SACARSistema de Alertas

en CARreteras

Eduardo Marín Izquierdo

Ingeniería en Informática

SACAR - Sistema de Alertas en CARretera

INTRODUCCIÓN

¿SACAR?

¿Cómo surge la idea?

Sistema de Alertas en Carretera

Retenciones en carretera.Evitar colisiones.SEGURIDAD

Año 1990 Año 2007 Año 2008 Año 2009 Año 2010 Año 2011

Accidentes mortales - 2415 1928 1696 1547 1338

Víctimas mortales 5736 2741 2180 1903 1729 1479

* Informe Ministerio del Interior. DGT. Siniestralidad en carretera 2011

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SITUACIÓN ACTUAL

INTERNET DE LAS COSAS2.000 M de personas conectadas a la red

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SITUACIÓN ACTUAL

v2v vehicle to vehicle

DSRC Dedicated Short-Range Communications

● Envío de información inalámbricamente● Transmisión de alertas e información sobre tráfico

● IEEE 802.11p WAVE - 5.9 GHz● equivalencia a telefonía móvil● alta tasa de transferencia - 27Mb● seguridad y cobertura

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802.15.4 - ZigBee

Protocolo 802.15.4

● Dispositivo de funcionalidad completa FFD○ Coordinadores

● Dispositivos de funcionalidad reducida RFD○ Dispositivos finales○ Sencillos○ Consumo reducido

Modelo de red

● Define nivel físico y acceso al medio● Bajo coste de comunicación● Poca infraestructura● 250kbps● alcance 10 - 500 metros● adecuado para tiempo real● CSMA/CA

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802.15.4 - ZigBee

Modelo de red● Configuración en estrella● Configuración en árbol● Configuración en malla

● Modo

Modo de conexiónModo balizado

Modo no balizado

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SIMULACIÓN - OMNET++

● Simulador modular de eventos discretos de redes● Modular tráfico de redes● Validación● Evaluación de rendimiento

OMNET++

MIXIM - SOMMER

● Simulador para redes inalámbricas● Implementa 802.15.4

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SIMULACIÓN - SUMO

SUMO

● Open Source● Fácilmente portable● Simulación microscópica● Compatibilidad con Omnet++● Multicarril, diferentes direcciones y sentidos● Comportamientos dinámicos con diferentes

algoritmos● Capacidad de importar desde diferentes fuentes

NETCONVERT + XML

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NIVEL APLICACIÓN

mi_applayer.c

● Implementa nivel de aplicación● Programación del envío de mensajes● Recepción de mensajes● Tratamiento de mensajes● Reenvío de mensajes

Información a tratar:● Nº de mensajes a enviar● Dirección broadcast● Mensajes enviados● Información del mensaje

● Inicialización y finalización de la app.● Manejador de mensajes de la capa

inferior y de "automensajes"● Planificador envío siguiente mensaje● Envío de mensaje hacia nivel inferior

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ALGORITMO APAL

Broadcast Storm

Sin un algoritmo de control, los vehículos reciben y transmiten los mensajes de alerta provocando inundación en el escenario, llegando al colapso por sobreuso.

APAL

Algoritmo de alertas con probabilidad adaptativa.

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ALGORITMO APAL

APAL - COMPORTAMIENTO

1º. Recepción de mensaje de alerta

● Si es recibido por primera vez, esperará un tiempo aleatorio (At) entre 1 y 100 ms, definido por una probabilidad uniforme.

● Reenviamos el mensaje con probabilidad P0 = (0,7 a 0,9)● En este intervalo, se contabilizará el número de mensajes de alerta repetidos

(DuplicateNumber).

● A partir de DuplicateNumber adaptaremos la probabilidad de reenvío del mensaje de alerta, y el intervalo de conteo At

Pi+1 = (Pi / DuplicateNumber) y Ati + 1 = Ati * DuplicateNumber

2º. Adaptación de probabilidad de reenvío e intervalo de conteo

3º. Límites temporales y sobre cantidad de mensajes recibidos

Finalmente, se comprueba en cada iteración, los límites máximos temporales y de cantidad de mensajes recibidos, esto es: beta y sigma

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ALGORITMO APAL

APAL - COMPORTAMIENTO

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - NO APAL - Latencia de entrega

● Latencias muy altas debido al problema de broadcast storming.

● Por encima de los 100 ms.

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - NO APAL - Vehículos ciegos

● Menor número de vehículos ciegos respecto a APAL debido a mayor tiempo de vida de mensajes e inundación por broadcast storm.

● Posible intercambio de mensajes "caducados"

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Latencia de entrega

● Disminución notable de la latencia de entrega respecto a los resultados NO APAL.

● Diferencia de hasta 180 ms.

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Vehículos ciegos

● Disminución más lenta del número de vehículos ciegos respecto a NO APAL.

● Mayor control sobre broadcast storm.

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Latencia de entrega respecto a velocidad vehículos

● Resultados no concluyentes

● ¿A altas velocidades, más vehículos ciegos por la inestabilidad de la red y, por tanto, una vida de mensaje menor?

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía manhattan - APAL - Latencia de entrega

● Reducción aproximada de latencia de un 50% respecto a vía cuadrada.

● Al tratarse de una red más homogénea, mayor facilidad de alcance entre vehículos.

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OBSTÁCULOS

Two-ray-model

Attenuation per wall and attenuation per meter of penetration approaches

Basándonos en los estudios de Christoph Sommer & Co.● Pérdida de señal para atravesar un muro : 9,6 dB● Pérdida de señal en espacio interno: 0,45 db/m● Ajustaremos en espacio externo: 0,32 db/m

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RESULTADOS SIMULACIÓN

Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Latencia de entrega

● Definición de escenario de geometría regular para facilitar la inclusión de obstáculos.

● Aumento notable de la latencia de entrega

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ARDUINO + xBee + GPS

Arduino

● Plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

xBee

● Módulo de comunicación entre los diferentes Arduinos.

● Transparente al usuario. Comportamiento como puerto serie.

● Definición de paquetes de datos y gestión responsabilidad del programador.

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ARDUINO + xBee + GPS

GPS

● GPS SIRF III de 20 canales, precisión de 5m.

● Comunicación puerto serie hacia Arduino.

● Ocupación de 4 pines, rx, tx, +v, gnd.

● Tratamiento de mensajes NMEA:

● $GPGGA, 123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M *47

Configuración xBee

● Configuración de los módulos xBee en modo broadcast.

● Todos los componentes de la red actúan como End Devices.

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IMPLEMENTACIÓN ARDUINO

SACAR básico

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IMPLEMENTACIÓN ARDUINO

SACAR básico

● Limitaciones de Arduino.

● Ejecución en serie.

● Tamaño máximo de programas.

● Tamaño máximo en interfaz de comunicación.

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CONCLUSIONES - TRABAJO FUTURO

Conclusiones

● Tecnología: Queda mucho por hacer.

● Realización del proyecto: objetivo final es relativo.

Trabajo futuro

● Seguridad.

● Tecnología subyacente: más potentes (raspberry).

● Conectividad con la nube.

● Flexibilidad en la funcionalidad. Creación de estándares.

Muchas gracias