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Infraestructuras de Transporte: Redes de comunicaciones para la gestión del tráfico rodado en carretera
BIT 144 ABR.-MAY. 36 2004 Redes de comunicaciones para la gestión del tráfico rodado en carretera Lorenzo Espinosa Roman y Joaquín Alins Liminiana Director de Ingeniería de SICE y Responsable de Tráfico y Peajes de SICE Comunicaciones en las vías interurbanas El desarrollo de las infraestructuras viarias ha llevado emparejado un incremento en los Sistemas de Control de Tráfico que dan soporte y atención a los usuarios, y que permiten controlar y gestionar el uso de dichas infraestructuras. Así, a lo largo de nuestras carreteras y autopistas podemos encontrar Paneles de Mensajes Variables; Estaciones de Toma de Datos; Estaciones de Visión Artificial; Estaciones Meteorológicas; Señales de Limitación de Velocidad Variables; Señales de Aviso; Postes SOS y Circuito Cerrado de Televisión (CCTV) como los anillos FDDI y las redes X- 25. Un caso especial eran las cámaras CCTV y los postes SOS, que transmitían por redes independientes. A medida que el número de equipos y sistemas a instalar en las vías de comunicaciones iba aumentando, las necesidades de ancho de banda, calidad en la información enviada y centralización de datos, también iban creciendo. La DGT se plantea el uso de redes de comunicaciones que permitan dar solución a estas necesidades e incorpora como red troncal de comunicaciones una red SDH sobre fibra óptica monomodo. Esta red que La Dirección General de Tráfico (DGT) ha establecido unas normas para homogeneizar y compatibilizar las comunicaciones de todos estos equipos y sistemas con los Centros de Control que la DGT tiene distribuidos por toda España. En la actualidad, más de 4.000 Km de fibra óptica troncal cubren la red privada que la DGT dispone. Inicialmente, las comunicaciones para estos servicios no seguían una norma común, y básicamente utilizaban todos ellos como soporte de medio de transmisión cables de pares y cuadretes. Posteriormente empezaron a utilizarse redes que en ese momento estaban despuntando Infraestructuras de Transporte El auge de los sistemas de información y la innovación tecnológica ocurrida en las 3 últimas décadas, ha afectado a todos los sectores de nuestra sociedad. Este crecimiento totalmente exponencial también ha afectado al sector del tráfico rodado en carretera y en vías urbanas. Por este motivo creemos interesante hacer una breve introducción histórica sobre los sistemas de comunicaciones asociados a gestión del tráfico y su crecimiento evolutivo. Aunque ya en 1926 se instaló el primer semáforo en España, éste era totalmente electromecánico-mecánico a base de un pequeño motor que se limitaba a dar una intermitencia ámbar en 4 sentidos.Fue a finales de la década de los 50 y fundamentalmente en los 60, cuando podemos hablar que surge el concepto de comunicaciones en la regulación del tráfico. Reguladores a base de circuitos lógicos se intercomunicaban entre si en una avenida, por medio de un cable de pares, donde la única información que circulaba por dicho cable era una señal de sincronismos que permitía poder crear una “onda verde” a lo largo de un conjunto de cruces consecutivos. La aparición de los microprocesadores y su implantación en los reguladores semafóricos permitió en la década de los 70, sofisticar la programación con el fin de regular mejor los cruces, y es ahora cuando las comunicaciones entran a formar parte de los sistemas de gestión de tráfico. Configuraciones piramidales en estrella con protocolos sencillos basados en líneas serie permitió sistemas muy básicos de coordinación y centralización. Historia admite varias configuraciones es utilizada normalmente por la DGT en configuración en anillo, con los nodos separados no más de 60 Km. y con redundancia en las comunicaciones. El sistema SDH permite dimensionar el equipamiento para configurar el ancho de banda que cada red troncal necesite, pudiendo proporcionar distintas velocidades de transmisión: STM-1: 155 Mbps; STM- 4: 622 Mbps y STM-16: 2,4 Gbps. Por otro lado, se establece la necesidad de un equipo de campo que centralice todos los equipos que se instalan en la carretera para llegar a un nodo troncal SDH, donde son codificados. Este equipo es la Estación Remota Universal (ERU) que consiste en un concentrador de comunicaciones con una interface para su conexión a la red SDH. Los equipos de campo se comunicarán con las ERUs a través de puertos serie. Como medio de transmisión utilizarán cables de cuadretes, si ya se dispone de ellos para otras aplicaciones, o cables de FO en el caso de tendido nuevo de cables. Sobre la red de transporte SDH se montan redes Ethernet. Todas las ERUs, basadas en arquitectura de banda ancha con protocolo TCP/IP, dispondrán de dos puertos Ethernet e incorporarán routers 10/100BaseTE1 con doble salida para disponer de redundancia en las comunicaciones. La tendencia actual es potenciar cada vez más las redes IP e incrementar la capacidad de la red de transporte SDH. Actualmente el uso de redes Gigabit Ethernet está restringido a redes de menor extensión, utilizándose la SDH para las de mayor extensión.Se pretende que las redes SDH que actualmente dan servicio de forma eficiente, evolucionen para ofrecer mayor nivel de servicio, pudiendo crecer en velocidad y ancho de banda. Por otro lado, con las redes Gigabit, se pretende llegar a obtener redes multiservicio que permitan la integración de datos, voz y vídeo. En cuanto a los postes SOS, la DGT ha homologado el poste SOS vía fibra óptica y en la actualidad ya existen redes de postes SOS transmitiendo por fibra óptica. Las redes de postes SOS vía fibra óptica se conectan a nodos SDH utilizando canales E1 de 2 Mbps. La conexión se hace en los dos extremos de la red para conseguir redundancia en las comunicaciones. En el Centro de Control un equipo adaptador de protocolos, convierte la señal de postes SOS a su equivalente en cuadretes. Estos postes SOS disponen de más ancho de banda, con lo que podrían ampliarse sus funciones con otras aplicaciones como la transmisión de vídeo utilizando la misma línea de comunicaciones. El vídeo digital sobre IP es la forma de transmisión de imágenes de vídeo que actualmente más se tiende a utilizar, y con una mayor proyección de uso en el futuro. Las causas para ello las podemos resumir en las siguientes: – Permite utilizar redes de comunicación (públicas o privadas), aunando en una única red el transporte de voz, datos y vídeo. De esta forma, el sistema de transmisión de vídeo puede beneficiarse de las características intrínsecas de la red: gestión y configuración de la red, robustez Ô BIT 144 ABR.-MAY. 37 2004 En la década de los 80 empezó el crecimiento evolutivo y se empezaron a implantar sistemas con velocidades superiores. Apareció el uso de redes privadas basadas en fibra óptica, en principio solamente asociadas a transmisión analógica de señales de video y posteriormente como soporte a redes de datos.La gran apuesta realizada en España en Seguridad Vial en torno a los acontecimientos de 1992, marcaron el hito de inicio de la especialización de la industria en el sector del Tráfico Interurbano. Casi 15.000 millones de nuestras antiguas pesetas estuvieron asociadas a tres contratos en torno a las Olimpiadas de Barcelona, la Exposición Universal de Sevilla y el Madrid Cultural. Esta apuesta fue depositada por el Ministerio del Interior a través de la Dirección General de Tráfico en su totalidad en empresas españolas, que aunque algunas de ellas ya tenían experiencia en regulación de tráfico urbano, el trafico interurbano lo habían abordado mediante instalación de Postes SOS y de forma muy local en control de velocidad en travesías. A raíz de estos proyectos, únicos en su época a nivel mundial en el sector de ITS (Intelligent Traffic Systems), tanto por la tecnología empleada y el cumplimiento de los objetivos buscados en los mismos, permitió posicionar la industria española en total competitividad con las grandes multinacionales hasta el momento líderes en el sector. Fue en el entorno de dichos proyectos cuando se instalaron las primeras redes PDH en Barcelona y Sevilla y una red en anillo FFDI a lo largo de la M-30 en Madrid. Todas ellas sobre fibra óptica y con comunicaciones de vídeo soportadas de forma independiente por fibras diferentes.Realmente debemos establecer que el momento de potencialización del uso de redes multipropósito empezó a raíz de los acontecimientos citados en 1992. Esquema comunicaciones túneles de Madrid comunicación. Las labores de conmutación son realizadas por software dirigiendo una dirección IP-fuente de vídeo, a una dirección IP-equipo de destino; de esta forma, los ordenadores de gestión del sistema de vídeo se convierten en las matrices de conmutación de los sistemas de vídeo tradicionales. Comunicaciones en los túneles En la actualidad los túneles nuevos se equipan con sistemas cada vez más complejos que es necesario centralizar para optimizar los recursos y la eficacia en la explotación y operación de los túneles. Inicialmente, los sistemas que se instalaban en los túneles funcionaban por lo general de manera independiente, pero en la actualidad se busca justamente todo lo contrario, es decir que la información que aportan se trate de una forma centralizada y también de forma centralizada se actúe sobre los equipos del túnel. La integración redunda así en beneficios en la seguridad del túnel, ya que la información proporcionada por un sistema puede utilizarse para mejorar el funcionamiento de otros. Pero para poder implementar un sistema integrado, debemos disponer de unas comunicaciones que aseguren la transmisión de datos, audio y vídeo con altos niveles de calidad, seguridad y en tiempo real.En este campo se tiende a sistemas de comunicaciones estandarizados, que sean fiables y permitan redundancia. Cada vez se utilizan más sistemas de comunicaciones troncales y únicos, basados en fibra óptica y banda ancha, por donde se pueda transmitir información multimedia. Cabe destacar por ejemplo el sistema de control de túneles de Madrid cuya principal problemática en el momento de su diseño fue la necesidad de compartir las comunicaciones, usando como medio la Red Corporativa Municipal (RCM) basada en arquitectura de doble anillo Gigabit, para poder acceder a todo el control de los diferentes sistemas instalados en los 7 túneles instalados hasta el momento. El sistema de comunicaciones Centro de Control–Túnel utiliza como medio de transporte la RCM que une entre sí la mayoría de los edificios municipales del Ayuntamiento de Madrid. Así se consigue minimizar el impacto del tendido de fibra en la vía pública puesto que no ha sido necesario cablear desde cada túnel hasta el propio Centro de Control, sino que el objetivo era enlazar el equipo de comunicaciones del túnel con el edificio municipal más cercano. Así, en el siguiente esquema se puede apreciar el diseño de la red de comunicaciones para cada uno de los túneles centralizado. Dada la importancia de la comunicación con el centro de control, tanto desde cada túnel como desde el centro de control se dispone de dos caminos alternativos para comunicar con la red corporativa municipal, proporcionando redundancia y fiabilidad ante un posible corte o fallo en las comunicaciones. Infraestructuras de Transporte BIT 144 ABR.-MAY. 38 2004 ante fallos (redundancia física, algoritmos de reconfiguración de red ante fallos de transmisión), etc. – En la transmisión de vídeo digital la señal no se degrada al recorrer largas distancias: se eliminan los problemas de interferencias y se disminuye el efecto del ruido en las líneas de comunicación. – La utilización del vídeo digital, permite ampliar el potencial en la gestión de las imágenes: posibilidad de encriptado, manipulación mediante sistemas informáticos, etc. El vídeo digitalizado requiere gran ancho de banda para su transmisión y una enorme capacidad para su almacenamiento, por lo que se hace necesario su tratamiento de compresión. La compresión de vídeo se basa en la eliminación de las redundancias espacial (similitudes entre píxeles adyacentes en una zona de la imagen) y temporal (similitud entre píxeles de imágenes sucesivas) en una secuencia de vídeo digital. Dependiendo del tipo de compresión utilizado (H.261, H.262, H.263, MPEG 1,2,4, JPEG-2000, Motion-JPEG, Wavelet, etc), el ancho de banda necesario para su transmisión varía entre 64 Kbits/s y 10 Mbits/s, lo cual nos permite adaptarnos a la red de comunicaciones de que se disponga en cada caso.Como último paso, para poder transmitir el vídeo a través de una red de comunicación “estándar” (RDSI, SDH, ATM, Ethernet TCP/IP, etc.), se hace necesario la codificación del vídeo comprimido de acuerdo con los estándares/protocolos de dicha red. La ventaja fundamental de las redes de vídeo IP es que dado que todos los elementos de la red son identificables por su dirección IP, la gestión del sistema se hace más sencilla simplificando las labores de operación y maximizando la utilidad de la red de Topología básica de una red semafórica se ha experimentado en el cobro electrónico y control de accesos a través de bluetooth. Los proyectos Telepay, con aplicaciones de cobro de peajes y ticket electrónico para el transporte público, o e-Parking, con aplicaciones de acceso y cobro de aparcamiento son algunos ejemplos de los últimos desarrollos. Realmente parece ser que los sistemas WIFI basado en el estándar IEEE de Ethernet inalámbrica, son los que están potenciando el uso de las comunicaciones inalámbricas en el sector del transporte. Aunque esta tecnología pueda entenderse como de aplicación para equipos con movilidad que permitan la extensión de redes Ethernet, en el sector del control de tráfico rodado en la actualidad están investigándose múltiples aplicaciones con esta tecnología. Centralizaciones de tráfico de ciudades pequeñas y medias, sistemas de control de acceso a zonas históricas, controles de equipos terminales como extensión de redes Ethernet, por lo tanto, allí donde es difícil llegar con canalizaciones y cables fundamentalmente por el coste añadido de las mismas, son de aplicación inmediata las tecnologías WIFI. Tendencias actuales De cara a la instalación y a las posibilidades de crecimiento de los sistemas de tráfico, uno de los problemas con el que nos encontramos en este tipo de instalaciones es la cada vez más complicada disponibilidad de canalizaciones y cableado. La implantación por tanto de sistemas multimedia en el entorno de comunicaciones para el control del tráfico cada vez se está extendiendo más potenciándose el uso de sistemas basados en tecnologías inalámbricas Actualmente disponemos ya de los servicios GPRS (Global Packet Radio Service). Aunque esta tecnología supone una evolución del sistema GSM, en realidad hay un salto cualitativo muy grande entre ambas tecnologías. La evolución natural de GPRS parece ser UMTS, que ya permite una velocidad de transmisión de hasta 2Mbps y mayor capacidad de canales. En los últimos años, Bluetooth se ha posicionado primordialmente como tecnología de referencia para la comunicación inalámbrica de corto alcance, aproximadamente entre 10 y 100 metros, entre dispositivos de uso personal -habilitando el intercambio de voz y datos- entre móviles, PDAs, ordenadores portátiles y de sobremesa, impresoras, ratones así como micrófonos y auriculares inalámbricos. La no direccionalidad de la comunicación ha permitido incorporar la transmisión de voz, extendiendo las posibilidades de los puertos infrarrojos que tradicionalmente incorporaban este tipo de dispositivos y poco a poco sustituyendo a éstos. En aplicaciones de transporte, la tecnología bluetooth también forma parte de los estándares inalámbricos aplicables al campo ITS. En los dos últimos años Comunicaciones en tráfico urbano Dentro del tráfico urbano, los sistemas más utilizados y que estamos más habituados a ver en la ciudad, son los sistemas semafóricos, que funcionan de forma centralizada, siguiendo una estructura jerárquica con los distintos niveles que se establecen. Los semáforos están conectados a los reguladores semafóricos, que son los que manejan el encendido y apagado de los mismos. Éstos establecen los planes de trabajo y se comunican con las centrales de zona., normalmente por cable de pares y mediante puertos RS-485 o “long works”. Las centrales de zona, también a través de puertos serie o “long works”, y sobre soporte que puede ser cable de pares o cable F.O. son las que se comunican con el Centro de Control de Regulación de Tráfico Urbano. Esta estructura en árbol es la más utilizada, principalmente por temas de economía en el cableado. El Centro de Control sincroniza a todos los reguladores y elabora los planes de tráfico a partir de los datos recibidos de los detectores de vehículos. Los planes obtenidos se envían a cada regulador vía la central de zona. Por otro lado, un sistema de control de tráfico actual necesita ante todo manejar gran variedad de información. Ya no es suficiente con obtener información de un detector de vehículos, procesar la información recogida, y enviar una orden a un semáforo o a una señal variable. Se está demandando mayores prestaciones de estos sistemas. La integración del video y la voz se hace necesaria. El utilizar canales separados para voz, vídeo y datos encarece y dificulta tanto la instalación como el procesado posterior de la información. BIT 144 ABR.-MAY. 39 2004
30 oct 2015