Operations Work Processes

Interconnection) que se ha simplificado y ampliado con el fin de definir la arquitectura de un módulo ITS (RSU/OBU). Esta arquitectura consta de seis partes (aplicaciones (Applications), gestión (Management), acceso (Access), redes y transporte (Networking & Transport), servicios (Facilities) y seguridad (Security)). Las capas definidas en la arquitectura CALM se pueden relacionar con la Torre OSI como:

Acceso: capas OSI 1 y 2.

Redes y Transporte: capas OSI 3 y 4. Servicios: capas OSI 5, 6 y 7.

Donde la funcionalidad de las diferentes partes son:

El bloque de seguridad proporciona los medios necesarios para asegurar las comunicaciones y el propio módulo ITS.

El bloque de gestión proporciona las herramientas necesarias para el mantenimiento y configuración del módulo ITS.

Los bloques, capas y entidades están interconectados a través de interfaces, que por lo general son “puntos de acceso de servicio” (SAP) [ISO 24102-3].

Todo esto es utilizado por aplicaciones de ITS. Las aplicaciones se conectan a las herramientas de comunicación a través de una “interfaz de programación de aplicaciones” (API), que es la encargada de proporcionar las funcionalidades de la MA-SAP (SAP de gestión), FA-SAP (SAP de servicios) y SA-SAP (SAP de seguridad) (Ver Figura 2.5).

Se considera que la arquitectura CALM va más allá de la definición de las comunicaciones porque identifica la funcionalidad de los seis bloques y considera los módulos ITS como un elemento BSMD. Las normas CALM no especifican ninguna aplicación C-ITS, pero sin embargo definen claramente su método de interconexión con las comunicaciones.

Lo más importante de la arquitectura CALM es la parte de comunicaciones. Aunque los módulos ITS puedan contener aplicaciones lo esencial para posibilitar la interoperabilidad entre ellos es la capa de comunicaciones. El bloque de “redes y transporte” es el más importante para el buen funcionamiento de las comunicaciones y para que paquetes con datos alcancen su destino. Este se organiza a través de los algoritmos de enrutamiento, que consisten en diferentes métodos para conseguir transmitir los mensajes por la red. Por lo cual en las siguientes secciones vamos a hacer un repaso a los diferentes algoritmos de enrutamiento propuestos por la comunidad científica.

2.2.4. Algoritmos de enrutamiento

El enrutamiento, tambien conocido como encaminamiento o ruteo, es la acción de buscar un camino o ruta entre dos puntos o nodos en una red entre todos los posibles. Cuando se trata de una red inalámbrica, este camino se puede realizar mediante técnicas multisalto (multihop), las cuales permiten que los mensajes recorran el camino desde un origen a un destino mediante una cadena de saltos a través de una serie de nodos intermedios de la red, donde cada nodo intermedio se comporta como un router o encaminador. La complejidad de la búsqueda de este camino óptimo se complica cuando los nodos de la red son móviles, como es el caso de los vehículos conectados. Hay que definir una medida para poder comparar el rendimiento de diferentes redes y tecnologías, denominada métrica, la cual no es exclusiva.

La métrica es un valor que toman los diferentes protocolos de enrutamiento para poder determinar cuál es la mejor ruta hacia un nodo destino de la red. No es inusual que exista más de un único camino hacia un nodo y, por lo tanto, se deberá emplear algún método

es menor o en otros casos es aquel que tiene mejor ancho de banda. Esto dependerá del protocolo de enrutamiento que se esté utilizando, ya que cada uno usa una métrica diferente. Como se ha comentado existen diferentes métricas, por ejemplo, el número de saltos (el número de saltos ohopses el número de nodos involucrados en la comunicación sin contar al emisor) necesarios para ir de un nodo a otro (es sencilla y suele ofrecer buenos resultados), medición del retardo de tránsito entre nodos vecinos (se expresa en unidades de tiempo y sus valores no son constantes sino que dependen del tráfico de la red), etc.

La mejor ruta es aquella que mantiene acotado el retardo entre pares de nodos de la red, consigue ofrecer altas cadencias efectivas independientemente del retardo medio de tránsito y ofrece el menor costo. El criterio más sencillo es elegir el camino más corto, es decir la ruta que pasa por el menor número de nodos. Una generalización de este criterio es el de “coste mínimo”. En general, el concepto de distancia o coste de un canal es una medida de la calidad del enlace basado en la métrica que se haya definido (Rao and Murthy, 2005).

La dificultad del enrutamiento en las VANETs radica en que los nodos de la red tienen la posibilidad de cambiar su posición geográfica, por lo cual se modifican de manera continua las métricas y calidad de la conexión entre los diferentes nodos de la red. Ello implica que un nodo no pueda determinar la ruta hasta otro de manera determinista, por lo que se han tenido que desarrollar nuevos algoritmos de enrutamiento específicos para las VANETs. Estos algoritmos ya no se pueden basar, como en los algoritmos tradicionales, tanto en redes cableadas o Wireless donde los nodos de destino tienen una dirección conocida e identificada, en mensajes de “broadcast” o difusión (a todos los nodos contenidos en la red), “multicast” (a los nodos de varias redes), “anycast” (al nodo más cercano en latencia) o “unicast” (a un nodo específico).

Dada la forma de operar de las VANETs puede interesar transmitir determinados mensajes a una posición o a un área geográfica concreta. “Geocast” es la acción de difundir un mensaje en un área geográfica determinada. Existen nuevos tipos de mensajes, adicionales a los tradicionales (Festag, 2014):

GeoUnicast: consiste en transmitir un mensaje al vehículo que se encuentre en una posición concreta.

GeoBroadcast: consiste en transmitir un mensaje a todos los vehículos que se encuentren en un área concreta.

GeoAnycast: consiste en transmitir un mensaje al vehículo más cercano que se encuentre en un área concreta.

Estos nuevos mensajes han introducido una complejidad adicional a los algoritmos tradicionales de enrutamiento, lo que ha provocado que sea necesaria la exploración de los nuevos métodos de enrutamiento que a continuación pasamos a detallar.

TABLA2.1: Enumeración de protocolos de enrutamiento en VANETs (Li and Wang, 2007)

Routing Protocol Routing Type Position Information? (How to use) Hierarchical Structure? Network Simulator Simulation Scenario

AODV (Perkins and Royer, 1999) Unicast No No - - DSR (Johnson and Maltz, 1996) Unicast No No - - GPSR (Karp and Kung, 2000) Unicast Packet Forwarding No - - PRAODV/

PRAODV-M (Namboodiri et al., 2004) Unicast

Route-Selection

(lifetime prediction) No NS2

Simple highway model (20km segment only)

AODV-bis (Ooi and Fisal, 2004) Unicast Route-Req-Forwarding No - -

GSR (Lochert et al., 2003) Unicast Packet Forwarding No NS2 Real city model

(from map)

GPCR (Lochert et al., 2005) Unicast Packet Forwarding No NS2 Real city model

(from map)

A-STAR (Liu et al., 2004) Unicast Packet Forwarding

(also use trafficinfo.) No NS2 Grid city model COIN (Blum et al., 2003) Unicast Cluster Formation Yes Own Real highway

model

LORA_CBF (Santos et al., 2005) Unicast

Packet Forwarding (also location prediction)

Yes OPNET Simple circle and

square road

Flooding Broadcast No No - -

UMB (Korkmaz et al., 2004) Broadcast Packet Forwarding No Own Simple intersection

road

V-TRADE/

HV-TRADE (Sun et al., 2000) Broadcast

Classify Forwarding

Group No Own Simple intersection

BROADCOMM (Durresi et al., 2005) Broadcast Formation of Cells Yes Own Simple highway

Msg Dis Protcl (Briesemeister et al., 2000) Geocast Packet Forwarding No Own

Simple highway model (10 km long)

IVG (Bachir and Benslimane, 2003) Geocast Packet Forwarding No Glomosim

Simple highway

model (10 km

long, 100/200 nodes)

Cached

Geocast (Maihofer and Eberhardt, 2004) Geocast Packet Forwarding No NS2

Quadratic network (size from 1 km to 4km, 100 nodes)

Abiding

Geocast (Maihöfer et al., 2005) Geocast Packet Forwarding No - -

En (Li and Wang, 2007) hacen un análisis de las características de arquitectura y protocolos de enrutamiento desarrollados para VANETs. Estos los dividen en cinco categorías:

Ad Hoc Routing: las VANETs y MANETs (Movile Ad-Hoc Networks), tienen que autorganizarse y autogestionarse, tienen poco ancho de banda y corto alcance. En esta categoría engloban los algoritmos diseñados a tal propósito.

Position-Based Routing: por lo general las VANETs están restringidas a movimientos bidireccionales, vías de circulación, y en esta categoría se engloban los algoritmos que organizan la red basada en las posiciones geográficas y/o la dirección de circulación. Cluster-Based Routing: en esta categoría se engloban los algoritmos que segmentan el

Broadcast Routing: en esta categoría están los algoritmos debroadcast; un mensaje es difundido por toda la red.

Geocast Routing: en esta categoría están los algoritmos que son capaces de realizar un broadcastlimitado a un área geográfica.

Finalmente hacen un resumen en una tabla que hemos reproducido en la Tabla 2.1 donde listan algunos algoritmos de enrutamiento que serán explicados con detalle en los siguientes apartados: el tipo de enrutamiento que proporcionan, que método usan para transmitir la información de su posición, si el algoritmo posee una estructura jerarquizada, cómo ha sido testeado, tipo de simulador y escenario simulado.

Existen varios tipos de transmisión de la posición de los diferentes algoritmos:

Packet Forwarding: difusión de la información a todos los nodos que estén en el campo de visual de comunicaciones.

Cluster Formation: difusión solo a los miembros de unclusterformado previamente. Formation of cells: entrega de la información solo a los nodos que se encuentran en el interior de un área concreta.

Route selection: se encarga de calcular la ruta un RSU.

A continuación se procede a detallar el estado del arte para los diferentes tipos de enrutamiento, analizando algoritmos de enrutamiento específicos para redes donde la movilidad es esencial, VANETs. La frontera entre definiciones no queda del todo bien definida haciendo que en función de los autores, fecha de publicación y país definan el tipo de algoritmo con el mismo nombre que en las redes cableadas cuando en realidad se refieren a algoritmos de enrutamiento geográfico, por ejemploUnicast-GeoUnicast. Por esa razón se ha tomado la decisión de agruparlos en una categoría única en función de la naturaleza de la transmisión.

2.2.4.1. AlgoritmosGeoUnicast

Los algoritmosGeoUnicastson aquellos que sirven para la comunicación entre dos nodos de la red, esta comunicación es punto a punto. Puede ser directa porque ambos nodos se vean mutuamente o mediante diversos saltos. El resto de nodos de la red no tiene que tratar el mensaje más que como simplerouter si fuera necesario, como se puede observar en la Figura 2.6. La problemática existente con los algoritmos deGeoUnicastreside en la estrategia adoptada para hacer llegar el mensaje al destinatario, buscando el mínimo número de saltos

o más saltos pero con mejor calidad de la señal: ¿debe existir confirmación de que el mensaje ha sido recibido o no?, ¿cómo identificar dónde se encuentra el destinatario del mensaje?, etc. Por esa razón existe una extensa literatura donde se presentan diversas estrategias en los algoritmos deGeoUnicast. A continuación pasaremos a detallar los algoritmos que han tenido más relevancia en el campo del geoenrutamiento con mensajesUnicasten ITS.