Ingeniería en Informática      SACARSistema de Alertas  en CARreteras   Eduardo Marín Izquierdo
INTRODUCCIÓN ¿SACAR?                    Sistema de Alertas en Carretera  ¿Cómo surge la idea?    Retenciones en carretera....
SITUACIÓN ACTUAL INTERNET DE LAS COSAS  2.000 M de personas conectadas a la red                                           ...
SITUACIÓN ACTUAL v2v             vehicle to vehicle    ● Envío de información inalámbricamente    ● Transmisión de alertas...
802.15.4 - ZigBee  Protocolo 802.15.4    ●   Define nivel físico y acceso al medio    ●   Bajo coste de comunicación    ● ...
802.15.4 - ZigBee  Modelo de red    ●   Configuración en estrella    ●   Configuración en árbol    ●   Configuración en ma...
SIMULACIÓN - OMNET++ OMNET++  ●   Simulador modular de eventos discretos de redes  ●   Modular tráfico de redes  ●   Valid...
SIMULACIÓN - SUMO SUMO     ●      Open Source     ●      Fácilmente portable     ●      Simulación microscópica     ●     ...
NIVEL APLICACIÓN  mi_applayer.c     ●    Implementa nivel de aplicación     ●    Programación del envío de mensajes     ● ...
ALGORITMO APAL  Broadcast Storm     Sin un algoritmo de control, los vehículos reciben y transmiten los mensajes de alerta...
ALGORITMO APAL  APAL - COMPORTAMIENTO    1º. Recepción de mensaje de alerta         ●   Si es recibido por primera vez, es...
ALGORITMO APAL  APAL - COMPORTAMIENTO                          SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
RESULTADOS SIMULACIÓN Escenario 1. Vía cuadrada - NO APAL - Latencia de entrega ●   Latencias muy altas debido al     prob...
RESULTADOS SIMULACIÓN Escenario 1. Vía cuadrada - NO APAL - Vehículos ciegos     ●   Menor número de vehículos         cie...
RESULTADOS SIMULACIÓN Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Latencia de entrega    ●   Disminución notable de la latencia de ...
RESULTADOS SIMULACIÓN Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Vehículos ciegos ●   Disminución más lenta del número     de vehí...
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OBSTÁCULOS Two-ray-model Attenuation per wall and attenuation per meter of penetration approaches    Basándonos en los est...
RESULTADOS SIMULACIÓN Escenario 1. Vía cuadrada - APAL - Latencia de entrega    ●   Definición de escenario de geometría r...
ARDUINO + xBee + GPS  Arduino    ●       Plataforma de hardware libre, basada en una            placa con un microcontrola...
ARDUINO + xBee + GPS  GPS   ●        GPS SIRF III de 20 canales, precisión de 5m.   ●        Comunicación puerto serie hac...
IMPLEMENTACIÓN ARDUINO SACAR básico                         SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
IMPLEMENTACIÓN ARDUINO SACAR básico   ●   Limitaciones de Arduino.   ●   Ejecución en serie.   ●   Tamaño máximo de       ...
CONCLUSIONES - TRABAJO FUTURO Conclusiones   ●       Tecnología: Queda mucho por hacer.   ●       Realización del proyecto...
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  1. 1. Ingeniería en Informática SACARSistema de Alertas en CARreteras Eduardo Marín Izquierdo
  2. 2. INTRODUCCIÓN ¿SACAR? Sistema de Alertas en Carretera ¿Cómo surge la idea? 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 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  3. 3. SITUACIÓN ACTUAL INTERNET DE LAS COSAS 2.000 M de personas conectadas a la red SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  4. 4. SITUACIÓN ACTUAL v2v vehicle to vehicle ● Envío de información inalámbricamente ● Transmisión de alertas e información sobre tráfico DSRC Dedicated Short-Range Communications ● IEEE 802.11p WAVE - 5.9 GHz ● equivalencia a telefonía móvil ● alta tasa de transferencia - 27Mb ● seguridad y cobertura SACAR - Sistema de Alertas en
  5. 5. 802.15.4 - ZigBee Protocolo 802.15.4 ● Define nivel físico y acceso al medio ● Bajo coste de comunicación ● Poca infraestructura ● 250kbps ● alcance 10 - 500 metros ● adecuado para tiempo real ● CSMA/CA Modelo de red ● Dispositivo de funcionalidad completa FFD ○ Coordinadores ● Dispositivos de funcionalidad reducida RFD ○ Dispositivos finales ○ Sencillos ○ Consumo reducido SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  6. 6. 802.15.4 - ZigBee Modelo de red ● Configuración en estrella ● Configuración en árbol ● Configuración en malla Modo de conexión Modo balizado ● Modo Modo no balizado SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  7. 7. SIMULACIÓN - OMNET++ OMNET++ ● Simulador modular de eventos discretos de redes ● Modular tráfico de redes ● Validación ● Evaluación de rendimiento MIXIM - SOMMER ● Simulador para redes inalámbricas ● Implementa 802.15.4 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  8. 8. 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 <nodes> <node id=0 x=0.0 y=0.0/> <node id=1 x=190.0 y=0.0/> <node id=2 x=200.0 y=0.0/> <node id=3 x=190 y=10 /> <node id=4 x=190 y=-10 /> </nodes> <edges> <edge id=0t1a fromnode=0 tonode=1 nolanes=3 priority=2 speed=30 /> <edge id=1ti fromnode=1 tonode=3 nolanes=1 speed=30/> <edge id=1tc fromnode=1 tonode=2 nolanes=1 speed=30/> <edge id=1td fromnode=1 tonode=4 nolanes=1 speed=30/> </edges> SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  9. 9. 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 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  10. 10. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  11. 11. 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). 2º. Adaptación de probabilidad de reenvío e intervalo de conteo ● 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 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 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  12. 12. ALGORITMO APAL APAL - COMPORTAMIENTO SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  13. 13. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  14. 14. 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" SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  15. 15. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  16. 16. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  17. 17. 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? SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  18. 18. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  19. 19. 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 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  20. 20. 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 SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  21. 21. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  22. 22. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  23. 23. IMPLEMENTACIÓN ARDUINO SACAR básico SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  24. 24. IMPLEMENTACIÓN ARDUINO SACAR básico ● Limitaciones de Arduino. ● Ejecución en serie. ● Tamaño máximo de programas. ● Tamaño máximo en interfaz de comunicación. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  25. 25. 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. SACAR - Sistema de Alertas en CARretera
  26. 26. Muchas gracias

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