace conjuntamente entre el equipo del CITIC y, en este

caso, la Plataforma Tecnológica Española de Sistemas con Inteligencia Integrada

PROMETEO, de acuerdo a las líneas marcadas en su Agenda Estratégica de

Investigación. Una vez cumplida esta etapa, se decide, por un lado, el equipo de

trabajo, en este caso formado por técnicos expertos de la UPM y de la Universidad

Carlos III de Madrid, y por otro, el equipo de seguimiento designado por la Plataforma

PROMETEO, que son un conjunto de empresas, representadas por miembros

destacados de ellas, con experiencia y líneas de negocio en la temática, que deberán

definir, seguir y evaluar el trabajo de Vigilancia Tecnológica.

Tras la formación de los equipos, se procede a la reunión de lanzamiento del trabajo,

cuyo objetivo es aclarar el enfoque idóneo y las líneas prioritarias del estudio. Con las

ideas resultantes de la reunión, se inicia la segunda fase, donde el equipo de trabajo

reúne la información solicitada y considerada de interés por las empresas,

concretando la primera versión del informe que se envía al equipo de seguimiento.

La tercera fase involucra al equipo de seguimiento que, tras analizar el informe, aporta

su opinión y sugerencias sobre el avance del trabajo y, si es el caso, procede a la

redefinición y concreción de algún aspecto referido a los objetivos y perfil de Vigilancia

Tecnológica establecida.

En la cuarta y última fase, el equipo de trabajo elabora la versión final del informe,

añadiendo y completando los comentarios aportados por el equipo de seguimiento y

concluyendo de este modo el trabajo.

Esta metodología favorece la existencia en todo momento de una fluida comunicación

entre el personal que realiza el trabajo y la plataforma PROMETEO, obteniéndose de

ese modo un informe ajustado a las necesidades del cliente. La relación entre el

equipo de trabajo y el equipo de seguimiento está coordinada por el equipo de CITIC,

desde la Universidad Politécnica de Madrid.

3


CONTENIDO

METODOLOGÍA DE TRABAJO 3

RESUMEN EJECUTIVO 12

EXECUTIVE SUMMARY 13

1 INTRODUCCIÓN 14

2 VISIÓN TECNOLÓGICA 19

2.1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES APLICADOS AL

TRANSPORTE 19 2.2 ARQUITECTURAS DISPONIBLES 19

2.2.1 CALM 19 2.2.2 CVIS 23 2.2.3 VEHICLE INFRASTRUCTURE INTEGRATION 25 2.2.4 VANET 27

2.3 TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN DE DATOS 28 2.3.1 REDES WLAN 30 2.3.2 DEDICATED SHORT RANGE COMMUNICATIONS (DSRC) 38 2.3.3 REDES EN MALLA 41 2.3.4 RFID 44 2.3.5 TELEFONÍA MÓVIL 46 2.3.6 WIMAX 47 2.3.7 COMPARACIÓN ENTRE LOS ESTÁNDARES EXISTENTES 50 2.3.8 SISTEMAS DE COMUNICACIONES INTRA-VEHICULARES 50 2.3.9 SEGURIDAD Y PRIVACIDAD DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS 57

3 VISIÓN APLICADA 59

3.1 CIRCULACIÓN SEGURA 60 3.1.1 PLANTEAMIENTO DE SOLUCIONES 60 3.1.2 MODELO DE SEGURIDAD INTEGRADA 62 3.1.3 SISTEMAS DE SEGURIDAD PRIMARIA. SISTEMAS COOPERATIVOS 64

4


3.1.4 SISTEMAS DE SEGURIDAD TERCIARIA 72 3.2 CIRCULACIÓN INFORMADA / ASISTIDA 76

3.2.1 SISTEMAS DE NAVEGACIÓN 76 3.2.2 MONITORIZACIÓN DE LAS CONDICIONES DEL TRÁFICO 80 3.2.3 APLICACIONES DE SEGURIDAD FRENTE A ROBOS Y OTROS ACTOS DELICTIVOS

(SECURITY) 82 3.2.4 SISTEMAS DE DIAGNOSIS REMOTA Y ASISTENCIA 82 3.2.5 INFORMACIÓN AL VIAJERO 85

3.3 CIRCULACIÓN EFICIENTE 86 3.3.1 GESTIÓN DEL TRÁFICO URBANO 87 3.3.2 REDUCCIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL 88 3.3.3 TRANSPORTE DE MERCANCÍAS 89 3.3.4 GESTIÓN DE FLOTAS DE TRANSPORTE PÚBLICO 98 3.3.5 PAGO ELECTRÓNICO 98 3.3.6 CONTROL DE LA VELOCIDAD DE LOS VEHÍCULOS 99

4 ESTUDIO DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA: TENDENCIAS DE I+D 102

4.1 ANÁLISIS DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA EN BASE A LAS PUBLICACIONES

CIENTÍFICAS 103 4.1.1 METODOLOGÍA EMPLEADA 103 4.1.2 EVOLUCIÓN DE LA PUBLICACIÓN CIENTÍFICA 103 4.1.3 INSTITUCIONES DE ORIGEN DE LAS PUBLICACIONES 104 4.1.4 PAÍSES DE PUBLICACIÓN 106 4.1.5 CITACIÓN DE PUBLICACIONES CIENTÍFICAS 107 4.1.6 ÁREAS TEMÁTICAS 108 4.1.7 FUENTES DE PUBLICACIONES 109

4.2 ANÁLISIS DE VIGILANCIA TECNOLÓGICA EN BASE A LA SOLICITUD DE PATENTES

110 4.2.1 METODOLOGÍA EMPLEADA 110 4.2.2 EVOLUCIÓN DE PATENTABILIDAD 111 4.2.3 INSTITUCIONES SOLICITANTES Y PAÍSES 112 4.2.4 CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL DE PATENTES Y ÁREAS DE APLICACIÓN 113

5 VISIÓN ESTRATÉGICA 116

5


5.1 PROYECTOS DEL VI PROGRAMA MARCO 116 5.2 PROYECTOS DEL VII PROGRAMA MARCO 118

6 CONCLUSIONES / OPORTUNIDADES 120

7 ANEXO I. RELACIÓN DE EMPRESAS EN EL SECTOR. 121

7.1.1 EMPRESAS EUROPEAS 121 7.1.2 EMPRESAS AMERICANAS 122

8 ANEXO II. LISTADO DE PATENTES NOVEDOSAS EN EL ÁREA. 124

9 ANEXO III. LISTADO DE PUBLICACIONES NOVEDOSAS EN EL ÁREA. 129

10 ANEXO IV. PROYECTOS DEL VI Y VII PROGRAMA MARCO 132

10.1 PROYECTOS DEL VI PROGRAMA MARCO 132 10.2 PROYECTOS DEL VII PROGRAMA MARCO 157

11 REFERENCIAS 167

6


LISTADO DE FIGURAS

Figura 1.1. Distribución por modos de la movilidad de viajeros y mercancías ............. 14

Figura 1.2. Evolución de la movilidad interior interurbana de viajeros en España [1]. . 15

Figura 1.3. Distribución de los viajeros-km en España................................................. 15

Figura 1.4. Esquema general de flujos de información en un entorno ITS [4].............. 17

Figura 1.5. Entorno complejo de circulación con gran número de comunicaciones

simultáneas................................................................................................................... 18

Figura 2.1. Organización de los diferentes interfaces de acceso al medio utilizados en

la arquitectura CALM. Fuente ISO................................................................................ 20

Figura 2.2. Esquema general de la arquitectura CALM. Fuente ISO. .......................... 22

Figura 2.3. Medios de comunicación de CALM utilizados por CVIS. Fuente Proyecto

FP6 CVIS...................................................................................................................... 23

Figura 2.4. Ejemplo de comunicaciones CVIS. ............................................................ 24

Figura 2.5. Esquema general de la arquitectura embarcada CVIS. Fuente Proyecto

FP6 CVIS...................................................................................................................... 25

Figura 2.6. Arquitectura general de la iniciativa VII, junto a los servicios y aplicaciones

que ofrece y todos los actores involucrados en ellos. .................................................. 26

Figura 2.7. Ejemplo de funcionamiento de una VANET. .............................................. 27

Figura 2.8. Distribución de las tecnologías inalámbricas según su ámbito y alcance .. 30

Figura 2.9. Representación gráfica de la problemática del nodo oculto en WiFi.......... 34

Figura 2.10. Ejemplo de transmisión de datos con errores multicamino. ..................... 35

Figura 2.11. Ejemplo de red ad-hoc. ............................................................................ 36

Figura 2.12. Ejemplo de red con punto de acceso ....................................................... 36

Figura 2.13. Arquitectura estándar del sistema DSRC de los Estados Unidos. ........... 39

Figura 2.14. Aplicaciones según el alcance efectivo. ................................................... 41

Figura 2.15. Esquema de una red en malla.................................................................. 42

Figura 2.16. Esquema de una red en malla con protocolo OLSR. ............................... 43

Figura 2.17. El diagrama muestra el típico esquema backscatter para etiquetas RFID,

que son alimentadas utilizando la energía contenida en la onda enviada por el

dispositivo lector (señal eléctrica inducida). ................................................................. 44

7


Figura 2.18. Una etiqueta RFID empleada para la recaudación con peaje electrónico.

...................................................................................................................................... 45

Figura 2.19. Radiobalizas. Señales de tráfico inteligentes. .......................................... 46

Figura 2.20. Aplicaciones de WiMAX en seguridad pública. ........................................ 49

Figura 2.21. Comparación entre WiFi y WiMAX. Fuente WiMAX Forum. .................... 50

Figura 3.1. Soluciones para la mejora de la seguridad e indicación de las áreas en las

que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3]) ........................................... 60

Figura 3.2. Modelo integrado de seguridad [2]. ............................................................ 63

Figura 3.3. Potencial de los sistemas de seguridad activa y pasiva [2]........................ 64

Figura 3.4. Visión general de las comunicaciones en el entorno viario según el

proyecto europeo CVIS [19]. ........................................................................................ 65

Figura 3.5. Transmisión de información entre vehículos y la infraestructura [20]. ....... 65

Figura 3.6. Áreas de aplicación de las comunicaciones V2V y V2I.............................. 66

Figura 3.7. Escenarios planteados en el sistemas propuesto por GM ......................... 68

Figura 3.8. Ilustración del sistema ACC de Mercedes Benz ........................................ 69

Figura 3.9. Dificultad en la detección de obstáculos [22] ............................................. 70

Figura 3.10. Monitorización completa en el vehículo.................................................... 71

Figura 3.11. Reconocimiento de imágenes y proyección sobre el parabrisas ............. 71

Figura 3.12. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de

navegación en Europa [29]........................................................................................... 77

Figura 3.13. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de

navegación en Estados Unidos [29] ............................................................................. 77

Figura 3.14. Flujo de información en el sistema de diagnosis remota [40]................... 84

Figura 3.15. Soluciones para la mejora del tráfico urbano e indicación de las áreas en

las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])...................................... 87

Figura 3.16. Soluciones para la reducción del impacto medioambiental e indicación de

las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3]) ................. 89

Figura 3.17. Soluciones para la mejora del transporte de mercancías a larga distancia

e indicación de las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de

[3])................................................................................................................................. 90

Figura 3.18. Causas de retraso en reparto de productos alimenticios [39] .................. 91

8


Figura 3.19. Influencia del estilo de conducción en las emisiones contaminantes [62]

.................................................................................................................................... 101

Figura 4.1. Evolución de la publicación científica ....................................................... 104

Figura 4.2. Países de origen de publicaciones........................................................... 107

Figura 4.3. Comparación publicación científica vs. calidad ........................................ 108

Figura 4.4. Evolución y crecimiento en la solicitud de patentes ................................. 111

Figura 10.1. Algunos ejemplos de Cybercars............................................................. 132

Figura 10.2. Scan láser............................................................................................... 133

Figura 10.3. Comunicación entre vehículos. .............................................................. 134

Figura 10.4. Vehículo ULTra....................................................................................... 135

Figura 10.5. Interfaz Hombre-máquina....................................................................... 135

Figura 10.6. Implantación en Heathrow...................................................................... 135

Figura 10.7. Convoy inteligente. ................................................................................. 136

Figura 10.8. Controlador............................................................................................. 136

Figura 10.9. Sistema de navegación .......................................................................... 138

Figura 10.10. Sistema de comunicación..................................................................... 138

Figura 10.11. Modulo REPOSIT. ................................................................................ 139

Figura 10.12. Sistemas de comunicación en Moryne................................................. 141

Figura 10.13. Vehículos desarrollados en el marco de Cybercars 2. (a) Vehículo Frog

(b) Robotsoft (c) Serpentine Vehicles (d) Ultra (e) Yamaha. ...................................... 142

Figura 10.14. Sistema Prevent. .................................................................................. 144

Figura 10.15. Interfase MMI........................................................................................ 144

Figura 10.16. Funcionamiento. ................................................................................... 146

Figura 10.17. Arquitectura del proyecto I-Way. .......................................................... 148

Figura 10.18. Capacidades sensoriales del proyecto TRACKSS............................... 150

Figura 10.19. Arquitectura proyecto Coopers............................................................. 152

Figura 10.20. Capacidades de Watch-Over. .............................................................. 153

Figura 10.21. Escenario de trabajo............................................................................. 154

Figura 10.22. Arquitectura Safespot. .......................................................................... 155

Figura 10.23. Arquitectura GST.................................................................................. 157

Figura 10.24. Interrelación entre E-FRAME con COOPERS, CVIS y SAFESPOT .... 161

9


10


LISTADO DE TABLAS

Tabla 2.1. Servicios proporcionados por la arquitectura CALM. .................................. 22

Tabla 2.2. Descripción de los estándares de IEEE relacionados con tecnologías de

comunicaciones inalámbricas-...................................................................................... 32

Tabla 2.3. Protocolos WiFi 802.11 y sus características técnicas. Fuente IEEE. ........ 37

Tabla 2.4. Características fundamentales de los DSRC. ............................................. 40

Tabla 2.5. Comparación de las características fundamentales de las tecnologías de

comunicación extravehiculares..................................................................................... 50

Tabla 2.6. Características fundamentales de las clases de dispositivos Bluetooth...... 52

Tabla 2.7. Velocidades de transmisión asociadas a las diferentes versiones de

Bluetooth....................................................................................................................... 52

Tabla 2.8. Características de las redes Zigbee para cada frecuencia disponible en la

especificación. Fuente Zigbee Alliance. ....................................................................... 54

Tabla 2.9. Comparación entre los diferentes tipos de red disponibles para

comunicaciones intravehiculares.................................................................................. 57

Tabla 3.1. Evaluación de accidentes sobre los que podría incidir el sistema V2V de GM

(datos del año 2005)..................................................................................................... 69

Tabla 3.2. Efectividad de los paneles de información variable..................................... 86

Tabla 4.1. Términos clave .......................................................................................... 102

Tabla 4.2. Instituciones de origen de publicaciones [2000-2007]............................... 105

Tabla 4.3. Instituciones de origen de publicaciones [2008] ........................................ 106

Tabla 4.4. Áreas temáticas de las publicaciones........................................................ 109

Tabla 4.5. Fuentes de las publicaciones .................................................................... 110

Tabla 4.6. Empresas/centros solicitantes de patentes ............................................... 113

Tabla 4.7. Categorías IPC .......................................................................................... 114

Tabla 4.8. Áreas tecnológicas de clasificación - Derwent .......................................... 115

11


Resumen ejecutivo

No cabe duda de que una de los mayores desafíos a los que se enfrentan los países desarrollados y particularmente de España y Europa es la reducción de las altas cifras de accidentalidad en la carretera y, por supuesto, la disminución de su alto coste en vidas humanas. En la actualidad mueren anualmente en las carreteras europeas alrededor de 40.000 personas, suponiendo una enorme pérdida, fundamentalmente para la sociedad. Esta cifra es particularmente alarmante cuando la comparamos con la suma de fallecimientos anuales en los demás medios de transporte, que no llega a 10.000 personas. En términos económicos, en Europa se producen anualmente 1.5 millones de accidentes de tráfico, con un coste de 200.000 M€ (2% UE PIB). Además, el sector del transporte afecta a otros ámbitos como la eficiencia energética. De hecho, en Europa se producen diariamente más de 7.500 km de retenciones (el 10% de la red), con un coste de 50.000 M€ (0.5% UE PIB) y se considera que el 20% del consumo energético total de la UE pertenece a este sector.

Llegados a este punto, la Comisión Europea estableció en 2005 el objetivo estratégico de reducir para 2010 el número de víctimas en carretera un 50 %, y un 75% para 2025. Para ello estableció una serie de mecanismos como la Iniciativa e-safety, la plataforma tecnológica ERTRAC o la Iniciativa I2010 “Intelligent Car”. El motivo del establecimiento de este conjunto de mecanismos se debió a un cambio de filosofía en el ámbito de la gestión en el transporte; hasta ese momento, la forma habitual de mejorar el transporte por carretera era la construcción de nuevas infraestructuras. Sin embargo, en la actualidad, ya prácticamente no existe nuevo terreno para construir y las existentes están al borde del colapso debido al aumento del número de vehículos. En consecuencia y para dar solución a esta problemática, se apostó por la aplicación de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones como medio de dar solución a la problemática del transporte por carretera y la movilidad, así como para dar solución a los diversos desafíos planteados. De esta manera han aparecido y continúan apareciendo una gran variedad de aplicaciones TIC en el automóvil como el control de crucero, control de crucero adaptativo, aviso de salida de carril, sistemas de aparcamiento, detección de peatones… entre otros, cuya finalidad es sin duda, mejorar la seguridad vial así como reducir el número de víctimas en la carretera. El siguiente salto cualitativo en el desarrollo de este tipo de sistemas es el trascender el ámbito de un solo vehículo, y crear sistemas que involucren a varios automóviles, incluso a todos los de una misma área a fin de realizar la denominada conducción cooperativa. De esta manera, los sistemas basados en redes inalámbricas, han sido identificados como una tecnología clave para lograr esta conducción cooperativa y que serán elementos de soporte imprescindibles en la nueva generación de sistemas inteligentes de transporte que se encuentra en fase de desarrollo.

12


Executive summary

It is clear that one of the most important challenges faced by the grown countries, and particularly Spain, is the reduction of the road accident and, consequently, the decrease of the high cost in human lives. Presently, in European roads annually about 40.000 persons death, supposing an enormous loss for the society. This number is particularly alarming when we compare it with the sum of annual deaths in other means of transport, which does not come to 10.000 persons. In economic terms, in Europe 1.5 millions of traffic accidents happen annually, with a cost of 200.000 M € (2 % EU GDP). In addition, the sector of the transport concerns other areas as the energetic efficiency. In fact, in Europe there take place every day more than 7.500 km of retentions (10 % of the road network), with a cost of 50.000 M € (0.5 % EU GDP) and it is considered that 20 % of the energetic total consumption of the EU belongs to this sector.

The European Commission established in 2005 the strategic objective of reducing by 2010 the number of victims in road 50 %, and 75 % for 2025. In order to achieve it, EC established a series of mechanisms as the E-Safety Initiative, the technological platform ERTRAC or the Initiative I2010 "Intelligent Car". The reason of establishing this set of mechanisms is caused by a change of philosophy in the area of the transport management; up to this moment, the habitual way of improving the road transport flow was the construction of new infrastructures. However, at present, there are no free areas to build new roads and the existing ones are at the edge of the collapse due to the increase of the number of vehicles. In consequence and to give a solution to this problem, EC stimulated for the application of the Information and Communications Technologies as way of giving solution to the mobility and road transport problems, as well as to give solution to the diverse raised challenges. This way a great variety of ICT applications for automotive field have appeared and continue appearing like, for example, the cruise control, adaptive cruise control, lane departure warning, parking aid systems, pedestrians detection systems… which purpose is to improve the road safety as well as to reduce the number of road victims. The following qualitative jump in the development of this type of systems is to overcome the standalone vehicle, and to create systems that are able to involve several cars, even to all those of the same road area in order to realize the cooperative driving called. This way, the systems based on wireless networks have been identified as a key technology to achieve this cooperative driving and that they will be indispensable support elements in the new generation of intelligent transport systems that are currently under development.

13


1 INTRODUCCIÓN

El sector del transporte tiene importantes impactos, tanto positivos como negativos, en la sociedad actual. Así, se pueden citar algunas cifras que dan un orden de magnitud del alcance:

- El 9% de la mano de obra en Europa tiene vinculación con el sector del transporte.

- La facturación del sector supone el 20 % del PIB de los países de la Unión Europea.

Entre los modos de transporte, la carretera absorbe la mayor parte de la movilidad, sobre todo de pasajeros como se aprecia en la figura 1.1, aunque también un porcentaje muy relevante de mercancías.

Figura 1.1. Distribución por modos de la movilidad de viajeros y mercancías

En relación con esto último, cabe indicar que la carretera ha absorbido prácticamente la totalidad del crecimiento de la movilidad de las últimas décadas como se puede apreciar en las siguientes figuras para el caso de España.

14


MILLONES DE VIAJEROS-KM

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Carretera FerrocarrilAéreo MarítimoTotal

Figura 1.2. Evolución de la movilidad interior interurbana de viajeros en España [1].

FERROCARRIL3% AVIÓN

4%

MOTOCICLETAS<1%

TURISMOS81%

AUTOBUSES12%

1950 2004

14.745·106 viajeros-km 452.732·106 viajeros-kmx 31

Figura 1.3. Distribución de los viajeros-km. en España

Según lo anterior, la movilidad en general ha tenido un crecimiento continuo y sistemático, aunque no constante en el tiempo. Este hecho tiene su justificación en aspectos como los siguientes, entre otros:

- Mayor eficacia de los medios de transporte en cuanto a velocidad, confort, seguridad, etc.

- La globalización de actividades económicas e industriales.

- Desarrollo de la telemática y las comunicaciones.

- Aumento del nivel de vida.

15


A su vez, algunas causas que justifican el crecimiento del modo de transporte por carretera frente a los demás residen, entre otras razones, en el hecho de asociar al vehículo privado a conceptos de prosperidad y libertad. Además, se tienen aspectos como el crecimiento de licencias de conducir entre los ciudadanos, la creación de ciudades-dormitorio, el aumento de tiempo de ocio o el cambio de comportamiento y hábitos de vida. Por último, los avances en los vehículos privados son muy apreciados por parte de los usuarios, con lo que el transporte por carretera se muestra mucho más confortable y adecuado que otros competidores.

Sin embargo, la masificación de vehículos en las carreteras conlleva un conjunto de efectos negativos, entre los que destacan:

- Accidentes de tráfico (en 2007 se produjeron más de 100 000 accidentes con víctimas en España). [1]

- Emisiones contaminantes locales y de efecto invernadero.

- Retenciones de tráfico (aproximadamente, el 10 % de la red de carreteras está afectada de congestión diariamente). [2]

La plataforma ERTRAC (European Road Transport Research Advisory Council), que involucra a prácticamente la totalidad de estamentos y grupos que intervienen en el transporte (fabricantes de vehículos, de componentes, administraciones públicas, usuarios, etc.) presentó en sus líneas estratégicas de actuación en 2008, 4 aspectos principales [3]:

- Movilidad urbana.

- Energía, recursos naturales y cambio climático.

- Transporte de mercancías a larga distancia.

- Seguridad en el transporte por carretera.

En este marco, el desarrollo de las tecnologías de la información y las comunicaciones TICs aportan una oportunidad clara la mejora de la sostenibilidad del transporte por carretera [4], pudiéndose ofrecer servicios e implementar sistemas que hace unos años, sin el desarrollo de estas tecnologías, no podría haber sido posible. La idea central de estos sistemas radica en un flujo de información entre todos los elementos involucrados en el transporte. Así, se pueden destacar:

- Comunicaciones intravehiculares entre los sensores y actuadores.

- Comunicaciones entre vehículos (V2V).

- Comunicaciones entre los vehículos y la infraestructura (V2I) de forma bidireccional.

- Comunicaciones con unidades centralizadoras de información con los vehículos o con elementos repartidos por la infraestructura.

16


- Información proporcionada a los usuarios del transporte, no necesariamente a conductores, sino también a usuarios del transporte público, por ejemplo.

Figura 1.4. Esquema general de flujos de información en un entorno ITS [4].

De esta forma, se está pasando de un vehículo autónomo a un concepto de vehículo conectado con el resto de usuarios, vehículos e infraestructura, lo que permite la introducción de sistemas y servicios que conducen a una circulación más segura, eficiente e informada.

Sin embargo, como ya ha podido observarse en este y otros ámbitos, las mejoras tecnológicas tienen mayor posibilidad de alcanzar sus objetivos si son convenientemente aceptadas por el mercado y los usuarios. Por ello, la introducción de nuevas medidas pasa por estudios de aceptación, cambios de conducta ocasionados, impactos económicos, etc. Además, se presenta la paradoja de que los avances provocan una mayor confianza de los usuarios en el transporte, con lo que las mejoras se ven diluidas al crecer las demandas de movilidad.

Por otra parte, en el ámbito técnico, el entorno del tráfico por carretera es especialmente complejo, tanto para los sistemas embarcados en los vehículos que deben interpretar el entorno a partir de una información, en general, parcial, como para las comunicaciones, al existir un elevado número de nodos accediendo a una red simultáneamente y con requerimientos de velocidad y seguridad elevados.

17


Figura 1.5. Entorno complejo de circulación con gran número de comunicaciones

simultáneas

Para paliar todos los aspectos negativos de la masificación de vehículos en las carreteras antes citados, se han producido avances notables en los últimos años, muchos de ellos basados en la electrónica, la informática, el control y las comunicaciones. Así, se ha logrado el desarrollo y la implantación, en muchos casos (en otros, se está todavía en fases de pruebas), de sistemas de seguridad orientados a reducir los accidentes de tráfico o las consecuencias de éstos, lo que ha redundado en cifras globales de siniestros a la baja. También, se han logrado sistemas para controlar el consumo y la contaminación mediante mejoras en los vehículos en general, en los sistemas de propulsión, los combustibles o los hábitos de conducción. Por último, las medidas para paliar la congestión han logrado que los aumentos de movilidad no tengan que pasar obligatoriamente por aumentos de la infraestructura lo que sería insostenible a la larga.

En el presente informe se pretenden abordar los siguientes aspectos fundamentales de la contribución de las TICs en el ámbito del transporte y, más específicamente, dada su importancia, en el transporten por carretera:

- Tecnologías de comunicaciones inalámbricas aplicables al transporte, definiendo su alcance, su grado de desarrollo y aplicaciones.

- Descripción de los sistemas que se han implantando o se prevé que se implantarán en el futuro dado el avance de los trabajos en la actualidad, distinguiendo circulación segura, informada y eficiente, en línea con los grandes problemas identificados en el transporte por carretera.

- Proyectos e iniciativas internacionales en este campo en los últimos años, presentando sus objetivos y logros más relevantes.

Dada la amplitud del tema, se incidirá, sobre todo, en aquellos sistemas embarcados en los vehículos que supongan una comunicación de éstos con otros vehículos y la infraestructura, haciendo breves menciones a otros servicios destinados a usuarios del transporte en general y no sólo a conductores específicamente.

18


2 Visión Tecnológica

2.1 Introducción a los sistemas de comunicaciones aplicados

al transporte

Las comunicaciones inalámbricas han sido identificadas como tecnologías clave para incrementar la seguridad en la carretera y la eficiencia del transporte, de la misma manera que el acceso móvil a Internet, para asegurar la conectividad ubicua inalámbrica. El potencial de esta tecnología se ha asentado con el establecimiento de ambiciosos programas de investigación en todo el mundo, tales como la iniciativa Europea eSafety, los programas estadounidenses derivados de la Intelligent Vehicle Initiative y los programas japoneses InternetITS y Advanced Highway Systems (AHS).

El ámbito de los sistemas de comunicaciones inalámbricos en transporte cubre áreas de interés como comunicaciones móviles, sistemas de transporte o electrónica del automóvil. A partir de estos componentes, se han desarrollado una serie de aplicaciones y sistemas como son las comunicaciones Vehículo-Vehículo (V2V), comunicaciones Vehículo-Infrastructura (V2I) y Vehículo-Persona (V2P), incluyendo implicaciones en eficiencia del transporte y seguridad, implicaciones en electrónica de automoción, aspectos de responsabilidad civil o esfuerzos en la realización de estándares y asignación de espectros electromagnéticos.

2.2 Arquitecturas disponibles

2.2.1 CALM

El Communications, Air Interface, Long and Medium Range (CALM) es una arquitectura marco de ISO para dar soporte de comunicaciones en entornos móviles, más específicamente, en todos aquellos relacionados con tecnologías de los sistemas inteligentes de transporte. CALM está compuesto por una serie de estándares internacionales en este ámbito, y soporta comunicaciones continuas a través de distintos interfaces y medios físicos como los IEEE 802.11, 802.11p, 802.15, 802.16e, 802.20, telefonía móvil 2G/3G/4G, o los sistemas propietarios de los programas ITS nacionales. Más específicamente, los medios físicos utilizados para dar soporte a la arquitectura CALM son:

• ISO 21212: 2G Cellular (GSM)

• ISO 21213: 3G Cellular (UMTS)

• ISO 21214: InfraRed

• ISO 21215: M5 (802.11p)

• ISO 25112: WiMAX (802.16e)

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• ISO 25113: HC-SDMA (802.20)

• ISO xxxxx: Bluetooth (802.15)

• ISO xxxxx: Ethernet (802.3)

• DSRC

Figura 2.1. Organización de los diferentes interfaces de acceso al medio utilizados en la

arquitectura CALM. Fuente ISO.

Las aplicaciones fundamentales de CALM son: dar soporte a servicios Internet en entornos móviles; dar soporte a las aplicaciones ITS nacionales; dar soporte a la nueva generación de aplicaciones ITS: sistemas de comunicaciones para seguridad en vehículos y nuevas aplicaciones comerciales basadas en su capacidad de gran ancho de banda y amplio alcance.

Esta arquitectura define además una serie de servicios para el medio de 5GHz que se encuentran incorporados a la misma desde el proceso de diseño:

Listado de servicios proporcionados por la arquitectura CALM

CVO - Tractor-Trailer Interface Traffic Information - Video Transfer - Streaming

VSC - RSU to OBU - Low Parking Structure Warning

CVO - Rollover Warning Traffic Information - Repair Service Record VSC - OBU-to-OBU - Pre-crash Sensing

CVO - Electronic Border Clearance Traffic Information - Vehicle Software Updates

VSC - OBU-to-OBU - Intersection Collision Warning

CVO - Weigh Station Bypass Clearance VSC - OBU-to-OBU - Approaching Emergency Vehicle Warning

VSC - OBU-to-OBU - Enhanced Differential GPS Corrections

CVO - Fleet Management VSC - OBU-to-RSU - Emergency Vehicle Signal Preemption

VSC - OBU-to-OBU - Highway/Rail Collision Warning

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CVO - Onboard Safety Data Transfer VSC - OBU-to-RSU - Intersection Emergency Vehicle Approaching

VSC - OBU-to-OBU - Vehicle-based Road Condition Warning

CVO - Tractor-Trailer Matching VSC - RSU to OBU - Emergency Scene Data Networking

VSC - OBU-to-OBU - Road Feature Notification

CVO - Transit Vehicle Data Transfer VSC - OBU-to-OBU - Emergency Scene Data Networking

VSC - OBU-to-OBU - Curve Speed Warning

CVO - Vehicle Safety Inspection VSC - OBU-to-OBU - Cooperative Collision Warning

VSC - OBU-to-OBU - Visibility Enhancer

CVO - Drivers Daily Log VSC - RSU to OBU - Map Downloads and Updates

VSC - OBU-to-OBU - Electronic Brake Lights

OTHER SERVICES - Probe Data Collection

VSC - RSU to OBU - Enhanced Route Guidance and Navigation

VSC - OBU-to-OBU - Hybrid Intersection Collision Warning

OTHER SERVICES - Access Control VSC - RSU to OBU - GPS Corrections VSC - OBU-to-OBU - Instant (Problem) Messaging

OTHER SERVICES – Vehicle Manufacturer Info

VSC - RSU to OBU - Adaptive Headlight Aiming

VSC - OBU-to-OBU - Blind Merge Warning

PAYMENTS - Toll Collection VSC - RSU to OBU - Adaptive Drivetrain Management

VSC - OBU-to-OBU - Post-Crash Warning

PAYMENTS - ITS Service Payment VSC - RSU to OBU - Merge Assistant VSC - OBU-to-OBU - Merge Assistant

PAYMENTS - Other ePayments VSC - RSU to OBU - Sign Information (warning assistance)

VSC - OBU-to-OBU - Lane Change Assistant

PAYMENTS - Rental Car Processing VSC - RSU to OBU - Point-of-Interest Notification

VSC - OBU-to-OBU - Left Turn Assistant

PAYMENTS - Parking Payment VSC - RSU to OBU - Curve Speed Warning

VSC - OBU-to-OBU - Stop Sign Movement Assistant

PAYMENTS - Food Payment VSC - RSU to OBU - Highway/Rail Collision Warning

VSC - OBU-to-OBU - Cooperative Glare Reduction

PAYMENTS - Fuel Payment VSC - RSU to OBU - Animal Crossing Zone Information

VSC - OBU-to-OBU - Blind Spot Warning

SAFETY - Vehicle-to-vehicle Data Transfer VSC - RSU to OBU - Low Bridge Warning VSC - OBU-to-OBU - Platooning

SAFETY – Highway-Rail Intersection Warning

VSC - RSU to OBU - Work Zone Warning VSC - OBU-to-OBU - Cooperative Adaptive Cruise Control

Traffic Information - Audio Transfer - Streaming

VSC - RSU to OBU - Stop Sign Warning VSC - OBU-to-RSU - Infrastructure-based Traffic Probes

Traffic Information - Map Updates VSC - RSU to OBU - Keep Clear' Warning VSC - OBU-to-RSU - SOS Services

Traffic Information - Mobile Internet VSC - RSU to OBU - Wrong-way Driver Warning

VSC - OBU-to-RSU - Post-Crash Warning

Traffic Information - Traffic Data VSC - RSU to OBU - Left Turn Assistant VSC - OBU-to-RSU - Just-in-Time Repair Notification

Traffic Information - Traveller Information VSC - RSU to OBU - Infrastructure VSC - OBU-to-RSU - Intelligent On-ramp

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Intersection Collision Warning Metering

Traffic Information - Vehicle Registration (EVI)

VSC - RSU to OBU - Pedestrian Crossing Information

VSC - OBU-to-RSU - Intelligent Traffic Lights

Traffic Information - Transit Vehicle Priority VSC - RSU to OBU - Pedestrian/Children Warning

VSC - OBU-to-RSU - Blind Merge Warning

Traffic Information - Diagnostic Data Transfer

VSC - RSU to OBU - School Zone Warning

Traffic Information - Video Transfer - Block VSC - RSU to OBU - Stop Sign Movement Assistance

Traffic Information - Audio Transfer - Block VSC - RSU to OBU - Traffic Signal Warning

Tabla 2.1. Servicios proporcionados por la arquitectura CALM.

Los actores que intervienen en los diferentes servicios son las OBU (On Board Units), estos son los sistemas embarcados en vehículos, y los RSU (Road Side Unit), es decir, los sistemas instalados en la infraestructura. Los principales servicios que CALM proporciona están referidos a operaciones con vehículos comerciales (CVO), gestión de cobros (payment), seguridad (safety), información del tráfico y seguridad en comunicaciones vehiculares (VSC).

Figura 2.2. Esquema general de la arquitectura CALM. Fuente ISO.

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La gran aportación de la arquitectura CALM es que por primera vez todos los actores que participan en el ámbito del transporte (compañías automovilísticas, compañías de construcción de infraestructuras, agentes sociales, administración, etc.) han colaborado para la construcción de un sistema que unifica todos los ámbitos de las comunicaciones en el transporte, tanto en lo referente a medios físicos como en lo referente a aplicaciones que dan uso a los citados interfaces.

2.2.2 CVIS

Otra arquitectura disponible para la implementación y desarrollo de sistemas de comunicaciones embarcados es la arquitectura CVIS. Esta arquitectura se está desarrollando dentro del proyecto europeo del mismo nombre (Cooperative Vehicle- Infrastructure Systems). En realidad, esta arquitectura viene derivada de la CALM, de la que usa su soporte físico y la estructura general. No obstante, su mayor aportación es la implementación de los diferentes servicios y aplicaciones especificados en CALM así como la construcción de una serie de demostradores de la viabilidad de este tipo de sistemas.

Figura 2.3. Medios de comunicación de CALM utilizados por CVIS. Fuente Proyecto FP6

CVIS

De esta manera, se están desarrollando los siguientes servicios que utilizan comunicaciones vehículo-infraestructura:

• Aviso de ángulo muerto.

• Aviso de velocidad en curvas.

• Aviso de ambulancia.

• Aviso de paso de paso a nivel, intersección.

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• Aviso de semáforo en ámbar.

• Aviso de paso de túnel bajo.

• Aviso de cruce de peatones.

• Aviso de condiciones de la carretera (hielo, lluvia).

• Aviso de obras en la vía.

De la misma manera, se definen una serie de servicios que envuelve comunicaciones vehículo-vehículo:

• Aviso de vehículo con luces de emergencia.

• Aviso de zona ángulo muerto.

• Aviso de colisión.

• Aviso de cambio de carril.

• Aviso de llamada de emergencia.

• Aviso de vehículo en sentido contrario.

Figura 2.4. Ejemplo de comunicaciones CVIS.

Los principales retos a los que se enfrenta CVIS en este caso, pero extensibles a cualquier otra implementación de una arquitectura global para comunicaciones en el transporte son, por un lado, garantizar absoluta interoperabilidad en las comunicaciones entre los vehículos de distintos fabricantes, así como entre vehículos y distintos tipos de infraestructuras. Por otro lado, deben superarse una serie de obstáculos no técnicos, tales como: aceptación de los usuarios, seguridad y privacidad de datos, libertad e interoperabilidad de sistemas, riesgo y responsabilidad, necesidades del orden público, coste/beneficio y modelos de negocios, y planes de despliegue para la implementación.

No obstante, la instalación en Europa de esa serie de redes y servicios de comunicaciones se enfrentan a un serio problema de orden superior como es la dificultad para la aceptación y armonización de normativas por parte de los diferentes estados miembros de la UE, que mantienen las competencias en materia de transporte e infraestructuras y que tienen en algunos casos normativas contradictorias que imposibilitan la instalación de este tipo de sistemas de comunicaciones. Es más, el

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problema se agudiza en el caso de países como España, cuyas competencias de transporte están transferidas a las comunidades autónomas, lo que complica aún más los procedimientos burocráticos y administrativos para permitir su instalación y puesta en marcha.

In-Vehicle App

Sensors, HMI and Control

ITS In-Vehicle Network 100baseT EthernetIn-vehicle OEM networks CAN/VAN/MOST/AMI-C..

IVN DLL

IVN PHY

Combined Antenna Pod

Network

Ethernet

Ethernet

CVIS Integrated Mobile Router

CALM M5 PHY

CALM MAC

CALM LLC

Network

CME.Router

IME.Router

NME.Router

DSRC L1

DSRC L2/L7

DSRCConvergence

Network

GPS PHY

GPS Stack

GPSConvergence

Network

Blue-toothBlue-tooth

Commsgateway

Nomadic device Gateway

C2C-CCFast Net

OEM G/W

Fire

wal

l

Ethernet

Ethernet

IVN DLL

IVN PHY

CALMNetwork

Layer

C2CSwitchLayer

RTLink

Real-timeApplications

Real-timeApplications

GPRS PHY

GPRS Stack

GPRSConvergence

Network

Refpt

CALM Routing

CALM Manager

FOAMHMI Security Vehicle API Mntg Agent

COMMSserver

Operating System and Hardware CALM

CVIS RTapps

COMOserver

POMAMapping server

(native) JVM

Runtime environment (OSGi)

CVISapp1

CVISapp2

CVISapp3

COMO ProbeData app

POMAclient app

Apps

Services &Middleware

PlatformCore

Functions

CALM Manager

FOAMHMI Security Vehicle API Mntg Agent

COMMSserver

Operating System and Hardware CALMCALM

CVIS RTapps

COMOserver

POMAMapping server

(native) JVM

Runtime environment (OSGi)

CVISapp1

CVISapp2

CVISapp3

COMO ProbeData app

POMAclient app

Apps

Services &Middleware

PlatformCore

Functions

Figura 2.5. Esquema general de la arquitectura embarcada CVIS. Fuente Proyecto FP6

CVIS

2.2.3 Vehicle Infrastructure Integration

En el otro lado del Atlántico, el programa Americano de Integración Vehículo Infraestructura (VII) trata de desarrollar todo tipo de tecnologías de comunicaciones que permitan el intercambio de información entre todos los actores que intervienen en la seguridad vial a fin de reducir el número de accidentes y mejorar la eficiencia de las redes de transporte. Los objetivos básicos de este programa son muy similares a los que se pretenden conseguir en Europa a través de la implantación de la arquitectura CALM. La iniciativa tiene tres prioridades:

• Evaluación del modelo de negocio y aceptación de los actores involucrados.

• Validación de la tecnología, en particular de los sistemas de comunicaciones.

• Desarrollo de las estructuras legales necesarias para que los sistemas sean viables a largo plazo.

El diagrama representado en la Figura 2.6 muestra como rectángulos las clases de elementos involucrados en la arquitectura y los pequeños rectángulos dentro de estos, los diferentes subsistemas. Todos ellos se encuentran interconectados por líneas

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rectas representando los enlaces de comunicaciones a través de unos óvalos alargados, que constituyen el medio físico de comunicación.

Figura 2.6. Arquitectura general de la iniciativa VII, junto a los servicios y aplicaciones

que ofrece y todos los actores involucrados en ellos.

Aplicaciones soportadas por el programa VII:

• Aviso de violación de señal de tráfico.

• Gestión de corredores viarios.

• Aviso de violación de señal de Stop.

• Información al conductor.

• Aviso de velocidad excesiva en curva.

• Pago electrónico.

• Luces del freno electrónicas.

• Información de meteorología local.

• Alerta temprana de incidencias los conductores.

• Operaciones de mantenimiento invernal.

• Señalización dentro del vehículo.

• Generación de información cartográfica

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• Medición de acceso a autopistas.

• Ajuste y temporización de señales de tráfico.

2.2.4 VANET

Una VANET o Vehicular Ad-Hoc Network, como su propio nombre indica, se trata de una red ad-hoc donde sus nodos se corresponderían a vehículos (coches, camiones, autobuses…etc.). En este caso, cabría la posibilidad de que dichos nodos formaran la red en pleno movimiento (por ejemplo mientras se circula por una autopista), por tanto, nodos que se mueven de forma arbitraria y que se comunican entre ellos (vehicle-to-vehicle), pudiendo tener también un equipo fijo próximo que formara parte de la red y que también dotará a dicha red de una conexión hacia Internet por ejemplo (vehicle-to-roadside o vehicle-to-enviroment), al igual que hoy acceden nuestros terminales móviles a Internet a través de GPRS o UMTS.

Figura 2.7. Ejemplo de funcionamiento de una VANET.

En cuanto a nomenclatura, cabe decir que una VANET es un tipo de MANET (Mobile Ad-Hoc Network), es decir, una red ad-hoc móvil, por las razones que hemos expuesto anteriormente; aunque cabe diferenciar que MANET describe sobre todo un campo de investigación académico, mientras que el término VANET está más enfocado a una aplicación en concreto de éstas.

Actualmente todo lo que envuelve el tema de las VANETs está en pleno desarrollo e investigación. 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 utilización. Algunos de los consorcios son por ejemplo el Vehicle Safety Communications – VSC (EEUU), Car to Car Communication Consortium – C2CCC (Europa), Internet ITS (Japón), Sigmobile (EEUU) … y el propio IEEE, que conjuntamente con el C2CCC europeo está desarrollando el protocolo IEEE 802.11p, lo que se podría ver como una adaptación del propio IEEE 802.11, que actualmente conocemos, a escenarios de

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transporte, equivalente al estándar DSRC o Dedicated Short Range Communication, utilizado en Estados Unidos.

2.3 Tecnologías de comunicación de datos

Una vez definidos los diferentes servicios que necesitan hacer uso de las comunicaciones inalámbricas para transmisión de información en el ámbito del transporte es necesario definir cuáles son las tecnologías disponibles en la actualidad así como qué tecnología encaja mejor con cada una de las aplicaciones planteadas. Está claro que todo este conjunto de servicios asociados al transporte requieren un tipo de sistemas de comunicaciones específico, primando conceptos como el tiempo real, la privacidad, la conectividad entre vehículos e infraestructuras, etc. Sin embargo, dado el poco espacio de tiempo transcurrido desde la detección de la necesidad de sistemas de comunicaciones inalámbricos en transporte, en la actualidad, la mayoría de estos sistemas específicos se encuentran en fase de desarrollo y en algunos casos de investigación. Sin embargo, la necesidad de implantación en el mercado de los citados servicios y aplicaciones hace que, de momento, se haga uso de las tecnologías disponibles en la actualidad, aunque en algunos casos, no se ajusten totalmente a todos los requisitos de las diferentes aplicaciones. Es por ello que, aunque algunas de estas tecnologías inalámbricas funcionan perfectamente cuando las embarcamos en un vehículo, no han sido diseñadas específicamente para ello y en algunos casos presentan problemas e incompatibilidades que deben ser mejorados. Incluso en la mayoría de ocasiones, es necesario combinar varios sistemas para cubrir todas las necesidades, incluso a fin de tener redundancia.

En la actualidad, dependiendo del alcance y ámbito que queremos que tengan los sistemas de comunicaciones, las redes de comunicaciones (inalámbricas) se pueden dividir en cuatro tipos, tal y como aparece en la Figura 2.8. Una red personal o Personal Area Network (PAN), en la que se da servicio a necesidades de comunicación de carácter local, con un alcance máximo de 10 metros. La aplicación más característica que usa este tipo de comunicaciones y con la que todos estamos familiarizados son los dispositivos manos libres, para hablar con el teléfono móvil. No obstante, el abanico de aplicaciones disponibles en automoción en la actualidad aún no es muy amplio, existiendo por ejemplo, dispositivos GPS inalámbricos, dispositivos de reproducción de música, pago electrónico, identificación de señales de tráfico, y por supuesto, dispositivos de comunicación instalados como parte de la electrónica del vehículo. No obstante se espera que el número de aplicaciones para las Personal Area Network intra-vehiculares aumente en los próximos años, fundamentalmente, debido a la sustitución de los buses de comunicaciones cableados actuales por este tipo de tecnologías inalámbricas que pueden suponer una disminución del coste y el peso del vehículo, manteniendo las mismas características de seguridad y fiabilidad. Las tecnologías disponibles para este tipo de aplicaciones son el Bluetooth (IEEE 802.15), redes Zigbee y los sistemas de identificación por radiofrecuencia RFID.

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Una red de área local o Local Area Network (LAN) es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de hasta 200 metros. Lógicamente en el entorno de automoción y comunicaciones inalámbricas, los tipos de redes más utilizadas son las redes de área local inalámbricas WLAN (Wireless Local Area Network), que permiten el intercambio de información entre diferentes dispositivos localizados dentro del vehículo, entre varios vehículos y con la infraestructura viaria a elevada velocidad de transmisión y mientras varios de los nodos de la red se encuentran en movimiento. Aunque este tipo de redes no fueron diseñadas en un principio para movilidad sino simplemente para evitar la instalación de cables de red en oficinas, en la actualidad, y ante la falta de alternativas, son la única solución funcional para sistemas de comunicaciones embarcados de corto alcance. No obstante, se está trabajando en nuevos estándares específicos para aplicaciones de automoción que aparecerán en el mercado en los próximos años. La familia de protocolos en la que se basan las WLAN es la IEEE 802.11. Los servicios asociados a este tipo de redes son aquellos relacionados con el área de vehículos inteligentes, como son las comunicaciones V2V y V2I para transmisión de información de seguridad, incidencias en carretera, maniobras de emergencia o peligro, etc.

Una red de área metropolitana o Metropolitan Area Network (MAN) es una red de alta velocidad (banda ancha) (70 Mbps) que, dando cobertura en un área geográfica extensa (alrededor de 48 km.), proporciona capacidad de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo. Este tipo de redes se utiliza en el ámbito de la automoción fundamentalmente para interconexión de sistemas localizados en la infraestructura, en zonas donde no hay disponible una conexión cableada de alta velocidad, por ejemplo en muchas carreteras españolas, pero donde es necesaria la transmisión de información de sensores como cámaras de vigilancia o radares. La tecnología utilizada para dar soporte a este tipo de servicios es fundamentalmente la basada en IEEE 802.16 WiMAX, que en la actualidad está disponible únicamente para comunicaciones fijas en infraestructura. Se espera que en los próximos años aparezcan nuevas versiones de este protocolo que den soporte a comunicaciones en movilidad empleando para ello la extensión del protocolo original al IEEE 802.16e.

Y finalmente, una red de área amplia o Wide Area Network (WAN) es un tipo de red de datos capaz de cubrir distancias desde unos 100 hasta unos 1000 km, dando servicio a un país o un continente. En el caso de automoción, las WAN disponibles son aquellas basadas en telefonía móvil, basadas en protocolos UMTS o GPRS. Dada la cobertura global de este tipo de redes, son ideales para la transmisión de información entre vehículo a infraestructura e incluso entre vehículos. Su limitación fundamental estriba en los retardos en la transmisión y en el establecimiento de la transmisión, la saturación de las células por un elevado número de usuarios y en el alto coste de las llamadas, que hacen que se utilice para aplicaciones de emergencia tipo e-Call.

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PANIEEE 802.15

Bluetooth

LANIEEE 802.11 WLAN

MANIEEE 802.16 WiMAX

WANUMTS, GPRS, GSM

Figura 2.8. Distribución de las tecnologías inalámbricas según su ámbito y alcance

Dada la importancia de las tecnologías descritas en este apartado, en las siguientes secciones se procede a la descripción de las mismas a fin de suministrar los conocimientos necesarios para que los agentes interesados en su utilización puedan llevar a cabo una correcta elección en función de los requisitos de cada aplicación.

2.3.1 Redes WLAN

El popular WiFi (Wireless Fidelity) define la norma que garantiza la interoperabilidad de las denominadas redes de área local inalámbricas o WLAN (en inglés, Wireless Local Area Network), que es un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas. Utiliza tecnología de radiofrecuencia que permite mayor movilidad a los usuarios al minimizar las conexiones cableadas. Las WLAN van adquiriendo importancia en muchos campos, como almacenes o para manufactura, en los que se transmite la información en tiempo real a una terminal central. También son muy populares en los hogares para compartir el acceso a Internet entre varias computadoras y, por supuesto, en el ámbito del transporte, donde es hoy en día, el único sistema con total disponibilidad para comunicaciones embarcadas de libre disposición.

2.3.1.1 Introducción a las redes de área local inalámbricas

Una red de área local inalámbrica (wireless LAN – WLAN) es un sistema de comunicaciones de datos flexible, implementado como una extensión – o una alternativa – a las redes de área local cableadas clásicas. Las LAN inalámbricas son capaces de enviar y recibir información utilizando ondas electromagnéticas a través del aire y minimizando la necesidad de las conexiones cableadas. Estas redes combinan una gran capacidad de conectividad con una lógica libertad de movimientos y simplicidad para la configuración.

Vistas a alto nivel, este tipo de redes de área local presentan las mismas funcionalidades que cualquier red cableada, pero permitiendo una gran libertad de movimientos y ahorro en infraestructuras, ya que al funcionar con radiofrecuencia el medio de transmisión de las ondas es el aire.

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En los últimos años, estas redes han sufrido un gran avance, pasando de una velocidad de transmisión de unos pocos bit por segundo, a la última generación (802.11g) de 54 Mbps.

Una funcionalidad básica de las WLAN es que al no necesitar enlaces físicos con la infraestructura, son de uso ideal en exteriores, tanto en computación portátil como en computación móvil. Esto es que pueden ser utilizadas en redes de tipo WAN en campus, tanto universitarios como empresariales, para que desde cualquier punto se pueda trabajar con acceso a red en cualquier momento. Por otro lado, los equipos conectados no tienen por qué estar fijos durante su utilización, sino que pueden embarcarse en cualquier vehículo y permanecer en movimiento mientras se realizan operaciones de transmisión de datos.

2.3.1.2 El estándar IEEE 802.11

Esta especificación forma parte de la familia de estándares para redes de área local y metropolitana de IEEE [5]. A esta familia pertenecen todos los estándares de uso común en transmisión de datos, y se basan en la descripción de las capas física y de nivel de enlace (MAC) definidas por la International Organization for Standarization (ISO) para el sistema de referencia básico de interconexión de sistemas abiertos (OSI).

IEEE define los niveles de la arquitectura OSI físico (Physical Layer) y de nivel de enlace (Data Link Layer), dividiendo este último en las capas MAC (Medium Access Control) y LLC (Logical Link Control). Se puede observar que todos los estándares de los protocolos de red definen de manera propietaria sus niveles OSI físico y MAC. El nivel LLC se encuentra definido en el protocolo 802.2 y es idéntica para todos los tipos de LAN.

Estos estándares definen siete modelos de tecnologías de acceso y su medio físico asociado, cada uno apropiado a un uso y objetivos particulares:

Estándar IEEE Servicios

IEEE Std. 802 Overview and Architecture. Este estándar proporciona una visión general de los estándares de la familia IEEE 802.

ANSI/IEEE Std. 802.1B y 802.1k

[ISO/IEC 15802-2]

LAN/MAN Management. Define la arquitectura, servicios y elementos de protocolo para la utilización en los ambientes LAN/MAN para la realización de conexiones remotas.

ANSI/IEEE Std. 802.1D

[ISO/IEC 15802-3]

Media Access Control (MAC) Bridges. Especifica la arquitectura y el protocolo para la interconexión de las LAN IEEE 802 por debajo de la capa MAC de servicios.

ANSI/IEEE Std. 802.1E System Load Protocol. Especifica el conjunto de

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[ISO/IEC 15802-4] servicios y protocolos para los aspectos de control concernientes a la carga de sistemas en LAN 802.11.

IEEE Std. 802.1F Common Definitions and Procedures for IEEE 802 Management Information

ANSI/IEEE Std 802.1G

[ISO/IEC 15802-5]

Remote Media Access Control Bridging. Especifica las extensiones para la interconexión, utilizando tecnologías de comunicación no LAN con IEEE 802 LAN geográficamente separadas por debajo del nivel LLC del protocolo de control.

ANSI/IEEE Std. 802.2

[ISO/IEC 8802-2] Logical Link Control. Define la capa LLC de la torre ISO.


[ISO/IEC 8802-3]

CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications. Descripción del método de acceso al medio Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect.


[ISO/IEC 8802-4]

Token Passing Bus Access Method and Physical Layer Specifications. Descripción del método de acceso al medio con Token Bus.


[ISO/IEC 8802-5]

Token Ring Access Method and Physical Layer Specifications. Descripción del método de acceso el medio con Token Ring.


[ISO/IEC 8802-6] Distributed Queue Dual Bus Access Method and Phisical Layer Specifications.


[ISO/IEC 8802-9] Integrated Services (IS) LAN Interface at the Medium Access Control and Phisical Layers.

ANSI/IEEE Std. 802.10 Interoperable LAN/MAN Security.

IEEE Std. 802.11

[ISO/IEC DIS 8802-11] Wireless LAN Medium Access Control and Physical Layer Specifications .


[ISO/IEC DIS 8802-12] Demand Priority Access Method, Physical Layer and Repeater Specifications

Tabla 2.2. Descripción de los estándares de IEEE relacionados con tecnologías de comunicaciones inalámbricas.

El IEEE 802.11 – 1997 representa el primer estándar para productos WLAN del Institute of Electrical and Electronics Engineers para la regulación de normas en las capas física y MAC de las tarjetas de comunicaciones para este tipo de redes. La aceptación por parte de los fabricantes de este estándar ha sido inmediata, ya que de esta manera se asegura la interconectividad y compatibilidad entre cualquiera de estos dispositivos, sea cual sea la marca, al igual que ocurre con las tarjetas de red

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cableadas; de hecho, la redes de área local clásicas que todos utilizamos son de tipo CSMA/CD y están basadas en el protocolo IEEE 802.3.

Este estándar define el protocolo y la compatibilidad de interconexión de los equipos de comunicación de datos vía aérea, bien sea por radio a 2.4 GHz o por infrarrojos, en forma de red de área local (LAN), utilizando para compartir el medio el protocolo Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA).

La capa OSI de Control de Acceso al Medio (MAC) soporta accesos, bien bajo el control de un punto de acceso centralizado al estilo de la telefonía móvil, bien entre estaciones independientes. El protocolo incluye los servicios de autenticación, asociación, control del consumo de energía para estaciones móviles, procedimientos de encriptación/desencriptación y, funciones de sincronización para transferencias de información limitadas en el tiempo. El estándar incluye la definición de la información base de mantenimiento (MIB) utilizando sintaxis abstracta (ASN.1), y la especificación formal de la capa MAC del protocolo, utilizando el lenguaje de especificación y descripción (SDL).

Este estándar contiene material acerca del estado del arte de las WLAN, y se encuentra en constante evolución. De esta forma cada poco tiempo aparecen nuevas versiones del estándar, clarificando el material existente, corrigiendo posibles errores e incorporando nuevo material e información. La última versión de este estándar es la 802.11 rev. g – 2003, en la que se describe el interfaz de funcionamiento para WLAN a 54 Mbps.

2.3.1.3 El problema del nodo (estación) oculto.

Este problema es una limitación común en los sistemas de redes inalámbricas y por tanto, extensible a todas las tecnologías descritas en este informe, el cual puede provocar fallos en, al menos, el 40% de las comunicaciones en un entorno inalámbrico con alta carga de trabajo. Es un error propio de los sistemas sin hilos y que debe ser solucionado primero a nivel físico y MAC, con la recuperación automática de la cobertura y, después a nivel de aplicación ya que normalmente las aplicaciones diseñadas específicamente para entornos de comunicaciones cableados (la mayoría) no están preparadas para su tratamiento. Por tanto puede darse el caso de perder la cobertura y por tanto todas las operaciones de transmisión de datos en uso y posteriormente recuperar la cobertura pero teniendo que hacer una recuperación manual de las operaciones de transmisión. Es aconsejable que las aplicaciones diseñadas específicamente para este tipo de entornos sin cables recuperen las comunicaciones abiertas de forma automática y transparente a los usuarios.

La situación de nodo oculto ocurre cuando una estación en servicio no puede detectar la transmisión de otra estación cuando explora el medio para averiguar si está ocupado.

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Figura 2.9. Representación gráfica de la problemática del nodo oculto en WiFi.

Como se puede ver en la imagen superior, este inconveniente se produce cuando dos estaciones (Estación1 y Estación3) pueden ver a una tercera (Estación2), pero están fuera de cobertura entre ellas. Según esto, como la estación 3 no puede oír a la estación 1, la estación 1 se convierte en una estación oculta para la estación 3 y viceversa.

Por tanto, en el caso de que la estación STA1 esté utilizando el medio, la estación STA2 no va a ser consciente de esto, ya que cuando examina éste para empezar a transmitir no detecta la señal de la estación 1, por lo que para STA2 el entorno está libre y consecuentemente comienza a transmitir.

Cuando las estaciones 1 y 3 desean transmitir mensajes al mismo tiempo, estos pueden coincidir y llegar solapadamente a la estación de destino, lo cual provoca una colisión y la pérdida de los mensajes procedentes de las dos estaciones. La detección y el tratamiento de esta colisión son complicados, como ya se he explicado anteriormente, y además debido a que las estaciones Estación1 y Estación3 no recibirían nunca la señal de la estación que emite con la que entran en conflicto, con lo que nunca se darían cuenta de la colisión. Esta es otra de las razones por la que se utiliza el protocolo CSMA/CA en lugar de CSMA/CD, ya que el primero ayuda a evitar que estas situaciones se produzcan mediante el uso de las tramas RTS (Request To Send) y CTS (Clear To Send) para la reserva del medio y Data y ACK para la transmisión de datos, previenen los fallos provocados por nodos ocultos. Este problema se convierte en realmente importante en aplicaciones relacionadas con la automoción, ya que puede darse el caso de que una parte de los vehículos involucrados en la red no reciban datos de otros vehículos que, en ocasiones pueden ser determinantes para la seguridad de la circulación. El estándar WLAN y su mecanismo de reserva del medio para transmitir fueron diseñados en un principio para dar soporte a redes inalámbricas y con poco movimiento (p. ej. una oficina). Es por ello, que el problema del nodo oculto cuando instalamos este tipo de redes en vehículos no está perfectamente resuelto con el sistema tradicional. Para dar solución a esta limitación, se trabaja en soluciones en las que cada nodo conoce la topología

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de parte o la totalidad de la red en las que se denominan redes malladas (IEEE 802.11s), que veremos más adelante.

2.3.1.4 La aparición de errores multicamino (multipath).

Estos errores vienen dados por la propagación de la señal, desde la estación emisora a la receptora por múltiples caminos imposibles de calcular, procedentes de rebotes, obstáculos y cambios en el medio, provocando que la señal original llegue degradada en frecuencia a su destino.

Figura 2.10. Ejemplo de transmisión de datos con errores multicamino.

La degradación está correlada en frecuencias adyacentes y se vuelve incorrelada después de unos pocos megahercios en un ambiente no uniforme.

Para minimizar este problema se han seguido unos criterios de diseño en los sistemas de redes inalámbricas:

• Asegurar una trayectoria de distancia mínima para la atenuar desviación del rendimiento por el efecto multipath.

• Minimizar las colisiones con canales adyacentes entre diferentes rangos de patrones, sobre todo cuando éstas son consecutivas.

• Requisito FCC 15.247: ordenación de las frecuencias de las estaciones según un algoritmo pseudoaleatorio.

Este tipo de problemas también es de importancia en aplicaciones de automoción ya que puede provocar la pérdida de información en circulación en ciudad por el efecto túnel de los edificios altos y, por supuesto, en túneles, tanto urbanos como extraurbanos.

2.3.1.5 Tipos de Redes 802.11

El estándar IEEE 802.11 define el protocolo para la construcción de dos tipos de redes:

• Redes Ad-hoc: una red ad-hoc es el tipo de red más simple que se puede construir con tarjetas WiFi. Es una red compuesta únicamente por estaciones independientes dentro de una misma área de comunicación mutua a través del medio inalámbrico.

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Una WLAN ad-hoc se crea de manera espontánea. Basta con encender dos tarjetas de red para que exista comunicación entre ellas. La principal característica distintiva de una red ad-hoc es su limitación temporal y espacial. Estas limitaciones obligan a que las operaciones de creación y disolución de las redes sean lo suficientemente sencillas y potentes como para permitir el uso de este tipo de redes a usuarios no experimentados. Este tipo de configuración también se conoce como red peer to peer.

Figura 2.11. Ejemplo de red ad-hoc.

• Redes cliente / servidor: las redes cliente / servidor utilizan un punto de acceso que controla la asignación del tiempo de transmisión para todas las estaciones. Por tanto la red deja de ser específicamente de contienda y cada estación pasa a tener el control del medio solo cuando es autorizada por el punto de acceso centralizado. Este punto de acceso se utiliza por tanto para controlar el tráfico de esa red inalámbrica, ya sea entre la propia red sin cables o entre esa red y otras de tipo cableado.

Figura 2.12. Ejemplo de red con punto de acceso

Cualquiera de estas dos configuraciones debe permitir la función de itinerancia (roaming). Esto es que pueden entrar y salir de las redes disponibles, ya sean ad-hoc o de punto de acceso, de una manera totalmente transparente al usuario de la misma manera que ocurre en telefonía móvil.

2.3.1.6 Tecnologías WiFi disponibles

A continuación se muestra en la tabla adjunta el listado de tecnologías WiFi disponibles, así como sus características generales que han de tenerse en cuenta dependiendo de la aplicación que se vaya a desarrollar.

Protocolo Fecha versión

Frecuencia de operación

Rendimiento (Typ)

Velocidad de transmisión (Max)

Técnica de modulación

Alcance (Indoor)

Alcance (Outdoor)

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802.11 1997 2.4 Ghz 0.9 Mbps 1 Mbps ~20 m ~100 m

802.11a 1999 5 Ghz 2.3 Mbps 2 Mbps OFDM ~35 m ~120 m

802.11b 1999 2.4 Ghz 4.3 Mbps 11 Mbps DSSS ~38 m ~140 m

802.11g 2003 2.4 Ghz 19 Mbps 54 Mbps OFDM ~38 m ~140 m

802.11n Est. 2009 2.4/5 Ghz/ 74 Mbps 248 Mbps ~70 m ~250 m

802.11y Est. 2008 3.7 Ghz 23 Mbps 54 Mbps ~50 m ~5000 m

Tabla 2.3. Protocolos WiFi 802.11 y sus características técnicas. Fuente IEEE.

La nueva generación de protocolos IEEE 802.11n e IEEE 802.11y se encuentra aún en fase de definición, previendo la finalización de una especificación definitiva para finales de 2009 y finales de 2008 respectivamente. No obstante, se espera retraso en ambas. Sin embargo, es posible encontrar en la actualidad productos en el mercado que afirman cumplir con ambas especificaciones. En realidad, esta afirmación no es totalmente correcta ya que estos productos han sido desarrollados siguiendo los diferentes borradores publicados por IEEE sobre los citados protocolos. Aunque estos borradores se encuentran prácticamente en su versión final, aún están sujetos a cambios con lo que en el caso de utilizar los productos disponibles en la actualidad corremos el riesgo de una incompatibilidad con futuros sistemas e incluso quedar obligados a utilizar indefinidamente productos del fabricante al que compramos las tarjetas, ya que será el único que mantendrá (presumiblemente) la compatibilidad en el futuro con los productos actuales.

2.3.1.7 802.11p WAVE

El estándar de acceso inalámbrico en el entorno vehicular WAVE (Wireless Access in the Vehicular Environment) define una arquitectura y un conjunto estándar de servicios e interfaces complementarios que habilitan comunicaciones inalámbricas seguras V2V y V2I, utilizando en espectro electromagnético de 5.9 GHz. WAVE proporciona las bases para un amplio abanico de aplicaciones en el ámbito del transporte, incluyendo seguridad en vehículos, peajes automáticos, navegación mejorada, gestión de tráfico y muchas otras. La familia IEEE 1609 Family of Standards for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) está formada por 4 estándares:

• IEEE P1609.1 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Resource Manager

• IEEE P1609.2 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Security Services for Applications and Management Messages

• IEEE P1609.3 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Networking Services

• IEEE P1609.4 - Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - Multi-Channel Operations

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WAVE constituye además el núcleo de los sistemas de comunicaciones dedicados de corto alcance DSRC (Dedicated Short Range Communications), que son la base de los programas de integración vehículo-infraestructura desarrollados en diferentes proyectos de Estados Unidos. Se espera que el estándar 802.11p sea aprobado en su versión final para Abril de 2009, aunque probablemente estará sujeto a retrasos. No obstante, no hay duda de que el 802.11p, utilizado como base de los sistemas de comunicaciones DSRC, constituirá el primer entorno de comunicaciones diseñado específicamente para el ámbito del transporte por carretera.

2.3.2 Dedicated Short Range Communications (DSRC)

Los sistemas de comunicaciones dedicadas de corto alcance, Dedicated Short Range Communications [6], son sistemas de transmisión de datos de corto y medio alcance que soportan operaciones de seguridad pública y privada en entornos de comunicaciones de vehículo a infraestructura y vehículo a vehículo o viceversa. DSRC está basado en la especificación IEEE 802.11p WAVE y se entiende como un complemento a los sistemas de comunicaciones basados en telefonía móvil, proporcionando tasas de transferencia de datos muy altas en circunstancias donde es importante minimizar los tiempos de latencia en el establecimiento de los canales y el aislamiento de zonas de comunicaciones relativamente pequeñas. La comunicación de datos entre vehículo estacionario o en movimiento y equipo fijo en la carretera, se usa en aplicaciones que involucran pagos, transferencia de información para seguridad o monitorización entre otras. Dichas aplicaciones incluyen, aunque no se limitan, a: cobro electrónico de peajes con tarjeta de crédito o débito, solicitud o recepción de información del viajero y/o asistencia en ruta y automatización de información regulatoria entre vehículos pesados y estaciones de pesaje.

Esta tecnología tiene una estructura mixta entre el Internet inalámbrico y los sistemas radio módem. Son capaces de difundir información en modo broadcast o a un usuario determinado, según las necesidades y la naturaleza de la información, integrando todos los vehículos que se encuentran cercanos en una zona reducida de terreno en una misma red, que permite el intercambio de información de forma rápida y fiable, con un tiempo mínimo de conexión a la red y sin demoras en el acceso a la información.

La Figura 2.13 representa la arquitectura que da soporte a los DSRC, siguiendo una organización estándar ISO.

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Figura 2.13. Arquitectura estándar del sistema DSRC de los Estados Unidos.

Características de la tecnología DSRC:

• Banda de frecuencia: 5.9 GHz (5.850 – 5.925 GHz)

• Ancho de banda: 75 MHz

• Modulación: QPSK OFDM (con opciones 16 QAM y 64 QAM)

• Canales: de 7 a 10 MHz

• Velocidad de transmisión: 6, 9, 12, 18, 24 y 27 Mbps sobre canales de 10 MHz

• Potencia de transmisión máxima: 28.8 dBm (a la entrada de la antena)

• RSU EIRP (Roadside Unit – Effective Isotropic Radiated Power): 0-33 dBm (1mW – 2W)/ Max 44.8 dBM (30W).

• OBU EIRP (OnBoard Unit): 0-20 dBM (1m – 100 mW) / Max. 44.8 dBm (30W)

• Sensitividad RSU y OBU: -82 dBm (QPSK) / -65 dBm (64 QAM)

• Estrategia de compartición de banda-coordinación de frecuencia, Selección de canales alternativos para zonas adyacentes, Uso de Carrier Sense Multiple Access (CSMA) para prevenir interferencias entre usuarios de un mismo canal.

En la siguiente figura podemos apreciar la comparación de capacidades entre los sistemas DSRC actuales y la segunda generación destinada a dar soporte a aplicaciones de alta capacidad en vehículos.

Parámetros Banda de 902 – 928 MHz Banda de 5850 – 5925 MHz

Espectro 12 MHz (909.75 – 921.75 MHz) 75 MHz

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utilizado

Velocidad de transmisión

0.5 Mbps 6 – 27 Mbps

Cobertura 1 área de comunicación Solapamiento de varias áreas

Estado de la banda

Pública De uso restringido

Posibles interferencias

Telefonía móvil, sistemas de comunicaciones ferroviarias, sistemas de espectro esparcido, radares

Radares militares, señales de satélite

Máximo alcance 100 m 1000 m

Capacidad del canal

1-2 canales 7 canales

Tabla 2.4. Características fundamentales de los DSRC.

Factores básicos en las comunicaciones mediante DSRC:

• Las aplicaciones de seguridad pública y privada comparten la misma banda

• Interoperabilidad entre redes DSRC antiguas o de no estándar, que funcionen en la misma o en otras frecuencias.

• Operaciones bajo licencia

• Prioridad de instalación de aplicaciones dedicada a la seguridad pública

• No exclusión mutua para actividades privadas

• Alcance limitado para operaciones privadas

• Uso de un coordinador de frecuencias para la asignación de licencias.

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Todos los vehículos – Corto alcance 80 – 15 m

• Control de acceso

• Cobro de peaje

• Transferencia de información/información de combustible

• Información del tráfico

• Pago Drive-thru • Pago de aparcamiento

• Recolección de información basado en la infraestructura

• Tratamiento de coches de alquiler Todos los vehículos (alcance extendido (90 – 335 m) • Asistencia de velocidad en curva • Asistente de luz de freno basado en

infraestructura • Aviso de colisiones en intersecciones

• Aviso de colisiones cooperativo

• Recolección de información basado en vehículos

• Control de crucero adaptativo cooperativo

• Sistema cooperativo para conducción en caravana

• Evitación de colisión autopista/ferrocarril • Aviso de colisión inminente

• Seguimiento por video de vehículos de emergencia

• Aviso de condición de la carretera

• Aviso de obras Aplicabilidad bajo investigación • Planificación de la ruta y guiado mejorado

• Gestión del tráfico basado en información de la infraestructura.

• Todos los vehículos – Corto - medio alcance (0 – 90 m)

• Cobro de peaje • Transferencia de información/información de

combustible

• Transferencia de información/Operaciones de vehículos comerciales/Paradas de camiones

• Transferencia de información/vehículos en circulación

• Transferencia de información/locomotive Operaciones de vehículos comerciales – corto-medio alcance (0 – 90 m) • Selección de la línea principal

• Aduanas fronterizas • Transferencia de información para seguridad

abordo

• Gestión de flotas • Diario de a bordo del conductor

• Inspección de la seguridad del vehículo

• Transferencia de información de vehículos en circulación

• Gestión de abastecimiento de combustible de los vehículos en circulación

• Monitorización de combustible de los vehículos en circulación

• Aviso de firma deslizante

• Aviso de puente bajo Seguridad Pública – Largo alcance (300 – 2000 m) • Asistente de aproximación de vehículos de

emergencia

• Señalización de prioridad • Recomendación de velocidad óptima

Figura 2.14. Aplicaciones según el alcance efectivo.

2.3.3 Redes en malla

Las redes inalámbricas Mesh, redes acopladas, o redes de malla inalámbricas de infraestructura, son aquellas que permiten unirse a la red a dispositivos que a pesar de estar fuera del rango de cobertura de los puntos de acceso están dentro del rango de cobertura de alguna tarjeta de red (TR) que directamente o indirectamente está dentro del rango de cobertura de un punto de acceso (PA).

Permiten que las tarjetas de red se comuniquen entre si, independientemente del punto de acceso. Esto quiere decir que los dispositivos que actúan como tarjeta de red pueden no mandar directamente sus paquetes al punto de acceso sino que pueden pasárselos a otras tarjetas de red para que lleguen a su destino, actuando todas las tarjetas de la red como routers.

Para que esto sea posible es necesario el contar con un protocolo de enrutamiento que permita transmitir la información hasta su destino con el mínimo número de saltos (Hops en inglés) o con un número que aún no siendo el mínimo sea suficientemente

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bueno. Además, el protocolo debe de ser tolerante a fallos, pues la caída de un solo nodo no implica la caída de toda la red.

Antiguamente no se usaba la estructura de redes Mesh porque el cableado necesario para establecer la conexión entre todos los nodos era imposible de instalar y de mantener. Hoy en día con la aparición de las redes inalámbricas, fundamentalmente las relacionadas del estándar IEEE 802.11, este problema desaparece y nos permite disfrutar de sus grandes posibilidades y beneficios.

En la figura 2.17 podemos ver, a modo de ejemplo, la estructura de una red inalámbrica Mesh formada por siete nodos. Se puede ver que cada nodo establece una comunicación con todos los demás nodos.

Figura 2.15. Esquema de una red en malla.

Hay más de 70 protocolos que definen el funcionamiento de las redes en malla, competentes para el encaminamiento de paquetes a través de las mismas. Algunos de éstos son:

• AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector)

• B.A.T.M.A.N. (Better Approach To Mobile Adhoc Networking)

• PWRP (Predictive Wireless Routing Protocol)

• DSR (Dynamic Source Routing)

• OLSR (Optimized Link State Routing protocol)

• TORA (Temporally-Ordered Routing Algorithm)

• HSLS (Hazy-Sighted Link State)

Además, el IEEE se encuentra desarrollando un conjunto de estándares bajo el título 802.11s para definir una arquitectura y un protocolo para la red Mesh.

2.3.3.1 Optimized Link State Routing (OLSR). Protocolo de enrutamiento proactivo

OLSR (Optimized Link State Routing protocol) es un protocolo que se desarrolló en el INRIA, Francia, y permite la creación de redes ad-hoc malladas. Una de las principales

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ventajas de las redes ad-hoc malladas es que todos los dispositivos que la componen forman parte activa de la red, es decir, que además de funcionar como terminales finales actúan también como routers de información realizando funciones de retransmisión de paquetes.

Gracias a esta cualidad del protocolo nos permite encaminar la información hacia nodos ocultos de los que directamente no dispongamos de visión directa, pero si indirectamente a través de cualquiera de los nodos activos en la red. Asimismo, esta misma funcionalidad nos permite aumentar la cobertura de la red, y por tanto también la movilidad de los elementos de la misma.

Con este tipo de redes, los protocolos tradicionales de encaminamiento de paquetes no sirven, por lo tanto se tuvieron que crear nuevos protocolos para desempeñar esta función, así nació OLSR. En consecuencia, haciendo un estudio de este tipo de redes se hace necesaria la inclusión de un protocolo reactivo, que solo añada rutas cuando sea necesario evitando sobrecargar el medio con información de enrutamiento. Con este planteamiento nace otro protocolo a estudiar como es el AODV (Ad-hoc on demand distance Vector). En este protocolo cada nodo mantiene una tabla de encaminamiento para los nodos conocidos empleando un algoritmo de vector distancia. Así pues, esta tabla estará inicialmente compuesta por los vecinos próximos a cada nodo, aumentando la misma tan solo cuando sea necesario conocer las rutas hasta otros nodos iniciando una comunicación para conseguir descubrir la ruta hacia el nodo destino de un determinado mensaje (protocolo reactivo).

Figura 2.16. Esquema de una red en malla con protocolo OLSR.

Según estudios realizados se ha obtenido como conclusión que aunque OLSR introduce una carga considerable de tráfico en la red (ya que envía muchos mensajes periódicos) ofrece unos resultados bastante buenos en comparación con otros protocolos de redes ad-hoc mesh. Hay que destacar también que el protocolo OLSR funciona con tarjetas de red WiFi pero necesita de un software residente en los nodos que permitan trabajar con este protocolo (cambiar el firmware de las tarjetas, o añadir el daemon de OLSR en el ordenador correspondiente por ejemplo). Esto complica mucho su aplicación cuando se quiere aplicar una red mesh a una PDA, un portatil, etc. Aunque existe software tanto para Windows, MAC, PocketPC, como Linux hacer llegar esto al público en general puede ser realmente complicado. No solo eso, sino que no todas las tarjetas de red permiten cambiar el firmware y menos es un firmware abierto, son lo que la utilización de redes en malla queda de momento reservada a propósitos de investigación, siendo su implantación a corto plazo complicada. Sin

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embargo, las redes malladas tienen un gran potencial en el ámbito de la automoción, ya que su estructura reconfigurable se ajusta perfectamente a la situación real del tráfico en la que los nodos (vehículos) están constantemente en movimiento y diferentes aplicaciones están constantemente intercambiando información.

2.3.4 RFID

RFID (siglas de Radio Frequency IDentification, en español Identificación por radiofrecuencia) es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto que usa dispositivos denominados etiquetas, transpondedores o tags RFID. El propósito fundamental de la tecnología RFID es transmitir la identidad de un objeto (similar a un número de serie único) mediante ondas de radio. Las tecnologías RFID se agrupan dentro de las denominadas Auto ID (Automatic Identification, o Identificación Automática).

Una etiqueta RFID es un dispositivo pequeño, similar a una pegatina, que puede ser adherida o incorporada a un producto, animal o persona. Contienen antenas para permitirles recibir y responder a peticiones por radiofrecuencia desde un emisor-receptor RFID. Las etiquetas pasivas no necesitan alimentación eléctrica interna, mientras que las activas sí lo requieren. Una de las ventajas del uso de radiofrecuencia (en lugar, por ejemplo, de infrarrojos) es que no se requiere visión directa entre emisor y receptor.

Las etiquetas RFID pueden ser activas, semipasivas (o semiactivas, asistidas por batería) o pasivas. Los tags pasivos no requieren ninguna fuente de alimentación interna y son en efecto dispositivos puramente pasivos (sólo se activan cuando un lector se encuentra cerca para suministrarles la energía necesaria). Los otros dos tipos necesitan alimentación, típicamente una pila pequeña.

Figura 2.17. El diagrama muestra el típico esquema backscatter para etiquetas RFID, que

son alimentadas utilizando la energía contenida en la onda enviada por el dispositivo lector (señal eléctrica inducida).

Dependiendo de las frecuencias utilizadas en los sistemas RFID, el coste, el alcance y las aplicaciones son diferentes. Los sistemas que emplean frecuencias bajas tienen igualmente costes bajos, pero también baja distancia de uso. Los que emplean frecuencias más altas proporcionan distancias mayores de lectura y velocidades de

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lectura más rápidas. Así, las de baja frecuencia se utilizan comúnmente para la identificación de animales, seguimiento de paquetería, o como llave de automóviles con sistema antirrobo. Las etiquetas RFID de UHF se utilizan comúnmente de forma comercial en seguimiento de palé y envases, y seguimiento de camiones y remolques en envíos.

Algunas autopistas, como por ejemplo el carril de Telepeaje IAVE en las autopistas de CAPUFE en Mexico, la FasTrak de California, el sistema I-Pass de Illinois, el telepeaje TAG en las autopistas urbanas en Santiago de Chile, la totalidad de las autopistas de pago argentinas y la Philippines South Luzon Expressway E-Pass utilizan etiquetas RFID para recaudación con peaje electrónico. En Nueva York, la mayoría de los vehículos que transitan habitualmente por los puentes y los túneles de peaje que comunican la isla de Manhattan con el continente utilizan el sistema E-ZPass, basado en esta tecnología. Las tarjetas son leídas mientras los vehículos pasan; la información se utiliza para cobrar el peaje en una cuenta corriente o descontarla de una tarjeta prepago. El sistema ayuda a disminuir el entorpecimiento del tráfico causado por las cabinas de peaje. En España la mayoría de las autopistas de peaje ya permiten el pago mediante el sistema Vía-T, que instala en los vehículos una etiqueta RFID pasiva o semipasiva que se activa al pasar bajo los lectores que hay debajo de las marquesinas de los peajes.

Figura 2.18. Una etiqueta RFID empleada para la recaudación con peaje electrónico.

También son de uso común las denominadas llaves inteligentes, disponibles en modelos de diversos fabricantes como Toyota, Renault o Lexus. En este caso, la llave se sustituye por una tarjeta con un circuito de RFID activo que permite que el automóvil reconozca la presencia de la llave a un metro del sensor. El conductor puede abrir las puertas y arrancar el automóvil mientras la tarjeta sigue estando en la cartera o en el bolsillo. De forma similar, la mayoría de los fabricantes incluyen chips RFID pasivos en sus llaves, que son reconocidos por lectores instalados en la cerradura de arranque y mediante los cuales el coche identifica que la llave introducida es la original y se pueden deshabilitar todos los mecanismos de seguridad del vehículo.

Otra aplicación propuesta es el uso de RFID para señales de tráfico inteligentes en la carretera (Road Beacon System o RBS). Se basa en el uso de transpondedores RFID

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enterrados bajo el pavimento (radiobalizas) que son leídos por una unidad que lleva el vehículo (OBU, de onboard unit) que filtra las diversas señales de tráfico y las traduce a mensajes de voz o da una proyección virtual usando un HUD (Heads-Up Display). Su principal ventaja comparada con los sistemas basados en satélite es que las radiobalizas no necesitan de ser introducidas en la cartografía digital ya que proporcionan el símbolo de la señal de tráfico y la información de su posición por sí mismas. Las radiobalizas RFID también son útiles para complementar sistemas de posicionamiento de satélite en lugares como los túneles o interiores, o en el guiado de personas ciegas.

Figura 2.19. Radiobalizas. Señales de tráfico inteligentes.

2.3.5 Telefonía móvil

En 1985, surge en Europa la primera generación (1G) tras adaptar el sistema AMPS (American Mobile Phone System) a los requisitos Europeos, y ser bautizada como TACS (Total Access Communications System). TACS engloba a todas aquellas tecnologías de comunicaciones móviles analógicas. Puede transmitir voz pero no datos. Actualmente esta tecnología está obsoleta y se espera que desaparezca en un futuro cercano.

Debido a la sencillez y las limitaciones de la primera generación de telefonía móvil, surge el sistema GSM (Global System for Mobile Communications) que marcara el inicio de la segunda generación (2G). Su principal característica es la capacidad de transmitir datos además de voz, a una velocidad de 9,6 kbit/s. Lo cual le ha permitido desarrollar el famoso y exitoso sistema de mensajes cortos (SMS).

En 2001 surge la denominada segunda generación y media (2.5G) en Estados Unidos y Europa como paso previo a la 3G. En esta generación están incluidas aquellas tecnologías que permiten una mayor capacidad de transmisión de datos y que surgieron como paso previo a las tecnologías 3G. La tecnología mas notoria de esta generación es el GPRS (General Packet Radio System), capaz de coexistir con GSM, pero ofreciendo un servicio más eficiente para el acceso a redes IP como Internet. La velocidad máxima de GPRS es 171,2 kbit/s aunque en la práctica no suele pasar de 40 kbit/s de bajada y de 9,6 kbit/s de subida. En Japón esta generación no existió ya que se dio el salto directo de 2G a 3G.

Mas tarde surgieron ya las tecnologías 3G. Las tecnologías de la tercera generación (3G) se categorizan dentro del IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-

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2000) de la ITU (Internacional Telecommunication Union), que marca el estándar para que todas las redes 3G sean compatibles unas con otras.

Los servicios que ofrecen las tecnologías 3G son básicamente: acceso a Internet, servicios de banda ancha, roaming internacional e interoperatividad. Pero fundamentalmente, estos sistemas permiten el desarrollo de entornos multimedia para la transmisión de vídeo e imágenes en tiempo real, fomentando la aparición de nuevas aplicaciones y servicios tales como videoconferencia o comercio electrónico con una velocidad máxima de 2 Mbit/s en condiciones óptimas, como por ejemplo en el entorno interior de edificios.

La tecnología de telefonía móvil aplicada a entornos vehiculares es, en la actualidad, la única junto a las redes WiFi que está totalmente desarrollada, operativa y disponible para todo tipo de aplicaciones. Si bien las redes WiFi se centran en comunicaciones V2V y de corto/medio alcance, el intercambio de datos mediante telefonía móvil permite operaciones con la infraestructura e incluso con otros vehículos cuando las redes WiFi no están disponibles. No solo eso, sino que, dado que su implantación en entornos viarios y de la automoción está mucho más desarrollada que cualquier otra tecnología, en algunos casos la telefonía móvil se emplea como único sistema para todo tipo de comunicaciones. En su contra juegan dos limitaciones. Por un lado, dadas las características de las comunicaciones basadas en células, una implantación masiva en vehículos podría dar lugar a la saturación de las comunicaciones en áreas con pocos nodos en la infraestructura. Por otro lado, dado que el servicio lo proporcionan compañías telefónicas, es imprescindible su pago, lo que representa un incremento de costes para el usuario que, en algunos casos, puede no estar dispuesto a asumir. Además de eso, la telefonía móvil puede tener determinados retardos en el establecimiento de la conexión que implicaría la imposibilidad de utilizarla en algunos sistemas críticos. El sistema basado en telefonía móvil más utilizado en la actualidad es el e-call, ya implantado en varios países europeos y de inminente desarrollo en España.

2.3.6 WiMAX

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access, "Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas") es un estándar de transmisión inalámbrica de datos (802.16 MAN) [7] que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 48 km de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base. WiMAX es un concepto parecido a Wi-Fi (Wireless Fidelity), pero con mayor cobertura y ancho de banda. Wi-Fi, fue diseñada para ambientes inalámbricos internos como una alternativa al cableado estructurado de redes y con capacidad sin línea de vista de muy pocos metros. WiMAX, por el contrario, fue diseñado como una solución de última milla en redes metropolitanas (MAN) para prestar servicios a nivel comercial.

El estándar IEEE 802.16 con revisiones específicas se ocupa de dos modelos de uso:

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• Fijo: El estándar del 802.16-2004 del IEEE (el cuál revisa y reemplaza versiones del IEEE del 802.16a y 802.16d) es diseñado para el acceso fijo que el uso modela. Este estándar puede ser al que se refirió como "fijo inalámbrico" porque usa una antena que se coloca en el lugar estratégico del suscriptor. La antena se ubica generalmente en el techo de una habitación o en un mástil, parecida a una antena de televisión vía satélite. 802.16-2004 del IEEE también se ocupa de instalaciones interiores, en cuyo caso no necesita ser tan robusto como al aire libre.

El estándar 802.16-2004 es una solución inalámbrica para acceso a Internet de banda ancha que provee una solución de clase interoperable de transmisión de datos para la última milla. WiMAX acceso fijo funciona desde 2.5-GHz autorizado, 3.5-GHz y 5.8-GHz exento de licencia. Esta tecnología provee una alternativa inalámbrica al módem cable y las líneas digitales de suscriptor de cualquier tipo (xDSL).

• Móvil: El estándar del 802.16e del IEEE es una revisión para la especificación base 802.16-2004 que apunta añade portabilidad y capacidad para clientes móviles, diseñado para, entre otras, aplicaciones de automoción. Se espera que el estándar 802.16e haya sido consolidado en 2009 y para 2010 aparezcan los primeros productos certificados. Se espera que el desarrollo de este estándar permita comunicaciones omnidireccionales en movilidad, con un alcance de al menos 20 kilómetros y a velocidades de más de 200 kilómetro por hora.

El estándar del 802.16e usa Acceso Múltiple por División Ortogonal de Frecuencia (OFDMA), lo cual es similar a OFDM en que divide en las subportadoras múltiples. OFDMA, sin embargo, va un paso más allá agrupando subportadoras múltiples en subcanales. Una sola estación cliente del suscriptor podría usar todos los subcanales dentro del periodo de la transmisión, o los múltiples clientes podrían transmitir simultáneamente usando cada uno una porción del número total de subcanales.

El estándar 802.16-2004 del IEEE mejora la entrega de última milla en varios aspectos cruciales:

• La interferencia del multicamino

• El retraso difundido

• La robustez

La interferencia del multicamino y retraso mejora la actuación en situaciones donde no hay una línea de vista directo entre la estación base y la estación del suscriptor.

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Figura 2.20. Aplicaciones de WiMAX en seguridad pública.

El Control de Acceso a Medios emergente del 802.16-2004 es optimizado para enlaces de gran distancia porque es diseñado para tolerar retrasos más largos y variaciones de retraso. La especificación 802.16 acomoda mensajes de la gestión de Control de Acceso a Medios que permiten a la estación base interrogar a los suscriptores, pero introduciendo un cierto retraso temporal.

El estándar del 802.16-2004 del IEEE usa OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) para la optimización de servicios inalámbricos de datos, con varias portadoras llevando datos en paralelo. En este caso, la señal OFDM está dividida en 256 canales en lugar de 64 como ocurre con el estándar 802.11. Como previamente se ha indicado, un mayor número de canales en la misma banda da como resultado canales más estrechos.

WiMAX 802.16

WiFi 802.11

Explicación técnica

Alcance

• Optimizado para un tamaño típico de célula de 7-10 km.

• Hasta 50km de alcance. • No presenta el problema del

nodo oculto.

• Optimizado para usuarios en un radio de 100 m.

• Aumento de alcance con antenas de gran ganancia y amplificadores en los puntos de acceso.

WiMAX tolera 10 veces más retardo multicamino que 802.11.

Cobertura • Optimizada para entornos exteriores.

• Optimizada para entornos interiores

Modulación adaptativa

256 canales en WiMAX frente a 64 de WiFi.

Escalabilidad

• Ancho de banda flexible de 1.5 a 20 MHz para bandas con/sin licencia

• Reutilización de la frecuencia.

• Planificaión de las células para proveedores de servicios.

• El ancho de banda del canal es fijo a 20 MHz

El número de canales de WiMAX solo está limitado por el espectro disponible.

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Velocidad de transmisión

• Hasta 75 Mbps en canales dede 20 MHz.

• 54 Mbps con canales de 20 MHz

Coste de la instalación

• >1000 € en equipos sin licencia.

• Aún no existen operadores con licencia.

• 10 € por tarjeta • 100 € por punto de

acceso

La tecnología WiFi lleva más 10 años introducida en el mercado y es hoy en día de uso generalizado. WiMAX acaba de aparecer y los costes de producción aún son elevados.

Figura 2.21. Comparación entre WiFi y WiMAX. Fuente WiMAX Forum.

2.3.7 Comparación entre los estándares existentes

En la descripción de cada una de las tecnologías de comunicaciones extravehiculares disponibles en la actualidad se han detallado sus características básicas y sus aplicaciones más apropiadas. En este punto, realizamos una recapitulación de los elementos fundamentales de cada una de ellas.

WiMAX 802.16e

WiFi 802.11

DSRC/WAVE UMTS

Velocidad 1-32 Mbps 2-54 Mbps 3-27 Mbps 2 Mbps

Cobertura 15 km 300 m 1 km 10 km

Movilidad 200 km/h 50 km/h 200 km/h 200 km/h

Latencia ¿? Segundos <50 ms Segundos

Licencia Si/No No ¿? Si

Ventajas Velocidad y Alcance

Velocidad y Precio

Velocidad y Movilidad

Alcance y Movilidad

Inconvenientes Interferencias? Bajo alcance Precio alto Lento y caro

Tabla 2.5. Comparación de las características fundamentales de las tecnologías de comunicación extravehiculares.

2.3.8 Sistemas de comunicaciones intra-vehiculares

Hasta este momento, hemos descrito las diferentes tecnologías disponibles en la actualidad para el intercambio de información entre el vehículo y su entorno, ya sean otros vehículos o la infraestructura. Sin embargo, existe otro tipo de entorno de comunicaciones, mucho más reducido que los anteriores, que dan soporte a un conjunto de aplicaciones claramente diferenciado; son las denominadas comunicaciones intra-vehiculares.

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Las comunicaciones intra-vehiculares son todas aquellas que permiten el intercambio de información entre los diferentes sistemas dentro del vehículo. Pueden ser de dos tipos, por un lado, las cableadas, que transmiten información entre todos los componentes encargados de la gestión de la conducción, seguridad y sistemas internos del vehículo. Habitualmente, estos buses de comunicaciones cableados son multiplexados y se basan en tecnología CAN (Controller Area Network) de Bosch, el estándar de facto en automoción. El otro tipo de sistemas de comunicaciones intra-vehículares están basados en redes inalámbricas [8]. Dada la menor fiabilidad de este tipo de redes, fundamentalmente en lo referente a tiempo real e interferencias, está dedicado única y exclusivamente a dar servicio a sistemas de confort y multimedia, no siendo utilizados nunca para temas relacionados con seguridad. El manos libres del teléfono móvil, navegadores, música o video son algunas de las aplicaciones más comunes. No obstante, la aplicación de este tipo de tecnologías inalámbricas tiene, sin duda, un brillante futuro en automoción. De la misma manera en que gran parte de la electricidad y el cableado de los vehículos fueron sustituidos por buses de comunicaciones para, entre otras cosas, ahorrar peso y costes, en un futuro posiblemente cercano, esos buses de datos serán sustituidos por redes inalámbricas, eliminando definitivamente la mayoría del cableado de los coches. De hecho, se estima que por término medio en un vehículo se encuentran instalados 1900 cables, que vienen a ser unos 2 km. de cableado y representan un peso de 40 kg. No solo eso, sino que además, las rutas de los cables deben ser variadas en cada ciclo de producción, representando un coste añadido. Por todo esto, la integración de sensores inalámbricos dentro del vehículo, supone una interesante alternativa a la falta de flexibilidad de las redes cableadas, habilitando una malla interconectada de redes inalámbricas para gestionar toda la información dentro del vehículo. En consecuencia, toda actividad en el área de redes inalámbricas intra-vehiculares supone una oportunidad de negocio para futuros desarrollos de sistemas en vehículos.

Las tecnologías para comunicaciones inalámbricas que pueden ser utilizadas en aplicaciones intra-vehiculares disponibles en la actualidad son tres: Bluetooth, Zigbee y UWB. También se incluye en esta clasificación a los RFID pasivos, ya descritos anteriormente, que forman parte de sistemas de seguridad como la identificación de la llave del vehículo o de la tarjeta de identificación.

2.3.8.1 Bluetooth

Bluetooth [9] es una especificación industrial para las denominadas Redes Inalámbricas de Área Personal (WPANs) que posibilita la transmisión de datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia a en la banda de 2.4 GHz. La especificación Bluetooth [10] ha sido diseñada para permitir el desarrollo de dispositivos de comunicaciones de bajo coste, con bajo consumo y de corto alcance (1 metro, 10 metros, 100 metros – Ver tabla).

Clase Potencia máxima permitida Alcance (metros)

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mW (dBm)

Clase 1 100 (20) ~ 100

Clase 2 2.5 (4) ~ 20

Clase 2 1 (0) ~ 1

Tabla 2.6. Características fundamentales de las clases de dispositivos Bluetooth.

El motivo de la creación de esta especificación es la de obtener un único protocolo inalámbrico digital que fuera capaz de interconectar múltiples dispositivos de forma muy simple y solventando problemas clásicos como la sincronización entre los mismos. De manera similar a las redes WiFi, Bluetooth utiliza la tecnología Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) para la transmisión de datos, empleando para ello 79 canales en la banda de los 2.4 GHz para ISM (banda de frecuencia industrial, científica y médica) y, de esta manera, contrarrestar las interferencias y la pérdida de intensidad ocasionales.

Las redes Bluetooth admiten una velocidad de transmisión de 1 Mbps en el modo de transferencia básica y una velocidad de transmisión aérea total de 2 a 3 Mbps en el modo de transferencia de datos mejorada.

Versión Ancho de banda

Versión 1.2 1 Mbit/s�

Versión 2.0 + EDR 3 Mbit/s�

UWB Bluetooth (propuesto) 53 - 480 Mbit/s�

Tabla 2.7. Velocidades de transmisión asociadas a las diferentes versiones de Bluetooth.

El funcionamiento habitual de las redes Bluetooth se rige por el esquema maestro-esclavo. Uno de los dispositivos de la red, denominado maestro, proporciona los valores de referencia de la conexión, como por ejemplo, la sincronización con su reloj y la secuencia de salto de frecuencia. Los demás dispositivos (hasta 7) de la red reciben el nombre de esclavos e intercambian datos con el maestro. Esta red formada por ocho dispositivos de corto alcance es una PAN (Personal Area Network) y se denomina piconet (μNet). Una de las características fundamentales de este tipo de redes es que la información puede circular entre el maestro y cualquier otro dispositivo; no obstante, los diferentes dispositivos pueden cambiar sus roles entre sí y, de esta forma, un maestro puede transformarse en esclavo y viceversa, dependiendo de la necesidades de las aplicaciones que soporten las comunicaciones. Además, los nodos son autónomos, es decir, que no tienen por que ir asociados a ordenadores ni equipo informático complejo, sino que pueden ser simples sensores o actuadores independientes y con alimentación autónoma, formando una WSAN (Wireless Sensor and Actuator Network) [11].

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La especificación Bluetooth permite también la interconexión de dos o más piconets, formando así una scatternet, en la que alguno de los dispositivos esclavos ejerce de puerta de enlace de entre dos redes, siendo maestro en una y esclavo en otra.

En la actualidad, las comunicaciones Bluetooth son ampliamente utilizadas en el ámbito del automóvil. En la actualidad podemos encontrar multitud de aplicaciones y sistemas que emplean conexiones entre diferentes dispositivos del vehículo con una PDA, con el teléfono móvil, con un reproductor MP3 o con un GPS. La característica común de estas aplicaciones es que todas están dedicadas al entretenimiento, no estando basadas en ellas ningún sistema de seguridad. Sin embargo, el esquema maestro esclavo de las redes Bluetooth es muy similar al esquema de los buses multiplexados que equipan los vehículos y bien podrían aparecer, en un futuro no muy lejano aplicaciones que sustituyan estas redes cableadas. Bluetooth es ideal, además, para aplicaciones que demanden gran ancho de banda y, aunque en la especificación ni aparece como una de sus características el tiempo real, dada la alta tasa de transferencia de datos, podría ser suficiente como para ofrecer un tiempo real no estricto.

2.3.8.2 Zigbee

Las redes Zigbee [12] son en la actualidad las más populares que se basan en el estándar IEEE 802.15.4-2003 [13] (otras redes existentes de similares características son WirelessHART, ISA100, 6lowpan). Este tipo de redes emplean el nivel físico y de acceso al medio (MAC) definido en el estándar de IEEE para “Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs)”, y en el nivel de aplicación emplean su especificación propietaria. Una de las características fundamentales de Zigbee (y del resto de especificaciones) es que permite varios tipos de organización de los diferentes nodos de la red, en configuraciones como maestro – esclavo (igual que en Bluetooth) y sobre todo en redes autoorganizativas o redes malladas. En algunos hardware incluso es posible reprogramar la configuración que deseamos que tenga la red con nuestros propios algoritmos.

Otra característica importante de este tipo de redes de área personal es que son totalmente autónomas. Esto significa que los dispositivos de comunicaciones Zigbee cuentan con alimentación propia, con lo que es posible acoplarlos a cualquier tipo de sistema de forma remota, como sensores o actuadores, sin necesidad de funcionar sobre un ordenador. La red en su conjunto utilizará una cantidad muy pequeña de energía de forma que cada dispositivo individual pueda tener una autonomía de hasta 5 años antes de necesitar un recambio en su sistema de alimentación.

Dadas las características de bajo consumo de la red, en consecuencia el alcance de cada unidad Zigbee es muy limitado. Sin embargo, la red como tal puede aumentar ilimitadamente su cobertura mediante configuraciones como la mencionada de red en malla autoorganizativa, que hace que todos los nodos se comporten como routers y, de esta manera dar servicio a grandes extensiones como, por ejemplo, una planta de un edificio.

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La especificación Zigbee como tal se organiza dentro de la denominada alianza Zigbee, formada por más de 150 compañías, siendo 9 las empresas de soporte de la organización y promotores reales del estándar: IBM, Chipcon, Ascua, Freescale, Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips y Samsung. Es por ello que para propósitos de desarrollo es necesario pagar royalties a Zigbee Alliance (unos 3.000 €/año), siendo gratuito el uso de esta tecnología para educación o investigación.

En cuanto a las bandas de frecuencia utilizadas, en el momento que todas las soluciones Zigbee trabajan en 2.4GHz, existiendo además para la banda de 915MHz en Norteamérica y 868MHz en Europa. La banda de frecuencia 2.4GHz es, en principio, una banda libre de licencia, así que un producto de ZigBee se puede utilizar por todo el mundo sin mayores problemas.

Frecuencia 868 MHz 915 MHz 2.4GHz

Velocidad de Transmisión

20 Kbps 40 Kbps 250 Kbps

Nº de canales 1 10 16

Tabla 2.8. Características de las redes Zigbee para cada frecuencia disponible en la especificación. Fuente Zigbee Alliance.

Zigbee posee además la característica de permitir comunicaciones en tiempo real, utilizando conceptos muy similares a las redes tipo CAN. Para ello tiene la posibilidad para definir la prioridad en todos los mensajes que son emitidos por los nodos. Esto se alcanza por medio de un mecanismo que garantiza el intervalo de tiempo de transmisión para cada nodo, de modo que los mensajes prioritarios puedan ser envíen tan rápidamente como sea posible.

Como ya se ha comentado, la principal ventaja y posibilidad de negocio de las redes Zigbee son la posibilidad de integrar su sistema de comunicaciones inalámbrico con sensores y actuadores para que funcionen de manera totalmente autónoma, sin necesidad de cableado. Además su capacidad para funcionar en tiempo real definiendo prioridades en los mensajes y su robustez derivada de la posibilidad de autoreconfiguración de la red en caso de nodos estropeados, hace que sus aplicaciones en el campo de la automoción sean múltiples, sobre todo a la hora de sustituir buses cableados cuyos nodos exigen tiempo real.

2.3.8.3 Ultra Wide Band, UWB.

La tecnología UWB puede utilizarse para transmitir voz, vídeo u otro tipo de datos digitales. Su principal ventaja respecto a otras tecnologías inalámbricas radica en el

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hecho de que puede transmitir más datos utilizando menos potencia que el resto de sistemas disponibles. Adicionalmente, los equipos de radio necesitan menos componentes, por lo que se convierte en una solución económica.

De acuerdo a la FCC, los dispositivos UWB para comunicaciones y sistemas de medida deben funcionar con su ancho de banda a -10 dB en el interior del margen de frecuencias que se extiende desde 3,1 hasta 10,6 GHz y con una densidad espectral de potencia máxima de emisión de -41,3 dBm/MHz. Debido a la limitación de potencia impuesta por la FCC sobre las especificaciones de UWB, el alcance de estos sistemas es bastante reducido. No obstante, esto se convierte en una ventaja cuando se desea combinar varios radioenlaces en un espacio relativamente pequeño, como por ejemplo una oficina o un apartamento.

El funcionamiento de UWB se basa en la transmisión de secuencias de pulsos extremadamente estrechos y de baja potencia, los cuales se sitúan de forma precisa en el tiempo (desviaciones inferiores al nanosegundo). La modulación de los datos consiste básicamente en variar la posición de los pulsos empleando códigos PN (técnica de espectro ensanchado). Como resultado se obtiene un espectro de banda ancha que es mucho más resistente a interferencias, ya que éstas ocupan normalmente una fracción muy pequeña del espectro de la señal UWB. Adicionalmente, dado que las señales UWB son de baja potencia, causan muy poca interferencia al resto de señales. Por ejemplo, algunos estudios han demostrado que la interferencia de UWB sobre los sistemas GPS es inferior a las causadas por diversos equipos eléctricos como un secador de pelo, una taladradora o una fuente de alimentación de PC.

En comparación con otro tipo de tecnologías inalámbricas, como por ejemplo WiFi o WiMAX, UWB proporciona una mayor velocidad de transmisión con una gran eficiencia en potencia, lo que permite el desarrollo de dispositivos portátiles de gran autonomía. En cambio, su alcance es similar a Bluetooth, debido principalmente a las limitaciones de potencia impuestas. Eliminando estas restricciones, el alcance de UWB se estima que podría ser similar o incluso superior al proporcionado por las tecnologías 802.11. El principal campo de aplicación de UWB se orienta hacia la electrónica del hogar, por ejemplo en la interconexión de periféricos tales como impresoras, escáneres o monitores con el PC, o en la distribución de señales HDTV a distintos receptores de TV. En el campo de la automoción, esta tecnología es de especial interés a la hora de permitir la transmisión de información entre diferentes dispositivos que ahora la comparten mediante buses cableados y que requieren gran ancho de banda. Este es el caso, por ejemplo, de los sistemas de seguridad para vehículos inteligentes como aviso de colisión, detección de peatones o de emergencia.

2.3.8.4 Comparación entre los estándares existentes

Las redes ZigBee y Bluetooth son realmente muy similares pero con algunas diferencias importantes.

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Una red ZigBee puede constar de un máximo de 65535 nodos distribuidos en subredes de 255 nodos, frente a los 8 máximos de una subred (Piconet) Bluetooth.

Las Zigbee tienen un menor consumo eléctrico que las Bluetooth. En términos exactos, ZigBee tiene un consumo de 30mA transmitiendo y de 3uA en reposo, frente a los 40mA transmitiendo y 0.2mA en reposo que tiene el Bluetooth. Este menor consumo se debe a que el sistema ZigBee se queda la mayor parte del tiempo dormido, mientras que en una comunicación Bluetooth esto no se puede dar, y siempre se está transmitiendo y/o recibiendo. No obstante, dado que las redes Zigbee se configuran en su mayor parte en forma de malla, habitualmente se da el caso de que algunos nodos consuman más que otros al actuar de routers con otras subredes, con lo que el tráfico que pasa por ellos es mayor.

Por otro lado, Zigbee define una velocidad de transmisión de hasta 250 kbps, mientras que en Bluetooth es de hasta 1 Mbps.

Debido a las velocidades de cada uno, uno es más apropiado que el otro para ciertas cosas. Por ejemplo, mientras que el Bluetooth se usa para aplicaciones como los teléfonos móviles y los periféricos en vehículos, la velocidad del ZigBee se hace insuficiente para estas tareas, desviándolo a usos tales como sensores y actuadores con latencias medias, los productos dependientes de la batería, los sensores médicos, y en artículos de juguetería, en los cuales la transferencia de datos es menor.

De la misma manera, los sistemas basados en RFID están destinados únicamente a sistema con latencias muy bajas, dada su mínima capacidad de transmitir información, del tipo de sistemas de seguridad y antirrobo (llave o tarjeta de acceso al vehículo) o sistemas de uso puntual como telepeaje o identificación del vehículo. En su favor juega el bajo coste de los emisores.

Por último, la tecnología UWB es la menos utilizada en la actualidad, encontrándose en parte aún en fase de definición. No obstante, en el futuro puede suponer la sustitución del Bluetooth para aplicaciones que demanden gran ancho de banda.

A continuación se muestra la tabla descriptiva con las características más importantes de estas tecnologías.

Nombre RFID (Pasivo) Bluetooth ZigBee UWB

Velocidad de Transmisión

(Kbps) 28 720 20-250 20-250

Alcance (m) 0.1-10 1-10 1-100 1-100

Tamaño de la red (nodos) 1000 7 255/65536 256/65536

Tiempo de inicialización ~decenas de

msec ~sec ~msec <<1 sec

Topología de red Estrella Estrella Flexible (estrella,

malla, híbrida)

Flexible (estrella,

malla, híbrida)

Protocolo MAC Q TDMA CSMA/CA &TDMA CSMA/CA &TDMA

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Modulación PHY ASK FHSS DSSS DS-UWB

Requisitos de memoria 4KB 250 KB 4-32 KB 4-32 KB

Potencia en transmisión 0 1 mW <1 mW 1 mW/Mbps

Aplicaciones Sistemas de

gestión Reemplazar cables

Monitorización y

control

Localización de alta

precisión, multimedia

Tabla 2.9. Comparación entre los diferentes tipos de red disponibles para comunicaciones intravehiculares.

2.3.9 Seguridad y privacidad de las comunicaciones inalámbricas

La Ley 32/2003, de 3 de noviembre, General de Telecomunicaciones en su Capítulo III, “Secreto de las comunicaciones y protección de los datos personales y derechos y obligaciones de carácter público vinculados con las redes y servicios de comunicaciones electrónicas”, Artículo 33. Secreto de las comunicaciones, especifica que Los operadores que exploten redes públicas de comunicaciones electrónicas o que presten servicios de comunicaciones electrónicas disponibles al público deberán garantizar el secreto de las comunicaciones de conformidad con los artículos 18.3 y 55.2 de la Constitución, debiendo adoptar las medidas técnicas necesarias. Asimismo, los operadores están obligados a realizar las interceptaciones que se autoricen de acuerdo con lo establecido en el artículo 579 de la Ley de Enjuiciamiento Criminal, en la Ley Orgánica 2/2002, de 6 de mayo, Reguladora del Control Judicial Previo del Centro Nacional de Inteligencia y en otras normas con rango de Ley Orgánica. Asimismo, deberán adoptar a su costa las medidas que se establecen en este artículo y en los reglamentos correspondientes.

Esto implica dos cosas. Por un lado, que la intercepción de comunicaciones inalámbricas sujetas al servicio por parte de un operador es una actividad ilegal, excepto en casos de autorización judicial. Por otro, que la intercepción de las comunicaciones que no sean suministradas por un operador es una actividad alegal, excepto que la Administración de Telecomunicaciones habilite una normativa específica para ello.

No obstante, cualquier tipo de información que se transmita por redes de comunicaciones electrónicas podrá ser protegida mediante procedimientos de cifrado. El cifrado es un instrumento de seguridad de la información. Entre sus condiciones de uso, cuando se utilice para proteger la confidencialidad de la información, se podrá imponer la obligación de facilitar a un órgano de la Administración General del Estado o a un organismo público, los algoritmos o cualquier procedimiento de cifrado utilizado, así como la obligación de facilitar sin coste alguno los aparatos de cifra a efectos de su control de acuerdo con la normativa vigente.

Es muy importante tener en cuenta los aspectos legales y jurídicos a la hora de tratar temas de seguridad y privacidad en las comunicaciones, sobre todo cuando se aplica a entornos como el vehicular, del que pueden depender vidas humanas.

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En general, todos los sistemas de comunicaciones descritos en el presente estudio pueden ser interceptados (tanto en tecnología de única portadora como en espectro esparcido) y la seguridad de la información transmitida dependerá de si se instala un sistema de cifrado en las comunicaciones. La mayoría de estos sistemas equipan tecnologías de cifrado de hasta 128 bits, en principio imposible de hackear. No obstante, esto puede suponer un problema para determinadas aplicaciones que para su funcionamiento requieren de una transmisión de datos entre vehículos de una zona entre los que, en un principio, no tiene por que haber un acuerdo de privacidad. Asimismo, también es importante impedir que usuarios malintencionados introduzcan información errónea en los sistemas de comunicaciones en transporte, situación que podría causar la deshabilitación de los sistemas o algo peor.

Para solventar este tipo de problemas, es de gran importancia incluir toda la temática de seguridad de la información y privacidad en todo tipo de aplicaciones que se desarrollen en entornos vehiculares que utilicen soporte de comunicaciones inalámbricas que, dada su naturaleza, son interceptables por cualquier entidad.

De esta manera, es imprescindible definir sistemas de seguridad y codificación estándar que permita su utilización por la comunidad de usuarios pero que eviten el hackeo. Un ejemplo de lo que no se debe hacer son los dispositivos Bluetooth en general, pero específicamente los instalados en vehículos. Todos traen contraseña de acceso, pero la definida por defecto es “0000”, que no es cambiada por los usuarios en el 99% de los casos. Esto significa que cualquier persona con un ordenador y conexión Bluetooth puede acceder a los datos de los vehículos que circulan en su proximidad y acceder a información confidencial como, por ejemplo, la agenda de teléfonos.

Otro tema importante a tratar es el de los inhibidores de frecuencia, que pueden provocar la desaparición de la señal de comunicaciones en un área determinada. Esta cuestión está íntimamente relacionada con cuestiones legales y de seguridad, pero podría, en la práctica, dejar sin servicios de comunicaciones a un área de vía pública, actividad que podría afectar a la seguridad de la circulación en el caso de determinadas aplicaciones, como las descritas en este informe.

La seguridad y privacidad de las comunicaciones en entornos vehiculares es un tema de debate abierto pero sobre el que sin duda se debe trabajar en los próximos años y en los nuevos desarrollos, a fin de proporcionar una transmisión de datos fiable y segura.

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3 VISIÓN APLICADA

El uso de las TICs en el sector del trasporte por carretera se puede extender a múltiples ámbitos. Entre otras, se pueden citar las aplicaciones para la mejora de la seguridad vial (safety), de la seguridad contra el robo y otras acciones delictivas (security), información al conductor y los usuarios, asistencia al conductor, mejora del confort, gestión de flotas o del tráfico, etc.

Al tratar de clasificar los sistemas y servicios que se derivan de la aplicación de las TICs al entorno del automóvil, se presenta la dificultad de los solapamientos entre unas categorías y otras. Así, entre otras, se pueden plantear las siguientes clasificaciones.

Según el objetivo perseguido:

- Circulación segura.

- Circulación informada / asistida.

- Circulación eficiente.

Según las comunicaciones establecidas:

- Intravehiculares.

- Intervehiculares o V2V.

- Entre vehículos y la infraestructura o V2I.

Según el tipo de vehículo:

- Vehículo particular.

- Vehículo de transporte colectivo.

- Vehículo de transporte industrial de mercancías.

De las anteriores, se va a seguir la primera de las indicadas, si bien debe recalcarse que un sistema concreto puede aplicarse a más de un grupo, con lo que no es posible desvincular completamente, en muchos casos, la circulación segura de la informada o la eficiente. Además, y con el fin de acotar el estudio, no se consideran los sistemas que impliquen únicamente comunicaciones intravehiculares, dando por evidente que cualquier sistema electrónico embarcado precisa de alguna entrada de información. Por ello, nos centraremos en los sistemas que implican comunicaciones V2V o V2I, en cualquier tipo de vehículo, aunque ciertos sistemas tienen una clara orientación hacia algunas categorías concretas.

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3.1 Circulación segura

3.1.1 Planteamiento de soluciones

La mejora de la seguridad en el transporte por carretera lleva siendo una prioridad desde hace años, dado el coste social y económico que tienen los accidentes [14]. Según el plan de acción de la Unión Europea, se fijó el objetivo de reducir las muertes en accidentes de tráfico al 50 % en el año 2010 respecto a los niveles de 2001 [15].

Evidentemente, las tecnologías han evolucionado notablemente en los últimos años, si bien se debe ser consciente de que sólo un enfoque global puede proporcionar resultados satisfactorios. Este enfoque no sólo atañe a fabricantes y operadores de infraestructuras, sino que se debe extender a la promoción de soluciones y políticas que mejoren el comportamiento seguro de los conductores, a través de una mejor información que les permita adoptar las acciones correctas.

Desde un punto de vista general, ERTRAC [3] propone las líneas estratégicas de trabajo para incrementar la seguridad del tráfico. Entre ellas, se puede observar en la figura siguiente que una gran parte de las soluciones tiene una relación directa o indirecta con las TICs, lo que pone de manifiesto su potencial.

Figura 3.1. Soluciones para la mejora de la seguridad e indicación de las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])

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Clásicamente, el problema de la seguridad en el tráfico se ha enfocado hacia los 3 elementos fundamentales que intervienen: conductor, vehículo e infraestructura. Por ello, las soluciones también están focalizadas en estos elementos y en las interrelaciones entre ellos [16].

Conductor:

Según las estadísticas, en el 90 % de los accidentes está presente el factor humano [17]. Las medidas tecnológicas deben estar orientadas a promover y facilitar conductas seguras al volante. Entre otras, se pueden citar las siguientes medidas relacionadas con el conductor:

- Sistemas de información a bordo que promuevan conductas más seguras.

- Supervisión del estado del conductor, detectando situaciones de cansancio, distracción, fatiga, alcoholemia, etc., para lo que se están analizando diversas técnicas de detección de dicho estado del conductor.

- Desarrollo de sistemas de interfaz de usuario (HMI) adecuados que comprendan las aplicaciones embarcadas de una forma integrada, de forma que priorice la información y la muestre de una forma efectiva.

- Aunque la información es importante, se debe estudiar cual se da y en qué momento para no generar confusión o distracción, siendo necesario involucrar en el análisis el factor humano.

- Se considera que la tecnología debe asistir, pero, en general, no reemplazar al conductor.

Vehículo:

- Desarrollo de sensores y actuadores, reduciendo su coste y mejorando su fiabilidad, así como la redundancia para un mejor reconocimiento de situaciones de riesgo, eliminando falsas alarmas que crean desconfianza en el sistema.

- Desarrollo de unidades de procesamiento de la información para interpretar el entorno y las situaciones de riesgo.

- Monitorización del entorno, sobre todo en zonas de conflicto más probable como intersecciones, en las que la interpretación de la información es compleja y cambiante.

- Individualización de los sistemas de asistencia a la conducción con el fin de que su comportamiento sea tal y como se espera del conductor y no provoque rechazo, para lo que deben ajustarse los parámetros del sistema a cada individuo de forma automática.

- Mayor integración entre los sistemas de seguridad, dotándoles de mayor capacidad de actuación sobre el vehículo en caso de necesidad, lo que entra en conflicto con aspectos legales todavía en discusión.

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- Posibilidad de incluir conducción autónoma, al menos en algunas situaciones concretas y controladas, lo que permite reducir el cansancio del conductor y mejorar la eficiencia.

Infraestructura:

La infraestructura juega un papel fundamental como canalizadora de la información y su distribución. Las líneas de trabajo principales se orientan hacia los siguientes objetivos:

- Desarrollo de sistemas de información de condiciones de la carretera, meteorología, tráfico, accidentes, así como la tecnología necesaria para enviar dicha información a los vehículos y demás usuarios

- Desarrollo de criterios objetivos y comunes en la evaluación de la seguridad de la infraestructura

- Desarrollo de soluciones cooperativas que permitan proteger a os usuarios más vulnerables

- Desarrollo de sistemas dinámicos e inteligentes de gestión del tráfico.

- Necesidad de desarrollar mapas electrónicos precisos y detallados

Un mayor potencial que con medidas aisladas se alcanza con la cooperación entre los diferentes elementos, para lo que se hacen necesarias las comunicaciones vehículo-a-vehículo (V2V) y vehículo-a-infraestructura (V2I). Sin embargo, en este tipo de sistemas, a diferencia de lo que ocurre con los sistemas autónomos montados en un vehículo, surge un problema claro en las primeras fases de integración y que debe ser tenido en cuenta: vehículos equipados con los nuevos sistemas de comunicaciones deben interactuar con vehículos que no los incorporan.

Para evaluar esta dificultad así como otros aspectos como la aceptación por parte de los usuarios, entre otros, en la actualidad se está haciendo un gran esfuerzo en la línea de desarrollar ensayos a gran escala (Field Operational Tests -FOTs).

3.1.2 Modelo de seguridad integrada

Tradicionalmente, los sistemas de seguridad en el automóvil se clasificaban en dos grandes grupos como eran seguridad activa o primaria y seguridad pasiva o secundaria. Sin embargo, la proliferación de unidades electrónicas de procesamiento en el vehículo y la compartición de información entre las mismas han dado lugar a que la frontera pase a ser mucho más difusa, lo que llevó a acuñar el término de seguridad integrada (figura 3.2).

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Figura 3.2. Modelo integrado de seguridad [2].

Aún asumiendo los solapamientos antes citados, se pueden definir las grandes categorías de sistemas de seguridad:

- Sistemas de asistencia al conductor: sistemas desarrollados con el objetivo fundamental de evitar errores en el conductor debidos a cansancio, falta de atención o decisiones no acertadas, durante la actividad de circulación.

- Sistemas de seguridad primaria: dispositivos que contribuyen a evitar o minimizar los actos y comportamientos inseguros del conductor y del propio vehículo, susceptibles de causar accidentes.

- Sistemas precolisión: elementos que permiten, utilizando información proporcionada por sensores embarcados, que se desarrollen acciones coordinadas por los sistemas de control del vehículo y protección de ocupantes, durante las fases de precolisión y colisión, con el objeto de reducir o eliminar daños.

- Sistemas de seguridad secundaria: dispositivos que tienen como finalidad evitar o minimizar los daños producidos a personas o cosas transportadas en el vehículo o con las que éste puede interaccionar, cuando tiene lugar un accidente.

- Sistemas de seguridad terciaria: dispositivos embarcados para el registro de información dinámica durante la fase previa y de colisión (caja negra), así como aquellos que tienen como función mejorar la fase de aviso y actuación de los equipos de rescate de víctimas del siniestro.

Una prospección de la implantación de los sistemas de seguridad en los vehículos permite observar que, si bien los sistemas de seguridad pasiva se introdujeron mucho antes, el gran potencial actual reside en los sistemas de seguridad activa, apoyados en el desarrollo de la electrónica y las comunicaciones.

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Figura 3.3. Potencial de los sistemas de seguridad activa y pasiva [2].

3.1.3 Sistemas de seguridad primaria. Sistemas cooperativos

3.1.3.1 Concepto de sistema cooperativo

Dentro de la iniciativa eSafety de la Unión Europea [17], se distinguen dos generaciones de sistemas: sistemas autónomos (basados en censores y comunicaciones intravehiculares) y sistemas cooperativos (comunicaciones entre vehículos). En la misma línea, en [14] se diferencian tres categorías: sistemas basados en el vehículo (aislado), sistemas basados en la infraestructura y sistemas cooperativos (aunque aprovechan los sistemas anteriores y añaden las comunicaciones entre dichos elementos).

El principal salto cualitativo entre el vehículo autónomo que incluye sus propios sistemas y el vehículo conectado en un entorno cooperativo reside en que, además de poseer datos propios y de percibir su entorno por medio de sensores embarcados, puede recibir información de otros vehículos, de la infraestructura o de centrales de tráfico, así como disponer de posicionamiento por satélite o por medio de balizas en la vía. Además, dicho vehículo podría ser, a su vez, fuente de información, que se transmitiría al exterior (infraestructura, otros vehículos, centros de control, etc.). De esta forma, se establece una comunicación bidireccional en la que los vehículos transmiten información que reciben otros usuarios o es filtrada y analizada por centros de control que después la vuelven a enviar.

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Figura 3.4. Visión general de las comunicaciones en el entorno viario según el proyecto europeo CVIS [19].

Entre la información que se puede transmitir se destaca la relativa a las condiciones del tráfico (retenciones, obras, etc.), condiciones de la calzada (mojada, helada, etc.), condiciones meteorológicas (lluvia, nieve, niebla, etc.). La figura siguiente ilustra esta comunicación planteada por BMW.

Figura 3.5. Transmisión de información entre vehículos y la infraestructura [20].

Adicionalmente, la transmisión de información de vehículos sensorizados puede emplearse en la actualización de mapas electrónicos. A su vez, estos mapas y actualizaciones podrían ser descargados por los demás usuarios en ruta.

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3.1.3.2 Aplicaciones para la mejora de la seguridad

En el ámbito de la mejora de la seguridad se han planteado diversos sistemas basados en las comunicaciones entre vehículos o con la infraestructura. Fundamentalmente, se pretende proporcionar una mejor información y con mayor antelación con lo que el conductor pueda anticiparse a ciertas situaciones de riesgo, ofreciendo mayores tiempos al conductor para adaptarse a las nuevas condiciones. La figura siguiente muestra las áreas de trabajo de las comunicaciones en función del entorno urbano o interurbano, dadas las diferencias que presentan ambos.

Figura 3.6. Áreas de aplicación de las comunicaciones V2V y V2I.

Así, por ejemplo, el grupo General Motors planteó 7 escenarios en un prototipo de sistema cooperativo [21]:

- Aviso de zona de obras.

El sistema de comunicaciones V2I informa a los vehículos que se aproximan a una zona de obra de dicha incidencia. La señal es emitida desde la propia zona de obras.

- Comunicaciones en intersecciones.

Los vehículos que se aproximan a una intersección se comunican entre sí, analizándose la prioridad y la necesidad de frenar en cada uno de ellos con el fin de evitar una posible colisión.

- Circulación de un vehículo lento más adelante.

Los vehículos circulando por la misma vía se comunican de forma que se puede detectar la circulación de un vehículo a menor velocidad delante, previniendo accidentes por alcance.

- Aviso de vehículo detenido más adelante.

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Un vehículo detenido en la calzada o en el arcén emite una señal, previniendo con antelación a los vehículos que se acercan a él.

- Supervisión del ángulo muerto.

Mediante comunicación entre vehículos es posible indicar al conductor d que una maniobra de cambio de carril es peligrosa al encontrarse un vehículo en dicho carril en el ángulo muerto que el conductor no percibe con facilidad.

- Aviso de vehículo de emergencias aproximándose.

Un vehículo de emergencias emite una señal de forma que los demás usuarios que se encuentran en su camino están avisados y pueden realizar maniobras de forma más segura y eficiente para dejarle paso.

- Aviso de frenada de emergencia de un vehículo más adelante.

Un vehículo que realiza una frenada de emergencia (detectada por actuar el ABS) emite una señal para que los vehículos que se aproximen a él por la misma vía tengan en cuenta que ha sucedido un hecho anómalo en el tráfico con lo que tienen que circular con precaución.

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Figura 3.7. Escenarios planteados en el sistemas propuesto por GM.

Si bien resulta compleja una estimación del efecto sobre la seguridad de estos sistemas, sí se puede cuantificar cual es el marco de accidentes que podría evitar:

• Colisión contra vehículo estacionado o averiado en calzada.

• Accidentes por alcance.

• Accidentes laterales o frontolaterales en intersecciones.

• Accidentes laterales o frontolaterales en cambio de carril.

Trabajando a partir de la base de datos estadística de los accidentes con víctimas de la DGT se obtienen los resultados mostrados en la tabla siguiente, que denotan una incidencia potencial muy alta:

Tipo de accidente Nº accidentes Nº muertos Nº heridos graves

Colisión contra vehículo estacionado o averiado en calzada

895 35 185

Accidentes por alcance 16578 325 2095

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Accidentes laterales o frontolaterales en intersecciones

19294 382 3317

Accidentes laterales o frontolaterales en cambio de carril

10590 544 2631

TOTAL 47357 1286 8228

INCIDENCIA POTENCIAL 52.0 % 29.0 % 37.6 %

Tabla 3.1. Evaluación de accidentes sobre los que podría incidir el sistema V2V de GM (datos del año 2005).

3.1.3.3 Sistemas cooperativos como alternativa o soporte a otros sistemas autónomos

Las comunicaciones entre vehículos pueden ser empleadas para la realización de funciones que sistemas autónomos en un vehículo ya desempeñan o dar soporte a éstos para mejorar sus prestaciones. Algunos ejemplos son los siguientes:

Control de crucero adaptativo ACC

Se adecua la velocidad a la del vehículo precedente con el fin de mantener una cierta distancia de seguridad. En la actualidad, este tipo de sistemas, que montan ya diversas marcas en sus modelos, mayoritariamente de alta gama (Mercedes, BMW, Toyota, Volkswagen, etc.), están basados, en general, en el uso de radar en el frontal del vehículo con el que detectan la proximidad de otros vehículos. En el campo de los V2V, esta distancia puede obtenerse de la comunicación entre vehículos si todos son capaces de emitir su posicionamiento con suficiente precisión.

Figura 3.8. Ilustración del sistema ACC de Mercedes Benz.

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Se ha encontrado que la mera detección de obstáculos no es suficiente en el entorno de la conducción. Así, por ejemplo, en una curva, un coche que circulase en sentido contrario por el carril opuesto podría ser interpretado como un peligro (cuando, en general, no lo es) y provocaría una respuesta brusca del sistema. Además de la geometría compleja de la carretera, es preciso tener en cuenta el comportamiento del conductor y los demás usuarios de la vía, lo que complica aún más la predicción de las trayectorias futuras. La comunicación entre vehículos y el uso de mapas digitales detallados, junto a un posicionamiento preciso son las soluciones que se están proponiendo. Evidentemente, estas soluciones pasan por niveles de precisión del posicionamiento y detalle en los mapas, en general, superiores a los actuales empleados con fines de navegación, como se citará más adelante.

Figura 3.9. Dificultad en la detección de obstáculos [22]

Supervisión de ángulos muertos

Esta supervisión es una de las configuraciones analizadas dentro de los sistemas V2V antes presentados, si bien puede abordarse por medio de métodos de sensorización en el vehículo, en la misma línea que el control de crucero adaptativo.

Detección de otros vehículos u obstáculos en general

Esta aplicación supone la generalización de sistemas como los anteriores a cualquier tipo de obstáculo en cualquier posición. Se han desarrollado extensos trabajos sobre la sensorización necesaria en el vehículo para cubrir los requerimientos de detección en las diferentes zonas alrededor del vehículo, probando la idoneidad de las diferentes tecnologías existentes (radar, lidar, visión artificial, ultrasonidos, infrarrojos, etc.). En este sentido, cabe destacar el proyecto Chamaleon [23] por su amplitud de enfoque.

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Figura 3.10. Monitorización completa en el vehículo

Estos sistemas tienen la ventaja de que su funcionamiento es independiente de los sistemas que monten los demás vehículos y permite la detección (y la identificación, en ocasiones) de obstáculos que no sean vehículos (peatones, por ejemplo). Estas ventajas no las comparten los sistemas basados en comunicaciones entre vehículos, si bien sí proporcionan un mayor alcance en la monitorización del entorno, pudiendo adelantar las alertas y decisiones, todo a cambio de un cierto nivel necesario de penetración de estos sistemas en el mercado.

Detección de señales de tráfico

Esta se puede realizar mediante el procesamiento de imágenes, mostrándola en el cuadro de instrumentos al conductor. Sin embargo, este sistema presenta problemas de percepción de las señales en condiciones atmosféricas o de iluminación adversas y, sobre todo, en caso de ocultación parcial o total de las mismas. La comunicación V2I puede solventar tales carencias, si bien requiere la instalación de balizas en la ubicación de las señales que proporcionen la información correspondiente.

Figura 3.11. Reconocimiento de imágenes y proyección sobre el parabrisas.

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Aviso de velocidad recomendada (Curve Speed Warning system CSW, Intelligent

Speed Adaptation system ISA)

Los sistemas autónomos están basados en el uso de la información contenida en un mapa electrónico que incluye las velocidades máximas de circulación (en general, los límites legales) o características detalladas de la carretera que permitan el cálculo de la velocidad óptima en función de las condiciones [24]. La comunicación entre vehículos puede proporcionar mejoras sobre el sistema básico. En concreto, permite que el sistema conozca las condiciones del tráfico, la calzada y la meteorología con lo que se pueden ajustar los límites de velocidad a factores cambiantes que, de otra forma, sería complejo tener en cuenta.

En este sentido, las nuevas generaciones de mapas electrónicos con mayores especificaciones de detalle y precisión suponen una herramienta fundamental. Así, se pasa de lo que se podría denominar un “mapa para la navegación” a un “mapa para la seguridad” [25][26]. En concreto, se establecen como características fundamentales la fiabilidad, la completitud y la precisión, lo que involucra nuevas formas de construcción, manejo, mantenimiento y distribución de los mapas digitales. Todo lo anterior involucra [27]:

- Nuevos sensores y sistemas de recogida y procesamiento de las medidas.

- Nuevas técnicas de validación de datos y de verificación de la consistencia de la base de datos.

- Nuevas soluciones de comunicación para favorecer la coordinación de datos.

- Nuevas herramientas para la distribución y actualización de la base de datos.

3.1.4 Sistemas de seguridad terciaria

La seguridad terciaria, incluida en algún modelo de seguridad como la última fase de la seguridad secundaria, hace referencia a las acciones una vez que se ha producido el accidente.

Las acciones que se pueden tomar son de muy diversa índole y están encaminadas, en su mayoría, a la evitación, en la medida de lo posible, de efectos negativos adicionales a los ya sufridos en el propio impacto, tales como los causados por demoras en la llegada de equipos de asistencia, fuegos que se pudiesen generar tras el choque, incidentes con otros vehículos al quedar los accidentados en la calzada, etc.

Además, es destacable otra línea de actuación complementaria que es la de recabar datos del accidente, bien para suministrarlos a los servicios de emergencias, bien para su empleo posterior en análisis de accidentes, de componentes, etc.

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La siguiente relación muestra algunos ejemplos de sistemas incluidos dentro de la categoría de sistemas de seguridad terciaria:

- Sistema de aviso de emergencia automático.

- Grabación de los datos del accidente y previos a éste.

- Corte de alimentación de combustible.

- Corte de la batería.

- Desbloqueo de puertas automático.

- Sistemas automáticos de extinción de incendio.

- Activación de los intermitentes.

- Sensores biométricos para identificación de los ocupantes.

3.1.4.1 Llamada de emergencia (e-call)

La seguridad terciaria tiene por objetivo fundamental evitar las secuelas derivadas de las lesiones producidas en el accidente (actúa después del accidente), mediante la mejor atención de las víctimas, tanto en primeros auxilios como en evacuación y asistencia inmediata en los centros más específicos para cada tipo de lesión. La llamada de emergencia es un sistema que pueden activar los ocupantes del vehículo o hacerlo éste de forma automática a partir de las señales de sensores embarcados. Así, el vehículo podrá entrar en contacto con los servicios de auxilio o de asistencia (por activación del conductor o por el propio vehículo) en caso de accidente y proporcionar información sobre el mismo útil en la fase de rescate.

La justificación para este sistema se fundamenta en las siguientes estimaciones, entre otras:

- Una rápida respuesta médica disminuiría los muertos por accidente de tráfico en un 11% y los discapacitados en un 12%.

- 250 muertes en accidentes de tráfico en las carreteras galas son debidas al fallo en la alerta de los servicios de emergencia después de que ocurra un accidente. La gravedad de los efectos de los accidentes disminuye en caso de que la asistencia se proporcione rápidamente.

- Un estudio llevado a cabo por la Comisión Europea (IST-1999-14093 LOCUS Location of Cellular Users for Emergency Services) indica que un 10% de reducción de víctimas en carretera puede ser alcanzado mejorando el tiempo de respuesta si se disponen de datos más fiables de la localización del accidente.

- En [28] se recogen estudios de coste beneficio que arrojan cifras significativas que apoyan el desarrollo del sistema.

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En la actualidad, los operadores de infraestructura y las autoridades dependen de la notificación de los accidentes a través del teléfono (fijo y móvil) o a través de los datos provenientes de cámaras de video, radares u otros equipamientos similares. En el caso especial de las llamadas telefónicas, la localización del accidente o incidente no puede ser determinada con exactitud en el 40% de los casos.

En un sistema completo de e-call, los elementos que intervienen son los siguientes:

- Dispositivo en el vehículo.

El sistema embarcado debe recibir la señal del GPS para conocer la localización del vehículo y señales de sensores que activan la llamada en caso de que detecten emergencia y el conductor no la realice previamente. La llamada se dirige a los centros de recepción de llamadas de emergencia y se transmiten los datos relevantes para la actuación.

- Centro de recepción de llamadas de emergencia.

El centro recibe la llamada realizada desde el vehículo y, además de la comunicación por voz, dispone de los datos suministrados de la localización y del accidente. En la llamada, en el entorno europeo, resulta muy importante el disponer de las herramientas oportunas para que el conductor sea atendido en su idioma, con independencia del país en el que esté.

- Servicios de emergencia

Al canalizar la llamada de emergencia a los servicios oportunos, éstos reciben la información del accidente que les sea precisa para su actuación.

- Proveedor privado de servicios.

Opcionalmente, también se puede tener conexión con servicios privados de asistencia en carretera. Una vez enviados los datos esenciales al centro de recepción de llamadas de emergencia, el sistema embarcado también puede proporcionar una información ampliada a un servicio privado de asistencia.

De esta forma, se reduce la gravedad de las lesiones, se incrementa la probabilidad de supervivencia y se mejora la gestión del accidente a través de dicha respuesta rápida y se agiliza la gestión del siniestro.

Los centros de atención de llamadas de emergencia pueden ser públicos o privados y se requiere una gran coordinación en los distintos países para que tales llamadas sean tratadas adecuadamente. A su vez, los centros de emergencias (ambulancias, bomberos, etc.) deben tener convenientemente preparados los sistemas de recepción de avisos para poder disponer de toda la información necesaria antes de llegar al lugar del accidente y actuar de una forma más eficaz.

El paso más avanzado sobre este tipo de sistemas lo constituye el denominando e-call avanzado, cuyo propósito es ofrecer una atención más rápida y eficaz, con lo que el vehículo accidentado debería ser capaz de emitir información relativa a él mismo, los ocupantes y el accidente. Esta información está condicionada por los sensores

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disponibles en el vehículo. En el caso ideal, se plantea la transmisión de datos como los siguientes:

- Localización del accidente (por medio de GPS)

- Dirección que llevaba el vehículo en el momento del accidente (aspecto crítico en autopistas y autovías)

- Hora del accidente

- Datos del vehículo como marca, modelo,...

- Estado del vehiculo: fuego, fugas de combustible, sumergido,…

- Especificación del modo de activación de la llamada

- Estado de los ocupantes: número de ocupantes, características, estado de los ocupantes,…

- Monitorización de signos vitales por medio de sensores biométricos avanzados

- Severidad de las lesiones: severidad de la colisión, velocidad de impacto, dirección y trayectoria seguida, tipo, empleo del cinturón de seguridad,…

- Vídeo del exterior y el interior del vehículo

Algunos controladores de sistemas inteligentes de retención incorporan opciones de grabado de datos, si bien se debe garantizar que el dispositivo resista el impacto y los datos almacenados no resulten dañados. Esta información resulta de utilidad para los fabricantes, en la reconstrucción de accidentes y para los servicios de emergencia.

Según [28], para la implantación de los sistemas e-call a nivel europeo existen una serie de obstáculos de diferente índole.

� Obstáculos técnicos:

- Falta de homogeneidad entre los servicios de actuación en caso de emergencia en los diferentes países.

- Las pérdidas de señal del sistema de posicionamiento GPS genera discontinuidad en el servicio de e-call.

- Existen problemas en la transmisión simultánea de la llamada de voz y la transmisión de datos como mensaje de texto.

- Deben realizarse pruebas extensas de funcionamiento del sistema antes de que los fabricantes realicen grandes inversiones.

� Obstáculos financieros:

- Algunas iniciativas se han paralizado ya que no está claro quien debe sufragar los costes (fabricante, usuario o la Administración).

- El modelo de negocio europeo de e-call no está claro.

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� Obstáculos políticos:

- La puesta en marcha de un sistema europeo de e-call conllevaría la implicación de las Administraciones de cada país. Sin embargo, no todos ellos tienen las mismas prioridades.

- La Unión Europea debe fijar un marco adecuado para la implantación generalizada.

- La colaboración público-privada puede resultar compleja.

� Obstáculos legales:

- Como ya se ha apuntado, la Unión Europea debe fijar el marco normativo a aplicar.

- Pueden surgir problemas de protección de datos y de responsabilidad en caso de que el sistema no funcione.

� Obstáculos sociales:

- En las primeras fases de introducción, los usuarios pueden apreciar más evidentes las desventajas que las ventajas del sistema.

3.2 Circulación informada / asistida

El concepto de circulación informada y circulación asistida recoge aquellos sistemas que permiten que el transporte por carretera sea más confortable, lo que, a su vez, redunda en mayor seguridad y eficacia. Es más, si atendemos a la idea del modelo de seguridad integrada, muchos de los sistemas que incluimos en este epígrafe tienen cabida dentro de la fase de circulación normal.

3.2.1 Sistemas de navegación

3.2.1.1 Sistemas convencionales de elección de ruta

El objetivo de un sistema de navegación y guiado es indicar el camino más rápido / simple / corto para ir desde un punto a otro, basándose, inicialmente, en el tipo y geometría de las carreteras, aunque la meteorología o el tráfico pueden condicionar la ruta calculada, si se dispone de tales datos. El concepto de navegación en carretera ha variado notablemente desde que se implantaron los primeros sistemas en Europa en la década de los 90. La evolución, desde un punto de vista conceptual, ha estado encaminada, como ya se ha indicado, hacia una mayor cobertura, más contenido y mayor precisión.

La incorporación de sistemas de navegación en los vehículos automóviles ha sido notable en los últimos años, como se puede apreciar en las figuras siguientes.

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Figura 3.12. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de navegación en Europa [29]

Figura 3.13. Evolución de la venta de vehículos equipados con sistemas de navegación en Estados Unidos [29]

Los componentes de un sistema de navegación básico son:

- Dispositivo de detección de la ubicación, incluyendo sensores para

la determinación de la orientación del vehículo.

- Unidad de memoria con los datos de carreteras en formato digital.

- Dispositivo para introducir la meta.

- Unidad de cálculo de la ruta en función de los parámetros fijados por

el usuario.

- Sistema de información al usuario.

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El detalle de los mapas y las posibilidades de cálculo permiten mayores funcionalidades a partir de localizaciones más precisas. Para una navegación precisa, se cifran los atributos tratados por el sistema en cerca de los 150, incluyendo nombres de calles, restricciones de circulación, particularidades de ciertas secciones según la hora o el día de la semana, localización de puntos de interés, velocidad esperada, etc.[30]. La optimización de rutas atendiendo a diferentes criterios, la combinación con datos del tráfico, etc., permiten una mayor personalización del navegador y de los resultados que éste proporciona al usuario. El soporte electrónico para la información de los mapas debe tener un compromiso entre velocidad de acceso y capacidad, compatibles con el funcionamiento del sistema.

El posicionamiento dentro del mapa electrónico se hace, generalmente, a través de la señal recibida por un receptor GPS, reduciéndose el error notablemente si éste es de carácter diferencial. Sin embargo, en zonas de sombras (túneles, proximidad a edificios altos o en zonas boscosas) esta señal suele perderse [31]. Si bien pérdidas de corta duración no resultan significativas, pérdidas más prolongadas pueden no ser admisibles. Para solucionar tal circunstancia, se puede recurrir al posicionamiento, relativo respecto a un origen, que se obtiene por medio de otros sensores tales como sensores de giro de las ruedas (de donde se deduce la distancia recorrida y los giros por la diferencia de giro entre ruedas interiores y exteriores), sondas del campo magnético o giróscopos. El principal inconveniente de estos sistemas es la acumulación de error que obliga a correcciones periódicas empleando otros sistemas.

Las exigencias sobre el procesador de cálculo de rutas es cada vez mayor, dado que se exige que proporcione la ruta óptima según los parámetros fijados y que la recalcule con gran celeridad en caso de que el conductor no siga alguna de las indicaciones.

La unidad de presentación de avisos ha evolucionado notablemente en los últimos años a una gran velocidad, llegando a dispositivos que representan el mapa electrónico de la zona en cuestión, a una escala seleccionable, muestran las maniobras que deben realizarse y las reproducen en mensajes hablados para reducir la inatención del conductor.

Las características más valoradas incluyen el cálculo de rutas, la rapidez del sistema, su facilidad de usos y las informaciones que proporciona por pantalla y por voz [32]. En [33] se destacan, en el plano físico, las siguientes mejoras:

- Pantallas, logrando mayor calidad en la información visualizada, más definición y colores, y permitiendo una más fácil interacción a través de pantallas táctiles.

- Ergonomía y seguridad al integrar el sistema de una forma más funcional al alcance del conductor, minimizando el tiempo de manipulación.

- Visualización y reproducción de mensajes con menús más intuitivos, utilizando elementos visuales o representaciones simbólicas para representar ciertas situaciones complejas.

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- Utilización de bases de datos fonéticos para mejorar los mensajes al conductor.

- El desarrollo de los sistemas de navegación ha sido tal que, en la actualidad, resulta sencilla la integración de tal funcionalidad en una agenda electrónica [34].

Como se ha indicado, los elementos básicos de un sistema de elección de ruta son: mapas digitales, un sistema de posicionamiento, un sistema de elección de ruta, ya sea antes del viaje o durante el viaje, un sistema de guiado, que orienta al conductor a través de la ruta seleccionada, una interfaz, y un sistema de comunicación inalámbrico. Los criterios generales de elección de ruta son la minimización de la distancia y el coste del conjunto de desplazamientos que debe realizar un vehículo.

Estos sistemas de elección de ruta admiten una primera división en:

- Sistemas basados en algoritmos estáticos, que eligen la ruta con el criterio de distancia mínima o tiempo mínimo (en este último caso, a partir generalmente de las velocidades nominales de las vías).

- Sistemas basados en una estimación de los tiempos de desplazamiento reales en las distintas rutas, a partir de datos históricos de intensidades de tráfico.

- Sistemas basados en una estimación en tiempo real de los tiempos de desplazamiento, a partir de la recepción de datos de tráfico procedentes de un centro de información. La información recogida por el centro puede proceder de detectores convencionales, como bucles magnéticos, o de vehículos que estén utilizando las diferentes rutas, lo cual se aproxima al método del coche flotante que se tratará más adelante. Estos sistemas incluyen también una predicción de las condiciones de tráfico a corto plazo, así como estimaciones de los posibles impactos de incidentes de tráfico. El desarrollo de los algoritmos de cálculo de las rutas óptimas está siendo un campo muy activo de investigación durante los últimos años.

Existen diversos estudios que analizan la efectividad de los sistemas de navegación. N concreto, se pueden citar estimaciones de reducciones de accidentes esperables de hasta el 4% [35] y mediciones de disminuciones en el tiempo de viaje del 10%.

3.2.1.2 Sistemas de navegación dinámica

Si bien las aplicaciones más simples comprenden el guiado desde un punto de origen hasta uno de destino seleccionado por el conductor, el aumento de la información que puede ser proporcionada al vehículo de forma dinámica hace que el cálculo de la ruta óptima pueda estar condicionado por más variables que mejoren los resultados de un navegador estándar. Así, por navegación dinámica se hace referencia a aquel tipo de navegación que recalcula la ruta para alcanzar un determinado objetivo prefijado en función de incidencias transitorias como retenciones, cortes de la vía, etc., que se van

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detectando (antes de llegar a las mismas) a través de comunicaciones con los centros de distribución de información.

En esta línea, el proyecto ADVANCE, entre 1991 y 1995, es el primer proyecto a gran escala de cálculo de ruta dinámica en Estados Unidos. Se comprobaron ahorros en el tiempo de viaje del 4% en condiciones normales y la capacidad de detectar incidentes para que los usuarios los evitasen. Los principales problemas se encuentran en la recolección, procesamiento y distribución de la información [35].

Por otra parte, VICS (Vehicle Information and Communication Systems), en Japón, integra sistemas de navegación dinámica que toma información de carretera y del tráfico en tiempo real. Conociendo los puntos de congestión y otras restricciones, el sistema determina la ruta más conveniente según el destino y puede recalcular de forma continua el tiempo de llegada. El éxito de VICS se debe a la buena información de las carreteras y otras variables de influencia, aspecto que no siempre es alcanzable al estar involucrados numerosas entidades públicas y privadas [36].

El cálculo de los beneficios esperados por la generalización de estos sistemas presenta varias incertidumbres importantes. La primera se refiere a los algoritmos de asignación dinámica de tráfico y a la estabilidad de las predicciones de tiempos de viaje. El desarrollo continuo de estos algoritmos hace además difícil establecer las ventajas de los métodos dinámicos frente a los estáticos. La segunda concierne a la calidad de los datos recibidos en el centro de información. En la actualidad, y dado que el porcentaje de vehículos equipados con este sistema es todavía pequeño, los datos de intensidades de tráfico y velocidades en distintos puntos de la red se recogen casi exclusivamente a través de detectores en la infraestructura como se presentará en el epígrafe siguiente, lo que conduce a que las velocidades de desplazamiento en distintos tramos son estimadas de manera indirecta. El crecimiento del número de vehículos equipados debe, en principio, aumentar la exactitud de los datos y, con ello, de las predicciones.

3.2.2 Monitorización de las condiciones del tráfico

Las nuevas aplicaciones dinámicas implican una actualización continua de los datos. Por ejemplo, los sistemas de control de la velocidad de carácter dinámico emplean variables como las condiciones atmosféricas o la adherencia de la calzada para establecer las velocidades seguras. Estos efectos transitorios deben ser captados y procesados en tiempo real. En la gestión del tráfico, la localización de retenciones o incidentes resulta vital, y las demoras en la transmisión de tal información pueden hacer que ésta pierda gran parte de su valor. Para tales usos e, incluso, para un sistema de navegación eficiente de características dinámicas como el presentado en el epígrafe anterior, no son suficientes actualizaciones mensuales o semestrales. Resulta de gran importancia identificar qué grado de actualización requiere cada aplicación y qué tecnología lo puede proporcionar.

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Para adecuarse a las exigencias anteriores, se plantean dos soluciones fundamentales:

- Distribución de sensores en la infraestructura que transmitan la información a los centros de control, como detectores de intensidad y velocidad, así como la incorporación de cámaras de video.

- Incorporación de vehículos sensorizados que transmitan la información a un centro de control que se encargue, tras el procesamiento adecuado de la misma, de su distribución al resto de usuarios [20][27][28].

En la primera se están desarrollando grandes esfuerzos para la estimación de variables a partir de otras medidas como para el procesamiento automático de las imágenes captadas, intentando localizar, por ejemplo, incidentes o retenciones.

En la segunda, los vehículos están dotados de GPS y alguna tecnología de comunicación y periódicamente mandan información. Esta información es centralizada y tratada y reenviada a otros usuarios. Nótese que la información necesaria, que debe ser convenientemente codificada para la transmisión, está en el bus de comunicaciones de los vehículos actuales. Son de particular interés:

- La trayectoria del vehículo.

- La velocidad del vehículo.

- La actuación del limpiaparabrisas o la señal del sensor de lluvia.

- La medida del termostato externo.

- La activación de las luces (freno, emergencia, anti-niebla, etc.)

- Indicaciones de los sensores que controlan la dinámica del vehículo.

- Estado de los sistemas de asistencia al conductor.

Una vez recogida la información en los centros de control, es preciso analizarla, eliminar la errónea, decidir en caso de tener datos contradictorios y combinarlos con datos que provienen de fuentes externas.

El uso de vehículos flotantes es una solución eficiente para determinar tiempos de trayecto cuando se compara con otras soluciones de instrumentos estáticos en la infraestructura, si bien hay problemas en cuanto al retardo de la información y al posible bajo nivel de vehículos de estas características en un tramo de carretera. Así, como uno de los retos es mantener un equilibrio entre coste y detección de incidentes lo antes posible, con el fin de obtener una información fiable y útil, se ha establecido que es necesaria una penetración de unidades sensorizadas en el parque de vehículos del 1% - 5%.

También es preciso tener en cuenta que, si hay varios centros receptores de información o de gestión de la misma, las comunicaciones entre los mismos pueden mejorar los datos suministrados a los usuarios.

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Como ventaja de este tipo de sistema de actualización, se puede destacar que, un alto porcentaje de los vehículos actuales ya poseen muchos de los sensores y equipos necesarios para desarrollar esta labor, siendo necesario, únicamente, establecer el protocolo de comunicación con un centro de recogida y procesamiento de la información de los diferentes “vehículos flotantes” [38]. La independencia entre el vehículo y la infraestructura posibilita el uso del sistema en cualquier tipo de vía.

3.2.3 Aplicaciones de seguridad frente a robos y otros actos delictivos (security)

Las aplicaciones destinadas a la seguridad frente a robos están más orientadas al transporte de mercancías, si bien muchas son extensibles a cualquier tipo de vehículo, habiéndose incluido ya en vehículos de alta gama. Así, se ha planteado la monitorización continua del vehículo y su posición y/o de la carga transportada. Este aspecto se hace especialmente crítico en el transporte de mercancías peligrosas.

Al nivel de la infraestructura se plantea que existen puntos tales como puentes y túneles susceptibles de sufrir actos terroristas, por lo que se estima la necesidad de implantar sistemas de supervisión que no impliquen costes excesivos ni destinar un gran personal, lo que requiere un procesamiento lo más automatizado posible.

3.2.4 Sistemas de diagnosis remota y asistencia

La introducción de nuevas funcionalidades dentro del vehículo, apoyadas muchas de ellas, en mayor o menor medida, en desarrollos electrónicos, ha permitido aumentar las prestaciones de todo tipo, como ya se ha indicado. Sin embargo, esto ha llevado a que, si no se quiere perjudicar los objetivos de fiabilidad y disponibilidad, sea necesaria la aplicación de técnicas de comprobación de buen funcionamiento de forma más asidua.

Antiguamente, hasta la década de los 70, el mantenimiento y la diagnosis eran realizadas por los propietarios de los vehículos y por pequeños talleres, donde se comprobaba qué funcionaba y qué no. En la actualidad, esto no es necesario y debe recurrirse a nuevas tecnologías de ensayo y sensorización en dichas tareas de comprobación. Es decir, las técnicas de diagnosis han evolucionado en paralelo con los avances del propio vehículo. La diagnosis electrónica en el vehículo, tal y como se la conoce hoy, empezó a difundirse en la década de los 80 (aunque los trabajos comenzaron una década antes) a partir de las exigencias de reducción de contaminación.

Desde un punto de vista amplio, la diagnosis se puede dividir en dos grandes grupos, que no son excluyentes, sino que se complementan:

- Diagnosis interna o a bordo.

- Diagnosis externa.

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Diagnosis interna

Así, en el vehículo, la electrónica embarcada puede realizar un primer “auto-diagnóstico” de los sistemas, registrando las posibles anomalías de funcionamiento detectadas. Es lo que se denomina diagnosis a bordo (On-Board Diagnosis). Las unidades de control electrónico se han diseñado, como se ha indicado, para poder intercambiar información a través de un bus de comunicaciones con el resto de unidades y con la unidad central, la que, a su vez, permitirá la conexión a los equipos externos que leerán la información almacenada. Además, la diagnosis interna ofrece una información al conductor a través de los indicadores luminosos pertinentes (siguiendo una simbología normalizada) y, en la actualidad, mediante mensajes cortos o mensajes de voz, de los fallos detectados, si bien, no de su causa.

La diagnosis interna implica la comprobación continua de puntos del sistema predefinidos, la detección de fallos y su correspondiente almacenamiento e información al conductor y la realización de diagnósticos de las causas de fallo, lo que está en consonancia con las capacidades de “razonamiento” de las unidades de control electrónicas del vehículo.

Este tipo de diagnosis puede presentar dos tipos de errores: no detección de fallos reales y falsas alarmas de fallos no existentes. Estas situaciones se pueden dar por diversos motivos, como son las señales de ruido presentes en el sistema o la inevitable divergencia entre sistema y modelo, aunque éste se haya construido a partir de principios teóricos y comprobaciones y ajustes empíricos posteriores.

Por otra parte, la decisión final de diagnosis de fallo ha implicado la utilización de diversas herramientas como modelos estadísticos, inteligencia artificial, pruebas sucesivas con instrumentación adicional, etc. Una solución es la elaboración de árboles de decisión sobre los que trabaje el sistema experto de diagnóstico. Esto implica un estudio pormenorizado del sistema, de los subsistemas y de las interrelaciones entre ellos con el fin de tener identificados los fallos y sus causas. Otra alternativa es recurrir a redes neuronales, las cuales precisan de un tiempo de entrenamiento que permita que se ajuste al sistema concreto analizado. Puesto que se logra con esta herramienta un alto grado de fidelidad con el sistema, se pueden emplear estas redes en la estimación de salidas y en funciones de control. Por último, cabe indicar que la lógica borrosa aporta soluciones en un entorno complejo, en el que muchos de los parámetros no son conocidos y es difícil modelizar físicamente el conjunto en su totalidad. Esta posibilidad, además, conduce a la obtención de respuestas en un menor tiempo, dada la naturaleza de las leyes lógicas.

Diagnosis externa

Por otra parte, la diagnosis externa implica el uso de unidades externas de procesamiento, si bien, en sus orígenes, se reducía a la inspección visual del mecánico y al uso de herramientas tradicionales de medida. En este grupo de diagnosis externa, a su vez, existen dos posibilidades (diagnosis externa en taller y diagnosis externa remota), si bien la última está todavía en desarrollo.

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La diagnosis externa actual en taller implica la utilización de hardware y software específicos que permiten la conexión al vehículo (terminal OBD) y el registro de los códigos de error almacenados por la unidad de control central. Además de la conexión a los datos registrados en la unidad central, se pueden realizar pruebas en las que se evalúen las entradas, salidas y cálculos internos de los procesadores, con el fin de detectar dónde se encuentra el fallo.

En cuanto a la comunicación entre el vehículo y el equipo externo de diagnosis tiende a dejar de ser física y pasar a una conexión inalámbrica (Bluetooth, más enfocada a comunicaciones dentro del vehículo, y Wi-Fi, con mayores velocidades de transmisión de datos y más enfocada a la conexión con una unidad externa).

El concepto de diagnosis externa remota va más allá e implica la conexión inalámbrica entre el vehículo y un centro de asistencia que procesará los códigos de error, y proporcionará las acciones que deben realizarse, así como indicará al taller las tareas que debe acometer, si fuese preciso. Sin duda, esto redundará en una mayor rapidez de respuesta ante una avería. Como se puede observar, estos aspectos están en línea con lo tratado en apartados anteriores sobre el uso de las telecomunicaciones en el mundo del automóvil.

Figura 3.14. Flujo de información en el sistema de diagnosis remota [40]

Para que la información procesada sobre el funcionamiento del vehículo sea enviada remotamente a los talleres o centros de atención al cliente, se plantean diferentes soluciones:

- Uso de balizas en la carretera, que permiten leer las señales emitidas por los vehículos a su paso, y se encargarían del envío de la información a los centros oportunos si se detectase un fallo.

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- Uso de los satélites de comunicaciones y posicionamiento para permitir la comunicación entre el taller y el vehículo, el cual, tras una petición del centro fijo, emitiría la información correspondiente a su localización y su estado. Sería, entonces, el taller o centro de atención, el encargado de tomar las decisiones oportunas ante un fallo detectado.

El uso de la diagnosis remota permitirá la reducción del tiempo de respuesta ante una avería, aspecto muy beneficioso para los usuarios, sobre todo en el caso de flotas y transportes comerciales.

Entre las aplicaciones en este campo, se puede destacar, a modo de ejemplo, el Driver Helper que hace un diagnóstico preliminar, indica la posición de talleres cercanos y envía la información relevante al centro de atención del servicio de asistencia.

3.2.5 Información al viajero

Bajo el epígrafe de información al viajero, se pueden encuadrar sistemas de muy diferente índole. En concreto, las diferenciaciones más relevantes se pueden plantear a dos niveles:

Según el individuo al que va dirigida la información:

o Conductor como, por ejemplo, los paneles de información variable o los mensajes a través de canales específicos de radio sobre la situación del tráfico

o Viajero como información sobre el tiempo de espera estimado para que llegue el transporte público o información sobre los cambios de modos en un trayecto determinado

Según el momento de proporcionar la información

o Antes del viaje para la planificación de rutas, modos a usar, etc, aprovechando puntos específicos de información en la infraestructura (por ejemplo en intercambiadores) u obtener la información a través de conexiones que haga el viajero a Internet.

o Durante el viaje para adelantarse a situaciones como retenciones, incidencias, etc, o para obtener información general como localización de áreas de descanso,….

En los sistemas orientados al conductor, aunque se plantean como sistemas para fomentar la circulación informada, muchos de ellos tienen claras connotaciones dentro del ámbito de circulación segura. Así, por ejemplo, los paneles de información permiten prevenir a los conductores de condiciones particulares del tráfico y el entorno como condiciones meteorológicas adversas (para moderar la velocidad), retenciones (para evitar accidentes por alcance), etc. Diversos estudios realizados en esta materia muestran estimaciones en la reducción de accidentes con la implantación de estos

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sistemas, como se recoge en la tabla siguiente. Se ha comprobado que los avisos proporcionados de condiciones meteorológicas adversas conducen a reducciones significativas de la velocidad y a la adopción de conductas más seguras.

Información País Reducción de accidentes en

proyecto

Reducción de accidentes por

sistema

Referencia

Varios 65 % de

accidentes con

peatones

41 % de todos los

accidentes con

heridos

16 % de los accidentes por

alcance

[41]Control de la velocidad

Reino Unido 28 % de accidentes con

heridos

Alemania 10-30 % de los accidentes [42]

Suiza 35 % de todos los accidentes

con heridos

Meteorología Varios (Europa)

30 – 40 % [43]

Tabla 3.2. Efectividad de los paneles de información variable

Por otra parte, un estudio de simulación realizado para la zona metropolitana de Washington ha demostrado la validez de los sistemas de información al viajero para una mejor planificación del viaje y, así, evitar retrasos. Las mejoras en este sentido, se estimaron superiores al 50 % [44]. Otros estudios muestran que los sistemas de información logran modificaciones en las rutas seguidas por los usuarios en un porcentaje significativo, mostrando un alto grado de satisfacción con el sistema [45]. Este grado de satisfacción por parte de los usuraos también se ha comprobado en la información proporcionada en ruta y no sólo en la planificación previa del viaje [46].

3.3 Circulación eficiente

Por circulación eficiente debe entenderse un concepto amplio que abarque, tanto objetivos individuales como objetivos colectivos. Así, dentro de este epígrafe se recoge

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la reducción del impacto medioambiental de la circulación por carretera, la reducción de la congestión del tráfico o la gestión más eficaz de flotas de transporte de viajeros o mercancías.

3.3.1 Gestión del tráfico urbano

La mejora del tráfico urbano pasa por lograr medidas que, manteniendo los objetivos perseguidos por los usuarios de forma individual, permitan alcanzar unos objetivos sociales globales. La idea principal radica en la provisión de información precisa y a tiempo antes y durante el viaje con lo que se pueda hacer uso de la infraestructura disponible de la mejor forma posible, lo que implica nuevos sistemas y servicios en el vehículo, así como su interacción con la infraestructura. En este sentido, se plantean como grandes retos la consistencia de las bases de datos, su conectividad y los interfaces de usuario.

Como se puede observar en la figura siguiente, las mayores aportaciones de las TICs se encuadran en la gestión del tráfico, incidiendo sobre mapas electrónicos y sistemas de información. Los nuevos sistemas de gestión de tráfico deben desarrollarse sobre flujos de información que proviene del conocimiento de los patrones usuales de viajes y de una red de sensores distribuidos por la infraestructura o con vehículos flotantes para monitorizar el tráfico. Esto puede conducir a la gestión dinámica y flexible de carriles y rutas.

Figura 3.15. Soluciones para la mejora del tráfico urbano e indicación de las áreas en las

que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])

87


El ejemplo más característico de gestión del tráfico urbano es el control coordinado de lo semáforos, para armonizar el flujo de tráfico en una zona. Su efecto ha sido analizado y se han comprobado mejoras significativas en cuanto a reducción de accidentes (18% en Estados Unidos y 30% en Europa [43]¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.).

Un caso particular que debe ser citado corresponde a los corredores para servicios de emergencias en los que se gestiona el tráfico (principalmente los semáforos) para dar prioridad a estos vehículos. Esta filosofía también se puede extender en alguna medida para el transporte público.

3.3.2 Reducción de impacto ambiental

Se estima que las mejoras en la eficiencia de los vehículos puede conllevar la reducción del 40% en las emisiones de CO2 en turismos y del 10% en vehículos industriales. La conducción económica, como ya se ha apuntado, ofrece reducciones de dichas emisiones comprendidas entre el 10 y el 5 %, mientras que el potencial de las mejoras sobre la infraestructura, el uso de los modos de transporte más eficaz y la implantación de sistemas de las tecnologías de la información se cifra en el 10-20 %.

La gran parte de las mejoras planteadas hasta el momento para reducir el impacto medioambiental del tráfico por carretera pasa por desarrollos tecnológicos en los sistemas de propulsión de los vehículos. Sin embargo, las TICs también pueden aportar mejoras en este sentido. En concreto, se pueden citar:

- Gestión de la movilidad a nivel global de una ciudad, región, etc.

- Provisión de información a los vehículos para que adecuen sus rutas o marchas a las condiciones de la vía.

88


Figura 3.16. Soluciones para la reducción del impacto medioambiental e indicación de

las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])

3.3.3 Transporte de mercancías

3.3.3.1 Problemática general

Como se ha indicado, el transporte de mercancías por carretera es el responsable de la mayor parte del transporte de mercancías en Europa, lo que está ligado a la prosperidad económica. Sin embargo, esto ocasiona claros problemas ya apuntados.

Las líneas de trabajo desde las TICs para paliar estos problemas se orientan hacia la gestión flexible y dinámica de carriles y corredores para el transporte de mercancías, y el uso de sistemas de posicionamiento con información en tiempo real a través de comunicaciones vehículo-a-infraestructura, lo que permitirá la gestión de la infraestructura y el tráfico como un sistema completo para optimizar la capacidad aprovechada. Otro aspecto relevante tratado es la gestión avanzada de la logística.

89


Figura 3.17. Soluciones para la mejora del transporte de mercancías a larga distancia e indicación de las áreas en las que las TICs tienen participación (figura adaptada de [3])

En cuanto al transporte de mercancías, cada vez se persigue más alcanzar el ‘just in time’, así como ofrecer servicios adicionales al cliente como seguimiento de cargas, etc. Este seguimiento de mercancías y vehículos también resulta de gran utilidad para las propias empresas de transporte para optimizar su operación y encontrar anomalías que corregir. Así, se plantea que es posible redirigir a los vehículos para evitar o reducir los tiempos de espera y hacer una entrega más rápida y eficiente, sin retrasos.

A pesar de las mejoras en el sistema logístico, todavía se presentan los siguientes puntos negativos:

- Gran número de operaciones sin coordinación realizadas por flotas de pequeño tamaño.

- Gran parte de la capacidad de transporte es infrautilizada (por los recorridos de regreso en vacío).

- Pérdidas de tiempo por diferentes causas.

90


Figura 3.18. Causas de retraso en reparto de productos alimenticios [39]

La telemática puede dar respuesta, entre otros, a los siguientes aspectos:

- Cálculo de una mejor secuencia de reparto con el consiguiente ahorro de tiempo y combustible.

- Posicionamiento de vehículos para la planificación de transportes y realización de estadísticas.

- Comunicación entre el conductor y la central por medio de dispositivos portátiles como una PDA que permiten intercambiar mensajes y automatizar procesos administrativos como la confirmación de entrega. Esto supone un servicio que da valor añadido (‘infomobility’).

La gestión de flotas mejora en eficiencia y hace un mejor uso de la capacidad de los vehículos. Entre otras opciones, el seguimiento continuo y la comunicación con el centro de control pueden permitir reorganizaciones y adaptarse a requerimientos cambiantes. Una ventaja adicional que se está contemplando cada vez con mayor intensidad es el acceso a información en tiempo real de tráfico, estado de carretera y meteorología.

En el caso de ámbito urbano, se presentan algunas particularidades respecto al transporte de medio o largo recorrido. Entre otras, se pueden destacar:

- Necesidad de control de acceso a zonas de acceso limitado.

- Hay gran cantidad de pequeños repartidores que operan de forma bastante independiente.

- Para los fines perseguidos, hay un uso limitado de telemática por autoridades para controlar el reparto urbano.

- Falta de comunicación entre los gestores de las flotas y las agencias de tráfico.

91


3.3.3.2 Monitorización del vehículo y la carga

La proliferación de sistemas electrónicos en el vehículo permite disponer de un gran número de variables relacionadas con el vehículo, el conductor y la carga.

En general, los siguientes datos pueden ser tomados de los buses de comunicaciones internos del vehículo, entre otros:

- Temperatura del refrigerante.

- Temperatura del combustible.

- Temperatura del aceite del motor y el turbocompresor.

- Presión del aceite.

- Nivel del depósito de combustible y consumos instantáneos y medios.

- Nivel de agua.

- Nivel de aceite.

- Régimen de giro del motor.

- Grado de carga.

- Posición del acelerador.

- Utilización de la caja de cambios.

- Estado y entrada en funcionamiento del ABS y otros sistemas electrónicos.

Además, en el caso de vehículos comerciales, existen otras variables que proporcionan información sobre el comportamiento del conductor y que proceden del tacógrafo. Por otra parte, es posible instalar una serie de sensores externos, que controlan una serie de parámetros de interés en las operaciones de transporte de mercancías. Algunos ejemplos son:

- Apertura de puertas y temperatura de la carga.

- Temperatura y humedad en el espacio de carga.

- Sensor de presencia del remolque.

- Presencia de carga.

- Peso de la carga.

- Identificación de cargas, conductores y vehículos.

Estas medidas pueden ser empleadas para diferentes fines, entre los que se pueden destacar el diagnóstico del funcionamiento del vehículo, supervisión de conductores, aplicaciones de “security” y gestión del flotas. En la actualidad, diversos fabricantes comercializan sistemas integrados que combinan dos o más de los sensores mencionados previamente. Algunos ejemplos son el SmartFleet system de Safefreight [49] o el GlobalWave de TransCore [50]. Por otra parte, cabe destacar el creciente

92


interés que existe en el registro de eventos e incidencias que se puedan producir durante la circulación, con el fin de detectar conductas inseguras, cansancio, etc.

3.3.3.3 Gestión de flotas

Existen claros solapamientos en este caso con la circulación informada, si bien se encuadra en este epígrafe de circulación eficiente al ser éste el objetivo fundamental perseguido. Entran dentro de este ámbito las siguientes operaciones fundamentales:

- Seguimiento de vehículos y cargas.

- Programación y cambios de la ruta.

- Gestión de incidentes.

El problema fundamental de la gestión de flotas es la elección y envío, en tiempo real, de los vehículos que deben encargarse de las distintas operaciones de recogida y entrega. Este objetivo está relacionado además con, entre otras, las siguientes funcionalidades:

- Algoritmos de gestión dinámica.

- Localización del vehículo.

- Estimación de retrasos previstos, a través de la comparación entre el tiempo de desplazamiento previsto y una estimación dinámica del tiempo real.

- Envío de información del vehículo y el conductor.

- Diagnosis del vehículo y gestión de averías.

Aunque la cuantificación precisa de los beneficios de la utilización de los sistemas de gestión de flotas no está en muchos casos disponible, algunas de las mejoras esperadas son: reducción de tiempos de viaje, mejora de la visibilidad y de los servicios ofrecidos al cliente, aumento del control sobre las operaciones, reducción de tiempos de entrega, mejora de las decisiones estratégicas a medio y largo plazo y reducción de costes administrativos.

Algunas funcionalidades típicas de los sistemas existentes de gestión de flotas son el seguimiento del vehículo, la localización del vehículo más próximo a un punto dado y la planificación de rutas. Otras funcionalidades de apoyo son:

- Identificación y autorización de conductores.

- Registro de rutas realizadas, con velocidades medias y máximas.

- Recordatorios de mantenimiento.

- Interfaz en Internet.

- Registro y análisis de medidas embarcadas.

- Envío de mensajes de alerta.

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Existen numerosos desarrollos de programas de gestión de flotas, algunos comerciales y otros elaborados a medida para una empresa concreta o con unos fines determinados. A continuación se citan algunos ejemplos:

Geomanager de @Road. [51]

Es un sistema de gestión a través de Internet para realizar el seguimiento de los vehículos. La localización se basa en tecnología GPS y sus prestaciones fundamentales son:

- Seguimiento de vehículos las 24 horas, con actualizaciones de horarios y rutas.

- Identificación del vehículo más cercano a un determinado punto.

- Almacenamiento y envío de la información de localización, cuando el vehículo se encuentra fuera del área de cobertura de los sistemas wireless.

- Planificación y cambio de rutas.

- Registro de movimientos fuera de ruta.

- Acceso simultáneo de múltiples usuarios.

PARAGON, de Paragon Software Systems [52]

Es un sistema de planificación y gestión. Se ofrecen varios módulos: Single Depot, Multi Depot, Integrated Fleets, Continuous Optimiser, Fleet Controller, Resource Manager, Multi Period Planner, Territory Optimiser, Fixed Route Manager, Fastnet.

ROADNET TRANSPORTATION SUITE, de UPS Logistics Technologies [53]

Consiste en la integración de diversos módulos especializados desarrollados por UPS:

- ROADNET: sistema de planificación de operaciones diarias.

- TERRITORY PLANNER: sistema de planificación a medio y largo plazo, que permite hacer una planificación futura teniendo en cuenta factores como las variaciones estacionales de la demanda, necesidades de aumento de la flota a partir de la localización geográfica de posibles nuevos clientes.

- ROADNET INFO CENTER: módulo de acceso a información histórica y en tiempo real de entregas.

- MOBILECAST: sistema de localización por GPS. Permite un seguimiento continuo de las operaciones, registrando las horas de

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entrega y comparando de forma continua los tiempos previstos de operación con los reales.

- FLEETLOADER: sistema de planificación de cargas de los vehículos.

Soluciones para gestión de flotas de QUALCOMM [54]

Incluyen una amplia oferta de productos y servicios que son ofrecidos de manera individual o combinados. Uno de los principales es QTRACS, que permite una gestión dinámica de vehículos y conductores a través de mensajes, seguimiento de vehículos y localización en mapas. Al igual que el Geomanager, es una aplicación web que permite:

- Intercambio de mensajes con el conductor prácticamente en tiempo real.

- Localización de los vehículos más próximos a destinos seleccionados.

- Consulta en mapas de registros actuales e históricos de las posiciones de los vehículos.

- Predicción de los tiempos estimados de llegada.

- Descarga directa de datos en el ordenador del cliente.

“Intertour” de PTV [55]

Es un sistema destinado exclusivamente a conductores de camiones pesados. La compañía ofrece tres módulos de capacidades diferentes.

- El módulo “Intertour” es un sistema de planificación de rutas pensado especialmente para operaciones de distribución y lanzadera. El usuario puede introducir como restricciones aspectos como los tiempos máximos de conducción, horarios laborales, reglamentación sobre tiempos de descanso, horarios de apertura de almacenes o capacidades máximas de los vehículos. El sistema permite minimizar la longitud y duración de los viajes, optimizando al mismo tiempo el grado de utilización de la capacidad del vehículo. Otras prestaciones son: planificación de viajes previstos en varios días, coordinación de almacenes, cálculo de costes.

- El módulo “Intertour Compact” es una alternativa diseñada para empresas con bajos volúmenes de transporte. El precio de la licencia es más bajo que el correspondiente al módulo anterior, aunque conservando algunas de sus prestaciones.

- El módulo “Intertour Strategy” está diseñado para operaciones recurrentes. Permite planificar los desplazamientos cuando existe un gran número de destinos que requieren entregas periódicas.

95


PC*Miller/Hazmat de ALK [56]

Es un sistema de cálculo de rutas para los operadores norteamericanos de transporte de mercancías peligrosas.

ArcLogistics Route, de ESRI [57]

Es un sistema completo de gestión de flotas y planificación de rutas que permite hacer una asignación de vehículos a destinos y determinar la secuencia óptima de paradas, de forma que los requisitos de los clientes sean satisfechos con unos tiempos de desplazamiento mínimos. A diferencia de otros programas de planificación de rutas, este se basa en la utilización de sistemas de información geográfica para modelar de forma precisa el tiempo y la distancia. Algunas de sus características principales son:

- Permite al usuario introducir las velocidades medias de circulación de los vehículos en diferentes vías.

- Diseña rutas en base a una caracterización precisa de calles y vías y a estimaciones reales de tiempos de desplazamiento.

- Permite introducir como restricciones las características de vehículos y conductores.

- Importa órdenes de trabajo de bases de datos externas.

- Identifica las direcciones de los clientes mediante coordenadas geográficas.

- Se integra con sistemas de localización del vehículo (AVL) y sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP).

3.3.3.4 Gestión de transporte intermodal

Aunque aquí sólo se plantea el transporte por carretera, el transporte intermodal se considera como uno de los pilares básicos en la sostenibilidad del transporte de mercancías. Sin embargo, dicho transporte intermodal sólo empieza a ser económico y competitivo a partir de una cierta distancia. Se fomenta la intermodalidad cuando la documentación pasa del vehículo al centro antes de llegar a los puntos de cambio de modo y en los centros logísticos y se lleva a cabo una gestión automática de la carga. Los sistemas ITS favorecen la intermodalidad al tener la carga y los vehículos ubicados en todo momento con lo que inciden en los siguientes aspectos:

- Mejorar la eficiencia en las operaciones.

- Mejorar la calidad de los servicios ofrecidos.

- Favorecer a los pequeños operadores la entrada en el transporte intermodal.

96


- Proporcionar una estimación más ajustada de tiempo de llegada.

Muchos de los aspectos considerados en los apartados previos contribuyen en alguna medida a la mejora de la eficiencia de las operaciones de transporte intermodal. Pueden ser destacados los siguientes aspectos fundamentales:

- Seguimiento de contenedores y vehículos, que permiten gestionar el flujo de materiales y productos desde el centro de producción al usuario final. Se busca optimizar la visibilidad, seguridad y control de la mercancía a través del sistema logístico.

- Integración de la cadena logística. Se tiende a un sistema integrado que englobe a suministradores, productores, operadores de transporte, distribuidores y vendedores. En la mejora de la gestión del transporte intermodal, deberá jugar un papel fundamental el intercambio electrónico de datos (Electronic Data Interchange, EDI). Aunque se trata de una tecnología madura con un número creciente de productos y servicios, existen todavía algunos impedimentos, como: (i) falta de interoperabilidad y compatibilidad de hardware y software, (ii) costes de inversión relativamente altos, (iii) falta de acceso por parte de los operadores pequeños, (iv) posibilidad de que uso generalizado suponga una reducción de puestos de trabajo.

- Optimización de las operaciones de carga y descarga en puertos, centros logísticos, etc., mediante el seguimiento de vehículos y contenedores, la identificación de las propiedades de la carga y la estimación en tiempo real de los tiempos de llegada.

- Gestión del transporte intermodal ferrocarril-carretera, mediante la planificación de las operaciones y la determinación de la configuración óptima: transporte de contenedor, “ferroutage” (transporte del semirremolque sobre el vagón), “carretera rodante” (transporte de los vehículos completos sobre vagones plataforma), “road railer” (uso de los semirremolques como vehículos ferroviarios, mediante el acoplamiento a bogies). El resultado es una optimización del espacio y las operaciones en las terminales ferroviarias.

- Mejora de la seguridad frente a robos y actos de vandalismo de vehículos, contenedores y mercancías, durante las operaciones de embarque y almacenamiento.

- Sistemas de gestión de inventarios y stocks, basados en la localización de contenedores y remolque en puertos, terminales y centros logísticos. Estos sistemas posibilitan la optimización del uso de espacio en terminales, la gestión del apilamiento de contenedores de diferentes longitudes, el uso eficiente de la mano de obra y los equipos de manipulación y la programación de las operaciones de reparación y mantenimiento.

- Gestión electrónica de pedidos y operaciones de pago.

97


- Gestión de operaciones internacionales, mediante la automatización de la gestión de documentación para la importación y exportación de mercancías.

- Automatización del proceso de identificación de vehículos, cargas y conductores, mediante tecnologías como GPS, RFID o reconocimiento óptico.

3.3.4 Gestión de flotas de transporte público

La situación con la gestión de flotas de transporte público es similar a la del transporte de mercancías. El posicionamiento de los vehículos en todo momento y el envío de dicha información a los centros de control permite el ajuste del servicio, intervalos y compensar desajustes. También, otra información disponible como tiempos de viaje, ocupación, etc., puede ser empleada para ajustar mejor la oferta a la demanda.

Estos sistemas aumentan la eficiencia y seguridad de los sistemas de transporte y ofrece mayor información a los usuarios. Así, los objetivos principales perseguidos se pueden sintetizar en:

- Mejorar la calidad del servicio y la regularidad.

- Mejorar la información proporcionada al usuario.

- Adaptar la oferta a la demanda.

- Reducir los costes de explotación, y las inversiones.

- Mayor flexibilidad.

- Mejor control de la flota.

Dentro de los sistemas de operación del transporte público, intervienen los siguientes elementos:

- Sistemas de gestión de flotas.

- Sistemas de información al viajero.

- Sistemas de pago electrónico.

3.3.5 Pago electrónico

Bajo el epígrafe de pago electrónico se pueden distinguir dos áreas principales: el pago de peajes y el pago de pasajes en el transporte público, En ambos casos, se pretende sustituir el pago en metálico por otros medios automáticos.

El pago automático de peajes reporta beneficios en el aprovechamiento de las infraestructuras al reducir las retenciones en los puestos de peaje. Además supone ventajas para los usuarios al no tener que preocuparse del pago en metálico.

Existen diferentes formas de implementar este pago electrónico, entre las que se pueden destacar [43]:

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- Puestos de paso semejantes a los actuales, pero que no requieren la detención del vehículo para el pago.

- Detectores de vehículo que son operativos a velocidades de circulación altas a lo largo de las autopistas con lo que se eliminan los puestos físicos.

- Cobro a partir del posicionamiento GPS con lo que se detecta si un vehículo ha entrado en una zona de pago. Este sistema ofrece una gran flexibilidad.

En la actualidad existen numerosas experiencias en este campo, lo que ha permitido recoger datos sobre su efectividad. Así, en [58], se muestra que la implementación del sistema E-ZPass en Nueva Jersey ha logrado reducir el tiempo de espera de los vehículos en un 85 %. Esto se traduce en un ahorro de 19 millones de dólares por disminución de demoras y 1.5 millones de dólares en ahorro de combustible anualmente. También se han realizado simulaciones con el fin de analizar su efecto. Una de las aplicaciones se recoge en [59], donde se muestra el efecto sobre las emisiones contaminantes de este tipo de sistemas, concluyéndose que se logran reducciones de CO y HC, pero aumentos de NOx.

Por otra parte, el pago en los transportes públicos mediante tarjetas de crédito o débito o monederos electrónicos permite agilizar las transacciones, con mayor comodidad para los usuarios.

3.3.6 Control de la velocidad de los vehículos

Por último, cabe incluir una breve referencia a los sistemas de control de velocidad de los vehículos de cualquier tipo, con propósitos de eficiencia energética y respeto medioambiental. El fundamento de esta medida es semejante al control dinámico de la velocidad con fines de mejora de la seguridad (de hecho, en general, son tratadas conjuntamente), si bien, en este caso, la actualización a las condiciones dinámicas es mucho más crítica.

Partiendo de la base de que la forma de conducción condiciona notablemente el consumo, la idea principal para la minimización del consumo mediante sistemas inteligentes radica en la utilización de un “horizonte electrónico” más extenso que el “horizonte visual”, es decir, aprovechar informaciones de los tramos siguientes de carretera que no son visibles para el conductor con el fin de adecuar la velocidad [37][60]. De esta forma, además de favorecer la seguridad y el ahorro de combustible, se potencia la conducción sin aceleraciones y deceleraciones bruscas ni cambios frecuentes de marcha o velocidad, lo que redunda en un mayor confort. El horizonte electrónico se puede obtener de sensores (radar, láser, procesamiento de imágenes,...) o telecomunicaciones y posicionamiento mediante satélites y sistemas de navegación.

El ahorro de combustible se puede lograr mediante una gestión adecuada del acelerador, el freno y las marchas en lo que ha sido denominado Situation Adaptive Drivetrain Management (SAM). La filosofía reside en reducir al máximo la energía

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perdida en forma de calor en la frenada mediante el cese de la aceleración en el momento justo en función de limitaciones de velocidad cercanas. La aplicación de medios telemáticos permitiría esa adaptación en función, también, del estado más o menos fluido del tráfico. Otro paso adicional sería el considerar, además de las pendientes y rampas, que han sido tenidas en cuenta en los sistemas actualmente en desarrollo, las señales de tráfico y los vehículos que circulan delante como una integración del ACC, ISA dinámico y SAM. Con el fin de cumplir las exigencias anteriores, BMW considera que la mejor solución es el empleo de un acelerador que ofrece una resistencia variable e indica el punto óptimo en cada caso.

Para realizar un análisis preliminar de la repercusión de este tipo de sistemas, se suele recurrir a modelos de simulación tanto a escala macroscópica como microscópica. De las simulaciones, se observa que el ahorro se ve potenciado con una mayor distancia de reacción del sistema mientras que se penaliza el tiempo de viaje. Así, incrementar dicha distancia de 300 a 500 metros, proporciona un ahorro relativo de combustible del 9.8 %, aumentando el tiempo empleado en el trayecto en un 2.3 % [60]. El mismo autor establece que, para ser aceptado por los usuarios y no perturbar al tráfico circundante, las respuestas del sistema tienen que ser análogas a las que tomaría un conductor con hábitos correctos de conducción, por lo que debe existir una analogía entre ambos caminos de decisión.

Los estados de conducción comunes son aceleración, velocidad constante, deceleración y ralentí. De ellos, la deceleración es el que presenta mayores posibilidades de ahorro de combustible. Una deceleración muy suave sería la situación óptima por aprovechar mejor la potencia proporcionada. Sin embargo, presenta los inconvenientes de una gran distancia de reacción y una baja aceptación por parte de los usuarios.

Con el fin de tomar decisiones, el sistema tiene que identificar y clasificar las diferentes situaciones que se dan en el tráfico. Estas situaciones pueden ser de posición fija (señales) o variable (retenciones,...), e implicar límites constantes (señales fijas convencionales) o variables (señales variables). Cada una de estas categorías implica unas tecnologías de reconocimiento diferentes y plantea dificultades distintas para extender el horizonte de visión.

Dentro de la iniciativa INVENT, se planteó la estimación de la adecuada de circulación en base a sensores embarcados y comunicaciones con el fin de adaptarse al tráfico, reducir las ondas de choque que se producen por los cambios de velocidad y tener una gestión más rápida de las retenciones.

Por otra parte, el estudio de comportamientos de conducción que redujesen las emisiones contaminantes se encuentra poco desarrollado a causa de la creencia muy extendida de que tal objetivo se lograba con una disminución del consumo, lo que se ha demostrado ser falso bajo ciertas condiciones mediante fórmulas empíricas [61].

Las medidas que se suelen emplear para reducir los niveles actuales están más en línea con la ingeniería y gestión del tráfico y en las mejoras tecnológicas en los motores y el sistema de escape que en incidir sobre la velocidad de circulación y el

100


comportamiento del conductor. Sin embargo, en este último grupo, también se están realizando avances en la actualidad. En [62] sí identifican el comportamiento del conductor como una posibilidad potencial para la reducción de las emisiones de igual forma a como se hizo para minimizar el consumo. Ambos procesos de optimización pueden pasar por mejoras tecnológicas en los motores o el propio vehículo que reduce las resistencias que encuentra al avance y disminuye su peso, aunque, como ya se indicó, los esfuerzos en ese campo son costosos y el límite de mejora no es muy alto. Por el contrario, el comportamiento del conductor sí tiene importantes repercusiones como se observa en la figura siguiente.

0

50

100

150

200

250

300

CO HC NOx CO HC NOx

Circulación urbana Circulación en carretera

Cam

bios

en

emis

ione

s (%

)

Circulación agresivaCirculación normalCirculación calmada

Figura 3.19. Influencia del estilo de conducción en las emisiones contaminantes [62]

Las mejoras potenciales de cada factor sobre la reducción de emisiones se estiman en un 10 % por disminución de peso, un 20 % por avances del motor, un 10 % por la transmisión y un 25 % por el estilo de conducción.

101


4 Estudio de Vigilancia Tecnológica: tendencias de I+D

En este capítulo, se incluye un estudio de Vigilancia Tecnológica centrado en el ámbito de este informe a partir del análisis cuantitativo de publicaciones científicas y patentes relacionadas. Se quiere con ello, no sólo destacar algunos indicadores de interés y conclusiones derivadas de ellos, sino poner de relieve la importancia que puede suponer para una organización el introducir procesos sistemáticos de vigilancia como elemento formal en su cadena de toma de decisiones.

Por lo tanto, tomando como entrada información relevante detectada – resultados de I+D en la forma de patentes y publicaciones –, es posible adquirir un conocimiento fiable del entorno de estudio y sus drivers, de los actores relevantes, de los centros de excelencia, de la tendencia que el desarrollo de las tecnologías y aplicaciones involucradas muestran con el tiempo,…

Como punto de partida de este estudio, se han identificado una serie de términos clave que delimiten su ámbito (Tabla 4.1).

Área temática Términos clave

ADAS (Advanced Driver Assistance System), electronic

payment, traveller information, remote diagnosis, e-call, Aplicaciones al transporte,

automóvil inteligente y seguridad vial

communications vehicle to vehicle, communications vehicle

to infrastructure, fleet management, traffic management,

cooperative collision avoidance system, Intelligent Transport

System, Vehicular Communication System

VANET (Vehicle Area Network, Vehicle Ad-Hoc Network),

vehicular Wireless networks, automotive wireless, wireless

sensor networks, WiMAX, WiFi, Bluetooth, Zigbee, CALM

Tecnologías inalámbricas (),vehicle infrastructure integration, MANET (mobile ad hoc

networks), V2V Communications (Vehicle to Vehicle

Communications), V2I Communications (Vehicle to

Infrastructure Communications), Car to car communications

Tabla 4.1. Términos clave

102


4.1 Análisis de vigilancia tecnológica en base a las

publicaciones científicas

4.1.1 Metodología empleada

La metodología empleada en el presente análisis ha sido la siguiente:

Fuente formal: ISI Web of Science.

o Web Of Science agrupa las bases de datos de publicaciones editadas por ISI (Institute for Scientific Information), con información sobre investigaciones multidisciplinares proveniente de revistas especializadas en ciencias, ciencias sociales, artes y humanidades. Incluye alrededor de 9000 revistas, 27000 nuevos registros semanales y más de 500000 nuevas referencias citadas cada semana.

o Períodos de análisis:

o Análisis 1: 2000 – 2007.

o Análisis 2: Enero-Octubre 2008.

Las publicaciones, desde su momento de elaboración, pueden tardar hasta dos años en ver la luz. Teniendo en cuenta este retraso, con un análisis como el siguiente se pretende medir la evolución tecnológica de una línea más que su estado de arte en un momento dado.

4.1.2 Evolución de la publicación científica

Según la metodología descrita en el anterior apartado, y a partir de los términos clave de la Tabla 4.1, se ha analizado un total de 5071 publicaciones (incluyendo artículos y proceedings fundamentalmente) relacionadas con el ámbito de estudio de este informe. Se ha comprobado una predominio de publicaciones relacionadas con las redes mobile ad-hoc network (MANET), de las que las redes vehiculares ad-hoc (VANET) son un tipo.

En la figura 5.1, se observa la evolución temporal de la publicación científica durante el período 2000-2007, junto con una aproximación al número registrado durante 2008 hasta la fecha de realización de este estudio. Se comprueba un creciente y rápido aumento de la publicación entre los años 2000 y 2005, pasando de 81 a 1056. Durante los dos siguientes años, parece que la producción se estabiliza al mismo nivel, aunque destaca que a fecha de realización de este estudio (octubre de 2008), el número de publicaciones relacionadas registrado durantes este último año es notablemente superior (1379) al de los anteriores años completos. Esto parece indicar un momento expansivo y de desarrollo de las tecnologías analizadas en este informe, tendencia que deberá confirmarse o no en un futuro próximo.

103


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Nº d

e pu

blic

acio

nes

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Enero -octubre

2008

Evolución de publicaciones científicas

Evolución del crecimiento del nº de publicaciones

178 402769

1307

1996

5168

6547

4091

3052

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Enero -octubre

2008

Nº d

e pu

blic

acio

nes

acum

ulad

as

Figura 4.1. Evolución de la publicación científica

4.1.3 Instituciones de origen de las publicaciones

En la tabla 4.2, se muestran las instituciones con un mayor número de publicaciones a nivel mundial para el período 2000 – 2007:

Entidades/años 2000-2007

75 1 UCLA, Los Angeles (EEUU)

104


59 2 UNIV TEXAS (EEUU)

57 3 NANYANG TECHNOL UNIV (Singapur)

51 4 UNIV ILLINOIS (EEUU)

45 5 NATL CHIAO TUNG UNIV (Taiwán)

42 6 INDIAN INST TECHNOL (India)

41 7 QUEENS UNIV (Canadá)

36 8 UNIV MARYLAND (EEUU)

35 9 ARIZONA STATE UNIV (EEUU)

35 10 NATL UNIV SINGAPORE (Singapur)

35 11 PURDUE UNIV (EEUU)

35 12 UNIV FLORIDA (EEUU)

33 13 UNIV OTTAWA (Canadá)

32 14 KOREA UNIV (Corea del Sur)

32 15 UNIV CINCINNATI (EEUU)

31 16 GEORGIA INST TECHNOL (EEUU)

31 17 UNIV CALIF BERKELEY (EEUU)

30 18 NATL TAIWAN UNIV (Taiwán)

30 19 TEXAS A&M UNIV (EEUU)

29 20 SEOUL NATL UNIV (Corea del Sur)

Tabla 4.2. Instituciones de origen de publicaciones [2000-2007]

Destacamos:

o Se comprueba en este campo de la publicación científica un predominio absoluto de universidades y centros de investigación, de origen estadounidense fundamentalmente.

o Existe una gran dispersión en cuanto al origen de estas publicaciones, ya que la primera en este ranking apenas supone un 1,5% del total. No existe por tanto ninguna institución que se imponga como líder en este ámbito, hecho éste que no sucede en cuanto a países.

o No existe ningún centro europeo en las primeras posiciones del anterior listado. La primera de ellas, el CNR italiano, acredita 22 publicaciones, quedando en el

105


lugar 32º. En el siguiente análisis realizado por países, se confirma esta tendencia por la cual lidera EEUU y países asiáticos.

o En el primer lugar de esta clasificación aparece la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA). Destacamos al respecto el Network Research Lab (http://nrlweb.cs.ucla.edu) del Departamento de Ciencias de Computación, con líneas de investigación específicas en redes inalámbricas de comunicación aplicadas al transporte. El coordinador de dicho laboratorio, Mario Gerla, acredita 40 publicaciones analizadas y se encuentra entre los autores más destacados en el análisis hecho. Entre sus líneas de investigación se encuentra el diseño y evaluación de protocolos y esquemas de control para redes inalámbricas ad-hoc.

En la siguiente tabla, se relacionan los centros con mayor actividad publicadora durante los primeros meses de 2008:

Enero-Octubre

Entidades/años 2008

15 1 CONCORDIA UNIV (Canadá)

13 2 UNIV MARYLAND (EEUU)

12 3 CARNEGIE MELLON UNIV (EEUU)

12 4 UNIV WATERLOO (Canadá)

11 5 SHANGHAI JIAO TONG UNIV (China)

Tabla 4.3. Instituciones de origen de publicaciones [2008]

A nivel nacional, para el período amplio de análisis de 2000 – 2007, destaca la Universidad Politécnica de Valencia, con 21 publicaciones, y la Universidad Politécnica de Cataluña, con 15.

4.1.4 Países de publicación

En la figura 4.2, se muestra una distribución geográfica de los países de origen de las publicaciones científicas analizadas en este estudio.

Destacamos:

o EEUU mantiene una posición de liderazgo en esta actividad publicadora, con una amplia diferencia respecto del resto de países.

o Los primeros países europeos (Alemania, Francia e Inglaterra) quedan también por detrás de China y de los países del sudeste asiático (Japón o Corea del Sur).

o De cualquier forma, el origen de estas publicaciones está bastante diversificado (23% de ellas, de países no recogidos en esta figura).

106

http://nrlweb.cs.ucla.edu/


o España queda en la posición 12º del ranking global, con un 2% de la producción total.

Países de origen de las publicaciones [2000-2007]

EEUU34%

CHINA9%

COREA DEL SUR6%

JAPÓN6%

CANADA5%

TAIWAN5%

FRANCIA4%

INGLATERRA3%

Resto del mundo23%

ALEMANIA5%

Figura 4.2. Países de origen de publicaciones

4.1.5 Citación de publicaciones científicas

En la figura 4.3, se analiza la producción de publicaciones científicas por países en función de su calidad, tomando para ello el ratio de citación media1 como indicador de esta excelencia y como medio de conocer publicaciones y autores de referencia.

Destacamos:

o EEUU lidera entonces, tanto en producción de publicaciones – como se ha visto anteriormente – como en calidad de las mismas, a tenor del índice de citación media que se ha registrado (2.75 citas de media por cada artículo).

o Tomando como referencia esta tasa de citación media, las publicaciones europeas parecen mejor valoradas y quedan por encima de las acreditadas en centros asiáticos: Alemania ocupa el segundo lugar en este sentido, con un índice de 1.9.

o La producción de publicaciones de países como China o Corea del Sur parece que aún no es comparable con el interés que despierta entre el resto de investigadores de este ámbito, en función de unas tasas de citación bajas.

1 Tasa de citación media: número de citas / número de artículos

107


Comparativa: publicaciones científicas vs. índice de citación[2000 - 2007]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000

Nº publicaciones

Tasa

de

cita

ción

EEUU

España

Corea del Sur

Taiwán

Alemania

Francia

China

Canadá

Inglaterra

Japón

Figura 4.3. Comparación publicación científica vs. calidad

4.1.6 Áreas temáticas

La siguiente tabla refleja las áreas de aplicación principales, según la clasificación de la base de datos consultada (Web of Science) y ordenadas según el período 2000-2007.

Áreas de aplicación 2000-2007

2760 1 TELECOMMUNICATIONS

1667 2 ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC

1360 3 COMPUTER SCIENCE, INFORMATION SYSTEMS

1293 4 COMPUTER SCIENCE, THEORY & METHODS

5 COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL 687 INTELLIGENCE

108


525 6 TRANSPORTATION SCIENCE & TECHNOLOGY

7 COMPUTER SCIENCE, HARDWARE & 430 ARCHITECTURE

Tabla 4.4. Áreas temáticas de las publicaciones

Destacamos:

• La primera de estas áreas – Telecomunicaciones – no resulta excesivamente concreta y no permite acotar posibles ámbitos de aplicación.

• El área definida como ‘Transportation science & technology’ se ajusta más al ámbito de este informe.

• Estas áreas así definidas no están lo suficientemente acotadas para obtener información de mayor valor.

4.1.7 Fuentes de publicaciones

En la siguiente tabla, se observan las fuentes de publicaciones, revistas y origen de proceedings más relevantes en el período analizado. El indicador de impacto durante 2007, extraído de la base de datos Journal Citation Reports para las fuentes de este listado que tiene registradas, es una medida de la frecuencia media con el que un artículo de cada publicación es citado y puede servir para evaluar la importancia relativa de dichas fuentes.

Fuente Impacto 2007 2000-2007

- 602 1 LECTURE NOTES IN COMPUTER SCIENCE

2 IEEE VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE - 130 PROCEEDINGS

3 IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS AND 2 93 NETWORKING CONFERENCE

4 IEEE GLOBAL TELECOMMUNICATIONS - 74 CONFERENCE (GLOBECOM)

0.25 64 5 IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS

0.39 59 6 COMPUTER COMMUNICATIONS

7 INTERNATIONAL FEDERATION FOR - 53 INFORMATION PROCESSING

1.22 46 8 WIRELESS COMMUNICATIONS & MOBILE

109


COMPUTING

9 IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR 1.19 45 TECHNOLOGY

1.71 44 10 IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING

Tabla 4.5. Fuentes de las publicaciones

Destacamos:

o Lecture Notes in Computer Science es una línea publicadora por Springer Science centrada en ciencias de la computación.

o La línea de publicaciones IEEE Transactions on Vehicular Technology es específica del ámbito de estudio de este informe y debe considerarse como de referencia.

4.2 Análisis de vigilancia tecnológica en base a la solicitud de

patentes

4.2.1 Metodología empleada

La metodología que se ha empleado para realizar el análisis de las solicitudes de patentes se detalla a continuación.

• Fuente formal: Derwent World Patents Index.

Derwent World Patents Index (DWPI) es la mayor base de datos de documentos de patentes con valor agregado que se publica en el mundo. Se actualiza y desarrolla constantemente, y contiene 15,5 millones de documentos de patentes tomados de 41 autoridades de expedición de patentes, que son evaluados, clasificados e indexados por un equipo de 350 editores especializados.

• Períodos de análisis:

o Análisis 1: 2000 - 2007.

o Análisis 2: Enero – octubre 2008.

Cabe destacar que una patente puede tardar unos tres años de media en ser concedida, pero en ser publicada el tiempo aproximado está entre uno y dos años. En el análisis que efectuamos a continuación, se consideran las solicitudes de patentes, es decir, tanto las concedidas como las que aún están en trámite, o incluso no han sido concedidos, pero que igualmente tienen validez para el análisis que pretendemos realizar.

110

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=25


4.2.2 Evolución de patentabilidad

Las siguientes figuras representan la evolución del número de solicitudes de patentes (por año y acumulativa) hasta octubre de 2008. El número de solicitudes de patentes analizadas durante el período 2000 - 2007 asciende a 3980.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Nº d

e pa

tent

es

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Enero -octubre

2008

Evolución de la solicitud de patentes

Evolución de crecimiento de la solicitud de patentes

124350

6791212

17742465

3083

3980

4966

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Enero-Octubre

2008

Figura 4.4. Evolución y crecimiento en la solicitud de patentes

Destacamos:

o La evolución en la solicitud de patentes durante estos últimos años ha sido ascendente, a excepción del dato registrado en 2006. No obstante, la evolución

111


que se comprueba en 2007 y, sobre todo, en 2008 a fecha de realización de este informe, demuestra un creciente interés por patentar los resultados obtenidos en este ámbito y una mayor entrada en fase comercial de las tecnologías y aplicaciones relacionadas.

4.2.3 Instituciones solicitantes y países

Se trata en este apartado la relación de organismos más activos en la solicitud de patentes relacionadas con el ámbito de estudio de este informe, analizando los períodos de 2000-2007 y meses de enero a octubre de 2008 (tabla 4.6). Junto con el número de solicitudes registradas para cada centro, en la tercera columna, entre corchetes, se especifica la posición relativa que ocuparía el organismo en el ranking provisional de 2008.

INSTITUCIÓN PAÍS 2000-2007 Ene-oct 2008

157 40 [1] 1 DENSO CO LTD Japón

155 21 [3] 2 GENERAL MOTORS CORP EEUU

78 23 [2] 3 MOTOROLA INC EEUU

MATSUSHITA DENKI 4 SANGYO KK 71 7 [12] Japón

68 6 [19] 5 MITSUBISHI ELECTRIC CORP Japón

61 4 [40] 6 HITACHI LTD Japón

61 18 [4] 7 TOYOTA JIDOSHA KK Japón

49 5 [29] 8 TOSHIBA KK Japón

47 10 [6] 9 HYUNDAI MOTOR CO LTD Corea del Sur

SUMITOMO ELECTRIC IND 10 LTD 42 4 [46] Japón

40 4 [42] 11 IBM CORP EEUU

36 3 [54] 12 BOSCH GMBH ROBERT Alemania

35 4 [41] 13 HONDA MOTOR CO LTD Japón

33 6 [16] 14 LG ELECTRONICS INC Corea del Sur

33 7 [13] 15 NEC CORP Japón

33 - 16 SIEMENS AG Alemania

112


32 - 17 DAIMLER CHRYSLER AG Alemania

30 6 [20] 18 NISSAN MOTOR CO LTD Japón

29 - 19 NOKIA CORP Finlandia

27 12 [5] 20 SAMSUNG ELECTRONICS CO Corea del Sur

Tabla 4.6. Empresas/centros solicitantes de patentes

Destacamos:

o Denso Corporation, de origen japonés, es un conglomerado de empresas centradas en el desarrollo y distribución de tecnología avanzada, sistemas y productos en el campo de la automoción. Una de sus líneas de actividad se centra en el campo de ITS (Intelligent Transport Systems).

o Se distinguen grandes compañías automovilísticas, con centros de I+D en el ámbito de estudio de este informe (General Motors, Toyota, Hyundai), junto con empresas del ámbito del equipamiento electrónico o de las comunicaciones inalámbricas.

o Resulta muy significativa la notable presencia de empresas de origen japonés en este ranking, probablemente debido al gran desarrollo de la industria automovilística en este país. Únicamente 4 empresas de esta relación son de origen europeo.

o Durante 2008, el análisis de solicitudes registradas mantiene a Denso Co., General Motors y Motorola en las tres primeras posiciones. Toyota y Samsung Electronics aparecen como empresas con creciente actividad patentadora en este campo.

4.2.4 Clasificación internacional de patentes y áreas de aplicación

Según la Clasificación Internacional de Patentes (IPC), las patentes analizadas se agrupan en las siguientes familias (tabla 4.7). Esta información es útil de cara a comprobar los potenciales usos y aplicaciones de los resultados protegidos.

Código Descripción 2000-2007

Radio transmission systems, i.e. using radiation field at least one of which is mobile

11.23% 1 H04B-007/26

Data switching networks (interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units) characterised by path configuration, e.g. local area networks (LAN), wide area networks (WAN)

10% 2 H04L-012/28

Selecting arrangements to which subscribers are connected via radio links or inductive links in which the radio or inductive links are two-way links, e.g. mobile radio systems

8.04% 3 H04Q-007/20

113

http://www.globaldenso.com/en/


Selecting arrangements to which subscribers are connected via radio links or inductive links; 7.28% 4 H04Q-007/38 Arrangements for completing call to or from mobile subscriberTraffic control systems for road vehicles; Arrangements for giving variable traffic instructions

7.26% 5 G08G-001/09

Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions

5.42% 6 G06F-017/60

Traffic control systems for road vehicles 4.37% 7 G08G-001/00

Substation equipment, e.g. for use by subscribers (subscriber services or facilities provided at exchanges; prepayment telephone coin boxes; current supply arrangements; keyboard switches in general,)

4.27% 8 H04M-001/00

Navigation, navigational instruments (measuring distance traversed on the ground by a vehicle; measuring linear or angular speed or acceleration; control of position, course, altitude or attitude of vehicles; traffic control systems)

3.97% 9 G01C-021/00

Radio transmission systems, i.e. using radiation field 3.82% 10 H04B-007/00

Tabla 4.7. Categorías IPC

Destacamos:

o En general, estos grupos son excesivamente genéricos y no aportan una información útil. Distinguimos, no obstante, algunos campos de aplicación de interés: sistemas de control de tráfico para vehículos, sistemas de navegación y, en general, aplicaciones en entornos inalámbricos.

La base de datos consultada Derwent Innovations Index clasifica las patentes registradas según un sistema jerárquico desarrollado por los técnicos de Derwent. Dichos códigos hacen referencia a posibles áreas técnicas de aplicación.

Código Descripción 2000-2007

Digital computers Data processing systems For industrial process control Vehicle/aircraft/missile process control systems

1 15.12% T01-J07D1

Telephone and data transmission systems Selecting Connecting via radio or inductive links Radio For mobile radio telephone system

2 11.88% W01-B05A1A

Digital computers Input/output arrangements Data exchange with distant stations

11.43% 3 T01-C03C

10.47% 4 T01-S03 Digital computers Software content

Telephone and data transmission systems Digital information transmisión Exchanges; connections between exchanges (incl. LAN) Characterised by structure Networks

5 9.65% W01-A06B5A

Telephone and data transmission systems Digital information transmisión Exchanges; connections between exchanges (incl. LAN) Characterised by medium

6 9.57% W01-A06C4

Telephone and data transmission systems Telephony Subscriber equipment Cordless, mobile radio telephone Mobile radio telephone

7 9.27% W01-C01D3C

114


6.46% 8 X22-X Automotive electrics

Tabla 4.8. Áreas tecnológicas de clasificación - Derwent

Destacamos:

o Estas áreas, si bien genéricas, introducen campos de aplicación muy relevantes en este ámbito: sistemas de control para el vehículo, comunicaciones móviles, redes inalámbricas o electrónica para la automoción.

115


5 VISIÓN ESTRATÉGICA

Se va a exponer a continuación los principales proyectos de investigación relacionados con esta línea de trabajo. Mientras que la Unión Europea ha potenciado el desarrollo de proyectos sobre el tema de este estudio, a través del VI y VII Programa Marco, en EEUU no ha sido el caso. Por ello se van a mostrar cuáles han sido los principales proyectos europeos mientras que los resultados americanos aparecen a los largo del estudio de forma más dispersa dada la dificultad en agruparlos.

En este apartado se nombran los proyectos principales, se agrupan por tendencias comunes y se presentan los principales logros. En el Anexo IV se describen las características principales del proyecto en una ficha y se explicará cada uno con más detalle.

5.1 Proyectos del VI Programa Marco

En entorno de VI Programa Marco (VI PM) se plantearon unas líneas de actuación que perseguían la aplicación de las nuevas tecnologías a la seguridad vial, antes de comenzar la evaluación de los proyectos englobados en este programa merece la pena destacar algunos desarrollos pioneros en esta área de conocimiento que constituyeron el embrión de posteriores proyectos de investigación. Entre ellos se encuentran los proyectos:

• Chauffeur

• CiberCars

• ULTra

Su importancia radica en que abrieron la puerta a la investigación posterior, demostrando que sus ideas de partida y desarrollos posteriores eran válidos. De hecho, dos de ellos, Chauffeur y CyberCars, tuvieron una continuación en el VI PM.

En Chauffeur se investiga en la posibilidad de desarrollar convoyes inteligentes, lográndose la automatización de un vehículo pesado capaz de detectar y seguir a una distancia fijar a otro conducido manualmente. Con cybercars se demostró cómo se podía automatizar una flota de vehículos eléctricos y su posible uso en entorno urbanos para el trasporte de pasajeros. Ultra es un buen ejemplo para analizar el impacto y la acogida de este tipo de sistemas en la sociedad dado su carácter comercial. Es un sistema de transporte basado en vehículos eléctricos que se desplazan a través de carriles especiales con balizado magnético en el aeropuerto de Heathrow.

Dentro del VI PM se tiene:

• Coopers • Friction • I-WAY • Reposit • Watch-Over

• Cover • Good Route • Moryne • Safespot

116


• CyberCars-2 • GST • Prevent • TRACKSS

Estos proyectos se pueden agrupar según las siguientes líneas:

• Aviso de situaciones peligrosas en la carretera: Good Route, Friction, I-WAY, Coopers.

• Evitar accidentes: Cover, Prevent, Reposit, Watch-Over, Safespot.

• Gestión de flotas: Cybercars, Moryne, GST

• Mejorar la eficiencia del transporte: Trackss

Sistemas de aviso de situaciones peligrosas en la carretera se desarrollaron en Good Route que plantea de un sistema cooperativo que permita la monitorización en ruta de vehículos para transporte de mercancías peligrosas. En el marco de este proyecto se ha desarrollado un sistema de comunicación intervehicular que permite el flujo de información asociada a la carretera, tal es el caso de problemas vinculados con las condiciones meteorológicas, densidad de tráfico, accidentes, condiciones de la carretera, etc. En el proyecto Friction se valora la situación de agarre vehículo-carretera y la comunicación de esta información vehículo-vehículo y con el conductor. El objetivo de I-WAY es percibir el estado de la carretera y supervisar al conductor, en tiempo real. Para ello se obtendrán los datos de los sensores a bordo del vehículo, la infraestructura viaria, y los vehículos vecinos. Para ello se utilizarán comunicaciones Infraestructura-Vehículo y Vehículo- Vehículo. Coopers proporciona a los vehículos y a los conductores información individualizada, en tiempo-real, referida a la seguridad del tráfico y al estado de la infraestructura mediante comunicaciones Infraestructura-Vehículo.

Para evitar accidentes se plantean varias alternativas. En el proyecto Reposit se emplean varios sensores que perciban el entorno, la posición del vehículo y la trayectoria del resto de vehículos. La comunicación wireless entre los vehículos avisará a todos los conductores de posible situaciones peligrosas. Los casos de estudio son intersecciones y colisiones longitudinales. En Prevent se desarrollan sistemas embarcados que facilitan información del riesgo e inminencia del siniestro y se utilizan también comunicaciones vehículo-vehículo. En Cover se añade el uso de las comunicaciones vehículo-infraestructura. Watch-Over diseña y desarrolla sistemas cooperativos para la prevención de accidentes tanto en entornos urbanos como interurbanos para vehículos, motoristas, ciclistas y peatones. En Safespot se centran en la cooperación ente vehículos y carreteras inteligentes.

La gestión de flotas de vehículos se trata en Cybercars donde se hace hincapié en el diseño de vehículos autónomos para entornos urbanos o infraestructuras dedicadas mediante las comunicaciones vehículo-vehículo, vehículo-infraestructura y la coordinación entre vehículos. En el proyecto Moryne se plantea en una red de nodos donde los elementos de transporte actúan como sensores móviles a nivel local. En GST también se trata la interacción entre los vehículos entre sí y entre éstos y la infraestructura.

117


La mejora en la eficiencia del transporte se trata en Trackss mediante la cooperación y la fusión sensorial. Con ello se puede predecir el flujo de transporte y las condiciones de la infraestructura, el medioambiente y el tráfico circundante.

5.2 Proyectos del VII Programa Marco

Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VII Programa Marco se van a comentar aquellos que han potenciado el desarrollo de sistemas de ayuda a la conducción a través del empleo de los distintos medios y sistemas de comunicaciones. Dado que su comienzo es bastante reciente se tiene mucha menos información sobre ellos y su número es menor al falta todavía una convocatoria sobre sistemas cooperativos.

En concreto son:

• ARTIC • E-FRAME • Geonet • INTERSAFE 2

• iTETRIS • NEARCTIS • PRECIOSA • PRE-DRIVE C2X

Estos proyectos se pueden agrupar según las siguientes líneas, continuación del VI PM:

• Evitar accidentes: INTERSAFE

• Mejorar la eficiencia del transporte: NEARCTIS

Y nuevas líneas:

• Definir un protocolo de comunicaciones: Geonet, PRE-DRIVE C2X

• Tecnología de antenas: ARTIC

• Promoción de los sistemas cooperativos: E-FRAME

• Simulación: iTETRIS

• Salvaguarda de la intimidad: PRECIOSA

INTERSAFE 2 es la continuación del subproyecto del mismo nombre que se encontraba dentro de PReVENT y sigue centrándose en la aplicación de los sistemas cooperativos a las intersecciones.

NEARCTIS es una Red de Excelencia formada por grupos cuya línea principal de trabajo sea la gestión del tráfico con especial interés en la utilización de sistemas cooperativos para la optimización del tráfico viario.

El objetivo del proyecto Geonet (Geo-addressing and geo-routing for vehicular communications) es establecer un protocolo que permita el intercambio de mensajes de alerta entre los vehículos y entre estos y la infraestructura dentro de una determinada área geográfica, extendiendo las especificaciones del protocolo IPv6 para lograrlo. PRE-DRIVE C2X se centra en las comunicaciones Vehículo –X. Toma como base la descripción general definida por COMeSafety con el objetivo de desarrollar y

118


detallar especificaciones y funcionalidades, que deberán ser probadas de forma robusta en prototipos reales. También se desarrollará un modelo de simulación integral y las herramientas y métodos necesarios para la evaluación de las tecnologías de comunicaciones para vehículos tanto en los laboratorios como en las condiciones reales del tráfico.

El objetivo ARTIC es resolver los requisitos que la Iniciativa por el coche Inteligente (Intelligent Car Initiative) ha planteado desde el punto de vista de las comunicaciones. Para ello se centra en la tecnología de antenas y su aplicación a la automoción y sirve de enlace entre el Antennas Virtual Centre of Excellence y el proyecto COMeSafety.

E-FRAME es una Support Action que apoya la creación de Sistemas Cooperativos dentro de la Unión Europea. Es un centro de conocimiento neutral desde el punto de vista comercial y político. El citado apoyo se lleva a cabo mediante los siguientes objetivos

iTETRIS tiene como objetivo principal la creación de una plataforma de simulación del tráfico y de las comunicaciones de los vehículos que sea abierta, global y sostenible. Tiene en cuenta comunicaciones vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura.

Con el desarrollo de sistemas cooperativos y las comunicaciones entre vehículos y entre éstos y las infraestructuras, surge el tema de la salvaguarda de la intimidad en este tipo de comunicaciones. Éste es el aspecto en el que se centra el proyecto PRECIOSA.

119


6 CONCLUSIONES / OPORTUNIDADES

Hemos visto cómo en un futuro cercano, las comunicaciones inalámbricas empezarán a tener lugar dentro del propio vehículo, comunicando los distintos componentes del mismo vehículo sin necesidad de cables. El vehículo será capaz por tanto de conectarse y gestionar toda clase de dispositivos portátiles (teléfono móvil, PDA,…) proporcionando un uso fácil e intuitivo, minimizando la distracción del conductor, y mejorando la seguridad del vehículo. El desarrollo e implementación de estas redes de comunicación avanzadas irán más allá del propio vehículo, favoreciendo la comunicación: entre vehículos, usuario-vehículo y vehículo-infraestructura, superando los actuales obstáculos de cobertura, interoperabilidad y seguridad. Asimismo, será necesario mantener unos elevados niveles de fiabilidad, robustez, calidad de servicio y disponibilidad.

Las tecnologías de fusión de datos, análisis de contexto y el desarrollo de sistemas de soporte a la decisión, suponen también una magnífica oportunidad. Pero además de las redes de sensores que proporcionen datos, los sistemas de visión artificial implementados sobre sistemas embebidos contribuirán a optimizar esta toma de decisiones, mejorando la seguridad vial y apoyando las acciones del conductor.

Por otro lado, el desarrollo de sistemas de identificación, bien inalámbricos, a través de un emisor que la persona lleve (tarjeta, llave) bien mediante parámetros biométricos (huella dactilar, reconocimiento facial) bien por combinación de ambas, permitirá al vehículo adaptarse a las preferencias del usuario (altura del asiento/volante, posición retrovisores, cadena musical, etc.

Las aplicaciones tipo ADAS (Advanced Drivers Assistance Systems) se popularizarán, gracias a la computación distribuida, sensorización, inteligencia ambiental, etc.

AUTOSAR va camino de imponerse como estándar, creándose una red de proveedores de módulos AUTOSAR, fabricantes de herramientas AUTOSAR, etc. que hoy es incipiente.

OSGi y tecnologías java serán usadas en entornos automoción para implementar algunos servicios multimedia, de comunicaciones para la eficiencia vial (información del tráfico,…).

120


7 ANEXO I. RELACIÓN DE EMPRESAS EN EL SECTOR.

7.1.1 Empresas Europeas

Empresas Ámbito Dirección URL

ALPINE Soluciones multimedia para el automóvil

http://www.alpine.com/

AUDI Fabricante automóviles http://www.audi.com

AUTOLIV Dispositivos de seguridad para el automóvil

http://www.autoliv.com

BOSCH Dispositivos de seguridad y electrónicos para el automóvil

http://www.bosch.de

BMW GROUP Fabricante automóviles http://www.bmw.com

DAIMLER Fabricante automóviles http://www.daimler.com

DELCAN Ingeniería para infraestructuras http://www.delcan.com

DENSO Componentes http://www.denso-europe.com/

EFKON MOBILITY

Hardware y software para el automóvil

http://www.efkon-mobility.com

FIAT GROUP Fabricante automóviles http://www.fiat.com

HONDA Fabricante automóviles http://www.honda.com

Comunicaciones http://www.kapsch.atKAPSCH

Transmisión inalámbrica de datos http://www.lesswire.comLESSWIRE AG

Integración de sistemas http://www.magnetimarelli.comMAGNETI MARELLI

Componentes http://www.mark-iv.com/MARKIV

Hardware http://www.nec.de/NEC

Fabricante automóviles http://www.opel.comOPEL

Fabricante automóviles http://www.renault.comRENAULT

121

http://www.alpine.com/

http://www.audi.com/

http://www.autoliv.com/

http://www.bosch.de/

http://www.bmw.com/

http://www.daimler.com/

http://www.delcan.com/

http://www.denso-europe.com/

http://www.efkon-mobility.com/

http://www.fiat.com/

http://www.honda.com/

http://www.kapsch.at/

http://www.lesswire.com/

http://www.magnetimarelli.com/

http://www.mark-iv.com/

http://www.nec.de/

http://www.opel.com/

http://www.renault.com/


Sistemas de gestión del tráfico http://www.satellic.com/SATELLIC

Transmisión inalámbrica de datos http://www.sensysnetworks.comSENSYS NETWORKS

Componentes http://w1.siemens.comSIEMENS

Sistemas de video detección http://www.traficon.com/TRAFICON

Fabricante automóviles http://www.volvo.comVOLVO

WAVETRONIX Gestión del tráfico http://www.wavetronix.com

Fabricante automóviles http://www.volkswagenag.comWOLKSWAGEN

7.1.2 Empresas Americanas

Empresas Ámbito Dirección URL

ASCOM Comunicaciones para aplicaciones its

http://www.ascom.com

AVAIL TECH Tecnologías its para el transporte público

http://www.availtec.com

AVL Gps para its http://www.cepoint.com

CHRYSLER Fabricante automóviles http://www.chrysler.com

CLEVER DEVICES

Fabricante de equipos its para la industria del transporte

http://www.cleverdevices.com

ECONOLITE Fabricante de equipos de control para sistemas de tráfico

http://www.econolite.com

DELPHI Corporation

Dispositivos de seguridad y electrónicos para el automóvil

http://www.delphi.com

DIGITAL RECORDERS

Fabricante de equipos its para la industria del transporte

http://www.digitalrecorders.com

FORD Fabricante automóviles http://www.ford.com

GENERAL MOTORS

Fabricante automóviles http://www.gm.com

122

http://www.satellic.com/

http://www.sensysnetworks.com/

http://w1.siemens.com/

http://www.traficon.com/

http://www.volvo.com/

http://www.wavetronix.com/

http://www.volkswagenag.com/

http://www.ascom.com/

http://www.availtec.com/

http://www.cepoint.com/

http://www.chrysler.com/

http://www.cleverdevices.com/

http://www.econolite.com/

http://www.delphi.com/

http://www.digitalrecorders.com/

http://www.ford.com/

http://www.gm.com/


ITERIS Consultora y desarrolladora de equipos para its, ingeniería de tráfico y transporte

http://www.iteris.com

MENTOR Engineering Inc.

Comunicaciones para aplicaciones its

http://www.mentoreng.com

ONTIRA Communications

Sistemas automáticos de información a viajeros

http://www.ontira.com

QUIXOTE Transportation Technologies Inc.

Comunicaciones para aplicaciones its

http://www.ssiweather.com

TRANSITVUE Comunicaciones para aplicaciones its

http://www.transitvue.com

TRANSURBAN Desarrollador y administrador de peajes

http://www.transurban.com.au

TRW Dispositivos de seguridad y electrónicos para el automóvil

http://www.trw.com

IDA Corp. Comunicaciones para aplicaciones its

http://www.idaco.com

123

http://www.iteris.com/

http://www.mentoreng.com/

http://www.ontira.com/

http://www.ssiweather.com/

http://www.transitvue.com/

http://www.transurban.com.au/

http://www.trw.com/

http://www.idaco.com/


8 ANEXO II. LISTADO DE PATENTES NOVEDOSAS EN EL ÁREA.

Se incluye una relación de patentes de interés relacionadas con el ámbito de estudio de este informe.

Es posible acceder a mayor información de la mayoría de estas patentes a través del servicio de búsqueda del fondo documental de patentes proporcionado por esp@cenet2, utilizando los números de publicación indicados.

Números Título descriptivo Solicitante publicación

JP2002044005-A Distance communication system for vehicle, distributes data into data slots and transmits to mobile station device where data is assembled

HITACHI LTD; HITACHI TSUSHIN SYSTEM CO

JP2002008077-A Vehicle communication method for electronic toll collection system, involves transmitting identity information of vehicle passing through a communication point, to center for preparing bill for the vehicle

MITSUBISHI JUKOGYO KK

KR2001064808-A; KR625442-B1

Method for installing dsrc roadside base station for bidirectional communication between dsrc loading device and center server and method for operating communication using thereof

KOREA TELECOM; KT CORP

WO200215150-A; WO200215150-A1; AU200161950-A; US6611739-B1

Vehicle operation diagnostic and control system for a bus has local bus control centers receiving bus operation data and transmitting control signal to bus through wireless communication network

NEW FLYER IND

WO200215148-A; KR353649-B1

Navigation system for moving objects such as vehicle, has navigation terminal connected to information center by wireless communication network, for notifying message about node point by audio

SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD

US2002014976-A1; EP1184828-A2

On-vehicle dedicated short range communication equipment in intelligent

NEC CORP

2 http://es.espacenet.com/advancedSearch?locale=es_es

124

http://es.espacenet.com/advancedSearch?locale=es_es


transport system, searches radio frequencies so that search ratio for radio frequencies for electronic toll collection service is larger

WO2003019493-A; US2002026266-A1; WO2003019493-A1; US6642844-B2; AU2002319823-A1

Direct wireless communication system for emergency event notification, monitors location of emergency vehicles and notifies vehicles closest to sensed emergency event to provide emergency assistance

SIVAN LLC

BOSCH GMBH ROBERT EP1189393-A; EP1189393-A2; JP2002176427-A; US6801942-B1

Vehicle based controller area network node remote accessing method involves communicating data addressing, reply and end messages between selected CAN node, CAN gateway and remote accessor

US6340928-B1 Emergency assistance apparatus for vehicles, carries out communication between emergency station and cellular phone, on receipt of vehicle crash signal through bluetooth port

TRW INC

JP2002032747-A Vehicles detection method used in traffic management, involves determining line segment which lies beyond threshold value, from the digitized decoded image of vehicle

DAINI DENDEN KK

TOSHIBA KK JP2002046609-A Vehicle driving control system has control unit to stop vehicle component which is disconnected from vehicle, if vehicle component enters into prohibited route

US2002001398-A1; EP1179803-A2; JP2002083297-A; US7031496-B2

Object recognition method for intelligent transport system, involves switching between several databases provided in association with each camera, and performing pattern matching

MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD (MATU); MATSUSHITA DENKI SANGYO KK

TOSHIBA KK (TOKE); TOSHIBA ENG KK

JP2002015396-A Traffic monitoring system for roads, outputs warning when vehicle is judged to deviate from specific moving pattern

JP2001126187-A; JP3397185-B2

Communication system for vehicles, has CGI script in server which updates homepage, based on received present position and destination information from communication apparatus

NIPPONDENSO CO LTD

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JP2001101599-A; JP3436202-B2

Vehicle-mounted driving assistance apparatus for intelligent transport system, performs indication for controlling vehicle speed, based on information about vehicles running ahead

TOYOTA JIDOSHA KK

INT BUSINESS MACHINES CORP

US6292747-B1 Heterogeneous wireless network e.g. for network of travelling vehicles adapted to exchange network travelling information with each other, has GPS receiver, suitable for determining the vehicle's geographic position

JP2001060297-A Distance communication apparatus mounted on vehicle in intelligent transport system, has communication control section to set receiver to standby condition for receiving both radio frequencies from base station

HITACHI LTD

US2001018628-A1

Vehicle efficiency/driver performance monitoring system, for commercial vehicle fleet management system, has transceiver which transmit vehicle efficiency/driver performance and receives route/environment information

MERITOR HEAVY VEHICLE SYSTEMS LLC

US6249742-B1 Navigation system for vehicle, determines output route preview event, by evaluating output data based on which data representing road name of target route is stored

NAVIGATION TECHNOLOGIES CORP

EP1071056-A; EP1071056-A2; DE19933318-C1

Wireless transmission of messages between vehicle communication system and external central computer by converting text to phonetic representation before transmission and outputting as speech

BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG

EP1089579-A Road vehicle communication system with enhanced system extendibility includes frequency converters and multiplexer/demultiplexer to handle signals in a duplex way

OKI ELECTRIC IND CO LTD; JAPAN MIN POSTS & TELECOMMUNICATIONS; NAT INST INFORMATION & COMMUNICATIONS TE (NAIN-Non-standard)

EP1087589-A; EP1087589-A1; US6594557-B1

Sending and receiving information between vehicle data processing system and resource data system via wireless communication system

FORD MOTOR CO; VISTEON GLOBAL TECHNOLOGIES INC

JP2001204058-A; JP3752939-B2

Automatic controller for vehicle, controls vehicle based on communication condition of communication terminal in

TOYOTA JIDOSHA KK

126


vehicle

JP2001101594-A; JP3456177-B2

Vehicle mounted driving assistance information providing apparatus has selector which selects either of or both obstruction information and lane deviation information, based on level of demand.

TOYOTA JIDOSHA KK

VOLKSWAGEN AG EP1096457-A; EP1096457-A2; DE19952153-A1; EP1096457-B1; DE50005400-G; EP1096457-B2

Method and device for recognizing traffic signals electronically detects signals with an electronic camera in a motor vehicle indicating comparisons and affecting the vehicle's speed controls

JP2000298745-A; JP3226509-B2

Vehicle-mounted dedicated short range communication device for intelligent transport system has high-frequency terminal with high frequency signal whose wavelength is set to quarter wavelength

MITSUBISHI ELECTRIC CORP

JP2001014589-A Motor vehicle communication system e.g. intelligent transport system,.notifies discrimination information of base station to mobile station by.management device, when detecting its entry to related communication area

HITACHI LTD

JP2005333225-A Traffic control system for motor vehicle, has vehicle mounted communication apparatus transmitting data to be transmitted to center apparatus to another vehicle mounted communication apparatus by short range radio communication

NAKAMURA K; YOSHIDA I; KANAMORI T. NIPPONDENSO CO LTD

JP2005332263-A Emergency vehicle notification method in communication terminal, involves performing call to judged communication terminal at vicinity of position of emergency vehicle, to notify approach of emergency vehicle

GOTO M. SONY ERICSSON MOBILE COMMUNICATIONS KK

US2005225457-A1; JP2005301581-A; US7304589-B2

Vehicle-to-vehicle communication device used to detect and report traffic information has signal processor that processes information from subject vehicle and communication device to report processed information to other vehicles

KAGAWA M. DENSO CORP; NIPPONDENSO CO LTD

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US2005222751-A1; US7366606-B2

Traffic information providing method for vehicle navigation system, involves receiving location data and speed data from vehicle navigation device, and broadcasting refined traffic information to navigation device

UYEKI R. HONDA MOTOR CO LTD

OLSEN J; BRADLEY D; JENKINS R. UNITED PARCEL SERVICE AMERICA

WO2005069246-A2; US2005203683-A1; EP1706849-A2

Vehicle sensor data collection automating system for fleet operation, has telematics device with interface for collecting data from sensors disposed in vehicle to send signal to driver if vehicle is in certain distance of object

US2005073435-A1; US6982653-B2

Service system for automotives, includes computer which is configured to utilize radio frequency identification (RFID) interrogator to retrieve stored data from RFID transponders

VOELLER D A; CLASQUIN J. VOELLER D A ; CLASQUIN J; HUNTER ENG CO

KITTELL R P; SCHNECK M M; SCHNECK T. KITTELL R P; SCHNECK M M; SCHNECK T

US2004078141-A1; US6826460-B2

Fleet management system of electric and fuel cell vehicles, has computer that links task inputs with predicted vehicle range and measured vehicle position

JP2003150994-A; JP3820966-B2

Electronic toll collection device for vehicles, has communication interfaces that process protocol of Bluetooth (RTM) specification to perform communication between data transceiver and integrated circuit card interface

NIPPONDENSO CO LTD

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9 ANEXO III. LISTADO DE PUBLICACIONES NOVEDOSAS EN EL ÁREA.

Se incluye una relación de publicaciones científicas de interés relacionadas con el ámbito de estudio de este informe.

Autores Título Publicación

Wang, YH, Chuang, CC, Chao, CF

A distributed backup routes mechanism for mobile ad hoc networks

IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS

Manzie, C, Watson, HC, Halgamuge, S, Lim, K

A comparison of fuel consumption between hybrid and intelligent vehicles during urban driving

PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART D-JOURNAL OF AUTOMOBILE ENGINEERING, 2006

Biswas, S, Tatchikou, R, Dion, F

Vehicle-to-vehicle wireless communication protocols for enhancing highway traffic safety

IEEE COMMUNICATIONS MAGAZINE, 2006

Okabe, T, Shizuno, T, Kitamura, T

Wireless LAN access network system for moving vehicles

10th IEEE Symposium on Computers and Communications, Proceedings, 2005

Fukuhara, T, Warabino, T, Ohseki, T, Saito, K, Sugiyama, K, Nishida, T, Eguchi, K

Broadcast methods for inter-vehicle communications system

2005 IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2005

Durresi, M, Durresi, A, Barolli, L

Optimized geographical routing protocol for inter-vehicle communications

25th IEEE International Conference on Distributed Computing Systems Workshops, Proceedings, 2005

Furstenberg, K, Russler, B, Valldorf, J; Gessner, W

A new European approach for intersection safety - The EC-Project INTERSAFE

Advanced Microsystems for Automotive Applications 2005, 9th International Forum on Advanced Microsystems for Automotive Application, 2005

Anda, J, LeBrun, J, Ghosal, D, Chuah, CN, Zhang, M

VGrid: Vehicular adhoc networking and computing grid for intelligent traffic

VTC2005-Spring: 2005 IEEE 61st Vehicular Technology Conference, 2005

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Khaled, Y, Ducourthial, B, Shawky, M

IEEE 802.11 performances for inter-vehicle communication networks

VTC2005-Spring: 2005 IEEE 61st Vehicular Technology Conference, 2005

Conci, N, De Natale, FGB, Bustamante, J, Zangherati, S

A wireless multimedia framework for the management of emergency situations in automotive applications: The AIDER system

SIGNAL PROCESSING-IMAGE COMMUNICATION, 2005

Koike, T, Tanaka, M, Yoshida, S

Capacity improvement of multihop inter-vehicle communication networks by STBC cooperative relaying

IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS, 2005

Sugiura, A, Dermawan, C

In traffic jam IVC-RVC system for ITS using Bluetooth

IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, 2005

Chu, HW; Savoie, MJ; Sanchez, B; Saito, N

Ad-hoc networks security 3rd International Conference on Computing, Communications and Control Technologies, 2005

Wu, Zhaohui, Zheng, Zengwei, Wang, Lei, Yang, Guoqing, Zhao, Mingde

Asos-IV: A smart sensor network software platform for intelligent vehicle

DETC 2005: ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, 2005

Lee, G, Slezak, D, Kim, TH, Sloot, P, Kim, HK, Szczuka, M

Design and prototype implementation of a novel automatic vehicle parking system

2006 International Conference on Hybrid Information Technology, 2006

Lee, G, Slezak, D, Kim, TH, Sloot, P, Kim, HK, Szczuka, M

A selective flooding method for propagating emergency messages in vehicle safety communications

2006 International Conference on Hybrid Information Technology, 2006

2006 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, 2006

Sheng, W., Yang, Q., Guo, Y.

Cooperative driving based on inter-vehicle communications: Experimental platform and algorithm

Daoud, R. M., El-Dakroury, M. A., Elsayed, H. M.

Wireless vehicle communication for traffic control in urban areas

IECON 2006 - 32nd Annual Conference on IEEE Industrial Electronics, 2006

Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Vehicular Electronics and Safety, 2006

Wu, Z., Chu, H., Pan, Y., Yang, X.

Bus priority control system based on Wireless Sensor Network (WSN) and Zigbee

Ulrich, F; Masayuki, UWB radio propagation inside vehicle 7th International Conference

130


F; Christain, B; Massimiliano, L; Shozo, K; Guangjun, W

environments on ITS Telecommunications, Proceedings, 2007

Taleb, T., Sakhaee, E., Jamalipour, A., Hashimoto, K., Kato, N., Nemoto, Y.

A stable routing protocol to support ITS services in VANET networks

IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, 2007

Sampigethaya, K., Li, M., Huang, L., Poovendran, R.

AMOEBA: Robust location privacy scheme for VANET

IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, 2007

Cardno, C. A. Vehicle infrastructure integration test planned for Detroit

CIVIL ENGINEERING, 2007

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10 ANEXO IV. Proyectos del VI y VII Programa Marco

10.1 Proyectos del VI Programa Marco

En entorno de VI Programa Marco se plantearon unas líneas de actuación que perseguían la aplicación de las nuevas tecnologías a la seguridad vial, antes de comenzar la evaluación de los proyectos englobados en este programa merece la pena destacar algunos desarrollos pioneros en esta área de conocimiento que constituyeron el embrión de posteriores proyectos de investigación. Entre ellos se encuentran los proyectos CyberCars, ULTra y Chauffeur.

10.1.1 CyberCars

Los cybercars son vehículos con plenas capacidades para conducción automática en entornos viarios, su finalidad es la de potenciar la aplicación de los sistemas avanzados de transporte para una mejor y más efectiva organización del transporte urbano. Este proyecto fue desarrollado por un consorcio constituido por centros de investigación de la unión europea, del cual su principal exponente es el Instituto Nacional Francés de Investigación en Automática e Informática (INRIA). La participación Española tiene como representantes al Instituto de Automática Industrial (CSIC) y Robotiker.

Figura 10.1. Algunos ejemplos de Cybercars

Este desarrollo está basado en el uso de automóviles eléctricos autónomos para el transporte urbano de pasajeros (Figura 10.1). Cybercars fue el primero de numerosos proyectos desarrollados tales como CyberMove y NetMobil, y cuya finalidad fue la de promover este tipo de sistemas y su implantación en escenarios urbanos reales. El primer vehiculo basado en esta concepción se puso en funcionamiento en Holanda en 1997 y ha estado operando de forma satisfactoria durante 24 horas al día. Es preciso mencionar, que este tipo de sistemas trabaja únicamente en determinadas áreas específicas, bajo una demanda perfectamente estructurada y con una velocidad máxima limitada de 30 km/h [63].

132


Los primeros desarrollos de cybercars se basaron en sistemas de balizado inductivo, aunque posteriormente se propusieron otras alternativas más complejas que fusionaban la integración odométrica con estos balizados [64], ya fueran inductivas o por láser (Figura 10.2), o bien con sistemas de visión artificial con reconstrucción 3D para la localización de rutas [65].

Figura 10.2. Scan láser.

El empleo de sistemas de visión por computador ha demostrado un incremento importante en las capacidades que inicialmente se atribuyeron a estos sistemas, habilitándolos para la detección de obstáculos y peatones.

Otro de los aspectos abordados en el marco de este proyecto es la comunicación entre vehículos y entre un vehículo y una red (Figura 10.3). La arquitectura planteada permite entre otras cosas, unir sistemas de percepción de los diferentes automóviles para ser accesibles desde cualquier punto de la red, ya sea un servidor fijo o embebido en otro automóvil, comunicación con infraestructuras para recibir información sobre otros coches o acceso a ciertos recursos (permitir paso en cruces), intercambio de trayectorias, etc. Se ha implementado un protocolo para el intercambio de información sobre la situación de cada vehículo de tal forma que estos son capaces de calcular el cruce. Este sistema básicamente se encarga de indicar a los distintos vehículos de los alrededores donde esta cada uno de los demás, de tal manera que gracias al planificador de trayectorias estos son capaces de evitarse, es pues una forma de indicar donde están los objetos móviles del entorno, pudiéndose analizar una simple intersección de dos automóviles sin emplear sensores.

133


Figura 10.3. Comunicación entre vehículos.

Dentro de esta última línea de trabajo, se ha desarrollado un simulador que permite simular cada cybercar de forma íntegra, con todos sus sensores (láser, GPS y brújula) e incluso con la posibilidad de añadirle ruido a cada uno de éstos. Además, permite simular colisiones y facilita la inserción de objetos móviles. Un punto muy destacable del sistema es la capacidad de simular comunicaciones entre vehículos. El simulador ha sido desarrollado para facilitar incluso comunicaciones con los vehículos reales.

La utilización intensiva de comunicaciones y sensores, junto con las nuevas generaciones de vehículos automáticos sin conductor en entornos de tráfico urbano se concreta en la implantación de sistemas de comunicación vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura. Estos sistemas autónomos, que incorporan sistemas de seguridad, implementan nuevas soluciones y tecnologías de coordinación entre ellos, principalmente en zonas peligrosas como cruces de carretera y circulación en caravana.

10.1.2 ULTra

El proyecto ULTra supuso el desarrollo de un sistema avanzado, eficiente y de bajo coste para el transporte de personas. La Universidad de Bristol y ATS han sido los encargados de llevar a cabo el diseño de este sistema de transporte basado en vehículos eléctricos que se desplazan a través de carriles especiales con balizado magnético (Figura 10.4).

134


Figura 10.4. Vehículo ULTra

Los vehículos van dotados de sensores de ultrasonido y láser para la implementación del módulo de control de colisiones [66]. El sistema está basado en una unidad de central que recibe las peticiones de los usuarios a través de unos terminales táctiles (Figura 10.5). Esta unidad calcula la ruta más idónea a seguir y se la transmite al vehículo a través de un sistema de comunicaciones para que éste sigua el itinerario prefijado a partir de la información del balizado magnético de la carretera.

Figura 10.5. Interfaz Hombre-máquina

La implantación real de este sistema ha demostrado la gran ventaja de que un usuario sea llevado directamente de un punto a otro sin escalas, con escasos costes de desarrollo y garantías de seguridad propias de los trenes.

Figura 10.6. Implantación en Heathrow

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Las primeras pruebas de implantación se realizaron en Cardiff, para pasar, viendo los excelentes resultados mostrados, a su instalación en el aeropuerto de Heathrow en Londres (Figura 10.6).

El carácter inminentemente comercial que tiene este proyecto y su implantación física lo transforma en un buen ejemplo para analizar el impacto y la acogida de este tipo de sistemas en la sociedad.

10.1.3 Chauffeur

El incremento del tráfico en las autopistas europeas en los últimos quince años ha supuesto la motivación del proyecto Chauffeur, en el que se plantea la posibilidad de desarrollar convoyes inteligentes (Figura 10.7) capaces de permitir a un solo conductor conducir una flota completa de camiones.

Figura 10.7. Convoy inteligente.

Este proyecto fue desarrollado por un consorcio formado por empresas del sector automovilístico tales como DaimlerChrysler, IVECO, Bosch y Wabco, junto con centros de investigación como el INRIA y LIVIC [67].

Figura 10.8. Controlador

El proyecto Chauffeur perseguía el desarrollo de sistemas electrónicos de conducción que permitiesen incrementar la densidad del transporte de mercancías, preservando la seguridad y mejorando el uso de las infraestructuras existentes. El sistema simula un remolcador electrónico que relaciona dos camiones. El controlador electrónico de

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seguimiento (Figura 10.8) está basado en el empleo de sistemas de visión por computador y radar para la detección del camión que circula delante. La información suministrada permite el accionamiento del volante, freno, así como del ajuste de la velocidad de crucero.

El trabajo realizado se completó con un estudio exhaustivo de las implicaciones legales y administrativas que supondría la implantación de un sistema como el planteado, así como de los pasos precisos para posibles certificaciones y análisis de los potenciales problemas que pudieran derivarse.

Entre las conclusiones establecidas se consideró la potencialidad de establecer sistemas de comunicación entre los distintos vehículos que formaran el convoy con el objetivo de robustecer los posibles controladores implementados.

La continuación de este proyecto condujo en el marco del Chauffeur II a desarrollar un producto que pudiese ser comercializado, denominado "CHAUFFEUR Assistant" que ayudase al conductor de un camión a seguir al vehículo que lo precediese. El experimento final consistió en un pelotón de tres camiones maniobrando de forma conjunta en un circuito de pruebas. Para ello se desarrollaron estrategias de funcionamiento en pelotón y comunicaciones entre los diversos vehículos que lo formanban. El sensor principal era una cámara de vídeo y se modificó el control del vehículo, especialmente los frenos. Los camiones se mantenían de forma automática dentro de los límites de la carretera y detectaban y evitaban obstáculos en ella [68].

Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VI Programa Marco se van a comentar aquellos que han destacado en el empleo de comunicaciones entre vehículos o bien vehículo-infraestructura.

10.1.4 Good Route

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Dic-2008 4.887.402 € 2.800.000 financiados

Llamada Web Coordinador

ICT for Transport www.goodroute-eu.org Centre for Research and Technology Hellas, Informatics and Telematics Institute (Grecia).

Resto participantes

Centre for Research and Technology Hellas, Hellenic Institute of Transport (Grecia), Centro Ricerche Fiat (Italia), Iveco S.P.A. (Italia), Planung Transport Verkehr AG (Alemania), University of Stuttgart (Alemania), Universidad Politecnica De Madrid/Life Supporting Technologies (España), Telefonica Investigacion Y Desarrollo Sociedad

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http://www.goodroute-eu.org/


Anonima Unipersonal (España), DESTIA (Finlandia).

Good Route es el acrónimo de “Dangerous Goods Transportation Routing, Monitoring and Enforcement”. El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema cooperativo que permita la monitorización en ruta de vehículos para transporte de mercancías peligrosas. El sistema planteado permite una gestión dinámica de riesgos facilitando la planificación de rutas y su monitorización (Figura 10.9), así como su aplicación a una red de transporte [69].

Figura 10.9. Sistema de navegación

En el marco de este proyecto se ha desarrollado un sistema de comunicación intervehicular que permite el flujo de información asociada a la carretera, tal es el caso de problemas vinculados con las condiciones meteorológicas, densidad de tráfico, accidentes, condiciones de la carretera, etc.

Figura 10.10. Sistema de comunicación.

El conductor redirecciona toda esta información a otros vehículos proporcionando las coordenadas y el tiempo asociado a dicho evento. Otra posibilidad contemplada por el sistema es la recepción de información proveniente de los Centros de Gestión de

138


Tráfico (TMC), normalmente asociada al estado de la carretera, accidentes, etc., y viceversa [70].

Otra de las tareas vinculadas al sistema es la comunicación con la Autoridad Competente en cuestión de tráfico (Figura 10.10) para facilitarle información sobre algún tipo de violación detectada en algún transporte de mercancías peligrosas (tipo de carga, galibo, etc.).

10.1.5 Reposit

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Dic-2007 947.296 € 543.098 € financiados


GMV (España). ICT for Transport www.ist-reposit.org

Resto participantes

Grupo Antolín (España), Centro Richerche Fiat (Italia), Jean Pierre Magny (Francia), Tadiran Spectalink (Israel)

El objetivo del proyecto Reposit (Relative positioning for collision avoidance systems) es desarrollar un sistema que evite colisiones (Collision Avoidance Systems) usando sensores que perciban el entorno, la posición del vehículo y la trayectoria del resto de vehículos [71]. La comunicación wireless entre los vehículos avisará a todos los conductores de posible situaciones peligrosas (Figura 10.11). Los casos de estudio son intersecciones y colisiones longitudinales. Las comunicaciones están basadas en la familia de protocolos IEEE 802.11

Figura 10.11. Modulo REPOSIT.

10.1.6 Moryne

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Mar-2008 3.901.015 € 1.999.940 financiados

139

http://www.ist-reposit.org/



ICT for Transport www.fp6-moryne.org European Aeronautics Defence and Space Company

Resto participantes

Berlin Buses Authority (Alemania), University of Applied Sciences Osnabrück (Alemania), Euskaltel SA (España), GMV Sistemas SA (España), Martec (Francia), Ministere de la Region de Bruxelles Capitale (Belgica), Multitel (Belgica).

El objetivo principal de este proyecto es el desarrollo de un sistema de gestión de tráfico por carretera que pueda operar a nivel urbano, regional e internacional, su implementación se basa en una red de nodos donde los elementos de transporte actúan como sensores móviles a nivel local [72].

El sistema desarrollado implementa diferentes tipos de comunicación (Figura 10.12):

1. Recepción y procesamiento de la información procedente de los vehículos en carretera.

2. Envío de la información recibida al centro de gestión de tráfico.

3. Transmisión de la información procedente del centro de gestión de tráfico a los vehículos en carretera, centros de control y los dispositivos distribuidos de control de tráfico.

Los elementos de bajo nivel que forman parte de la red son autónomos en su gestión del tráfico. Éstos envían información a su nivel inmediatamente superior resumiendo la situación del tráfico en su zona de cobertura y reciben información en cuanto a tareas de cooperación y optimización. La información fluye entre los distintos elementos de la red a través de radio digital, redes inalámbricas y tecnología GPRS y UMTS [73].

Los resultados ofrecidos por el proyecto se han aplicado a través de la empresa municipal de transporte público de Berlín (BVG) que engloba transporte ferroviario y por carretera.

140

http://www.fp6-moryne.org/


Figura 10.12. Sistemas de comunicación en Moryne.

10.1.7 CyberCars-2

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Dic-2008 4.044.500 € 2.068.000 financiados


ICT for Transport www.cybercars.org INRIA

Resto participantes

Univ. Stuttgart (Alemania), Netherlands Organisation for Applied Scientici Research (Holanda), Frog Navigation Systems (Holanda), Shangai Jiao Tong Univ. (China),

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http://www.cybercars.org/


Robotiker (España), Robosoft (Francia), Centro Richerche Fiat (Italia), CSIC (España), Eurolum (Francia), Griffith Univ. (Australia)

Continuación del proyecto Cybercars y Cybermove, tiene como objetivo el diseño de vehículos autónomos para entornos urbanos o infraestructuras dedicadas [74][75]. La innovación respecto a los proyectos anteriores está en el énfasis en las comunicaciones vehículo-vehículo, vehículo-infraestructura y la coordinación entre vehículos [76]. Esta cooperación se ha estudiado para los casos de funcionamiento en pelotón (a cortas distancias) y la gestión de intersecciones (llegada y cruce).

También se ha estudiado como vehículos equipados con Sistemas de Ayuda a la Conducción (Advanced Drivers Assistance Systems - ADAS) se benefician al poder comunicarse con los vehículos cercanos [77].

Utilizan la arquitectura CALM (Communications, Air-interface, Long and Medium range) que consiste en un protocolo de comunicaciones wirelss para Sistemas Inteligentes de Transporte (Figura 10.13).

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figura 10.13. Vehículos desarrollados en el marco de Cybercars 2. (a) Vehículo Frog (b) Robotsoft (c) Serpentine Vehicles (d) Ultra (e) Yamaha.

10.1.8 Prevent

Duración Coste

1-Feb-2004 31-Ene-2008 55 Mill € 29,8 Mill financiados

142



DaimlerChrysler AG (Alemania) ICT for Transport www.prevent-ip.org/

Resto participantes

Audi (Alemania), BMW F+T (Alemania), Centro Ricerche FIAT (Italia), DaimlerChrysler (Alemania), Ford AG (Alemania), PSA Peugeot Citroën (Francia), Regienov (Francia), Volvo Technology Corporation (Suecia), Volkswagen

(Alemania), Blaupunkt (Alemania), Bosch (Alemania), Delphi Delco (Alemania), IBEO (Alemania), Navteq (Holanda), Philips (Alemania), Siemens (Alemania), Sagem (Francia), Siemens VDO (Alemania), Tele Atlas (Holanda), TRW Conekt (Reino Unido), FCS Simulator Systems (Holanda), Imita, Lewicki (Alemania), Navigon (Alemania), Transver (Alemania), ERTICO (Belgica), Ministerie van Verkeer en Waterstaat (Holanda), Fraunhofer Gesellschaft (Alemania), Niedersaechsisches Ministerium fuer Wirtschaft, Arbeit und Verkehr (Alemania), TNO (Holanda), TRL (Reino Unido), Cidaut (España), CNRS Idfe (Francia), Technische Universitaet Chemnitz (Alemania), CERTH/HIT (Grecia), Forgis (Alemania), ICCS (Grecia), INRIA (Francia), LCPC (Francia), Lunds Universitaet (Suecia), NTUA (Grecia), Universitaet Hannover (Alemania), Universita degli Studi di Siena (Italia), Universita degli Studi di Trento (Italia), Universita degli Studi di Parma (Italia), Forwiss (Alemania), IMC (Alemania), INRETS (Francia), VTT (Finlandia).

El proyecto integrado Prevent pretende contribuir a la seguridad del tráfico por carretera a través del desarrollo de tecnologías y aplicaciones preventivas de seguridad. El objetivo de las aplicaciones preventivas es el de ayudar al conductor a evitar o mitigar el accidente a través de sistemas embarcados que facilitan información del riesgo e inminencia del siniestro [78].

EL modo de actuación del sistema se divide en varios pasos (Figura 10.14):

1. Informar al conductor lo antes posibles de la existencia de una situación de riesgo.

2. Advertir al conductor en el caso de que no haya habido reacción por su parte a la información.

3. Activar la asistencia o intervenir en último caso para intentar evitar el accidente o mitigar sus consecuencias.

143

http://www.prevent-ip.org/


Figura 10.14. Sistema Prevent.

El sistema preventivo de seguridad [79] ayuda al conductor a mantener una velocidad y distancia de seguridad adecuada, a permanecer dentro del carril, evitar situaciones de riesgo en adelantamientos e intersecciones, etc. Son empleados sensores de infrarrojos, cámaras de video, radar, sistemas de navegación inercial, acelerómetros, etc.

Figura 10.15. Interfase MMI.

Este sistema preventivo emplea tecnologías de la información, comunicaciones y posicionamiento para poder así operar de forma autónoma en el vehículo o bien con

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carácter cooperativo a través de comunicaciones con otros vehículos o la propia infraestructura, con la intención de disminuir el número de accidentes y su severidad.

La interfase hombre-máquina desarrollada asegura que las aplicaciones de seguridad preventiva operan de forma correcta en atención a las restricciones ergonómicas y psicológicas del conductor (Figura 10.15). Una vez evaluado el riesgo a través de la información adquirida por el sistema sensorial son enviadas señales de alarma y de asistencia al conductor a través de la interfase para que este pueda actuar y adecuar la conducción en función de los peligros percibidos.

10.1.9 Cover

Duración Coste

1-Marzo-2006 28-Feb-2009 4.137.330 € 2.244.000 financiados


Tieliikelaitos (Finlandia) ICT for Transport www.ist-cover.org

Resto participantes

Turun Yliopisto (Finlandia), Siso Auto Trucks (Finlandia), E4T (Chequia), Centro Richerche Fiat (Italia), Mitrom (Finlandia), Loquendo (Italia), Infoblu (Italia), Ribes (Italia), Netxcalibur (Italia).

El proyecto Cover (Semantic-driven cooperative vehicle infrastructure systems for advanced e-safety applications) se centra en sistema cooperativos vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura [80]. Concretamente se han tratado los siguientes aspectos:

• Adaptación inteligente de la velocidad. Donde se estudian límites de velocidad que sean estáticos, temporales y dinámicos.

• Sistemas avanzados de ayuda a la velocidad de los vehículos. Donde el sistema detecta situaciones de peligro que ni el conductor ni los sensores de vehículo pueden detector.

• Gestión de grupos de camiones. Donde se gestiona el paso de estos para mejorar la seguridad y la eficiencia de colas y congestión en la autopista.

Las tecnologías que utiliza son: semántica, agentes, sensores, comunicaciones, interfaces multimodales.

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http://www.ist-cover.org/


10.1.10 Friction

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Dic-2008 4.3 Mill € 2.6 Mill € financiados


ICT for Transport friction.vtt.fi VTT Technical Research Centre (Finlandia)

Resto participantes

Helsinki University of Technology (Finlandia), Centro Ricerche FIAT (Italia), IBEO Automobile Sensor GMBH (Alemania), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (Alemania), Siemens VDO Automotive (Alemania), Magneti Marelli (Italia), Pirelli Pneumatici (Italia), Nokian Tyres (Suecia), VOLVO Technology Corporation (Suecia)

El objetivo del proyecto Friction [81] es la creación de un sistema embarcado que permita valorar la situación de agarre vehículo-carretera y que mejore el desarrollo de los sistemas de seguridad integrados y cooperativos en la comunicación vehículo-vehículo y con el conductor. Las aplicaciones que podrían beneficiarse de esta información [82] son las relacionadas con los sistemas de control de la conducción tales como los sistemas de control de tracción, de asistencia a la frenada de emergencia, de estabilidad, de control adaptativo de velocidad, etc.

Figura 10.16. Funcionamiento.

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http://friction.vtt.fi/


Entre los objetivos del proyecto se encuentra el uso de los actuales sensores que embarcan los vehículos que junto con otros sensores de bajo coste tales como visión por computador, láser, etc. actúen como entradas a un nuevo modelo de predicción y estimación de la fricción y deslizamiento entre el neumático y la carretera (Figura 10.16).

Los resultados experimentales del proyecto se han planteado sobre vehículos turismos así como de transporte de mercancías.

10.1.11 I-WAY

Duración Coste

1-Feb-2006 31-Ene-2009 4.591.998€ 2.600.000 financiados


www.iway-project.euICT for Transport Elettronica e sistemi per automazione (Italia)

Resto participantes

Sword Technologies (Luxemburgo), Panepistimio Ioanninon (Grecia), Datablue (Grecia), ABM Merchant (Italia), OHB Teledata (Alemania) Centro Richerche FIAT (Italia), TWT Information & Engineering Technologies (Alemania), GOV3 (Reino Unido), Loquendo (Italia), Universidad Politécnica de Madrid (España), Eurotech France (Francia)

El objetivo de I-WAY es percibir el estado de la carretera y supervisar al conductor, en tiempo real [83]. Para ello se obtendrán los datos de:

• Sensores a bordo del vehículo.

• La infraestructura viaria.

• Los vehículos vecinos.

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http://www.iway-project.eu/


Figura 10.17. Arquitectura del proyecto I-Way.

Para ello se utilizarán comunicaciones Infraestructura-Vehículo y Vehículo- Vehículo. La información que recibe el conductor puede ser una señal de aviso o de alerta, dependiendo de la gravedad de la situación en la que se encuentre (Figura 10.17). Estas situaciones pueden ser:

• Condiciones atmosféricas

• Atascos, accidentes

• Obstáculos en la carretera, alejamiento del carril

• Fatiga o adormecimiento del conductor o de uno de los coches vecinos.

El sistema tiene dos grandes grupos de módulos: Sistemas embarcados y sistemas externos de transporte. Para cada uno de ellos se tiene:

Sistemas embarcados.

1. Modulo sensorial del vehículo. Captura la información en bruto de todos los sensores a bordo del vehículo, la procesa y la analiza.

2. Módulo de adquisición de datos. Agrega, combina y correla la información interna con la que se capta de fuentes externas.

3. Módulo de interface. Se relaciona con el conductor a través de interface gráfica y vocal.

4. Módulo de evaluación de la situación. Estima la situación en la carretera.

5. Módulo de comunicaciones. Maneja las comunicaciones con otros vehículos y con la infraestuctura.

Los módulos del sistema externo de transporte son:

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1. El equipamiento de la carretera. Adquiere información de esta en lugares donde los sensores de los vehículos no van a ser capaces de precisar su grado de peligrosidad

2. Sistema de administración de la carretera. A través de aplicaciones y bases de datos administra en tiempo real toda la información referida a la carretera.

10.1.12 TRACKSS

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Junio-2009 4.427.186 € 2.499.967 financiados


ICT for Transport www.trackss.net ETRA Investigación y Desarrollo, S.A (España)

Resto participantes

Robert Bosch (Alemania), Centrum dopravního vy´zkumu v.v.i. (Chequia), Citilog (Francia), Centro Ricerche Fiat (Italia), DLR (Alemania), INRETS (Francia), ITACA (España), LCPC (Francia), Institute for transport Sciences (Hungría), Moviquity (España), TRW Conekt (Reino Unido), University of Newcastle (Reino Unido), Ayuntamiento de Valencia (España)

El objetivo de Trackss (Technologies for Road Advanced Cooperative Knowledge Sharing Sensors) es mejorar la seguridad y eficiencia del transporte [84]. Para ello se hace especial énfasis en la cooperación y la fusión sensorial. Con ello se puede predecir el flujo de transporte y las condiciones de la infraestructura, el medioambiente y el tráfico circundante [85].

[86]: Los objetivos específicos se centran en

1. El desarrollo de nuevas técnicas sensoriales.

2. El diseño e integración de la capacidad de compartir conocimiento dentro de una red de sensores que a su vez se integran en un sistema de transporte cooperativo.

3. Capacidad de integrar los sensores de forma modular dentro de la arquitectura del sistema de transporte cooperativo.

4. El desarrollo de nuevas técnicas de fusión e integración sensorial.

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http://www.trackss.net/


5. Desarrollo de sistemas de ayuda a la decisión (DSS -Decision Support System) basado en el conocimiento para evaluar y predecir las condiciones que afectan a la seguridad y a la eficiencia del transporte.

6. Validación de la ideas del proyecto. Esto se llevará a cabo en tres escenarios:

• Pista de pruebas. Donde se probarán los resultados en un entorno controlado.

• Intersección. Donde se probarán los resultados en una intersección real.

• Red de transporte: Donde se probarán los resultados en un ambiente real.

Las tecnologías sensoriales que se investigan dentro del proyecto dotarán de capacidad de percepción a los vehículos y a la infraestructura (Figura 10.18).

Figura 10.18. Capacidades sensoriales del proyecto TRACKSS.

Las principales son [86]:

1. Remote Sensing: Optimización del uso de sistemas aéreos para diferentes aplicaciones dentro del proyecto. Estos sistemas están basados en helicópteros, dirigibles y aviones.

2. CCTV Inteligente: Desarrollo de cámaras inteligentes dedicadas a la detección y seguimiento de autobuses para la optimización de la administración del tráfico y la provisión del servicio.

3. Escáner láser: Desarrollo de escáneres láser avanzados para el reconocimiento de vehículos y la obtención de su velocidad.

4. Smart Dust: Investigación y desarrollo de aplicaciones basadas en smart dust (una red de sensores microelectromecánicos, sin hilos y minúsculos) aplicadas al

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transporte, así como el desarrollo e implementación de las pruebas que validen estas técnicas.

5. Detección de peatones: El sistema disparará otros que impidan o minimicen la gravedad del atropello.

6. Ice Detection: Desarrollo de tecnologías que permitan reducir el coste, tamaño y mejoren los sensores actuales.

7. Cámara HDHR/CMOS: diseño de una cámara CMOS de alta resolución y rango dinámico alto para aplicaciones del transporte.

8. Tecnologías avanzadas de identificación de vehículos: diseño de un emisor infrarrojo par identificar al vehículo en un carril y permita su localización.

9. Sistemas de inducción electro magnética: desarrollo de los sistemas de captura, los algoritmos de procesamiento y clasificación de estas señales.

10.1.13 Coopers

Duración Coste

1-Feb-2006 31-Ene-2010 16.778.293 € 9.799.209 Financiados


ICT for Transport www.coopers-ip.eu Austriatech-Gesellschaft des Bundes Fuer Technologiepolitische Massnahmen (Austria)

Resto participantes

Technische Universitaet Wien (Austria), Technical University of Crete (Grecia), LGAI Technological Center (España), Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung (Alemania), Transver (Alemania), Efkon Mobility (Alemania), Statens Vaeg (Suecia), GEWI (Alemania), Oesterreichischer Rundfunk (Austria), Navteq (Holanda), S&T (Eslovenia), Univ. fo Southampton (Reino Unido), Efkon (Austria), Swarco (Austria), JAST (Suiza), ICI (Rumania), Politechnika Lodzka (Polonia), Teamnet Int (Rumania), INESC (Portugal), PWP (Alemania), Bayerisches Staatsministerium des Innern (Alemania), Ernst & Young (Italia), Kybertec (República Checa), Ascom (Suiza),Autobahnen unSchellstrassen Finanzierung (Austria), Forshungs und Anwendugsverbund (Alemania), Vereinigung (Austria), Autostrada del Brennero (Italia), Austrian Research Centers (Austria), Dornier (Alemania), VEGA (Alemania), Kungliga Tekniska Hogskolan (Suecia), Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft (Alemania), ARS (Holanda), Association des Societes Francaises des Autoroutes (Francia), Lucent Tech. (Alemania).

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http://www.coopers-ip.eu/


El objetivo es la construcción de un sistema que proporcione a los vehículos y a los conductores información individualizada, en tiempo-real, referida a la seguridad del tráfico y al estado de la infraestructura [87][88]. Esto se conseguirá mediante comunicaciones Infraestructura-Vehículo. Las pruebas se realizarán en zonas con gran densidad de tráfico donde las posibilidades de atasco o accidentes son mayores. También se contempla la posibilidad de comunicaciones Vehículo-Infraestructura, lo que permitiría tener unos vehículos dotados de sensores que pudieran moverse por la carretera enviando información sobre el estado de ésta (Figura 10.19).

La información que tendrán los vehículos será [89]:

1. Aviso y ayuda ante atascos.

2. Alerta de los límites de velocidad en cada instante.

3. Especificación del carril por donde pueden circular.

4. Prohibición selectiva a los camiones.

5. Tiempo estimado de llegada dependiendo de las condiciones del tráfico.

6. Avería de un coche, llamada a los servicios especiales.

Figura 10.19. Arquitectura proyecto Coopers.

10.1.14 Watch-Over

Duración Coste

1-Ene-2006 31-Dic-2008 5.914.601€ 3.315.000€ financiados

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Centro Ricerche FIAT (Italia) ICT for Transport www.watchover-eu.org/

Resto participantes

DaimlerChrysler AG (Alemania), Piaggio & C. S.p.A. (Italia), Robert Bosch GmbH (Alemania), MIRA Limited (Reino Unido), Technische UniversitätChemnitz (Alemania), ARC Seibersdorf research GmbH (Austria), University of Stuttgart (Alemania), Steinbeis Research Institute Wireless Communications (Alemania), Faber Software S.r.l. (Italia), LogicaCMG Nederland B.V. (Holanda), Università di Modena e Reggio Emilia (Italia)

En el marco del proyecto Watch-Over (Vehicle-to-vulnerable road user cooperative communication and sensing technologies to improve transport safety) se pretenden diseñar y desarrollar sistemas cooperativos para la prevención de accidentes tanto en entornos urbanos como interurbanos. El sistema tendrá la capacidad de adaptarse a los diferentes usuarios: vehículos, motoristas, ciclistas y peatones, posicionando los usuarios vulnerables a través de la información proporcionada por los sensores basados en visión por computador embarcados en el vehículo (Figura 10.20) y difundiendo está información a través de un sistema de comunicaciones de corto alcance [90].

Figura 10.20. Capacidades de Watch-Over.

El sistema sensorial propuesto está basado en cámaras de espectro visible para modelado 2D y 3D, cámaras de infrarrojo cercano y lejano, así como tecnología láser y radar. El empleo de los diferentes sistemas se ha asociado al tipo de usuario y a diferentes escenarios en función de la casuística de este tipo de accidentes (Figura 4.1.21).

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http://www.watchover-eu.org/


Figura 10.21. Escenario de trabajo.

El sistema de comunicación propuesto debe ser bidireccional, es decir, debe permitir que el vehículo y el usuario intercambien información en un rango de distancias próximas al vehículo y con un posicionamiento en coordenadas absolutas o relativas al vehículo del usuario [91].

10.1.15 Safespot

Duración Coste

1-Feb-2006 31-Dic-2010 37.903.960€ 20.590.972€ financiados


Centro Ricerche FIAT (Italia) ICT for Transport www.safespot-eu.org

Resto participantes

Anas (Italia), Bosch (Alemania), Cofiroute (Frnacia), Daimler Chrysler (Alemania), Magneti Marelli (Italia), Renault (Francia), TNO (Holanda), Volvo Technology Corporation (Suecia), Dipartimento di Ingegneria Biofisica ed Elettronica - Università degli Studi di Genova (Italia), Centre for Research and Technology (Grecia), Institute of

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http://www.safespot-eu.org/


Communication and Computer Systems (Grecia), Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Francia), Istituto Superiore Mario Boella (Italia), Technische Universität Chemnitz (Alemania), Technische Universität München (Alemania), University of Stuttgart (Alemania), Universidad Politécnica de Madrid (España), Telefónica Investigación y Desarrollo (España), AT4 wireless (España), Centre National de la Recherche Scientifique (Francia).

Safespot es un proyecto integrado cuyo objetivo primordial es comprender como los vehículos y las carreteras inteligentes pueden cooperar de cara a avanzar en la seguridad vial. La idea principal es prevenir accidentes a partir de Sistemas de Asistencia a la Seguridad que sean capaces de detectar situaciones de riesgo (Figura 10.22), dichos sistemas estarán basados en sistemas de comunicación entre vehículos y vehículo infraestructura.

El nuevo concepto de red dinámica de comunicaciones entre vehículos e infraestructura incrementa el rango operativo que en la actualidad se circunscribe al vehículo y permite al conductor recibir información del entorno pudiendo evitar situaciones críticas [92].

Figura 10.22. Arquitectura Safespot.

Entre los objetivos del proyecto se encuentra el desarrollo de una nueva generación de infraestructuras basadas en la percepción del entorno, así como el establecimiento de figuras de mérito que permitan evaluar el impacto y la aceptación de este tipo de tecnologías por parte del usuario final.

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El desarrollo del sistema de asistencia de seguridad se ha planteado valorando escenarios estáticos y dinámicos que comprenden situaciones de riesgo tales como circulación en puentes, túneles, curvas cerradas, así como, circulación con niebla, alta densidad de tráfico, presencia de vehículos averiados, etc.

10.1.16 A Global System for Telematics enabling on-line safety services (GST)

Duración Coste

1-Marzo-2004 28-Febr-2007 21.55 Mill € 11.1 Mill € financiados


ICT for Transport www.gstforum.org/ ERTICO ITS Europe (Bélgica)

Resto participantes

ERTICO ITS Europe (Bélgica), TDF (Francia) , CENTRO RICERCHE FIAT (Italia), NETHERLANDS ORGANISATION FOR APPLIED SCIENTIFIC RESEARCH (Holanda), TELECOM ITALIA SPA (Italia), FORD GMBH (Alemania), TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN (Alemania), TRUSTED LOGIC (Francia), PTV PLANUNG TRANSPORT VERKEHR AG (Alemania), EUROPEAN BROADCASTING UNION (Suiza), TRIALOG, FRANCE TELECOM (Francia), KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN (Bélgica), TELEMATICS CLUSTER VZW (Bélgica), VIALIS VERKEER & MOBILITEIT BV (Holanda), TUEV INTER TRAFFIC GMBH (España), PROSYST SOFTWARE AG (Alemania), KREIS OFFENBACH (Alemania), ALLIANZ ZENTRUM FUER TECHNIK GMBH (Alemania), MOTOROLA ELECTRONICS S.P.A. (España), AIRCRAFT DEVELOPMENT AND SYSTEMS ENGINEERING (ADSE) B.V. (Holanda), RSA SECURITY IRELAND LIMITED (Irlanda), SIEMENS VDO AUTOMOTIVE AG (Alemania), ISTITUTO SUPERIORE MARIO BOELLA SULLE TECNOLOGIE DELL'INFORMAZIONE E DELLE TELECOMUNICAZIONI (Italia), ROBERT BOSCH GMBH (Alemania), TSYSTEMS (Alemania), Universidad de Málaga (España)

GST supone un proyecto integrado con financiación de la Unión Europea para crear una arquitectura abierta y estandarizada para servicios telemáticos en el entorno del automóvil, con el objetivo de que los nuevos servicios telemáticos puedan ser desarrollados y usados bajo un coste razonable tanto para el fabricante como el cliente. Este proyecto integrado está constituido por siete subproyectos que van desde el establecimiento de los diferentes requisitos de funcionamiento que permitan consolidar el resto de desarrollos, pasando por los distintos procesos de certificación y validación

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de los componentes telemáticos, sistemas y servicios, para que estos sean flexibles, transparentes y aceptados por los usuarios. También han sido tratados aspectos de comunicación en tiempo real, prioridades y emergencias en función de las condiciones del tráfico, la carretera y la meteorología con el objetivo de mejorar el flujo de información y operación en situaciones de rescate.

Figura 10.23. Arquitectura GST

10.2 Proyectos del VII Programa Marco

Dentro de los proyectos de investigación encuadrados en el VII Programa Marco se van a comentar aquellos que han potenciado el desarrollo de sistemas de ayuda a la conducción a través del empleo de los distintos medios y sistemas de comunicaciones.

10.2.1.1 Geonet

Duración Coste

1-Feb-2008 31-Ene-2010 2.985.964 € 1.899.208 financiados


'ICT for Transport' Insitut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Francia).

Resto participantes

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NEC EUROPE (Reino Unido), Hitachi Europe (Francia), Lesswire (Alemania), Efkon (Austria), Broadbit (Hungría), Fundación IMDEA Redes (España)

El objetivo del proyecto Geonet (Geo-addressing and geo-routing for vehicular communications) es establecer un protocolo que permita el intercambio de mensajes de alerta entre los vehículos y entre estos y la infraestructura dentro de una determinada área geográfica, extendiendo las especificaciones del protocolo IPv6 para lograrlo [90]. Dado que la topología de la red será altamente cambiante se basarán en la arquitectura IPv6 NEMO.

GeoNet implementará y comprobará un mecanismo de conexión que sea transparente ante la conectividad entre el vehículo y la infraestructura, aunque la comunicación tenga que saltar entre varios vehículos. Este mecanismo de conexión tendrá que ser fiable y escalable. La información se tendrá que hacer llegar solo a los vehículos para los que sea importante conocerla. Así la posición, velocidad o actuaciones sobre los pedales o el volante solo se hará llegar a aquellos coches que por cercanía u otras circunstancias les sea útil conocerlas para iniciar acciones de alarma o mitigación de daños.

10.2.2 Antenna Research and Technology for the Intelligent Car (ARTIC)

Duración Coste

1-Abr-2008 31-Marz-2010 466.000 € 361.000 € financiados


Ingegneria dei Sistemi Spa (Italia) FP7-ICT, ICT for mobility www.antennasvce.org

Resto participantes

Università di Siena (Italia), Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica), Antenna Systems Consulting ApS (Dinamarca), University of Rennes 1 (Francia), Universität Karlsruhe (Alemania), IMST GmbH (Alemania), Universidad Politécnica de Madrid (España), SAAB Space (Suecia), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza), Alcatel Lucent Telecom Limited (Reino Unido)

El objetivo de este proyecto es resolver los requisitos que la Iniciativa por el coche Inteligente (Intelligent Car Initiative) ha planteado desde el punto de vista de las comunicaciones. Para ello se centra en la tecnología de antenas y su aplicación a la

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http://www.antennasvce.org/


automoción y sirve de enlace entre el Antennas Virtual Centre of Excellence [94] y el proyecto COMeSafety [95].

Dentro de los sistemas cooperativos se fija en:

• Comunicaciones Vehículos-Infraestructura (V2I).

• Comunicaciones Vehículos- Vehículos (V2V).

• Comunicaciones inalámbricas dentro del vehículo.

Las tecnologías referidas a las antenas que se están estudiando son:

• Antenas integradas de onda milimétrica

• Sensores y antenas de dimensiones reducidas

• Antenas de gran ancho de banda

• Conjuntos de antenas

• Antenas inteligentes

Con este proyecto se espera que dentro de la Unión Europea se tengan una serie de soluciones técnicas homogéneas dentro de la tecnología de antenas para el transporte.

10.2.3 Extend FRAMEwork architecture for cooperative systems (E-FRAME)

Duración Coste

1-Mayo-2008 30-Abr-2011 1.045.000 €


FP7-ICT, ICT for Cooperative Systems

www.frame-online.net Peter Jesty Consulting Ltd (Reino Unido)

Resto participantes

Siemens Traffic Controls (Reino Unido), AustriaTech – Federal Agency for Technological Measures (Austria), Rijkswaterstaat Dienst Verkeer en Scheepvaart (Holanda), Czech Technical University in Prague (Chequia), Centre d’Etudes sur les Réseaux, les Transports, l’Urbanisme et les constructions publique (CERTU) (Francia), MIZAR Automatizione S.p.A. (Italia)

E-FRAME es una Support Action que apoya la creación de Sistemas Cooperativos dentro de la Unión Europea. Es un centro de conocimiento neutral desde el punto de

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vista comercial y político. El citado apoyo se lleva a cabo mediante los siguientes objetivos [96]:

• Extender la arquitectura europea ITS Framework (FRAME) para que incluya Sistemas Cooperativos.

• Promocionar y mostrar dentro de los Estados Miembros y de otros proyectos que esta arquitectura puede ser usada para desarrollar e implementar Sistemas Cooperativos

• Proporcionar ayuda y consejo para el desarrollo de los aspectos operatives de una arquitectura ITS concreta.

• Estudiar los aspectos que lleva la estandarización de los Sistemas Cooperativos y proporcionar un conjunto de recomendaciones a las organizaciones apropiadas.

• Organizar Grupos de Trabajos, Seminarios y Workshops dirigidas al sector financiero e industrial.

• Proporcionar ayuda y guía para la aplicación de la arquitectura Extended FRAME

Los requisitos detectados en los Proyectos Integrados COOPERS, CVIS y SAFESPOT se han integrado dentro de la arquitectura FRAME (Figura 10.24). Una vez que estos requisitos hayan sido revisados la arquitectura actual será modificada dando lugar a la arquitectura Extended FRAME que incluya los Sistemas Cooperativos.

Algunos ejemplos de utilización deben de estar listos para el ITS World Congress que se celebrará en Estocolmo en el otoño de 2009.

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Figura 10.24. Interrelación entre E-FRAME con COOPERS, CVIS y SAFESPOT

10.2.4 Cooperative Intersection Safety (INTERSAFE 2)

Duración Coste

1-Jun-2008 31-Mayo-2011 6.500.000€ 3.860.000 € financiados


Ibeo Automobile Sensor GmbH ICT-2007.6.2 ICT for cooperative systems

www.intersafe-2.eu

Resto participantes

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BMW Forschung und Technik GmbH (Alemania), Institut für Kraftfahrwesen Aachen (Alemania), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Francia), NEC Europe (Reino Unido), Signalbau Huber (Alemania), TRW Ltd (Reino Unido), Technical University of Cluj-Napoca (Rumania), Volvo Technology (Suecia), VTT Technical Research Centre of Finland (Finlandia), Volkswagen Aktiengesellschaft (Alemania)

Es la continuación del proyecto INTERSAFE que se encontraba dentro de PReVENT y sigue centrándose en la aplicación de los sistemas cooperativos a las intersecciones

. Se construirá un prototipo denominado [97] Cooperative Intersection Safety System (CISS). El demostrador estará formado por tres vehículos: dos turismos y un camión y el sistema avisará y tomará el control de los vehículos para asegurar la seguridad de ellos.

Se utlizarán varios sensores y para la fusión sensorial de sus informaciones se tendrá en cuenta:

• El reconocimiento de objetos y la posición relativa entre ellos

• Mapas de navegación

• La información suministrada por el canal de comunicaciones:

o Otros usuarios de la vía

o Los sensores de la infraestructura

10.2.5 An Integrated Wireless and Traffic Platform for Real-Time Road Traffic Management Solutions (iTETRIS)

Duración Coste

1-Jul-2008 31-Dic-2010 4.420.000 €


Thales Communications (Francia) FP7 ICT Call 2 ‘ICT for Cooperative Systems

www.ict-itetris.eu

Resto participantes

CBT, Comunicación & Multimedia (España), Comune di Bologna (Italia), German Aerospace Center – DLR (Alemania), Eurecom (Francia), Hitachi Europe SAS (Francia), Innovalia Association (España), Peek Traffic B.V. (Holanda), University Miguel Hernandez (España)

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http://www.ict-itetris.eu/


iTETRIS tiene como objetivo principal la creación de una plataforma de simulación del tráfico y de las comunicaciones de los vehículos que sea abierta, global y sostenible. Tiene en cuenta comunicaciones vehículo-vehículo y vehículo-infraestructura [98].

Este simulador permitirá el estudio del routing y la distribución de datos en un entorno inalámbrico vehicular así como las adecuadas combinaciones de las diversas tecnologías V2V y V2I.

Para conseguir este objetivo se tiene que lograr los siguientes pasos intermedios:

• Afrontar los casos en que las comunicaciones se tengan que realizar a gran escala.

• Facilitar una plataforma abierta y capaz de ser estandarizada dentro del ámbito europeo y que sirva para evaluar las soluciones ICT cooperativas para la administración del tráfico viario.

• Desarrollar nuevas estrategias de control del tráfico que sean más autónomas, adaptativas que se apoyen en las tecnologías cooperativas.

• Desarrollar protocolos de comunicaciones para vehículos que sean auto-adaptables y robustos y que garantizen la Calidad de Servicio (QoS) y en último lugar la seguridad del usuario.

10.2.6 A Network of Excellence for Advanced Road for cooperative traffic management in the Information Society (NEARCTIS)

Duración Coste

1-Jul-2008 30-Jun-2012 3.130.000 € 2.500.000 € financiados


ICT-2007.6.2 ICT for cooperative systems

www.nearctis.org Europe Recherce Transport (Francia)

Resto participantes

Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite (Francia), Technical University of Crete (Grecia), Imperial College of Science, Technology and Medicine (Reino Unido), Technische Universiteit Delft (Holanda), Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (Suiza), Deutsches Zentrum fur Luft und Raumfahrt (Alemania), University

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http://www.nearctis.org/


College London (Reino Unido), University of Southampton (Reino Unido)

NEARCTIS es una Red de Excelencia formada por grupos cuya línea principal de trabajo sea la gestión del tráfico con especial interés en la utilización de sistemas cooperativos para la optimización del tráfico viario [99]. Aunque se centre en estos sistemas no quiere perder de vista el cuadro global ya que los sistemas cooperativos deberán integrarse dentro de los sistemas de administración del tráfico.

El objetivo principal es crear un instituto virtual de investigación. Para ello se debe de definir un programa de investigación, una serie de recursos que se compartan entre los miembros, y los canales de diseminación del conocimiento y resultados de investigación.

Quiere ser un primer paso para la constitución de un instituto virtual permanente.

10.2.7 Privacy Enabled Capability In co-Operative systems and Safety Applications (PRECIOSA)

Duración Coste

1-Marz-2008 28-Feb-2010 2.465.870 € 1.667.000 € financiados


TRIALOG (Francia) FP7 ICT Call 2 'ICT for Cooperative Systems

www.preciosa-project.org

Resto participantes

Humboldt-Universität zu Berlin (Alemania), Oracle (Bélgica), PTV (Alemania), Universität Ulm (Alemania)

Con el desarrollo de sistemas cooperativos y las comunicaciones entre vehículos y entre éstos y las infraestructuras, surge el tema de la salvaguarda de la intimidad en este tipo de comunicaciones. Éste es el aspecto en el que se centra el proyecto PRECIOSA [100] que hace hincapié en la seguridad de redes ad-hoc y móviles en donde la localización e identificación del usuario así como su trayectoria van a ser necesarias. Por ello se ha de estudiar cómo encontrar un equilibrio entre el respeto a la intimidad y la eficacia de los sistemas cooperativos

El objetivo principal del proyecto es demostrar, con un ejemplo real, que estos dos fines no son contradictorios y que encontrar ese punto de equilibrio es posible.

Los objetivos intermedios son:

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• Proponer cómo se puede evaluar el respecto a la intimidad en sistemas cooperativos en función de las comunicaciones privadas y el almacenamiento de datos personales.

• Definir una arquitectura para sistemas cooperativos que incluya modelos de “confianza” tanto para comunicaciones vehículos-vehículos, vehículos-infraestructuras en las que se pueda verificar ese respeto a la intimidad y que incluyan los componente para protección de datos, detección de infracciones y auditoría.

• Investigar los retos específicos para la intimidad de los usuarios

10.2.8 PREparation for DRIVing implementation and Evaluation of C-2-X communication technology (PRE-DRIVE C2X)

Duración Coste

1-Jul-2008 30-Jun-2010 8.520.000 € 5.010.000 € financiados


Daimler (Alemania) FP7 ICT Call 2 'ICT for Cooperative Systems

www.cvisproject.org/en/links/pre-drive_c2x.htm

Resto participantes

Audi (Alemania), BMW R&T (Alemania), CRF (Italia), Opel (Alemania), Volkswagen (Alemania), Volvo TEC (Suecia), Delphi (Alemania), Hitachi Europe (Francia), NEC Europe (Reino Unido), Renesas Europe (Alemania), SAP AG (Alemania), PTV Planung Transport Verkehr AG (Alemania), DLR (Alemania), EICT (Alemania), Fraunhofer FOKUS (Alemania),Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite (Francia), IMEC (Bégica), IMC (Alemania), PBS (Alemania), TNO (Holanda), TU Graz (Austria), Universität Karlsruhe (Alemania), University of Surrey (Reino Unido)

[101]Se centra en las comunicaciones Vehículo –X . Toma como base la descripción general definida por COMeSafety con el objetivo de desarrollar y detallar especificaciones y funcionalidades, que deberán ser probadas de forma robusta en prototipos reales. También se desarrollará un modelo de simulación integral y las herramientas y métodos necesarios para la evaluación de las tecnologías de comunicaciones para vehículos tanto en los laboratorios como en las condiciones reales del tráfico.

Esto se logrará con los siguientes objetivos concretos:

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• Establecer dentro de Europa una arquitectura marco para sistemas cooperativos que asegure la inter-operatividad de las diferentes aplicaciones de las comunicaciones vehículo- vehículo y vehículo – infraestructura dedicadas a la seguridad y movilidad.

• Llevar a cabo una estimación coherente del impacto en seguridad y movilidad en el tráfico de los sistemas cooperativos

• Preparar el terreno a los futuros test reales de sistemas cooperativos.

• Identificar los factores claves para la introducción de estos sistemas en el mercado.

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11 Referencias

[1] DIRECCIÓN GENERAL DE TRÁFICO (2007). Base de datos de accidentes con víctimas en las carreteras de España.

[2] APARICIO, F., ARENAS, B., GÓMEZ, A., JIMÉNEZ, F., LÓPEZ, J. M., MARTÍNEZ, L., PÁEZ, F. J. (2008). Ingeniería del transporte. Madrid: Dossat.

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