Using Ontologies and Intelligent Systems for Traffic Accident Assistance in Vehicular Environments

A pesar de que las medidas de seguridad en los sistemas de transporte cada vez son mayores, el aumento progresivo del número de vehículos que circulan por las ciudades y carreteras en todo el mundo aumenta, sin duda, la probabilidad de que ocurra un accidente. En este tipo de situaciones, el tiempo de respuesta de los servicios de emergencia es crucial, ya que está demostrado que cuanto menor sea el tiempo transcurrido entre el accidente y la atención hospitalaria de los heridos, mayores son sus probabilidades de supervivencia. Las redes vehiculares permiten la comunicación entre los vehículos, así como la comunicación entre los vehículos y la infraestructura [4], lo que da lugar a una plétora de nuevas aplicaciones y servicios en el entorno vehicular. Centrándonos en las aplicaciones relacionadas con la seguridad vial, mediante este tipo de comunicaciones, los vehículos podrían informar en caso de accidente al resto de vehículos (evitando así colisiones en cadena) y a los servicios de emergencia (dando información precisa y rápida, lo que sin duda facilitaría las tareas de rescate). Uno de los aspectos importantes a determinar sería saber qué información se debe enviar, quién será capaz de recibirla, y cómo actuar una vez recibida. Actualmente los vehículos disponen de una serie de sensores que les permiten obtener información sobre ellos mismos (velocidad, posición, estado de los sistemas de seguridad, número de ocupantes del vehículo, etc.), y sobre su entorno (información meteorológica, estado de la calzada, luminosidad, etc.). En caso de accidente, toda esa información puede ser estructurada y enviada a los servicios de emergencia para que éstos adecúen el rescate a las características específicas y la gravedad del accidente, actuando en consecuencia. Por otro lado, para que la información enviada por los vehículos accidentados pueda llegar correctamente a los servicios de emergencias, es necesario disponer de una infraestructura capaz de dar cobertura a todos los vehículos que circulan por una determinada área. Puesto que la instalación y el mantenimiento de dicha infraestructura conllevan un elevado coste, sería conveniente proponer, implementar y evaluar técnicas consistentes en dar cobertura a todos los vehículos, reduciendo el coste total de la infraestructura. Finalmente, una vez que la información ha sido recibida por las autoridades, es necesario elaborar un plan de actuación eficaz, que permita el rápido rescate de los heridos. Hay que tener en cuenta que, cuando ocurre un accidente de tráfico, el tiempo de personación de los servicios de emergencia en el lugar del accidente puede suponer la diferencia entre que los heridos sobrevivan o fallezcan. Además, es importante conocer si la calle o carretera por la que circulaban los vehículos accidentados ha dejado de ser transitable para el resto de vehículos, y en ese caso, activar los mecanismos necesarios que permitan evitar los atascos asociados. En esta Tesis, se pretende gestionar adecuadamente estas situaciones adversas, distribuyendo el tráfico de manera inteligente para reducir el tiempo de llegada de los servicios de emergencia al lugar del accidente, evitando además posibles atascos.Barrachina Villalba, J. (2014). Using Ontologies and Intelligent Systems for Traffic Accident Assistance in Vehicular Environments [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39004TESI

Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks

Tesis por compendioProducts related with Intelligent Transportation Systems (ITS) are becoming a reality on our roads. All car manufacturers are starting to include Internet access in their vehicles and to integrate smartphones directly from the dashboard, but more and more services will be introduced in the near future. Connectivity through "vehicular networks" will become a cornerstone of every new proposal, and offering an adequate quality of service is obviously desirable. However, a lot of work is needed for vehicular networks to offer performances similar to those of the wired networks. Vehicular networks can be characterized by two main features: high variability due to mobility levels that can reach up to 250 kilometers per hour, and heterogeneity, being that various competing versions from different vendors have and will be released. Therefore, to make the deployment of efficient services possible, an extensive study must be carried out and adequate tools must be proposed and developed. This PhD thesis addresses the service deployment problem in these networks at three different levels: (i) the physical and link layer, showing an exhaustive analysis of the physical channel and models; (ii) the network layer, proposing a forwarding protocol for IP packets; and (iii) the transport layer, where protocols are proposed to improve data delivery. First of all, the two main wireless technologies used in vehicular networks where studied and modeled, namely the 802.11 family of standards, particularly 802.11p, and the cellular networks focusing on LTE. Since 802.11p is a quite mature standard, we defined (i) a propagation and attenuation model capable of replicating the transmission range and the fading behavior of real 802.11p devices, both in line-of-sight conditions and when obstructed by small obstacles, and (ii) a visibility model able to deal with large obstacles, such as buildings and houses, in a realistic manner. Additionally, we proposed a model based on high-level performance indicators (bandwidth and delay) for LTE, which makes application validation and evaluation easier. At the network layer, a hybrid protocol called AVE is proposed for packet forwarding by switching among a set of standard routing strategies. Depending on the specific scenario, AVE selects one out of four different routing solutions: a) two-hop direct delivery, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO), c) greedy georouting, and d) store-carry-and-forward technique, to dynamically adapt its behavior to the specific situation. At the transport layer, we proposed a content delivery protocol for reliable and bidirectional unicast communication in lossy links that improves content delivery in situations where the wireless network is the bottleneck. It has been designed, validated, optimized, and its performance has been analyzed in terms of throughput and resource efficiency. Finally, at system level, we propose an edge-assisted computing model that allows reducing the response latency of several queries by placing a computing unit at the network edge. This way, traffic traversal through the Internet is avoided when not needed. This scheme could be used in both 802.11p and cellular networks, and in this thesis we decided to focus on its evaluation using LTE networks. The platform presented in this thesis combines all the individual efforts to create a single efficient platform. This new environment could be used by any provider to improve the quality of the user experience obtainable through the proposed vehicular network-based services.Los productos relacionados con los Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) se están transformando en una realidad en nuestras carreteras. Todos los fabricantes de coches comienzan a incluir acceso a internet en sus vehículos y a facilitar su integración con los teléfonos móviles, pero más y más servicios se introducirán en el futuro. La conectividad usando las "redes vehiculares" se convertirá en la piedra angular de cada nueva propuesta, y ofrecer una calidad de servicio adecuada será, obviamente, deseable. Sin embargo, se necesita una gran cantidad de trabajo para que las redes vehiculares ofrezcan un rendimiento similar al de las redes cableadas. Las redes vehiculares quedan definidas por sus dos características básicas: alto dinamismo, pues los nodos pueden alcanzar una velocidad relativa de más de 250 km/h; y heterogeneidad, por la gran cantidad de propuestas diferentes que los fabricantes están lanzando al mercado. Por ello, para hacer posible el despliegue de servicios sobre ellas, se impone la necesidad de hacer un estudio en profundidad de este entorno, y deben de proponerse y desarrollarse las herramientas adecuadas. Esta tesis ataca la problemática del despliegue de servicios en estas redes a tres niveles diferentes: (i) el nivel físico y de enlace, mostrando varios análisis en profundidad del medio físico y modelos derivados para su simulación; (ii) el nivel de red, proponiendo un protocolo de difusión de la información para los paquetes IP; y (iii) el nivel de transporte, donde otros protocolos son propuestos para mejorar el rendimiento del transporte de datos. En primer lugar, se han estudiado y modelado las dos principales tecnologías inalámbricas que se utilizan para la comunicación en redes vehiculares, la rama de estándares 802.11, en concreto 802.11p; y la comunicación celular, en particular LTE. Dado que el estándar 802.11p es un estándar bastante maduro, nos centramos en crear (i) un modelo de propagación y atenuación capaz de replicar el rango de transmisión de dispositivos 802.11p reales, en condiciones de visión directa y obstrucción por pequeños obstáculos, y (ii) un modelo de visibilidad capaz de simular el efecto de grandes obstáculos, como son los edifcios, de una manera realista. Además, proponemos un modelo basado en indicadores de rendimiento de alto nivel (ancho de banda y retardo) para LTE, que facilita la validación y evaluación de aplicaciones. En el plano de red, se propone un protocolo híbrido, llamado AVE, para el encaminamiento y reenvío de paquetes usando un conjunto de estrategias estándar de enrutamiento. Dependiendo del escenario, AVE elige entre cuatro estrategias diferentes: a) entrega directa a dos saltos, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraz, y d) una técnica store-carry-and- forward, para adaptar su comportamiento dinámicamente a cada situación. En el plano de transporte, se propone un protocolo bidireccional de distribución de contenidos en canales con pérdidas que mejora la entrega de contenidos en situaciones en las que la red es un cuello de botella, como las redes inalámbricas. Ha sido diseñado, validado, optimizado, y su rendimiento ha sido analizado en términos de productividad y eficiencia en la utilización de recursos. Finalmente, a nivel de sistema, proponemos un modelo de computación asistida que permite reducir la latencia en la respuesta a muchas consultas colocando una unidad de computación en el borde de la red, i.e., la red de acceso. Este esquema podría ser usado en redes basadas en 802.11p y en redes celulares, si bien en esta tesis decidimos centrarnos en su evaluación usando redes LTE. La plataforma presentada en esta tesis combina todos los esfuerzos individuales para crear una plataforma única y eficiente. Este nuevo entorno puede ser usado por cualquier proveedor para mejorar la calidad de la experiencia de usuario en los servicios desplegados sobre redes vehiculares.Els productes relacionats amb els sistemes intel · ligents de transport (ITS) s'estan transformant en una realitat en les nostres carreteres. Tots els fabri- cants de cotxes comencen a incloure accés a internet en els vehicles i a facilitar- ne la integració amb els telèfons mòbils, però en el futur més i més serveis s'hi introduiran. La connectivitat usant les xarxes vehicular esdevindrà la pedra angular de cada nova proposta, i oferir una qualitat de servei adequada serà, òbviament, desitjable. No obstant això, es necessita una gran quantitat de treball perquè les xarxes vehiculars oferisquen un rendiment similar al de les xarxes cablejades. Les xarxes vehiculars queden definides per dues característiques bàsiques: alt dinamisme, ja que els nodes poden arribar a una velocitat relativa de més de 250 km/h; i heterogeneïtat, per la gran quantitat de propostes diferents que els fabricants estan llançant al mercat. Per això, per a fer possible el desplegament de serveis sobre aquestes xarxes, s'imposa la necessitat de fer un estudi en profunditat d'aquest entorn, i cal proposar i desenvolupar les eines adequades. Aquesta tesi ataca la problemàtica del desplegament de serveis en aquestes xarxes a tres nivells diferents: (i) el nivell físic i d'enllaç , mostrant diverses anàlisis en profunditat del medi físic i models derivats per simular-lo; (ii) el nivell de xarxa, proposant un protocol de difusió de la informació per als paquets IP; i (iii) el nivell de transport, on es proposen altres protocols per a millorar el rendiment del transport de dades. En primer lloc, s'han estudiat i modelat les dues principals tecnologies sense fils que s'utilitzen per a la comunicació en xarxes vehiculars, la branca d'estàndards 802.11, en concret 802.11p; i la comunicació cel · lular, en partic- ular LTE. Atès que l'estàndard 802.11p és un estàndard bastant madur, ens centrem a crear (i) un model de propagació i atenuació capaç de replicar el rang de transmissió de dispositius 802.11p reals, en condicions de visió directa i obstrucció per petits obstacles, i (ii) un model de visibilitat capaç de simular l'efecte de grans obstacles, com són els edificis, d'una manera realista. A més, proposem un model basat en indicadors de rendiment d'alt nivell (ample de banda i retard) per a LTE, que facilita la validació i l'avaluació d'aplicacions. En el pla de xarxa, es proposa un protocol híbrid, anomenat AVE, per a l'encaminament i el reenviament de paquets usant un conjunt d'estratègies estàndard d'encaminament. Depenent de l'escenari , AVE tria entre quatre estratègies diferents: a) lliurament directe a dos salts, b) Dynamic MANET On-demand (DYMO) c) georouting voraç, i d) una tècnica store-carry-and- forward, per a adaptar-ne el comportament dinàmicament a cada situació. En el pla de transport, es proposa un protocol bidireccional de distribució de continguts en canals amb pèrdues que millora el lliurament de continguts en situacions en què la xarxa és un coll de botella, com les xarxes sense fils. Ha sigut dissenyat, validat, optimitzat, i el seu rendiment ha sigut analitzat en termes de productivitat i eficiència en la utilització de recursos. Finalment, a nivell de sistema, proposem un model de computació assistida que permet reduir la latència en la resposta a moltes consultes col · locant una unitat de computació a la vora de la xarxa, és a dir, la xarxa d'accés. Aquest esquema podria ser usat en xarxes basades en 802.11p i en xarxes cel · lulars, si bé en aquesta tesi decidim centrar-nos en la seua avaluació usant xarxes LTE. La plataforma presentada en aquesta tesi combina tots els esforços indi- viduals per a crear una plataforma única i eficient. Aquest nou entorn pot ser usat per qualsevol proveïdor per a millorar la qualitat de l'experiència d'usuari en els serveis desplegats sobre xarxes vehiculars.Báguena Albaladejo, M. (2017). Design and implementation of simulation tools, protocols and architectures to support service platforms on vehicular networks [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/85333TESISCompendi

Economic Feasibility of Wireless Sensor Network-Based Service Provision in a Duopoly Setting with a Monopolist Operator

[EN] We analyze the feasibility of providing Wireless Sensor Network-data-based services in an Internet of Things scenario from an economical point of view. The scenario has two competing service providers with their own private sensor networks, a network operator and final users. The scenario is analyzed as two games using game theory. In the first game, sensors decide to subscribe or not to the network operator to upload the collected sensing-data, based on a utility function related to the mean service time and the price charged by the operator. In the second game, users decide to subscribe or not to the sensor-data-based service of the service providers based on a Logit discrete choice model related to the quality of the data collected and the subscription price. The sinks and users subscription stages are analyzed using population games and discrete choice models, while network operator and service providers pricing stages are analyzed using optimization and Nash equilibrium concepts respectively. The model is shown feasible from an economic point of view for all the actors if there are enough interested final users and opens the possibility of developing more efficient models with different types of services.This work was supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness through projects TIN2013-47272-C2-1-R and (co-supported by the European Social Fund) BES-2014-068998.Sanchis-Cano, Á.; Romero-Chavarro, JC.; Sacoto-Cabrera, E.; Guijarro, L. (2017). Economic Feasibility of Wireless Sensor Network-Based Service Provision in a Duopoly Setting with a Monopolist Operator. Sensors. 17 (12)(2727):1-22. https://doi.org/10.3390/s17122727S12217 (12)272

Application of Radio environment map reconstruction techniques to platoon-based cellular V2X communications

Vehicle platoons involve groups of vehicles travelling together at a constant inter-vehicle distance, with different common benefits such as increasing road efficiency and fuel saving. Vehicle platooning requires highly reliable wireless communications to keep the group structure and carry out coordinated maneuvers in a safe manner. Focusing on infrastructure-assisted cellular vehicle to anything (V2X) communications, the amount of control information to be exchanged between each platoon vehicle and the base station is a critical factor affecting the communication latency. This paper exploits the particular structure and characteristics of platooning to decrease the control information exchange necessary for the channel acquisition stage. More precisely, a scheme based on radio environment map (REM) reconstruction is proposed, where geo-localized received power values are available at only a subset of platoon vehicles, while large-scale channel parameters estimates for the rest of platoon members are provided through the application of spatial Ordinary Kriging (OK) interpolation. Distinctive features of the vehicle platooning use case are explored, such as the optimal patterns of vehicles within the platoon with available REM values for improving the quality of the reconstruction, the need for an accurate semivariogram modeling in OK, or the communication cost when establishing a centralized or a distributed architecture for achieving REM reconstruction. The evaluation results show that OK is able to reconstruct the REM in the platoon with acceptable mean squared estimation error, while reducing the control information for REM acquisition in up to 64% in the best-case scenario

Adaptive Mechanisms to Improve Message Dissemination in Vehicular Networks

En el pasado, se han dedicado muchos recursos en construir mejores carreteras y autovías. Con el paso del tiempo, los objetivos fueron cambiando hacia las mejoras de los vehículos, consiguiendo cada vez vehículos más rápidos y con mayor autonomía. Más tarde, con la introducción de la electrónica en el mercado del automóvil, los vehículos fueron equipados con sensores, equipos de comunicaciones, y otros avances tecnológicos que han permitido la aparición de coches más eficientes, seguros y confortables. Las aplicaciones que nos permite el uso de las Redes Vehiculares (VNs) en términos de seguridad y eficiencia son múltiples, lo que justifica la cantidad y recursos de investigación que se están dedicando en los últimos años. En el desarrollo de esta Tesis, los esfuerzos se han centrado en el área de las Vehicular Ad-hoc Networks, una subclase de las Redes Vehiculares que se centra en las comunicaciones entre los vehículos, sin necesidad de que existan elementos de infraestructura. Con la intención de mejorar el proceso de diseminación de mensajes de alerta, imprescindibles para las aplicaciones relacionadas con la seguridad, se ha propuesto un esquema de difusión adaptativo, capaz de seleccionar automáticamente el mecanismo de difusión óptimo en función de la complejidad del mapa y de la densidad actual de vehículos. El principal objetivo es maximizar la efectividad en la difusión de mensajes, reduciendo al máximo el número de mensajes necesarios, evitando o mitigando las tormentas de difusión. Las propuestas actuales en el área de las VANETs, se centran principalmente en analizar escenarios con densidades típicas o promedio. Sin embargo, y debido a las características de este tipo de redes, a menudo se dan situaciones con densidades extremas (altas y bajas). Teniendo en cuenta los problemas que pueden ocasionar en el proceso de diseminación de los mensajes de emergencia, se han propuesto dos nuevos esquemas de difusión para bajas densidades: el \emph{Junction Store and Forward} (JSF) y el \emph{Neighbor Store and Forward} (NSF). Además, para situaciones de alta densidad de vehículos, se ha diseñado el \emph{Nearest Junction Located} (NJL), un esquema de diseminación que reduce notablemente el número de mensajes enviados, sin por ello perder prestaciones. Finalmente, hemos realizado una clasificacion de los esquemas de difusión para VANETs más importantes, analizando las características utilizadas en su diseño. Además hemos realizado una comparación de todos ellos, utilizando el mismo entorno de simulación y los mismos escenarios, permitiendo conocer cuál es el mejor esquema de diseminación a usar en cada momento

Overlay virtualized wireless sensor networks for application in industrial internet of things : a review

Abstract: In recent times, Wireless Sensor Networks (WSNs) are broadly applied in the Industrial Internet of Things (IIoT) in order to enhance the productivity and efficiency of existing and prospective manufacturing industries. In particular, an area of interest that concerns the use of WSNs in IIoT is the concept of sensor network virtualization and overlay networks. Both network virtualization and overlay networks are considered contemporary because they provide the capacity to create services and applications at the edge of existing virtual networks without changing the underlying infrastructure. This capability makes both network virtualization and overlay network services highly beneficial, particularly for the dynamic needs of IIoT based applications such as in smart industry applications, smart city, and smart home applications. Consequently, the study of both WSN virtualization and overlay networks has become highly patronized in the literature, leading to the growth and maturity of the research area. In line with this growth, this paper provides a review of the development made thus far concerning virtualized sensor networks, with emphasis on the application of overlay networks in IIoT. Principally, the process of virtualization in WSN is discussed along with its importance in IIoT applications. Different challenges in WSN are also presented along with possible solutions given by the use of virtualized WSNs. Further details are also presented concerning the use of overlay networks as the next step to supporting virtualization in shared sensor networks. Our discussion closes with an exposition of the existing challenges in the use of virtualized WSN for IIoT applications. In general, because overlay networks will be contributory to the future development and advancement of smart industrial and smart city applications, this review may be considered by researchers as a reference point for those particularly interested in the study of this growing field

Cooperative vehicular traffic monitoring in realistic low penetration scenarios: The COLOMBO experience

The relevance of effective and efficient solutions for vehicle traffic surveillance is widely recognized in order to enable advanced strategies for traffic management, e.g., based on dynamically adaptive and decentralized traffic light management. However, most related solutions in the literature, based on the powerful enabler of cooperative vehicular communications, assume the complete penetration rate of connectivity/communication technologies (and willingness to participate in the collaborative surveillance service) over the targeted vehicle population, thus making them not applicable nowadays. The paper originally proposes an innovative solution for cooperative traffic surveillance based on vehicular communications capable of: (i) working with low penetration rates of the proposed technology and (ii) of collecting a large set of monitoring data about vehicle mobility in targeted areas of interest. The paper presents insights and lessons learnt from the design and implementation work of the proposed solution. Moreover, it reports extensive performance evaluation results collected on realistic simulation scenarios based on the usage of iTETRIS with real traces of vehicular traffic of the city of Bologna. The reported results show the capability of our proposal to consistently estimate the real vehicular traffic even with low penetration rates of our solution (only 10%)

Enhancing the 3GPP V2X architecture with information-centric networking

Vehicle-to-everything (V2X) communications allow a vehicle to interact with other vehicles and with communication parties in its vicinity (e.g., road-side units, pedestrian users, etc.) with the primary goal of making the driving and traveling experience safer, smarter and more comfortable. A wide set of V2X-tailored specifications have been identified by the Third Generation Partnership Project (3GPP) with focus on the design of architecture enhancements and a flexible air interface to ensure ultra-low latency, highly reliable and high-throughput connectivity as the ultimate aim. This paper discusses the potential of leveraging Information-Centric Networking (ICN) principles in the 3GPP architecture for V2X communications. We consider Named Data Networking (NDN) as reference ICN architecture and elaborate on the specific design aspects, required changes and enhancements in the 3GPP V2X architecture to enable NDN-based data exchange as an alternative/complementary solution to traditional IP networking, which barely matches the dynamics of vehicular environments. Results are provided to showcase the performance improvements of the NDN-based proposal in disseminating content requests over the cellular network against a traditional networking solution119sem informaçãosem informaçã

Cognitive privacy for personal clouds

This paper proposes a novel Cognitive Privacy (CogPriv) framework that improves privacy of data sharing between Personal Clouds for different application types and across heterogeneous networks. Depending on the behaviour of neighbouring network nodes, their estimated privacy levels, resource availability, and social network connectivity, each Personal Cloud may decide to use different transmission network for different types of data and privacy requirements. CogPriv is fully distributed, uses complex graph contacts analytics and multiple implicit novel heuristics, and combines these with smart probing to identify presence and behaviour of privacy compromising nodes in the network. Based on sensed local context and through cooperation with remote nodes in the network, CogPriv is able to transparently and on-the-fly change the network in order to avoid transmissions when privacy may be compromised. We show that CogPriv achieves higher end-to-end privacy levels compared to both noncognitive cellular network communication and state-of-the-art strategies based on privacy-aware adaptive social mobile networks routing for a range of experiment scenarios based on real-world user and network traces. CogPriv is able to adapt to varying network connectivity and maintain high quality of service while managing to keep low data exposure for a wide range of privacy leakage levels in the infrastructure