Propuesta de sistema de comunicación inalámbrica basado en la integración del estándar Wave y técnicas de radio cognitiva para la optimización de sistemas inteligentes de transporte
- Autores: Mario Manzano Vázquez
- Directores de la Tesis: Felipe Espinosa Zapata (dir. tes.), Ángel María Bravo Santos (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2015
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Cruz Roldán (presid.), Alfredo Gardel Vicente (secret.), Joaquín Olivares Bueno (voc.), Juani Godino (voc.), Juan Blas Prieto (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
- español
La utilización masiva por la sociedad de los sistemas de transporte ha generado tres potenciales áreas de investigación y desarrollo: la eficacia, que permitiría optimizar la capacidad de los sistemas de transporte reduciendo la congestión y la duración de los trayectos; la eficiencia energética, que permitiría reducir el impacto medioambiental de los sistemas de transporte; y la seguridad, que permitiría reducir los accidentes. La aplicación de las tecnologías de información y comunicaciones sobre el ámbito del transporte para intentar resolver los citados problemas, da lugar a los denominados Sistemas de Transporte Inteligente o ITS.
En el caso del transporte por carretera existen multitud de aplicaciones que son construidas sobre el sistema de comunicación entre vehículos o entre vehículos y dispositivos de infraestructura. Para ello, varios organismos internacionales han desarrollado diferentes especificaciones para estandarizar las comunicaciones inalámbricas en el entorno vehicular, como por ejemplo el estándar WAVE (Wireless Access for Vehicular Environment) de IEEE. Sin embargo, existen determinadas aplicaciones en el ámbito de los ITS que plantean estrictos requisitos de comunicación en tiempo real para garantizar la seguridad de los vehículos y de sus ocupantes. Es en estos casos donde aún es necesario mejorar las funcionalidades del mecanismo de control de acceso al medio del sistema de comunicación.
Uno de estas aplicaciones en las que es obligatorio cumplir ciertas restricciones temporales en la transmisión de información entre miembros de la red es el guiado cooperativo de vehículos autónomos. En este tipo de aplicaciones, es necesario que la información emitida desde cada vehículo sea recibida por sus destinatarios dentro de un límite temporal fijo que nunca debe ser sobrepasado. Esta es la fundamental característica de la comunicación en tiempo real en ITS.
En este trabajo de tesis se han desarrollado los mecanismos de control de acceso al medio NCC-TDMA (Non Cooperative Cognitive Time Division Multiple Access) y ENCCMA (Enhanced Non Cooperative Cognitive Multiple Access), en los que se aplican técnicas de radio cognitiva como la exploración del medio y el acceso dinámico al espectro para generar mecanismos basados en planificación, autoorganizados (que no requieren de un nodo central que distribuya la planificación de acceso) y que no necesitan transmitir señalización de protocolo. Estas características dotan a los usuarios de este sistema de una total autonomía en términos de comunicaciones mientras se cubren los requisitos de comunicación en tiempo real en el ámbito de ITS.
Para lograr esto, se ha realizado un análisis de diferentes propuestas que existen en la literatura y que comparten el mismo objetivo que los mecanismos diseñados; se ha realizado un estudio de las técnicas de radio cognitiva susceptibles de ser aplicadas y se han desarrollado las herramientas necesarias para la validación de los mecanismos en simulación. Por otro lado, se ha incluido la descripción de un trabajo realizado en paralelo, en el que se ha implementado un prototipo electrónico capaz de ejecutar los mecanismos diseñados
- English
The massive use of transportation systems in our society has produced three areas of potential research: transport effectiveness, energy efficiency and transport safety. The transport effectiveness will provide the possibility of decreasing congestion and the journey lengths. Energy efficiency will bring a reduction of the environmental impact of the human activities related to transport. Transport safety will decrease the number of fatalities in transport. The application of the information and communication technologies in this field in order to solve the mentioned problems leads us to the Intelligent Transportation Systems (ITS).
In road transportation there are lots of applications which are built over the wireless communication system, either car to car or car to infrastructure. In order to define some common requirements for these communication environments, there are several international organisms that have developed different specifications to standardize the wireless communications in the vehicular environment, as the WAVE standard (Wireless Access for Vehicular Environment) defined by IEEE. However, some specific applications for the vehicular environment demand real-time communications requirements in order to ensure the vehicles and passengers safety.
One of these applications in which is mandatory to meet the real time communication requirements is the cooperative guidance of autonomous vehicles in formation. In this type of applications the information must reach its destination within a specified maximum deadline which cannot be exceeded. This is the main characteristic of the real time communication in ITS.
In this thesis, the following medium access control mechanisms have been developed: NCCTDMA (Non Cooperative Cognitive Time Division Multiple Access) and ENCCMA (Enhanced Non Cooperative Cognitive Multiple Access). Both of them use cognitive radio techniques as spectrum sensing and dynamic spectrum access in order to obtain schedule based and self-organized mechanisms (a central node to propagate the schedule is not required). These mechanisms does not require the exchange of protocol signaling. These characteristics give users of these mechanisms the ability to manage themselves autonomously in a wireless vehicular network while meeting the real time communication requirements in the field of ITS.
To achieve that, an analysis of different proposals found in the literature has been performed; cognitive radio techniques and other ones related to spectrum sensing and dynamic spectrum access have been studied and applied in the design of the medium access control mechanisms and, to evaluate the designed mechanisms, simulation tools have been implemented to measure its performance in several scenarios. In addition, a description of a parallel work related to this thesis, the implementation of a physical prototype of WAVE, has been included
- español
