Vehicular Ad-Hoc Network

Una red ad-hoc vehicular, habitualmente referida por su acrónimo en inglés VANET, es un tipo de red de comunicación que utiliza a los vehículos como nodos de la red. Dado el reducido alcance del canal de comunicación (hasta 1 km.), la conectividad se establece de forma esporádica (ad-hoc).[1] Por este motivo, estas redes se consideran un tipo específico de red móvil de comunicación (MANET). No obstante, este tipo de redes tienen una serie de retos específicos asociados, tales como la alta volatilidad de las redes, la velocidad de los nodos comunicantes y la concentración de los nodos en un área.[2]

Componentes

En este tipo de redes es habitual distinguir dos entornos de comunicación:[3]

Entorno de comunicación vehicular

En este entorno se sitúan dos entidades diferentes, los vehículos y la infraestructura de comunicaciones. Los vehículos van equipados con una unidad de comunicaciones a bordo (referida habitualmente como OBU). Por su parte, la infraestructura de comunicaciones puede formarse bien a través de comunicaciones vía satélite, o bien a través de postes situados a lo largo de las carreteras (conocidos comúnmente como RSU, del inglés Road-Side Unit). Entre estas entidades se pueden producir diferentes paradigmas de comunicación, siendo los más relevantes el vehículo-a-infraestructura (conocido como V2I o V2R), el infraestructura-a-vehículo (I2V o R2V) y el vehículo-a-vehículo (V2V).

Entorno de comunicación de infraestructura

En este entorno se sitúan los proveedores de servicios a los que se accede a través de esta red, así como las demás entidades de gestión auxiliares (tales como autoridades de certificación, autoridades de gestión del tráfico, etc.). Estas entidades pueden establecer conexión con los vehículos a través de la infraestructura de comunicaciones del entorno de comunicación vehicular.

Aplicaciones

La utilidad de este tipo de redes radica en la provisión de una serie de nuevos servicios que se han denominado, de forma colectiva, Sistemas Inteligentes de Transporte (SIT). Gracias a los SIT, los vehículos disponen de más y mejor información sobre el estado del tráfico, y pueden acceder a servicios y datos que mejoran la comodidad del viaje para los pasajeros (tales como VoIP, vídeo bajo demanda, etc.).[4] Además, es posible obtener información enriquecida de localización, con lo que los sistemas de navegación basados en GPS pueden mejorar su eficacia.

Además de la mejora de la conducción y el transporte como actualmente se conoce, este tipo de redes abren la puerta a novedosos mecanismos que tienen por objetivo simplificar la tarea de conducción y aumentar la seguridad vial. Así, a través de estas redes es posible que el vehículo ofrezca asistencia al conductor o que, incluso, se pueda alcanzar una conducción automática. En este sentido, una aplicación que se implementará al comienzo de la implantación de estas redes será el eCall, por el que un vehículo advertirá de la ocurrencia de un accidente y avisará a los sistemas de emergencia correspondientes.[5]

Tecnología y estandarización

Para llevar a cabo estas redes se ha definido una nueva tecnología de comunicación, habitualmente referida como DSRC (del inglés Dedicated Short Range Communications, comunicaciones dedicadas de corto alcance) o WAVE (del inglés Wireless Access on Vehicular Environments). Esta tecnología está sujeta a múltiples normas emitidas por los distintos organismos de estandarización, siendo una de ellas la familia de estándares IEEE 1609. Esta familia define, entre otras cosas, los aspectos físicos y lógicos de gestión de la red,[6][7][8] así como los aspectos de seguridad asociados.[9]

Además de esta tecnología, el vehículo debe poder incorporar información para transmitir. Con este fin, existen multitud de sensores embarcados en el vehículo que pueden servir para compartir información con los demás participantes de la red.[10]

Precisamente con el objetivo de proporcionar un catálogo normalizado de mensajes a intercambiar entre los nodos de la red, surge el estándar SAE J2735.[1] Entre esas estructuras destaca una de ellas (BasicSafetyMessage) que es habitualmente conocida como beacon, y que contiene las principales medidas sensoriales proporcionadas con un vehículo. Estos mensajes son intercambiados constantemente entre los vehículos para permitirles ampliar su horizonte de percepción y para facilitar la gestión de la red (especialmente para facilitar la identificación de vehículos que se encuentran dentro del alcance).

Aspectos de seguridad y privacidad

Una de las cuestiones cruciales en este tipo de redes es el aseguramiento de la información y la protección de la privacidad. Dichos aspectos son abordados parcialmente en el estándar IEEE 1609.2.[9]

Las principales cuestiones abiertas se introducen a continuación:[11]

Privacidad de los conductores

Si un vehículo utiliza la misma identificación electrónica durante un periodo de tiempo permitiría que un tercero con acceso a todos los mensajes intercambiados pudiera reconstruir el camino seguido por el vehículo. Dado que habitualmente existe una relación fuerte entre un vehículo y su conductor, esto causaría una lesión de la privacidad del conductor.

Con el fin de contribuir a esta cuestión, se han propuesto diversos mecanismos entre los que se destacan el uso de pseudónimos o credenciales anónimas.

Autenticación de la información

Dado que la información intercambiada en una red vehicular puede tener efecto en la seguridad vial, es preciso asegurar que dichos datos son auténticos y reflejan fielmente la realidad. Como mecanismo para reflejar la autoría, el estándar IEEE 1609.2 establece el uso del mecanismo ECDSA.

Las contribuciones presentadas en esta dirección tienen por objetivo eliminar la amenaza de manera proactiva (por ejemplo, dificultando la difusión de mensajes falsos[12]) o de manera reactiva (aislando a los nodos que emiten esa información[13]).

Integridad de los datos

En línea con la necesidad anterior, es preciso garantizar que los datos no han sido manipulados desde que fueron emitidos por su creador original. En este sentido, el estándar IEEE 1609.2 establece el uso de las funciones SHA, en sus variantes de 224 y 256.

Confidencialidad de la información

Si bien la comunicación en las redes vehiculares es eminentemente pública, para la provisión de ciertos servicios ITS (e.g. peaje electrónico) o para el establecimiento de comunicaciones privadas entre los nodos de una región, es necesario proteger la confidencialidad de la información. Con este fin el estándar IEEE 1609.2 define el uso del mecanismo ECIES, basado en criptografía de curvas elípticas.

Véase también

Referencias
  1. (SAE), Standards of Automotive Engineering (2009). Dedicated Short Range Communications. Message Set Dictionary.
  2. de Fuentes, José María (2012). Improvements on the enforcement process based on Intelligent Transportation Techniques. Model and mechanisms for electronic reporting, offence notification and evidence generation. Universidad Carlos III de Madrid, España (inglés).
  3. Guo, Huaqun (2009). Automotive informatics and communicative systems. IGI global (inglés).
  4. Kovacs, Andras (2006). D.CVIS.2.2 Use cases and system requirements. Cooperative Vehicle-Infrastructure Systems (CVIS) project (inglés).
  5. Geuens, Christoph (2009). Mandatory eCall - privacy compatible?. Proc. Embedded Security in Cars Conference (ESCAR) (inglés).
  6. IEEE, Institute for Electrics and Electronics Engineering (2006). IEEE Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)- Resource Manager (1609.3)(inglés).
  7. IEEE, Institute for Electrics and Electronics Engineering (2006). IEEE Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)- Networking Services (1609.1)(inglés).
  8. IEEE, Institute for Electrics and Electronics Engineering (2006). IEEE Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)- Multichannel operation (1609.4)(inglés).
  9. IEEE, Institute for Electrics and Electronics Engineering (2006). IEEE Trial-Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE)- Security services for applications and management messages (1609.2)(inglés).
  10. Wolf, Marko (2009). Security engineering for vehicular IT Systems. Viewer+Teubner (inglés).
  11. de Fuentes, José María (2010). Overview of security issues in vehicular ad-hoc networks. Handbook of research on mobility and computing. IGI global (inglés).
  12. Palomar, Esther, et al. (2012). Hindering false event dissemination through proof-of-work mechanisms. Transportation Research, part C. Elsevier. (inglés).
  13. Raya, Maxim (2007). Eviction of misbehaving and faulty nodes in vehicular networks. IEEE journal on selected areas in communications, vol. 25, num. 8. (inglés).

Enlaces externos

Lecturas adicionales
  • Kosch, Timo; Adler, Christian; Eichler, Stephan; Schroth, Christoph; Strassberger, Markus: The Scalability Problem of Vehicular Ad Hoc Networks and How to Solve it. In: IEEE Wireless Communications Magazine 13 (2006), Nr. 5, S. 6.- URL http://www.alexandria.unisg.ch/Publikationen/30977
  • Schroth, Christoph; Strassberger, Markus; Eigner, Robert; Eichler, Stephan: A Framework for Network Utility Maximization in VANETs. In: Proceedings of the 3rd ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks (VANET): ACM SIGMOBILE, 2006.- 3rd ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks (VANET).- Los Angeles, USA, p. 2
  • Eichler, Stephan; Schroth, Christoph; Eberspächer, Jörg: Car-to-Car Communication. In: Proceedings of the VDE-Kongress - Innovations for Europe: VDE Verlag, 2006.- VDE-Kongress - Innovations for Europe.- Aachen, p. 6.- URL http://www.alexandria.unisg.ch/Publikationen/30950
  • Schroth, Christoph; Dötzer, Florian; Kosch, Timo; Ostermaier, Benedikt; Strassberger, Markus: Simulating the traffic effects of vehicle-to-vehicle messaging systems. In: Proceedings of the 5th International Conference on ITS Telecommunications, 2005.- The 5th International Conference on ITS Telecommunications.- Brest, France, p. 4
  • Rawat, D. B.; Popescu, D. C.; Yan, G. and Olariu, S. Enhancing VANET Performance by Joint Adaptation of Transmission Power and Contention Window Size, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, vol. 22, no. 9, pp. 1528-1535, September 2011.
  • Eichler, Stephan; Ostermaier, Benedikt; Schroth, Christoph; Kosch, Timo: Simulation of Car-to-Car Messaging: Analyzing the Impact on Road Traffic. In: Proceedings of the 13th Annual Meeting of the IEEE International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS): IEEE Computer Society, 2005.- 13th Annual Meeting of the IEEE International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS).- Atlanta, USA, p. 4.- URL http://www.alexandria.unisg.ch/Publikationen/30961
  • Jaiz A. Y. Johari and Khalid A. al-Khateeb, “Ubiquitous RFID Network for Highway Monitoring and Management” IEEE International Conference on Computer and Communications Engineering, (ICCCE’06), Kuala Lumpur, May 2006, ISBN 983-43090-1-5
  • Kargl, F. and Papadimitratos, P. and Buttyan, L. and Muter, M. and Schoch, E. and Wiedersheim, B. and Ta-Vinh Thong and Calandriello, G. and Held, A. and Kung, A. and Hubaux, J. -P. Secure vehicular communication systems: implementation, performance, and research challenges. Communications Magazine, IEEE. 2008 november;46(11):110-118.
  • J. Gozalvez, M. Sepulcre and R. Bauza, "IEEE 802.11p Vehicle to Infraestructure Communications in Urban Environments", IEEE Communications Magazine, vol. 50, no. 5, pp. 176-183, May 2012.- URL http://www.uwicore.umh.es/V2I-measurement-campaign/
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