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5 ene 2018

LA COMUNICACIÓN ENTRE VEHÍCULOS AUTÓNOMOS

Los vehículos autónomos son ya una realidad. Empresas como Google o Tesla ya han puesto a funcionar sus propios vehículos sin conductor aunque debido a diversas limitaciones todavía no es posible que ofrezcan el 100% de sus ventajas potenciales. Esto provoca que no puedan realizar funciones básicas de la conducción como adelantar ya que para un vehículo puede ser imposible saber si es posible invadir el carril contrario o si se acerca algún otro vehículo si el ciclo de comunicación no es total.

Protocolos de comunicación entre vehículos autónomos

Vehículos autónomos: ¿cómo se comunican?

Para que los vehículos autónomos puedan llegar a mostrar todo su potencial, las comunicaciones entre vehículos son necesarias. Imaginemos que un vehículo con intención de adelantar pueda “preguntar” mediante ondas de radio si se acerca otro vehículo en sentido contrario. De esta forma podría saber si es posible adelantar o no, probablemente, con una mayor seguridad que si se tratase de un conductor humano que depende de factores subjetivos. Del mismo modo, un vehículo que detecte un evento y necesite realizar una parada en seco puede informar de ello a los vehículos que le siguen, los cuales pueden realizar frenadas de seguridad evitando el choque en cascada.

Las comunicaciones ente vehículos suponen un gran reto ya que tienen características que no pueden encontrarse en otros tipos de comunicación. Las principales dificultades que se ofrecen son:

  • Multicamino
  • Alta interferencia
  • Efecto Doopler.

Debido a la especial naturaleza de estas comunicaciones, nuevos protocolos y estándares están siendo desarrollados. Así surgen los protocolos v2v (vehicle-to-vehicle), v2i (vehicle-to-infrastructure) y v2x (vehicle-to-everything). Además, existe una pila especial de protocolos llamada pila WAVE (Wireless Access in Vehicular Environment) ya que pilas como TCP/IP no pueden satisfacer las demandas de este tipo de comunicaciones. La estructura de la pila WAVE comparada con OSI es la siguiente:

 

Vehículos autónomos

Tabla de equivalencia entre pila de protocolos OSI y WAVE

 

El protocolo 802.11p es una variación de 802.11 (WiFi) pensado exclusivamente para comunicaciones entre estaciones móviles. En concreto, se parece mucho a la variante Ad-hoc de WiFi, ya que los pares de estaciones se comunican directamente sin necesidad de un nodo central. El tiempo de símbolo es de 8 µs, el doble que en WiFi normal, para así hacer frente al multritrayecto. Además, el ancho de banda por canal es la mitad, 10 MHz, de forma que se duplica el número de canales y hay menos probabilidad de usar dos canales adyacentes al mismo tiempo, disminuyendo las interferencias.

La capa MAC es la encargada de controlar el acceso a medio. Suele usarse CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) o STDMA (Self-Organised Time-Division Multiple Access).

El estándar 802.2, conocido como LLC, hace de interfaz entre las capas MAC y WSMP permitiendo funciones de control de acceso y gestionar las retransmisiones.

El protocolo WSMP (WAVE Short Message Protocol), a diferencia de los anteriores, es un protocolo diseñado exclusivamente para comunicaciones entre vehículos. Hace las funciones de capa de red y capa de transporte, y presenta algunas peculiaridades que no se encuentran en otros protocolos de estas capas.

Vehículos autónomos WSMP

Estructura del protocolo WSMP para comunicación entre vehículos autónomos

 

Si observamos los campos de su cabecera podemos encontrar campos cuya función podemos imaginar como la versión, PSID (identificador de capa superior, hace las veces de puerto en UDP/TCP), ID del mensaje (para detectar pérdidas) o la longitud del mensaje. Pero también existen campos opcionales que permiten controlar parámetros de la capa física: número del canal, data rate o potencia de transmisión. No es común especificar parámetros de la transmisión desde capas superiores, pero esto permite mucha optimización. Dependiendo de la aplicación y el caso, podemos necesitar transmitir a una distancia desde unos pocos metros hasta un kilómetro. De no tener la cercanía entre las estaciones en cuenta, deberíamos tener que transmitir siempre a potencia máxima incluso aunque estén muy cercanos. Pero si el vehículo sabe exactamente a qué distancia se sitúa el receptor, podría hacer un cálculo de la potencia con la que debería transmitir. Del mismo modo, puede obligarse a usar un canal que se sepa que no esté en uso, o forzar una tasa binaria de forma que asegure QoS.

También existe otra variante de la pila WAVE más orientada a la pila TCP/IP. Las capas física y enlace son iguales que las ya explicadas, pero para capa red permite usar IPv6 y TCP o UDP para capa transporte. La capa LLC hace de interfaz tanto para WSMP como para IP. Dependiendo de la aplicación en concreto, podemos elegir una versión o la otra.

AUTOR: RODRIGO SERNA PÉREZ

Para saber más leer ahora: “Comunicación entre vehículos y elementos externos”.

 

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