Red vehicular ad hoc

Una red ad hoc vehicular ( VANET ) es un tipo propuesto de red ad hoc móvil (MANET) que involucra vehículos de carretera. ^{[ 1 ]} Las VANET se propusieron por primera vez ^{[ 2 ]} en 2001 como aplicaciones de " comunicación y redes móviles ad hoc de coche a coche ", donde se podían formar redes y transmitir información entre coches. Se ha demostrado que las arquitecturas de comunicación de vehículo a vehículo y de vehículo a la carretera pueden coexistir en las VANET para proporcionar seguridad vial , navegación y otros servicios en la carretera. Las VANET podrían ser una parte clave del marco de los sistemas de transporte inteligentes (ITS). A veces, las VANET se denominan redes de transporte inteligentes. ^{[ 3 ]} Podrían evolucionar hacia un " Internet de vehículos " más amplio. ^{[ 4 ]} que a su vez podría evolucionar hacia un "Internet de vehículos autónomos". ^{[ 5 ]}

Si bien a principios de la década de 2000 las VANET se consideraban una mera aplicación uno a uno de los principios de las MANET, desde entonces se han desarrollado hasta convertirse en un campo de investigación por derecho propio. Para 2015, ^{[ 6 ] : 3} el término VANET se volvió en su mayoría sinónimo del término más genérico comunicación entre vehículos ( IVC ), aunque el enfoque sigue estando en el aspecto de la creación de redes espontáneas, y mucho menos en el uso de infraestructura como las unidades de borde de carretera (RSU) o las redes celulares.

Las VANET están en desarrollo y no se utilizan en vehículos disponibles comercialmente. ^{[ 7 ]}

Las VANET podrían soportar una amplia gama de aplicaciones, desde la simple difusión de información en un solo salto, como los mensajes de concienciación cooperativa (CAM), hasta la difusión de mensajes en múltiples saltos a grandes distancias. La mayoría de los principios de las redes móviles ad hoc (MANET) se aplican a las VANET, pero los detalles difieren. En lugar de moverse al azar, los vehículos tienden a moverse de forma organizada. Las interacciones con el equipamiento de la carretera también pueden caracterizarse con bastante precisión. Finalmente, la mayoría de los vehículos tienen un rango de movimiento restringido, por ejemplo, al estar obligados a circular por una carretera pavimentada.

Las posibles aplicaciones de las VANET incluyen: ^{[ 6 ] : 56}

• Luces de freno electrónicas , que permitirían al conductor (o a un coche o camión autónomo ) reaccionar ante el frenado de otros vehículos, incluso si estos estuvieran ocultos (por ejemplo, por otros vehículos).
• La conducción en convoy permitiría que los vehículos siguieran de cerca (a pocos centímetros) a un vehículo líder mediante la recepción inalámbrica de información sobre aceleración y dirección, formando así "trenes de carretera" acoplados electrónicamente.
• Sistemas de información de tráfico , que utilizarían la comunicación VANET para proporcionar informes de obstáculos actualizados al sistema de navegación por satélite de un vehículo ^{[ 8 ].}
• Servicios de emergencia de transporte por carretera ^{[ 9 ]} – donde se utilizarían comunicaciones VANET, redes VANET y difusión de información sobre advertencias y estado de seguridad vial para reducir las demoras y acelerar las operaciones de rescate de emergencia para salvar la vida de los heridos.
• Servicios en carretera ^{[ 10 ]} : también se prevé que la futura red de transporte esté "impulsada por la información" o "habilitada de forma inalámbrica". Las redes VANET pueden ayudar a anunciar servicios (tiendas, gasolineras, restaurantes, etc.) al conductor, e incluso enviar notificaciones de cualquier oferta que se esté realizando en ese momento.
• Cobro electrónico de peaje ^{[ 11 ]} – La aplicación de peaje se realiza con el equipo C-ITS. Este último utiliza la tecnología ITS-G5, la unidad de carretera (RSU) y la unidad a bordo (OBU) con características especificadas por el Instituto de Normalización ETSI. Para realizar este servicio, destacamos dos requisitos principales: cómo contar con una geolocalización fiable del vehículo al cruzar la caseta de peaje y cómo asegurar la comunicación durante el proceso de transacción.

Las redes VANET pueden utilizar cualquier tecnología de red inalámbrica como base. Las más destacadas son las tecnologías de radio de corto alcance, como WLAN y DSRC . Además, también se pueden utilizar tecnologías celulares, como LTE y 5G, para las redes VANET.

Antes de la implementación de VANETs en las carreteras, se considera necesario realizar simulaciones informáticas realistas de VANETs mediante una combinación de simulación de movilidad urbana ^{[ 12 ]} y simulación de redes . Normalmente, se combina un simulador de código abierto como SUMO ^{[ 13 ]} (que gestiona la simulación del tráfico rodado ) con un simulador de red como TETCOS NetSim [ ^{14 ] o} NS-2 para estudiar el rendimiento de las VANETs. También se podrían realizar simulaciones adicionales para el modelado de canales de comunicación que capturen las complejidades de las redes inalámbricas para VANETs ^{[ 15 ] .}

Se está produciendo una estandarización importante de las pilas de protocolos VANET en EE. UU., Europa y Japón, en consonancia con el predominio de estas regiones en la industria automotriz . ^{[ 6 ] : 5}

En EE. UU., la pila de protocolos IEEE 1609 WAVE Wireless Access in Vehicular Environments se basa en IEEE 802.11p WLAN, que opera en siete canales reservados en la banda de frecuencia de 5,9 GHz. La pila de protocolos WAVE está diseñada para proporcionar operación multicanal (incluso para vehículos equipados con una sola radio), seguridad y protocolos de capa de aplicación ligeros. Dentro de la IEEE Communications Society , existe un Subcomité Técnico sobre Redes Vehiculares y Aplicaciones Telemáticas (VNTA). El objetivo de este comité es promover activamente las actividades técnicas en el campo de las redes vehiculares, las comunicaciones V2V, V2R y V2I, los estándares, la seguridad vial y vehicular habilitada por comunicaciones, la monitorización del tráfico en tiempo real , las tecnologías de gestión de intersecciones, las futuras aplicaciones telemáticas y los servicios basados ​​en ITS .

En Estados Unidos, los sistemas podrían utilizar una región de la banda de 5,9 GHz reservada por el Congreso estadounidense, la frecuencia sin licencia que también utiliza Wi-Fi . El estándar estadounidense V2V, conocido comúnmente como WAVE ("Acceso inalámbrico para entornos vehiculares"), se basa en el estándar IEEE 802.11p de nivel inferior , desde 2004.

La Decisión 2008/671/CE de la Comisión Europea armoniza el uso de la banda de frecuencia de 5875-5905  MHz para aplicaciones de seguridad del transporte ITS. ^{[ 16 ]} En Europa, V2V está estandarizado como ETSI ITS, ^{[ 17 ]} un estándar también basado en IEEE 802.11p . C-ITS, ITS cooperativo, es también un término utilizado en la formulación de políticas de la UE, estrechamente vinculado a ITS-G5 y V2V.

V2V también se conoce como VANET (red ad hoc vehicular). Es una variante de MANET ( red ad hoc móvil ), donde el nodo es el vehículo. En 2001, se mencionó en una publicación ^{[ 18 ]} que los automóviles pueden formar redes ad hoc y que estas redes pueden ayudar a superar los puntos ciegos, evitar accidentes, etc. La infraestructura también participa en estos sistemas, denominados entonces V2X (vehículo a todo). A lo largo de los años, se han realizado numerosas investigaciones y proyectos en este campo, aplicando VANET a diversas aplicaciones, desde seguridad hasta navegación y aplicación de la ley.

En 1999, la Comisión Federal de Comunicaciones de Estados Unidos (FCC) asignó 75 MHz en el espectro de 5,850-5,925 GHz para sistemas de transporte inteligentes.

Desde 2016, la comunicación V2V se ve amenazada por las compañías de televisión por cable y otras empresas tecnológicas que pretenden apropiarse de una gran parte del espectro radioeléctrico actualmente reservado para ella y utilizar esas frecuencias para servicios de internet de alta velocidad. La cuota de espectro actual para V2V fue reservada por el gobierno en 1999. La industria automotriz intenta conservar todo el espectro posible, argumentando que lo necesita urgentemente para V2V. La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) se ha puesto del lado de las empresas tecnológicas, mientras que la Junta Nacional de Seguridad del Tráfico (NTSB) apoya la postura de la industria automotriz. Los proveedores de servicios de internet que desean el espectro afirman que los vehículos autónomos harán innecesario el uso extensivo de V2V. La industria automotriz ha declarado estar dispuesta a compartir el espectro si el servicio V2V no se ve ralentizado ni interrumpido; la FCC planea probar varios esquemas de compartición. ^{[ 19 ]}

La investigación en VANETs comenzó ya en el año 2000 en universidades y laboratorios de investigación, habiendo evolucionado a partir de investigadores que trabajaban en redes inalámbricas ad hoc. Muchos han trabajado en protocolos de acceso al medio, enrutamiento, difusión de mensajes de advertencia y escenarios de aplicación de VANET. General Motors está desarrollando activamente V2V , sistema que demostró en 2006 utilizando vehículos Cadillac. Otros fabricantes de automóviles que trabajan en V2V incluyen Toyota , ^{[ 20 ]} BMW , Daimler , Honda , Audi , Volvo y el consorcio de comunicación Car-to-Car. ^{[ 21 ]}

Desde entonces, el Departamento de Transporte de los Estados Unidos (USDOT) ha estado trabajando con una variedad de partes interesadas en V2X . En 2012, se implementó un proyecto de pre-despliegue en Ann Arbor , Michigan. 2800 vehículos que incluían automóviles, motocicletas, autobuses y vehículos pesados ​​de diferentes marcas participaron utilizando equipos de diferentes fabricantes. ^{[ 22 ]} La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de los Estados Unidos (NHTSA) vio este despliegue modelo como prueba de que la seguridad vial podía mejorarse y que la tecnología estándar WAVE era interoperable. En agosto de 2014, la NHTSA publicó un informe argumentando que la tecnología vehículo a vehículo estaba técnicamente probada como lista para el despliegue. ^{[ 23 ]} En abril de 2014 se informó que los reguladores estadounidenses estaban cerca de aprobar los estándares V2V para el mercado estadounidense. ^{[ 24 ]} El 20 de agosto de 2014, la NHTSA publicó un Aviso Anticipado de Propuesta de Reglamentación (ANPRM) en el Registro Federal, ^{[ 25 ]} argumentando que los beneficios de seguridad de la comunicación V2X solo podrían lograrse si una parte significativa de la flota de vehículos estuviera equipada. Debido a la falta de beneficios inmediatos para los primeros adoptantes, la NHTSA propuso una introducción obligatoria. El 25 de junio de 2015, la Cámara de Representantes de los Estados Unidos celebró una audiencia sobre el tema, donde nuevamente la NHTSA, así como otras partes interesadas, argumentaron a favor de V2X . ^{[ 26 ]}

En la UE, la Directiva ITS 2010/40/UE ^{[ 27 ]} se adoptó en 2010. Su objetivo es asegurar que las aplicaciones ITS sean interoperables y puedan operar a través de las fronteras nacionales, define áreas prioritarias para la legislación secundaria, que abarca V2X, y exige que las tecnologías estén maduras. En 2014, la plataforma de despliegue C-ITS, parte interesada de la industria de la Comisión Europea, comenzó a trabajar en un marco regulatorio para V2X en la UE. ^{[ 28 ]} Identificó enfoques clave para una infraestructura de clave pública (PKI) de seguridad V2X a nivel de la UE y protección de datos, además de facilitar un estándar de mitigación ^{[ 29 ]} para prevenir interferencias de radio entre V2X basado en ITS-G5 y sistemas de peaje vial basados ​​en CEN DSRC. La Comisión Europea reconoció a ITS-G5 como la tecnología de comunicación inicial en su Plan de Acción 5G ^{[ 30 ]} y el documento explicativo adjunto, ^{[ 31 ]} para formar un entorno de comunicación compuesto por ITS-G5 y comunicación celular tal como lo conciben los Estados miembros de la UE. ^{[ 32 ]} Existen varios proyectos de predespliegue a nivel de la UE o de los Estados miembros de la UE, como SCOOP@F, Testfeld Telematik, el banco de pruebas digital Autobahn, el corredor ITS Rotterdam-Viena, Nordic Way, COMPASS4D o C-ROADS. ^{[ 33 ]} Otros proyectos están en preparación.

Al utilizar VANET en entornos urbanos, existen algunos aspectos importantes a tener en cuenta. El primero es el análisis del tiempo de inactividad ^{[ 34 ]} y la elección de un protocolo de enrutamiento que cumpla con las especificaciones de nuestra red. ^{[ 35 ]} El segundo es intentar minimizar el tiempo de descarga de datos eligiendo la arquitectura de red adecuada tras analizar el entorno urbano donde se desea implementar. ^{[ 36 ]}

• coche conectado
• Red vehicular inteligente ad hoc
• Red móvil ad hoc
• Simulador de red
• Vehículo a todo
• Sistemas de comunicación vehicular
• Red inalámbrica ad hoc
• De dispositivo a dispositivo

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• Biblioteca NetSim VANET
• Oficina del Programa Conjunto de Sistemas de Transporte Inteligente (ITS JPO) – Departamento de Transporte de los Estados Unidos