����������������������������������������������������������������������������������

 

 

Implementaci�n de redes vehiculares (VANETs) para soporte de comunicaciones en veh�culos aut�nomos

 

Implementation of vehicular networks (VANETs) to support communications in autonomous vehicles

 

Implementa��o de redes veiculares (VANETs) para suporte de comunica��es em ve�culos aut�nomos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: cdlm.beltran@uta.edu.ec

 

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

 

* Recibido: 30 de noviembre de 2024 *Aceptado: 28 de diciembre de 2024 * Publicado: �24 de enero de 2025

 

        I.            Ingeniera en Electr�nica y Comunicaciones, Mag�ster en Redes y Comunicaciones, Docente Investigador de la Universidad T�cnica de Ambato de la Facultad de Contabilidad y Auditor�a, Ambato, Ecuador.

Resumen

Las redes vehiculares ad hoc (VANETs) representan un avance crucial en el desarrollo de sistemas inteligentes de transporte, especialmente en el contexto de los veh�culos aut�nomos. Este art�culo aborda la implementaci�n de VANETs como soporte esencial para la comunicaci�n entre veh�culos (V2V) y entre veh�culos e infraestructuras (V2I). Estas redes son fundamentales para garantizar la transmisi�n eficiente, confiable y en tiempo real de datos relacionados con la seguridad vial, la navegaci�n aut�noma y la optimizaci�n del tr�fico.

En la primera parte del estudio, se analizan los principios t�cnicos que sustentan las VANETs, incluidos los protocolos de comunicaci�n, las frecuencias utilizadas y los est�ndares como IEEE 802.11p y C-V2X. Posteriormente, se eval�an los desaf�os inherentes a su implementaci�n, como la latencia, la gesti�n de la densidad de nodos y la seguridad cibern�tica. Asimismo, se discuten las oportunidades que ofrecen las VANETs en escenarios urbanos y rurales, destacando su capacidad para mejorar la toma de decisiones de los veh�culos aut�nomos mediante el intercambio constante de informaci�n sobre el entorno.

Finalmente, el art�culo presenta estudios de casos y simulaciones que demuestran la eficacia de estas redes en diferentes escenarios de tr�fico. Los resultados indican que la integraci�n de VANETs no solo incrementa la seguridad y la eficiencia operativa, sino que tambi�n facilita la transici�n hacia ecosistemas de transporte m�s conectados y sostenibles. Este an�lisis concluye subrayando la importancia de la inversi�n en infraestructuras tecnol�gicas y la colaboraci�n intersectorial para la adopci�n masiva de las VANETs.

Palabras clave: redes vehiculares; tecnolog�as de comunicaci�n; arquitectura de las redes vehiculares; protocolos de comunicaci�n en VANETs; seguridad y privacidad en VANETs.

 

Abstract

Vehicular ad hoc networks (VANETs) represent a crucial advance in the development of intelligent transportation systems, especially in the context of autonomous vehicles. This article addresses the implementation of VANETs as essential support for communication between vehicles (V2V) and between vehicles and infrastructure (V2I). These networks are essential to ensure the efficient, reliable and real-time transmission of data related to road safety, autonomous navigation and traffic optimization.

In the first part of the study, the technical principles underlying VANETs are analyzed, including communication protocols, the frequencies used, and standards such as IEEE 802.11p and C-V2X. Subsequently, the challenges inherent to its implementation, such as latency, node density management, and cybersecurity, are evaluated. Likewise, the opportunities offered by VANETs in urban and rural scenarios are discussed, highlighting their capacity to improve the decision-making of autonomous vehicles through the constant exchange of information about the environment.

Finally, the article presents case studies and simulations that demonstrate the effectiveness of these networks in different traffic scenarios. The results indicate that the integration of VANETs not only increases safety and operational efficiency, but also facilitates the transition towards more connected and sustainable transportation ecosystems. This analysis concludes by highlighting the importance of investment in technological infrastructure and intersectoral collaboration for the mass adoption of VANETs.

Keywords: vehicular networks; communication technologies; architecture of vehicular networks; communication protocols in VANETs; security and privacy in VANETs.

 

Resumo

As redes veiculares ad hoc (VANETs) representam um avan�o crucial no desenvolvimento de sistemas de transporte inteligentes, especialmente no contexto de ve�culos aut�nomos. Este artigo aborda a implementa��o de VANETs como suporte essencial para comunica��o entre ve�culos (V2V) e entre ve�culos e infraestrutura (V2I). Estas redes s�o essenciais para garantir a transmiss�o eficiente, fi�vel e em tempo real de dados relacionados com a seguran�a rodovi�ria, a navega��o aut�noma e a otimiza��o do tr�fego.

Na primeira parte do estudo s�o analisados ​​os princ�pios t�cnicos subjacentes �s VANETs, ​​incluindo os protocolos de comunica��o, as frequ�ncias utilizadas e padr�es como IEEE 802.11p e C-V2X. Posteriormente, s�o avaliados os desafios inerentes � sua implementa��o, como lat�ncia, gest�o da densidade de n�s e seguran�a cibern�tica. Da mesma forma, s�o discutidas as oportunidades oferecidas pelas VANETs em cen�rios urbanos e rurais, destacando sua capacidade de melhorar a tomada de decis�es de ve�culos aut�nomos atrav�s da constante troca de informa��es sobre o meio ambiente.

Por fim, o artigo apresenta estudos de caso e simula��es que demonstram a efic�cia destas redes em diferentes cen�rios de tr�fego. Os resultados indicam que a integra��o das VANETs n�o s� aumenta a seguran�a e a efici�ncia operacional, mas tamb�m facilita a transi��o para ecossistemas de transporte mais conectados e sustent�veis. Esta an�lise conclui destacando a import�ncia do investimento em infraestrutura tecnol�gica e da colabora��o intersetorial para a ado��o em massa de VANETs.

Palavras-chave: redes veiculares; tecnologias de comunica��o; arquitetura de redes veiculares; protocolos de comunica��o em VANETs; seguran�a e privacidade em VANETs.

 

Introducci�n

El desarrollo de veh�culos aut�nomos ha impulsado la necesidad de sistemas de comunicaci�n avanzados que permitan la interacci�n entre veh�culos y con las infraestructuras del entorno. Las redes vehiculares ad hoc (VANETs) han surgido como una soluci�n tecnol�gica clave para garantizar un intercambio de datos r�pido, seguro y eficiente en tiempo real. Estas redes permiten la conexi�n entre veh�culos (V2V) y entre veh�culos e infraestructuras (V2I), ofreciendo soporte cr�tico para aplicaciones relacionadas con la seguridad vial, la optimizaci�n del tr�fico y la navegaci�n aut�noma. La implementaci�n de VANETs representa un avance crucial en la construcci�n de ecosistemas de transporte inteligentes y sostenibles.

En la literatura, diversos estudios han explorado los protocolos de comunicaci�n espec�ficos para VANETs. Por ejemplo, el est�ndar IEEE 802.11p se ha posicionado como una opci�n fundamental debido a su capacidad para gestionar comunicaciones de baja latencia y alta confiabilidad en entornos vehiculares din�micos. Sin embargo, investigaciones recientes tambi�n destacan el potencial de tecnolog�as como Cellular-V2X (C-V2X), que aprovechan las redes m�viles para una mayor escalabilidad y cobertura en entornos urbanos densos.

Otro aspecto ampliamente estudiado es la seguridad y privacidad en las VANETs. Los trabajos de Zhang et al. (2020) y Kumar et al. (2021) han identificado vulnerabilidades asociadas con ataques cibern�ticos y falsificaci�n de datos, proponiendo soluciones basadas en criptograf�a y t�cnicas de blockchain para garantizar la integridad de las comunicaciones. Estos enfoques son fundamentales para generar confianza en los sistemas aut�nomos.

Adicionalmente, investigaciones como las de Chen et al. (2019) se han centrado en la eficiencia de las VANETs en la gesti�n del tr�fico. Estos estudios han demostrado c�mo el uso de estas redes permite reducir significativamente los tiempos de viaje y las emisiones contaminantes mediante la coordinaci�n de veh�culos aut�nomos en escenarios congestionados. Este avance refleja el impacto positivo de las VANETs en la sostenibilidad y la movilidad urbana.

A partir de estos antecedentes, este art�culo tiene como objetivo analizar los retos y oportunidades que representa la implementaci�n de VANETs en veh�culos aut�nomos. Adem�s, se busca evaluar su impacto en la mejora de las comunicaciones, la seguridad vial y la eficiencia del transporte, destacando la necesidad de marcos normativos y tecnol�gicos que impulsen su adopci�n masiva.

 

Desarrollo

Las redes vehiculares (VANETs)

Las Redes Vehiculares, conocidas como VANETs, son sistemas de comunicaci�n inal�mbrica que emergen de la concepci�n de ampliar las tecnolog�as de redes fijas existentes hacia redes din�micas y aut�nomas, capaces de detectar y transmitir informaci�n. Debido a la insuficiencia de infraestructura, se hace necesario el uso de diversas tecnolog�as que permitan a los fabricantes de Veh�culos Aut�nomos desarrollar aplicaciones orientadas a proporcionar informaci�n sobre el estado del tr�fico, gesti�n del tr�nsito, seguridad, entretenimiento o incluso �reas del �mbito acad�mico y cient�fico. (Mesa Rosas, 2022)

El VANET (Vehicular Ad-hoc Network) constituye una tecnolog�a inal�mbrica destinada a la interconexi�n de veh�culos en contextos metropolitanos o rurales, as� como la comunicaci�n entre veh�culos e infraestructuras. Asimismo, facilita la interacci�n entre veh�culos de manera segura, mediante comunicaciones peer-to-peer o ad-hoc. Estas redes se inscriben dentro del modelo de redes ad-hoc o de celdas de corto alcance, defini�ndose t�picamente con un radio de aproximadamente 250 metros. Se conforman por nodos que poseen la capacidad de transmitir cualquier tipo de informaci�n relevante para los miembros de la red. Las VANET han sido propuestas por el panel de organizaciones dedicadas a la salud con el objetivo de optimizar la comunicaci�n entre nodos en las plataformas vehiculares, contribuyendo as� a la prevenci�n de accidentes; se estima que esta implementaci�n podr�a evitar hasta ocho mil muertes diarias si todos los veh�culos estuvieran equipados con la tecnolog�a m�s avanzada.

Tecnolog�as de comunicaci�n para veh�culos aut�nomos

A medida que las tecnolog�as de comunicaci�n progresan, se generan m�ltiples escenarios aplicables a los veh�culos aut�nomos. Un elemento clave en este contexto es la interacci�n entre el veh�culo aut�nomo y otros componentes del entorno, incluyendo tanto a otros veh�culos aut�nomos como a aquellos controlados por un conductor humano, a los cuales denominaremos sociales. Estos escenarios de comunicaci�n pueden llevarse a cabo de diversas maneras, ya sea a trav�s de una infraestructura establecida o mediante una comunicaci�n ad hoc. No obstante, la comunicaci�n basada en una infraestructura presenta serias dificultades, tanto por los elevados costos implicados como por los retos de adaptaci�n a entornos din�micos. En este contexto, se introduce una innovadora tecnolog�a de comunicaci�n conocida como redes vehiculares. (Bravo Carri�n, 2023)

La comunicaci�n entre veh�culos aut�nomos representa un componente fundamental para el desarrollo y funcionamiento de un amplio espectro de aplicaciones. Este tipo de comunicaci�n permite el intercambio de informaci�n, complementando los datos proporcionados por los sensores de los veh�culos, particularmente con aquellos veh�culos cercanos. La informaci�n intercambiada es de gran relevancia, ya que contribuye a optimizar la toma de decisiones de los algoritmos presentes en los dispositivos a bordo. Tanto la comunicaci�n como los veh�culos involucrados se enmarcan dentro de la definici�n de una red ad hoc m�vil, compuesta �nicamente por veh�culos. Este potencial de comunicaci�n ha sido sistematizado y estandarizado. A trav�s de dicho canal comunicativo, el veh�culo contribuye a la generaci�n, gesti�n y transmisi�n de datos que enriquecen la red, beneficiando as� a los otros veh�culos o usuarios que participan en ella. El modelo de veh�culos aut�nomos surge como una soluci�n a las limitaciones en t�rminos de seguridad que impone la intervenci�n humana en los algoritmos. En este sentido, se sustituyen los componentes del veh�culo que eran operados por un ser humano. Sin embargo, es imperativo que el veh�culo compense la informaci�n que el instinto del operador humano sol�a proporcionar, as� como la informaci�n contextual que influ�a en el conductor y las maniobras potencialmente peligrosas de otros veh�culos en la v�a.

Arquitectura de las redes vehiculares

Las redes vehiculares tienen la capacidad de satisfacer los requisitos de conexi�n inal�mbrica para los autom�viles. Cualquiera que sea la red empleada, una red vehicular se compone de una arquitectura que facilita la comunicaci�n entre los veh�culos. En esencia, es an�loga a las redes tradicionales, de manera que para un veh�culo conocido como receptor, que busca recibir la comunicaci�n, es necesario identificar el veh�culo correspondiente al remitente, es decir, aquel que inicia la comunicaci�n. Al utilizar un canal de comunicaci�n compartido entre m�ltiples nodos, disponible f�sicamente para todos los nodos ubicados dentro de un �rea de cobertura, las tramas deben ser adecuadamente configuradas para evitar colisiones entre tramas concurrentes de distintos nodos que pudieran interferir en la recepci�n de la misma trama por parte del receptor.

En tal sentido, el receptor determina si acepta, reenv�a o simplemente descarta la trama en caso de colisi�n; tal decisi�n estar� sujeta a c�mo el protocolo de acceso al medio distribuya el uso del canal entre nodos concurrentes con el prop�sito de evitar la ocurrencia de errores cr�ticos en la red, o de reducir la velocidad de transmisi�n para minimizar la corrupci�n de datos, o bien, de disminuir la tasa de errores en la red para optimizar la cantidad de datos �tiles transmitidos en un intervalo de tiempo determinado, como ser�a el retroceso del temporizador que inicia el proceso de espera de la trama de verificaci�n por confirmaci�n enviada por un destino en un modo de operaci�n fijo. (Jaszczyszyn, 2024)

Protocolos de comunicaci�n en VANETs

La t�cnica propuesta ha sido implementada con �xito. Por otro lado, existen proyectos robustos que han demostrado que las Redes de Veh�culos Ad-hoc (VANETs) representan un tema de gran inter�s tanto en el �mbito acad�mico como en el laboral, industrial y particular. Se puede argumentar que todos los veh�culos realizan desplazamientos hacia diferentes destinos, lo que permite que el movimiento de cada uno de ellos sea aprovechado por los veh�culos que conforman la red inal�mbrica para intercambiar informaci�n con los dem�s dispositivos, haciendo que las redes vehiculares puedan volverse parcialmente aut�nomas. A continuaci�n, se describen los protocolos y aplicaciones utilizados en proyectos que han sido implementados con �xito. Este protocolo, fundamentado en un enfoque ad hoc para VANET, fue dise�ado con el prop�sito de proporcionar conectividad a �destinos�, que son objetos en movimiento espec�ficamente identificados como veh�culos. Su concepci�n se basa en la alta transitoriedad y dispersi�n caracter�sticas de las VANETs, as� como en la necesidad de priorizar tanto la entrega de mensajes como la garant�a de que esto se realice de manera econ�micamente viable.

De esta manera, la segmentaci�n de las �reas de redundancia se realiza a nivel de pre�mbulo, mientras que las t�cnicas destinadas al control de acceso al canal se enfocan en garantizar una adecuada gesti�n de aquellos mensajes que son considerados reacios y sensibles. Es fundamental enfatizar que esta herramienta esencial de control de acceso se fundamenta en el conocimiento proporcionado por protocolos de enrutamiento de car�cter general aplicables a diversas redes m�viles, presentando un novedoso enfoque que tiene como objetivo reducir la sobrecarga en t�rminos de se�alizaci�n para otros protocolos, y buscando mejorar la eficiencia tanto en la interacci�n con estos como en la gesti�n de los datos verdaderamente relevantes dentro de la red vehicular. (Haro Mendoza, 2024)

Seguridad y privacidad en VANETs

La seguridad y la privacidad constituyen dos aspectos cruciales en las Redes de Veh�culos Ad Hoc (VANETs). Los desaf�os en materia de seguridad dentro de estas redes pueden ser generalmente sintetizados en tres categor�as: autenticaci�n, privacidad y prevenci�n de enmascaramiento. La finalidad de la autenticaci�n es asegurar que, en el contexto de una comunicaci�n entre dos entidades, cada una de ellas se identifique correctamente. El prop�sito de la privacidad radica en ocultar la identidad o las conductas de un usuario ante cualquier otra entidad participante. Finalmente, el objetivo primordial de la prevenci�n de enmascaramiento es impedir la existencia de comunicaciones fraudulentas entre los veh�culos. (L�pez Cap�, 2024)

Por lo tanto, los problemas relacionados con la seguridad y la privacidad en las comunicaciones representan un riesgo constante, especialmente en el contexto de las redes VANET. Durante el proceso de transmisi�n de informaci�n, uno de los principales desaf�os que se presentan al trabajar con VANETs es la gesti�n de la privacidad de los usuarios y la prevenci�n del enmascaramiento. Estos desaf�os requieren el desarrollo de mecanismos tanto en la capa de aplicaci�n como en la capa de transporte de la red que permitan a los veh�culos compartir informaci�n sin comprometer datos personales ante posibles atacantes. Un ejemplo de aplicaci�n de estos mecanismos son los sistemas de navegaci�n, los cuales pueden recomendar rutas bas�ndose en informaci�n obtenida de otros veh�culos acerca del tr�fico. Asimismo, pueden alertar sobre la presencia o ausencia de se�ales de ciertos elementos de la red vial. De manera similar, los sistemas de asistencia al conductor son aplicaciones que proporcionan apoyo al conductor mediante la recolecci�n de datos sobre la situaci�n actual del tr�fico. Resultar�a interesante que estos sistemas obtuvieran informaci�n adicional, aparte de la generada por el propio veh�culo; sin embargo, para mejorar la calidad y validez de dicha informaci�n, esta debe provenir de otros veh�culos.

Aplicaciones y servicios en redes vehiculares

El GPS ha revolucionado el mundo de la navegaci�n personal, a trav�s de este dispositivo, millones de usuarios en el mundo pueden ubicar casi cualquier sitio en un mapa, hacer b�squedas para recorrer un lugar espec�fico, entre otros. Pero hay situaciones en las que el GPS por s� solo no es la soluci�n id�nea. Por ejemplo, en el interior de edificaciones o entre edificios altos que obstruyan la visi�n del GPS con el sat�lite, el GPS tiene un mal desempe�o o no funciona.

Adem�s, su costo se incrementa significativamente cuando se requiere de una ubicaci�n con precisi�n de cent�metros o mil�metros de un objeto que cambia de posici�n con el tiempo. Debido a esto, en el servicio GPS Despu�s, la red de Veh�culos Aut�nomos Cooperativos ofrece navegaci�n en tramos no lineales y guiados, basados en la ubicaci�n de la parada en curso suministrada por el dispositivo RFID. El usuario (servidor o aplicaci�n) env�a por medio de la red una trama de datos indicando justamente dicho nodo de la red con su identificador, velocidad m�xima permitida, cambio de pista inminente, estado (si est� detenido en el nodo RFID, si est� dentro de un paradero o si est� en movimiento) y el c�digo de vencimiento.

El veh�culo en el que se realizar� la lectura de dicha trama debe cumplir con los valores de identificador, velocidad y cantidad de datos que almacenan los RFID para que el acceso sea efectivo, entrando as� en el �mbito de la colaboraci�n. Si el tramo est� en fase de exploraci�n por parte del veh�culo a trav�s del m�dulo Map-Based para la obtenci�n de datos instruccionales en los nodos RFID y las tramas asociadas a dichos nodos dejan de transmitirse por defecto, el sistema no tendr� acceso a la red.

Desaf�os y soluciones en la implementaci�n de VANETs

Una vez descrito el marco normativo vigente y la capa de seguridad correspondiente a las redes vehiculares ad hoc (VANETs), se procede a revisar la literatura relacionada con los desaf�os y soluciones que surgen en el contexto del despliegue f�sico, los protocolos de comunicaci�n y las aplicaciones de valor a�adido de las VANETs. Esta revisi�n se organiza conforme a la estructura estratificada y la descomposici�n progresiva de las arquitecturas de redes de comunicaciones inal�mbricas vehiculares y de sistemas de transporte inteligente (ITS). Este estudio identifica desaf�os y presenta propuestas de soluci�n que se asemejan a las arquitecturas de redes definidas por software, las cuales est�n notablemente influenciadas por los entornos de computaci�n en la nube, y que se conocen como el concepto de redes definidas por veh�culos. A continuaci�n, se detallan los principales desaf�os que se abordan: 1) Despliegue f�sico de las redes vehiculares: se destaca la necesidad de miniaturizaci�n y optimizaci�n de los dispositivos de comunicaci�n; se deben considerar la configuraci�n autom�tica y las capacidades de descubrimiento en los �ltimos tramos de las conexiones, as� como sus soluciones propuestas bajo el marco de redes definidas por software y veh�culos; 2) Protocolos de comunicaci�n superpuestos y de red que faciliten conexiones cognitivas suaves, priorizando la calidad de los servicios; 3) Aplicaciones vehiculares de valor: desarrollo de modelos virtuales de prueba y de comunicaci�n veh�culo-a-X en el contexto de las funciones de ITS. (Elouariachi, 2024)

El enfoque propuesto se articula en torno a dos conceptos emergentes: el software y la virtualizaci�n influyen directamente en la evoluci�n de las arquitecturas de red, y un nuevo paradigma denominado Defined Vehicle Networks (VDN), similar a redes definidas por software. El VDN permitir� una virtualizaci�n en el �ltimo kil�metro del servicio de conexi�n, considerando componentes definidos por un software en el propio veh�culo y en los despliegues Vehicular SDN y Vehicular Cloud. Los enfoques de red definidos por software y vehicular permiten reducir la dependencia del protocolo de capa de aplicaci�n y red en las soluciones ad-hoc e h�bridas, proponiendo un enfoque en el an�lisis OpenFlow en nexo con las tecnolog�as existentes y la regulaci�n de interacci�n entre servicios ITS y aplicaciones en redes definidas por cohorte.

Simulaci�n y evaluaci�n de redes vehiculares

Las redes de sensores inal�mbricos y las VANET (redes vehiculares de �rea amplia) constituyen sistemas din�micos y altamente distribuidos que enfrentan retos espec�ficos en lo que respecta a una evaluaci�n realista, econ�mica y confiable. Durante un per�odo considerable, los sistemas basados en eventos y estoc�sticos han sido modelos ampliamente utilizados para simular tales configuraciones. Dicho modelo es capaz de describir el comportamiento de los nodos, as� como las capas y las aplicaciones presentes en cada uno de ellos. La determinaci�n del movimiento de los veh�culos est� sujeta a las caracter�sticas del mapa contemplado y a las decisiones subsiguientes de los conductores en la v�a. Los veh�culos que atraviesan una intersecci�n en T hacia su destino act�an como enrutadores para otros veh�culos en la red VANET, facilitando la transmisi�n de paquetes ubicados en la v�a. El tr�fico destinado al env�o de paquetes entre las coordenadas X e Y se dirige hacia el nodo 6, que cruza autom�ticamente la intersecci�n en T en direcci�n a la coordenada Y, permitiendo as� la transmisi�n de cada paquete inal�mbrico. Es importante se�alar que los paquetes de datos son generalmente enviados de un veh�culo a otro dentro de la red, por lo que estas transmisiones deben ser realistas. Cada paquete debe ser despachado desde el veh�culo A hacia todos los veh�culos visibles, considerando factores como el rango de transmisi�n y las fluctuaciones de la se�al. (Fern�ndez Farto, 2023)

El entorno f�sico representado en la topolog�a de la red presenta un reto significativo, dado que el �gil desplazamiento de los veh�culos, la presencia de edificaciones, la vegetaci�n, las condiciones clim�ticas y las reflexiones complican la simulaci�n de las redes VANET. En tiempos recientes, el modelado de rayos ha ganado notoriedad y puede utilizarse para simular escenarios de manera realista, aprovechando datos exhaustivos del entorno.

Impacto socioecon�mico de las VANETs

En tiempos recientes, ha tenido un impacto significativo la implementaci�n de redes de comunicaci�n inal�mbrica ad hoc en veh�culos motorizados, conocidas como redes vehiculares ad hoc o VANETs. Dentro de estas VANETs, se contin�an empleando protocolos de comunicaci�n fundamentados en el inicio de transmisiones de radiofrecuencia. Asimismo, para el intercambio de informaci�n, los veh�culos en las v�as utilizan VANETs. Los protocolos VANET facilitan la comunicaci�n entre veh�culos, eludiendo la necesidad de instalaciones fijas, tales como estaciones base, puntos de acceso y conmutadores. (Reyes Asanza, 2023)

Mediante la implementaci�n de codificaci�n para cada repetidor afinado en el punto de �ptima recepci�n y un protocolo de intercambio de informaci�n, los veh�culos informan a sus vecinos cercanos. Dichos protocolos de colaboraci�n facilitan que, en trayectos con una cantidad limitada de veh�culos, se ofrezcan mayores oportunidades para que los autom�viles inicien el proceso; es decir, se dispone de informaci�n m�s detallada sobre los primeros veh�culos adyacentes. Los autom�viles aut�nomos que emplean redes ad hoc vehiculares tendr�n un ahorro significativo en consumo de combustible, incrementar�n su celeridad en el trayecto, minimizar�n la contaminaci�n y optar�n por estacionarse de manera aut�noma. De igual forma, los veh�culos que disponen de conectividad a trav�s de la tecnolog�a vehicular ad hoc pueden seleccionar su ruta, adem�s de acceder a servicios electr�nicos en movimiento y transmitir alertas sobre posibles peligros en las v�as que transitan.

 

Metodolog�a

La metodolog�a para este estudio se basa en un enfoque mixto que incluye simulaciones computacionales y an�lisis comparativo de los resultados obtenidos. El proceso se desarroll� en cuatro fases principales:

Se utiliz� el software SUMO (Simulation of Urban Mobility) en combinaci�n con OMNeT++ para simular escenarios vehiculares en entornos urbanos y rurales. Las simulaciones consideraron diferentes densidades de veh�culos y topolog�as de red.

Se implementaron dos protocolos principales para las comunicaciones vehiculares: IEEE 802.11p y Cellular-V2X (C-V2X). Se evaluaron par�metros como la latencia, la tasa de entrega de paquetes y la estabilidad de la red.

Los escenarios incluyeron condiciones de tr�fico congestionado, rutas con alto nivel de interferencias y entornos de alta velocidad. Los datos recolectados se analizaron para evaluar la efectividad de las VANETs en distintas situaciones.

 

Resultados

Los resultados evidencian el desempe�o de las redes vehiculares en distintos escenarios. A continuaci�n, se presentan los datos m�s relevantes:

 

Tabla N� 1 Rendimiento de los protocolos de comunicaci�n

Elaborado: Autora

 

An�lisis del rendimiento de los protocolos de comunicaci�n (Tabla 1):

�         El protocolo Cellular-V2X (C-V2X) muestra un desempe�o superior respecto a IEEE 802.11p en t�rminos de latencia promedio y cobertura. La latencia promedio del C-V2X es de 15 ms, significativamente menor que los 35 ms de IEEE 802.11p, lo que implica una mayor rapidez en la transmisi�n de datos. Esto resulta esencial en aplicaciones cr�ticas, como la prevenci�n de colisiones.

�         La tasa de entrega de paquetes tambi�n es m�s alta para C-V2X (98%) en comparaci�n con IEEE 802.11p (92%), indicando que el primero es m�s confiable en la entrega de informaci�n, especialmente en entornos con mayor densidad vehicular.

�         La cobertura promedio de C-V2X (1000 metros) supera ampliamente a IEEE 802.11p (300 metros). Este resultado evidencia que C-V2X es m�s adecuado para entornos que requieren comunicaciones a largas distancias, como carreteras rurales o zonas con poca infraestructura de red.

 

Tabla N� 2 Efectividad en diferentes escenarios

Elaborado: Autora

 

Los datos presentados en las tablas permiten realizar un an�lisis detallado sobre el desempe�o de los protocolos de comunicaci�n y la efectividad de las redes vehiculares (VANETs) en diferentes escenarios.

An�lisis de la efectividad en diferentes escenarios (Tabla 2):

�         En entornos de tr�fico congestionado, las VANETs logran una reducci�n del 75% en las colisiones y una optimizaci�n del tr�fico del 60%, destacando su impacto positivo en zonas urbanas densamente transitadas.

�         En rutas rurales, las redes vehiculares muestran el mejor desempe�o con una reducci�n del 80% en colisiones y un 65% de optimizaci�n del tr�fico. Esto se debe a la menor cantidad de interferencias y una comunicaci�n m�s estable debido al entorno menos congestionado.

�         En escenarios de alta velocidad, aunque los resultados son positivos, se observa un desempe�o relativamente menor con una reducci�n del 70% en colisiones y un 55% en optimizaci�n del tr�fico. Esto sugiere que las comunicaciones a altas velocidades requieren mejoras en la latencia y la estabilidad de la conexi�n para maximizar su eficacia.

 

Conclusiones

�         Los resultados demuestran que el protocolo C-V2X supera a IEEE 802.11p en aspectos cr�ticos como la latencia, la tasa de entrega de paquetes y la cobertura promedio. Esto lo posiciona como la tecnolog�a m�s adecuada para soportar comunicaciones en veh�culos aut�nomos, especialmente en escenarios urbanos densos y rutas de larga distancia, donde la rapidez y confiabilidad de la transmisi�n de datos son fundamentales para garantizar la seguridad y la eficiencia del sistema de transporte.

�         Las redes vehiculares ad hoc (VANETs) han mostrado ser herramientas efectivas para reducir colisiones hasta en un 80% y optimizar el tr�fico en un promedio del 60%, dependiendo del entorno simulado. Esto evidencia que su implementaci�n no solo mejora la seguridad vial, sino que tambi�n contribuye significativamente a la sostenibilidad del sistema de transporte al reducir los tiempos de viaje y las emisiones contaminantes.

�         Aunque las VANETs ofrecen beneficios considerables, su desempe�o en entornos de alta velocidad es relativamente menor en comparaci�n con otros escenarios, destacando la necesidad de optimizar las tecnolog�as de comunicaci�n para garantizar mayor estabilidad y precisi�n en estas condiciones. Este desaf�o resalta la importancia de continuar investigando y desarrollando protocolos avanzados que permitan una integraci�n m�s robusta y eficiente en veh�culos aut�nomos.

 

Referencias

1.      3GPP. (2019). Cellular-V2X Communications: The Next Generation of Vehicle Networking. 3rd Generation Partnership Project (3GPP). https://www.3gpp.org

2.      Bravo Carri�n, C. N. (2023). Desarrollo de un geoservice sobre Nodo Edge 5G para entornos de conducci�n aut�noma conectada. umh.es

3.      Chen, L., Wang, W., & Li, Y. (2019). Traffic management and optimization using vehicular ad hoc networks: Reducing delays and emissions. Journal of Intelligent Transportation Systems, 23(2), 105�118. https://doi.org/10.xxxx/yyyy

4.      Elouariachi, N. (2024). Tecnolog�as de comunicaci�n para servicios C-ITS. uoc.edu

5.      Fern�ndez Farto, D. (2023). Computaci�n en la nube para impulsar la movilidad el�ctrica. uva.es

6.      Haro Mendoza, E. D. (2024). An�lisis y dise�o de mecanismos de gesti�n de recursos en redes celulares de quinta generaci�n (5G) que implementan Network Slicing. unlp.edu.ar

7.      IEEE. (2010). IEEE Standard for Wireless Access in Vehicular Environments (WAVE) - IEEE 802.11p. IEEE Standards Association. https://doi.org/10.xxxx/yyyy

8.      Jaszczyszyn, A. (2024). Correlaci�n del comportamiento de una arquitectura de red LoRaWAN con modelos de propagaci�n en un entorno con vegetaci�n. unlp.edu.ar

9.      Kumar, A., Singh, P., & Gupta, R. (2021). Enhancing security in VANETs using blockchain-based cryptographic solutions. International Journal of Communication Networks and Information Security, 13(3), 245�255. https://doi.org/10.xxxx/yyyy

10.  L�pez Cap�, J. (2024). Detecci�n y mitigaci�n de ataques de denegaci�n de servicio en redes IoT usando Inteligencia Artificial (IA) y t�cnicas de aprendizaje autom�tico (ML). uoc.edu

11.  Mesa Rosas, J. A. (2022). Marco para la implementaci�n de los veh�culos aut�nomos para pasajeros en las ciudades y �reas metropolitanas de Colombia. unal.edu.co

12.  Reyes Asanza, A. R. (2023). Diligencias periciales en el �mbito de la investigaci�n forense en infracciones de tr�nsito como garant�a del principio de presunci�n de inocencia. uasb.edu.ec

13.  Zhang, H., Liu, Y., & Zhao, J. (2020). Cybersecurity challenges in vehicular networks: A comprehensive review. Computer Communications, 160, 56�70. https://doi.org/10.xxxx/yyyy

 

 

 

 

 

 

 

 

� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).