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Sistemas de Transportes Inteligentes (Smart City) eRedes Veiculares

Beatriz Martins de Carvalho

Prof. Edmundo Madeira

Instituto de Computacao - UNICAMP

24 de outubro de 2017

Beatriz Martins de Carvalho (IC-UNICAMP) Seminario MO655 24 de outubro de 2017 1 / 49

Agenda

1 Smart City ou Cidade Inteligentes2 Construcao da Cidade inteligente3 Sistemas de Transporte Inteligente (ITS)4 VANETs(Veicular ad-hoc Network)

Caraterısticas das redes veicularesComponentes das VANETs

5 Tipos de ComunicacaoVeıculo-Para-Veiculo(V2V)Veıculo-Para-Infraestrutura(V2I)Arquitetura Hıbrida

6 Desafios para disseminar os dados7 Dedicated Short-Range Comunication (DSRC)8 Projetos ITS, arquitetura e padroes nos EUA9 Projetos ITS, arquitetura e padroes no Japao

10 Arquitetura na Europa11 Conclusoes


Smart City ou Cidade Inteligentes

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What is a Smart City?


https://www.youtube.com/watch?v=Br5aJa6MkBc

Construcao da Cidade inteligente

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Pode ser dividida em tresnıveis:

Construcao deinfraestrutura publica;

Construcao deplataforma publica paracidades inteligentes;

Construcao de sistemasde aplicacao.

Figura: Application Systems. Fonte [1]


Sistemas de Transporte Inteligente (ITS)

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Sistemas de Transporte Inteligente (ITS)

What is ITS?


https://www.youtube.com/watch?v=KEJe-I4ZosU

VANETs(Veicular ad-hoc Network)

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Area de pesquisa promissora para ITS.Os veıculos sao equipados:

sensores;

unidades de processamento;

interfaces de comunicacao sem fio.


VANETs(Veicular ad-hoc Network) Caraterısticas das redes veiculares

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VANETs(Veicular ad-hoc Network) Caraterısticas das redes veiculares

Caraterısticas das redes veiculares:

Alta mobilidade dos nos (veıculos):

resulta em topologia altamente dinamica;

links intermitentes e

desconexoes da rede com frequencia:

devido a alta dinamicidade da rede;

perda de conectividade durante as transmissoes:

devido a fragmentacao de rede;

escalabilidade em numeros de nos.

Alguns protocolos utilizados em redes ad hoc nao podem ser aplicados nasRedes Veiculares por nao possuırem um desempenho satisfatorio. [2]


VANETs(Veicular ad-hoc Network) Componentes das VANETs

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Componentes das VANETs

Os principais componentes de uma VANET sao a

Onboard Unit(OBU)

Application Unity(AU)

Road Side Unit(RSU) [3]



Onboard Unit (OBU)

Onboard Unit(OBU)

As principais funcoes:

acesso de radio sem fio;

roteamento ad hoc e geografico;

controle de congestionamento de rede;

transferencia confiavel de mensagens;

seguranca de dados e mobilidade de IP.


https://www.youtube.com/watch?v=aVoTeSIf3ks


Application Unity (AU)

dispositivo acoplado dentro do veıculo que usa as aplicacoesfornecidas pelo motorista e os passageiros do veıculo

pode ser um dispositivo dedicado para aplicacoes de seguranca

como um assistente digital pessoal(Personal Digital Assistant (PDA))para executar a Internet

A AU e a OBU pode ser conectada por uma conexao cabeada ou semfio, e podem estar contidas em uma unica unidade fısica, pois suasdistincoes sao logicas.



Road Side Unit (RSU)

Dispositivo ficado nas laterais das estradas, rodovias ou ruas.

Esta equipada com um dispositivo de rede para uma comunicacao decurto alcance baseada na tecnologia de IEEE WAVE 802.11p;

Equipada com outros dispositivos de rede para serem utilizados parafins de comunicacao dentro da rede infraestrutural




Estender o alcancede comunicacao darede ad hoc;

Redistribuir ainformacao paraoutras RSUs demodo que maisOBUs sao atendidas;

Figura: Aumentar o alcance da rede ad hoc porencaminhar os dados. Fonte [3]




Capacidade deexecutar aplicacoesde seguranca emconjunto comsensores e asinformacoes obtidaspelas OBUs;

Fornecer avisos deacidente ou zona detrabalho;

Entre outrasaplicacoes;

Figura: Funcionar como fonte de informacao.Fonte:[3]



Road Side Unit(RSU)

Fornecerconectividade com aInternet para OBUs

Figura: Fornecer conectividade de internet paraas OBUs. Fonte: [3]


Tipos de Comunicacao

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Tipos de Comunicacao Veıculo-Para-Veiculo(V2V)

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Tipos de Comunicacao Veıculo-Para-Veiculo(V2V)

Veıculo-Para-Veiculo(V2V)

Veıculo-Para-Veiculo(V2V)

Figura: Veıculo-Para-Veiculo(V2V)


https://www.youtube.com/watch?v=3z09fCqmILU

Tipos de Comunicacao Veıculo-Para-Infraestrutura(V2I)

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Tipos de Comunicacao Veıculo-Para-Infraestrutura(V2I)

Veıculo-Para-Infraestrutura(V2I)

Formam-se quandoum carro secomunica com ainfraestrutura darede;

Comunicacao com ainfraestrutura darodoviaria, ruas entreoutros.

Figura: Veıculo-Para-Infraestrutura(V2I)


Tipos de Comunicacao Arquitetura Hıbrida

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Tipos de Comunicacao Arquitetura Hıbrida

Arquitetura Hıbrida

Formam-se quandoha a combinacao dasduas redes citadaanteriormente;

Permite que osveıculos secomuniquem entreoutros veıculos ecom a infraestruturada rodoviaria;

Podendo entao umveıculo se comunicarde maneira unica oude multiplos saltos.

Figura: Arquitetura Hıbrida


Desafios para disseminar os dados

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Tempestade de Broadcast (Broadcast storm): ocorre quando variosveıculos tentam transmitir simultaneamente, ocasionando alto trafegode dados, congestionamento de rede, colisoes de pacotes e atrasoadicional no controle de acesso ao meio (MAC);

Particao de rede: ocorre quando o numero de veıculos na area deinteresse nao e suficiente para realizar a disseminacao de dados etambem ocorre quando ha grandes obstaculos (predios, lagos e etc.)na area de interesse;

Fragmentacao temporal da rede: ocorre quando ha uma particao darede temporaria ou de curta duracao. Esse problema deve-se ao fatoda alta mobilidade dessas redes e a perda e colisao de pacotes


Dedicated Short-Range Comunication (DSRC)

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Dedicated Short-Range Comunication (DSRC)

Dedicated Short-Range Comunication(DSRC)

A comunicacaoentre os veıculose realizada emuma faixa DSRC;

Figura: Dedicated Short-Range Comunication(DSRC)


Projetos ITS, arquitetura e padroes nos EUA

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Normatizacao de ITS

Criacao do IntelligentVehicle HighwaySystems(IHVS)

Objetivo:

Aumentar aseguranca e;Eficiencia dotransito;Reduzir apoluicao.

Figura: Wireless Acces in a VehicularEnvironment – 802.11p



Resultados e Recomendacoes

Comunicacao:

Sistema de comunicacao: Vehicle Infrastructure Integration Proof ofConcept (VII POC)Inumeras falhas no padrao Dedicated Short-Range Communications(DSRC)/WAVE

Natureza dinamica dos veıculosTransmissor e receptor estao em movimentos

Especificacao nao considerou que o transmissor e receptor estao emmovimento.

Comunicacoes de seguranca de veıculos (Vehicle SafetyCommunications(VSC)).

Mensagens de seguranca devem ter uma latencia maxima de 100 ms,Frequencia de geracao de 10 mensagens por segundo edevem poder viajar para uma faixa mınima de 150 metros.



Primeira Arquitetura de ITS

Funcoes necessariaspara o ITS:

ColetarinformacoesSolicitar uma rota

Entidades fısicas ousubsistemas

RSUVeiculo

Fluxos deinformacoes e fluxosde dados queconectam essasfuncoes esubsistemas

Figura: Arquitetura ITS Nacional



Arquitetura ITS IntelliDrive(sm)

On Board Equipment(OBE);

Road-SideEquipment (RSE);

Service DeliveryNode (SDN);

Enterprise NetworkOperation Center(ENOC);

Certificate Authority(CA).

Figura: Arquitetura ITS IntelliDrive(sm)



Padroes de protocolo nos EUAIEEE 802.11p

Physical Layer Management Entity

(PLME)

MAC Layer Management Entity (MLME)

IEEE 802.2

Logical Link Control (LLC)

IEEE 1609.4

Multicanal

IEEE 1609.3

WAVE Short Message Protocol (WSMP)

WAVE Basic Service Set (WBSS)

IEEE 1609.2

Conceitos de seguranca

Formatos de mensagens

IEEE 1609.1

interacao de uma OBE com recursos de

computacao limitado

Figura: WAVE


Projetos ITS, arquitetura e padroes no Japao

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Projetos ITS

SmartwaySuporte a comunicacao de infraestrutura de veıculos a 5,8GHz;Combina:

Electronic Toll Collection (ETC);Servicos de pagamentos eletronicos;informacoes de transito.

Advanced Safety Vehicle (ASV)

ASV-1 e ASV-2 focadas em aplicacoes de seguranca e seguranca detrafego,ASV-3 e ASV-4 focadas na comunicacao direta entre veıculos.



ITS-Safety 2010

Define bandas de frequenciaque serao utilizadas para V2V,veıculos para estrada e paracomunicacao com radar

Banda de frequencia 700MHz deve serintroduzida paraaplicacoes de segurancaV2V

Figura: Faixas de Frequencia - Safety



Realocacao da Faixa de Frequencia

Ultra High Frequencies(UHF)

Very HighFrequencies(VHF)

Figura: Ultra High Frequencies (UHF) eVery High Frequencies(VHF)



Arquitetura ITS usada no projeto Smartway

On-Board Unit (OBU)

Semelhante a OBE

Processamento;

Comunicacao;

Posicionamento;

Funcoes de comunicacao para

outros veıculos.

RSU

Semelhante a RSE;

Localizado ao longo das estradas;

Oferecer suporte de comunicacao

Link de 5,8GHz

O link de comunicacao e sıncrono;

Usa como acesso medio, o Time Division

Multiple Access(TDMA) e Frequency

Division Duplex (FDD)

Figura: Smartway



Protocolos utilizado no Japao

DSRC

Padrao ARIB STD-T75OSI Layer 1

Funcionalidadecamada fısica

OSI Layer 2

Camada de enlacede dados

OSI Layer 7

Camada deaplicacao

ASL (Application Sub-Layer)

Padrao STD-T88

Protocolo da camadade ligacaoProtocolo de controlede rede.

Figura: Itu-R


Arquitetura na Europa

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Arquitetura na Europa

Arquitetura EuropaCALM 2G/2.5G/GPRS Cellular

CALM 3;

CALM Infra Red (IR);

CALM M5, includes IEEE

802.11p and WiFi (5 GHz);

CALM Millimetre (MM), in

frequency band 62–63 GHz;

CALM Mobile Wireless

Broadband IEEE

802.16/WiMax;


Broadband IEEE 802.20;


Broadband - Existing Systems

CALM Satellite.

Figura: Arquitetura Iso CALM


Conclusoes

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Conclusoes

Conclusoes

Redes Veiculares e a tecnologia que ira suportar varias aplicacoes

ServicosAplicativos globais da InternetAplicativos de seguranca

Projetos ITS

EUAJapaoEuropa


Conclusoes

Pergunta?

Como base emG. Karagiannis et al., “Vehicu-lar networking: A survey andtutorial on requirements, ar-chitectures, challenges, stan-dards and solutions,” IEEECommun. Surv. Tutorials,vol. 13, no. 4, pp. 584–616,2011.Responda: Quais sao asaplicacoes e requerimentos deuma Rede Veicular?

Figura: Perguntas????


Conclusoes

Referencias

1 K. Su, J. Li, and H. Fu, “Smart city and the applications,” 2011 Int. Conf. Electron. Commun. Control. ICECC 2011 -

Proc., pp. 1028–1031, 2011.

2 G. Karagiannis et al., “Vehicular networking: A survey and tutorial on requirements, architectures, challenges, standards

and solutions,” IEEE Commun. Surv. Tutorials, vol. 13, no. 4, pp. 584–616, 2011.

3 S. Al-Sultan, M. M. Al-Doori, A. H. Al-Bayatti, and H. Zedan, “A comprehensive survey on vehicular Ad Hoc network,”

J. Netw. Comput. Appl., vol. 37, pp. 380–392, Jan. 2014.

4 F. Cunha et al., “Data communication in VANETs: Protocols, applications and challenges,” Ad Hoc Networks, vol. 44,

no. March 2014, pp. 90–103, 2016.

5 W. Nelson et al., “An Efficient and Robust Data Dissemination Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks,” Proc. 9th

ACM Symp. Perform. Eval. Wirel. Ad Hoc, Sensor, Ubiquitous Networks, vol. 2, no. 4, pp. 1–10, Jan. 2016.


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