Manual Explotación de la Red Vial
& Sistemas Inteligentes de Transporte
Guía para profesionales!
Manual Explotación de la Red Vial
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Los avances en la tecnología digital en las últimos dos o tres décadas han hecho de las telecomunicaciones inalámbricas una opción atractiva para los ITS viales, in situaciones tales como el control de VMS´s, contadores de estacionamiento, comunicaciones de señales de tránsito, monitoreo remoto y CCTV. Aplicaciones ITS especiales también dependen de una variedad de servicios inalámbricos de radio para comunicación, principalmente:
Estandarización de las Comunicaciones Inalámbricas para ITS en Europa
En Europa los esfuerzos para estandarizar las comunicaciones inalámbricas para ITS están dirigidas hacia la creación de una interface aérea contínua de medio y largo alcance usando una variedad de medios de comunicación, incluyendo el celular, 5 GHz, microndas de 63 GHz y enlaces infrarrojos. La iniciativa es conocida como CALM – el cual soporta una Contínua Interface Aérea de Mediano y Largo Alcance (Continuous Air-interface Long and Medium (CALM)). CALM proveerá la plataforma de comunicación para una rango de aplicaciones, incluyendo tanto seguridad e información vehicular como también entretenimiento para el conductr y pasajeros.
Algunos de los medios de comunicación inalámbrica más comunes que son usados por ITS incluyen:
La comunicación por microondas Punto a Punto usa transmisores y receptores terrestres, semejantes a las antenas parbólicas, para proveer enlaces dedicados de transporte donde las líneas fijas serían impracticables o con costos prohibitivos, para conectar redes de campo a un centro de control. Usualmente, se utiliza en el rango bajo de gigahertz y se limita a una línea de visión. Estaciones repetidoras pueden estar espaciadas a intervalos de, aproximadamente, 48 km para cubrir mayores distancias.
Wi-Fi se ha vuelto una muy popular tecnología para intercambio de datos en forma inalámbrica usando ondas de radio sobre una red informática. Wi-Fi puede soportar aplicaciones ITS no críticas para evitar demoras – pero no otorgan una garantía de ancho de banda. Wi-Fi opera usando frecuencias no licenciadas – por lo que es más susceptible a interferencias. La tecnología tiene potencial para uso en ITS como un medio para conectar dispositivos de campo a un Centro de Control de Tránsito – por ejemplo, donde una solución de comunicaciones por cable sería demasiado cara. En este caso, se debería proveer una conexión segura de Wi-Fi, tal como una red WiFi Mesh, mostrada en la figura siguiente. Ésta muestra una red multipunto WiFi Mesh adecuada para VMS, contadores de estacionamiento, señales de tránsito, monitoreo remoto y videocámaras CCTV ( pero no de fiscalización).
Wi-Fi está basada en el Estándar 802.11 del Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos (Institute of Electrical and Electronics Engineers’ (IEEE) (IEEE) Standard 802.11.) Está diseñado para proveer un acceso a la red local para relativamente distancias cortas (entre 50 -100 metros) con velocidades de hasta 54 Mbits/segundo.
(Figura cortesía de Barry Moore)
La tecnología Bluetooth también soporta intercambio de datos en distancias cortas. Usa ondas de radio de longitud de onda pequeña y utra alta frecuencia (UHF). Las tecnologías Bluetooth son utilizadas en muchas y diferentes aplicaciones tales como los teléfonos inteligentes, tabletas y computadoras portátiles. Recientemente, se ha ido incrementando el interés de su uso de dispositivos Bluetooth en modo "descubrible" tanto en edificios como en equipamiento embarcado en vehículos para seguir o monitorear al tránsito. Estas aplicaciones usan a los detectores Bluetooth de campo para descubrir a otros dispositivos Bluetooth embarcados en los vehículos y detectar su identificación individual. A través del seguimiento del mismo identificador, al pasar por diferentes puntos de localización, se pueden determinar importantes parámetros del tránsito, tales como tiempo de viajem velocidad, origen y destino del vehículo.
Otro grupo de tecnologías de comunicaciones ampliamente usado en ITS lo representan las comunicaciones dedicadas de corto alcance (DSRC). DSRC fue desarrollada específicamente para las comunicaciones vehiculares y es probable que sufra un dramático incremento en su uso con la introducción de las tecnologías Vehiculo Conectado. Las tecnologías son usadas en un gran número de aplicaciones ITS incluyendo:
En USA, las DSRC generalmente, ser refieren a las comunicaciones dedicadas con una banda de frecuencia de 5,9GHz reseervada específicamente para protocolos de Acceso Inalámbrico en Ambientes Vehiculares WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment (WAVE) – definidos en el estándar 1609 de la IEEE y sus partes subsidiarias. Estos protocolos están basados en el ampliamente usado estándar 802.11 de la IEEE para redes inalámbricas Wi-Fi.
Varias tecnologías DSRC son usadas en transporte. Éstas incluyen:
Los tags pasivos no tienen una batería interna. En cambio, usan una muy pequeña corriente eléctrica inducida en la antena cuando llega una señal de re radio frecuencia para transmitir una respuesta. Por esta razón, la antena debe ser diseñada no sólo para recolectar alimentación desde una señal entrante sino que también debe transmitir una señal de salida de retrodispersión. La principal ventaja de los tags pasivos de microondas es que pueden ser pequeños y una vida ilimitada. Las microndas pasivas fueron usadas en ITS en los primeros tipos de sistemas de pago electrónico de peaje. Continúan las innovaciones para su uso.
Los tags activos tienen su propia fuente interna de alimentación eléctrica la cual puede generar una señal de salida. Comparados con los tags pasivos, pueden tener un mayor alcance y pueden almacenar información adicional enviada a través del transductor. Las microondas activas son empleadas eb nuchos sistemas de recolección de pago electrónico de peaje. Las unidades embarcadas son más caras y tienen baterías las cuales necesitan ser reemplazadas.
La tecnología infrarroja DSRC usa la tecnología infrarroja, en oposición a la del espectro de radio o de microondas, para comunicaciones de corto alcance. La DSRC infrarroja puede ser usada en ITS donde es difícil obtener una licencia del espectro de frecuencias. La tecnología es también apropiada cuando el clima es, generalmente, lluvioso – pero no brumoso. La DSRC infrarroja es menos susceptible de detener interferencias.
Bluetooth es una tecnología inalámbrica diseñada para permitir intercambio de datos en cortas distancias (un máximo de cerca de 10 metros). La mayoría de los teléfonos celulares en el mercado actualmente tienen tecnología Bluetooth. También tienen tecnología inalámbrica Wi-Fi, la cual usa ondas de radio para conexiones distantes a una estación base Wi-Fi de hasta 90 metros. En los años recientes, varios fabricantes automotrices han instalado la tecnología Bluetooth en sus vehículos para permitir a los conductores conectar sus teléfonos o dispositvos de música a los sistemas de audio embarcados.
Cuando están activados, los transductores Bluetooth y Wi-Fi difunden continuamente mensajes de "descubrimiento" para permitir a otros dispositivos encontrarse y conectarse con ellos. Los mensajes de descubrimiento incluyen un único identificador que puede ser usado para la detección vehicular y seguimiento. Esencialmente, todo lo que es necesario es un sensor Bluetooth o Wi-Fi instalado cerca del camino. Estos sensores registran el tiempo al cual el vehículo equipado con un dispositivo embarcado Bluetooth o Wi-Fi pasa cerca de ellos. Por medio de la utilización de identificadores únicos se registran los puntos monitoreados y la información sobre los tiempos de viaje a lo largo de un segmento vial - o una matriz de flujos de Origen- Destino a través de una red - puede ser derivada.
El uso de Bluetooth o Wi-Fi es ideal para las redes sociales pero los resultados tienen que ser analizados dado que:
no todos los vehículos reportan un identificador – dado que algunos no estarán equipados con la tecnología o el equipamiento está apagado, en ambos casos el conteo no es registrado.
o un simple vehículo puede tener varios dispositivos activos – conduciendo a múltiples conteos.
Cuando se usa la técnica de muestreo vehicular una desafío clave es asegurar que una proporción suficientemente alta de vehículos están equipados con dispositivos Bluetooth y Wi-Fi. En áreas urbanas ésto puede no ser un gran problema pero en otras regiones la baja penetración en el mercado puede limitar su aplicación de estas tecnologías de detección.
Las comunicaciones en un área amplia son, frecuentemente, requeridas en red para las operaciones - particularmente en áreas rurales donde las opciones para comunicaciones de voz, datos e imágenes de video CCTV son más limitadas.
WiMax representa a la Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas (Worldwide Interoperability for Microwave Access). WiMax está diseñada para proveer un ancho de anda mucho más grande, comparado con Wi-Fi, y con un mucho mayor alcance. En los años recientes, se ha visto un creciente interés desde la industria ITS en la integración entre WiMax y Wi-Fi como un medio de comunicaciones alternativo a las comunicaciones por cable.
Bajo condiciones ideales, WiMax podría tener un alcamce de más de 40 kilómetros y ofrecer velocidades de hasta 70 Mbits/segundos. Se implementa con el estándar IEEE 802.16, con nuevos estándares diseñado para velocidades de hasta 1 Gbits/segundo. Una red típica WiMax consistiría en una estación base conectada con varios clientes (equipamiento con premisas de clientes o CPE).
Las redes celulares fueron establecidas principalmente para comunicaciones de voz, pero hay un continuo y creciente interés en su uso, también, para comunicaciones de datos. Dos tecnologías celulares de comunicaciones han evolucionado:
.- Sistema Global para Móviles (GSM)
.- Acceso Múltiple por División de Código o Multiplexación por División de Código (CDMA)
Ellas difieren en la manera de transferir datos. GSM divide la banda de frecuencia en múltiples canales para el uso de diferentes clientes. CDMA digitaliza las llamadas y las envía al cliente final. Ambas, GSM y CDMA han sido mejoradas en estos años para permitir una velocidad mayor. Por ejemplo, GPRS (para comunicaciones de paquetes de datos) usa la red celular a velocidades adecuadas para la transmisión de comandos a VMS y a contadores en cocheras de estacionamiento.
La última tecnología celular de datos es la llamada Evolución a Largo Plazo (Long Term Evolution (LTE)), (también conocida como 4G LTE). A diferencia de la GSM y la CDMA, LTE es diseñada principalmente para comunicaciones de datos. Ofrece alto ancho de banda, baja latencia y soportes de proporciones de datos completas mientras viajan a altas velocidades (una característica que es importante en el ambiente ITS con vehículos en rápido movimiento). Las comunicaciones celulares de datos pueden ser usadas en ITS donde las comunicaciones inalámbricas no están disponibles o son muy costosas.
Los Datos Digitales por Radio (DRT) refieren a la práctica de transmisión de datos comprimidos y digitalizados sobre radio FM. Ésto permite que pequeñas cantidades de información digital sean embebidas en la emisión de las convencionales comunicaciones de radio FM. Un buen ejemplo de una aplicación DRT en ITS es el Canal de Mensajes de Tránsito con el Sistema de Datos por Radio (RDS-TMC), donde la información del tránsito codificada digitalmente está disponible para la navegación con los dispositivos embarcados en los vehículos. RDS-TMC es una forma primitiva de la transmisión digital de datos. Fue desarrollada en Europa para explotar el Sistema de Datos por Radio usado por las algunas autoridades de difusión. La información de viaje es transmitida digitalmente en radiofrecuencias FM – y un decodificador, instalado dentro de la radio o del dispositivo de navegación del automóvil interpreta el código digital para las pantallas gráficas o alfanuméricas.
La radio de amplio espectro (Spread spectrum radio) es una red de radio que tiene un requisito “línea de visión” (línea desobstruída del paso entre un sujeto y un objeto). En esta red, una radio sirve como maestro y la otra como esclavo. Un ejemplo del uso de la radio de amplio espectro en ITS es la conexión entre un conjunto de controladores de tránsito en intersecciones señalizadas y el Centro de Gestión de Tránsito (TMC) necesario para los objetivos de monitoreo y sincronización de señales.
En algunos casos, no sería posible enlazar directamente las dos radios debido a la distancia o a la interferencia – en cuyo caso otra radio (llamada repetidor) necesitaría ser instalada entre las dos radios. Estas redes son comúnmente usadas para permitir que un número de controladores de tránsito se comuniquen con otro o se comunique con el centro de operaciones de tránsito. Ellos pueden emitir bajo frecuencias no licenciadas de 900MHz, 2.4 GHz y 5.8 GHz. La frecuencia de 5.8 GHz provee el mayor ancho de banda, aproximadamente de 54 Mbits/segundo, pero es muy susceptible de tener problemas de línea de visión.
Mientras teóricamente, la radio de amplio espectro puede proveer un alcance de comunicación de hasta 60 millas, en la práctica, el rango es mucho más corto debido a la atenuación u obstrucción de la línea de visión.
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