Tecnologías de comunicación para servicios C-ITS

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo cubrir una necesidad fundamental en el ámbito de la seguridad vial y la eficiencia del transporte. En términos de seguridad, los sistemas C-ITS (Sistemas Inteligentes de Transporte Cooperativos) desempeñan un papel crucial al permitir la comunicación en tiempo real entre vehículos e infraestructura de carretera. Esto posibilita la detección temprana de situaciones de peligro, como accidentes, condiciones climatológicas adversas o presencia de obstáculos en la vía, permitiendo la toma de decisiones más informadas por parte de los conductores. En lo que respecta a la contaminación ambiental y la eficiencia del transporte, los sistemas C-ITS contribuyen significativamente al optimizar el flujo de tráfico, reduciendo así los embotellamientos en las carreteras y los tiempos de viaje. La reducción de la congestión vehicular no solo disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación atmosférica, sino que también mejora la eficiencia del combustible al reducir el tiempo de inactividad de los vehículos. El intercambio de datos entre vehículos e infraestructura permite disponer de una comunicación bidireccional en tiempo real que proporciona información crítica para la mejora de la seguridad vial, la eficiencia del transporte y la experiencia del usuario en la conducción. Para este intercambio de datos, existen diversas tecnologías de comunicación como ITS-G5 o DSRC, C-V2X, Bluetooth, LPWAN , etc., que ofrecen diferentes capacidades y características y que pueden adaptarse a las necesidades específicas de los sistemas C-ITS. Este trabajo presenta un estudio exhaustivo sobre las tecnologías de comunicación V2X en el contexto de los C-ITS. Se analiza el estado del arte de las tecnologías V2X, explorando su evolución desde los primeros estándares hasta las últimas innovaciones, destacando sus características, ventajas y desafíos. Asimismo, se propone una solución de arquitectura detallada para sistemas de comunicaciones C-ITS, incluyendo la descripción de los diferentes elementos que la componen, la carta de servicios, las medidas de seguridad digital necesarias así como los requisitos técnicos que debe cumplir el ecosistema. Asia mimo, se realiza un análisis comparativo de las tecnologías DSRC y C-V2X, para lo cual se definen un conjunto de criterios, evaluando sus fortalezas y debilidades relativas, y se examinan casos de uso reales para demostrar las mejoras en seguridad y eficiencia vial. Por último, se explora la evolución futura de las comunicaciones V2X mediante la integración de tecnologías avanzadas como Digital Twin y Machine Learning, ofreciendo una perspectiva sobre cómo estas herramientas pueden potenciar y evolucionar las soluciones C-ITS.

The aim of this work is to address a fundamental need in the field of road safety and transport efficiency. In terms of safety, C-ITS (Cooperative Intelligent Transport Systems) play a crucial role by enabling real-time communication between vehicles and road infrastructure. This allows for the early detection of hazardous situations, such as accidents, adverse weather conditions, or obstacles on the road, enabling drivers to make more informed decisions. Regarding environmental pollution and transport efficiency, C-ITS systems significantly contribute by optimizing traffic flow, thereby reducing road congestion and travel times. Reducing traffic congestion not only decreases greenhouse gas emissions and air pollution but also improves fuel efficiency by reducing vehicle idle time. The exchange of data between vehicles and infrastructure allows for real-time bidirectional communication that provides critical information to improve road safety, transportation efficiency, and the user driving experience. For this data exchange, various communication technologies such as ITS-G5 or DSRC, C-V2X, Bluetooth, and LPWAN offer different capabilities and characteristics that can be adapted to the specific needs of C-ITS systems. This work presents a comprehensive study on V2X communication technologies in the context of C-ITS. The state of the art of V2X technologies is analyzed, exploring their evolution from the earliest standards to the latest innovations, highlighting their characteristics, advantages, and challenges. Additionally, a detailed architectural solution for C-ITS communication systems is proposed, including the description of its various components, the service portfolio, the necessary digital security measures, and the technical requirements the ecosystem must meet. Furthermore, a comparative analysis of DSRC and C-V2X technologies is conducted, defining a set of criteria to evaluate their relative strengths and weaknesses, and examining real-world use cases to demonstrate improvements in safety and traffic efficiency. Finally, the future evolution of V2X communications is explored through the integration of advanced technologies such as Digital Twin and Machine Learning, offering a perspective on how these tools can enhance and evolve C-ITS solutions.

Aquest treball té com a objectiu cobrir una necessitat fonamental a l'àmbit de la seguretat viària i leficiència del transport. En termes de seguretat, els sistemes C-ITS (Sistemes Intel·ligents de Transport Cooperatius) tenen un paper crucialen permetre la comunicació en temps real entre vehicles i infraestructura de carretera. Això possibilita la detecció primerenca de situacions de perill, com ara accidents, condicions climatològiques adverses o presència d'obstacles a la via, permetent la presa decisions més informades per part dels conductors. Pel que fa a la contaminació ambiental i l'eficiència del transport, els sistemes C-ITS contribueixen significativament en optimitzar el flux de trànsit, reduint així els embotellaments a les carreteres i els temps de viatge. La reducció de la congestió vehicular no només disminueix les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la contaminació nació atomosfèrica, sinó que també millora l'eficiència del combustible en reduir el temps d'inactivitat dels vehicles. L'intercanvi de dades entre vehicles i infraestructura permet disposar d'una comunicació bidireccional en temps real que proporciona informació crítica per a la millora de la seguretat viària, l'eficiència del transport i l'experiència de l'usuari a la conducció. Per a aquest intercanvi de dades, hi ha diverses tecnologies de comunicació com ITS-G5 o DSRC, C-V2X, Bluetooth, LPWAN, etc., que ofereixen diferents capacitats i característiques i que poden adaptar-se a les necessitats específiques dels sistemes C-ITS. Aquest treball presenta un estudi exhaustiu sobre les tecnologies de comunicació V2X en el context dels C-ITS. S'analitza l'estat de l'art de les tecnologies V2X, explorantla seva evolució des dels primers estàndards fins a les darreres innovacions, destacant característiques, avantatges i desafiaments. Així mateix, es proposa una solució d'arquitectura detallada per a sistemes de comunicacions C-ITS, incloent-hi la descripció dels diferents elements que la componen, la carta de serveis, les mesures de seguretat digital, així com els requisits tècnics que ha de complir l'ecosistema. Així mateix, es realitza una anàlisi comparativa de les tecnologies DSRC i C-V2X, per a això es defineixen un conjunt de criteris, avaluant les seves fortaleses i debilitats relatives, i esexaminen casos dús reals per demostrar les millores en seguretat i eficiència viària. Finalment, s'explora l'evolució futura de les comunicacions V2X mitjançant la integració de tecnologies avançades com Digital Twin i Machine Learning, oferint una perspectiva sobre com aquestes eines poden potenciar i evolucionar les solucions C-ITS.