Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / El desarrollo del transporte en las sociedades del siglo XXI y el aumento explosivo de vehículos presentes en la ciudad, ha traído consigo diversos problemas, tales como: congestión del tráfico en avenidas importantes, empeoramiento de la calidad de aire, el aumento de muertes a causa de accidentes de tráfico, entre otros. Las Tecnologías de Información y Comunicaciones (TICs) ofrecen en este ámbito una oportunidad para poder paliar los problemas asociados al tráfico vehicular dentro de las ciudades. Las llamadas redes vehiculares ad-hoc (Vehicular Ad-hoc Networks VANETs) que se han desarrollado bajo el concepto de las Smart Cities, permiten la confección de un abanico de aplicaciones que explotan mecanismos de comunicación para poder manejar el tráfico, dar mensajes de alertas, implementar esquemas cooperativos, entre otros. Estas redes forman parte de los Sistemas Inteligentes de Transporte (Intelligent Transportation Systems ITS) que en el último tiempo han despertado el interés de distintas instituciones tanto de carácter privado o público, aportando a su desarrollo, investigación e implementación. El desarrollo de este tipo de redes presenta nuevos desafíos, dado que se enfrentan a nuevas dificultades que en las redes digitales convencionales no se experimentan, tales como: topología dinámica, tráfico de red variable, altas velocidades, etc. Surge a partir de estas características, la implementación de un sistema consciente del contexto (Context-Aware System), que permita mejorar el desempeño de mecanismos de diseminación para aplicaciones de seguridad, las cuales requieren de reducidos tiempos de retardo en el traspaso de información. Para lograr este objetivo es necesario que el sistema sea capaz de identificar el escenario de tráfico vehicular y el escenario de tráfico de la red. En este trabajo se propone un sistema consciente del contexto donde para la primera clasificación se utiliza un modelo ya existente ampliamente validado, que luego de algunos ajustes es posible utilizarlo en escenarios urbanos tipo intersección, mientras que para la segunda, se desarrolla un clasificador basado en redes neuronales que permite la discriminación de los escenarios de interés. Ambas fases de clasificación se desarrollan con base en información no directa que maneja cada nodo o vehículo. Los resultados muestran que efectivamente se puede mejorar el desempeño de protocolos de diseminación a través de ajustes de sus parámetros, en concordancia del escenario en el cual se desenvuelven. La estimación de tráfico vehicular resulta ser exitosa utilizando el modelo propuesto, mientras que la clasificación de la carga del tráfico de la red de comunicaciones en escenarios de baja y alta densidad vehicular puede llegar al 99% y 94.5% respectivamente, de muestras clasificadas exitosamente. / CONICYT Chile a través del proyecto RETRACT ELAC2015/T100761

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-19T14:40:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_QoEQoS-aware handover.pdf: 1499962 bytes, checksum: ed812ca7ffc3e9d7992b1cbabb2f943d (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-19T14:41:32Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_QoEQoS-aware handover.pdf: 1499962 bytes, checksum: ed812ca7ffc3e9d7992b1cbabb2f943d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-19T14:41:32Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_QoEQoS-aware handover.pdf: 1499962 bytes, checksum: ed812ca7ffc3e9d7992b1cbabb2f943d (MD5) Previous issue date: 2018-03-19 / Redes Veiculares (VANETs) oferecem uma ampla gama de serviços multimídia que vão desde alertas de segurança a vídeos de entretenimento e publicidade. Neste contexto, os usuários podem acessar o conteúdo através da comunicação Veículo-para-Infraestrutura (V2I), que pode considerar diferentes redes sem fio, tais como LTE, Wi-Fi, etc. No entanto, transmissão de vídeo em uma VANET com qualidade de Experiência (QoE) e Qualidade de Serviço (QoS) é uma tarefa desafiadora, devido à alta mobilidade do veículo que causa falhas de comunicação com a infraestrutura. Para mitigar tais fatores, esta dissertação de mestrado apresenta um algoritmo de handover que considera QoE, QoS e qualidade do canal em redes heterogêneas, chamado de handover ciente de Qualidade de Serviço, Experiência e Rádio (SER). O algoritmo proposto considera o Analytic Hierarchy Process (AHP) para ajustar o grau de importância de cada critério na escolha da esta¸cão rádio base apropriada que o nó móvel deve se conectar, permitindo uma decisão de handover mais eficiente para transmissão de vídeo com suporte a QoE. Resultados de simulação constatam que o handover SER entregou vídeos com QoE 15% melhor comparado aos algoritmos encontrados na literatura. / Vehicle Ad Hoc Networks (VANETs) offer a wide range of multimedia services ranging from safety and traffic warnings to entertainment and advertising videos. In this context, users can access content through vehicle-to-infrastructure (V2I) communication, which may consider different wireless networks, such as, LTE, Wi-Fi, etc. However, video streaming at a VANET with Quality of Experience (QoE) and Quality of Service (QoS) is a challenging task, due to the high vehicle’s mobility that causes communication failure with the infrastructure. To mitigate such factors, this master’s dissertation presents a handover algorithm that considers QoE, Quality of Service (QoS) and channel quality in heterogeneous networks, known as handover aware of Quality of Service, Experience and Radio (SER). The proposed algorithm considers the Analytic Hierarchy Process (AHP) to adjust the degree of importance of each criteria in choosing the appropriate radio base station that the mobile node must connect to, allowing a more efficient handover decision for video transmission with QoE support. Simulation results show that SER handover delivered videos with QoE 15 % better compared to the algorithms found in the literature.

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39004

[ES] Las redes móviles de quinta generación (5G) destacan por su robustez, superando las prestaciones ofrecidas por sus predecesoras. Estas redes, comúnmente denominadas 5G, posibilitan mejoras significativas en los indicadores clave de rendimiento (KPIs, por sus siglas en inglés) con el propósito de respaldar casos de uso y servicios avanzados. Estos KPIs se clasifican en tres escenarios fundamentales: Banda Ancha Móvil Mejorada (eMBB, por sus siglas en inglés), Comunicaciones Ultra Fiables y de Baja Latencia (uRLLC, por sus siglas en inglés) y Comunicaciones Masivas entre Máquinas (mMTC, por sus siglas en inglés). El escenario eMBB se orienta primordialmente hacia servicios que demandan elevadas tasas de transmisión y recepción para garantizar una experiencia de usuario mejorada. En contraste, uRLLC aborda situaciones que requieren estrictos estándares de baja latencia y alta confiabilidad en la red, como es el caso de aplicaciones en tiempo real, donde la pronta respuesta de la red es indispensable. Por su parte, el escenario mMTC se refiere a aplicaciones y servicios que solicitan el respaldo de la red para la conectividad masiva de dispositivos por kilómetro cuadrado, además de una eficiencia energética mejorada. Entre los servicios y aplicaciones más destacados, se encuentran aquellos basados en comunicaciones vehiculares mediante la red celular, conocidos en el estándar como comunicaciones V2X. En términos generales, la comunicación V2X engloba el intercambio de paquetes entre vehículos y diversos elementos de la red. Cuando estas comunicaciones se efectúan mediante estándares basados en redes móviles, ya sea en LTE o NR, la interfaz radio de 5G, se denominan C-V2X. En este contexto, las comunicaciones Vehículo a Vehículo (V2V) posibilitan el intercambio de paquetes entre vehículos, mientras que las comunicaciones de Vehículos con Infraestructuras (V2I) facilitan el intercambio entre vehículos e infraestructuras de red. Por su parte, las comunicaciones de Vehículos con Peatones (V2P) comprenden la transferencia de paquetes entre vehículos y dispositivos portados por peatones, y las comunicaciones Vehículo a Red (V2N) permiten el intercambio de tráfico V2X entre vehículos y la red. Cada tipo de comunicación posibilita la implementación de diversos servicios, desde funciones básicas hasta aplicaciones avanzadas que exigen potenciales requerimientos por parte de la red. En esta Tesis Doctoral, se llevó a cabo una revisión exhaustiva del estándar para comunicaciones V2X LTE y NR V2X, destacando particularmente los modos de comunicación descentralizados, como se mencionó anteriormente. Posteriormente, se realizó una campaña de simulaciones a nivel de sistema para configurar escenarios V2X conforme a las especificaciones del 3GPP. Los resultados obtenidos permitieron evidenciar que las prestaciones del modo 4 en LTE son adecuadas para servicios básicos que no requieren un alto throughput, bajas latencias o estrictos criterios de fiabilidad en la red. En contraste, mediante el modo 2 de NR V2X, se observó un rendimiento mejorado, lo que permite la adaptación a servicios V2X avanzados. Asimismo, se demostró que altas numerologías contribuyen a un mejor comportamiento del sistema al proporcionar una mayor diversidad de recursos, reduciendo la probabilidad de que dos vehículos utilicen los mismos recursos para sus transmisiones en el modo descentralizado. Además, se comprobó que en NR V2X es crucial una combinación adecuada de numerologías, anchos de banda de canal y tamaño de los subcanales sidelink, según los servicios V2X a implementar. Finalmente, se analizó la incorporación de tecnologías de múltiples accesos radio (multi-RAT) con el fin de respaldar servicios avanzados y mejorar la interoperabilidad mediante el uso de tecnologías de acceso basadas en LTE y NR, especialmente en escenarios con múltiples operadores de red móvil (MNOs), interfaces de conexión y modos de comunicación. / [CA] Les xarxes mòbils de cinquena generació (5G) destaquen per la seva robustesa, superant les característiques que ofereixen els seus predecessors. Aquestes xarxes, comunament anomenades 5G, permeten millores significatives en els indicadors de rendiment clau (KPI) per donar suport a casos i serveis d'ús avançats. Aquests KPI es classifiquen en tres escenaris fonamentals: banda ampla mòbil millorada (eMBB), comunicacions de baixa latència i fiabilitat (uRLLC) i comunicacions massives entre màquines (mMTC). L'escenari eMBB s'orienta principalment a serveis que exigeixen altes taxes de transmissió i recepció per garantir una millor experiència d'usuari. En canvi, uRLLC aborda situacions que requereixen estàndards estrictes de baixa latència i alta fiabilitat de la xarxa. Aquesta necessitat es manifesta, per exemple, en aplicacions en temps real on la resposta ràpida a la xarxa és un factor indispensable. Pel que fa a l'escenari mMTC, es refereix a aplicacions i serveis que sol·liciten suport de xarxa per a una connectivitat massiva de dispositius per quilòmetre quadrat, a més d'una millora de l'eficiència energètica. Entre els serveis i aplicacions esmentats, destaquen els basats en comunicacions vehiculars a través de la xarxa cel·lular, coneguts segons la norma com a comunicacions V2X. En termes generals, la comunicació V2X engloba l'intercanvi de paquets entre vehicles i diversos elements de xarxa. Quan aquestes comunicacions es realitzen utilitzant estàndards basats en xarxes mòbils, ja sigui en Evolució a llarg termini (LTE) o Nova Ràdio (NR), s'anomenen C-V2X. En aquest context, les comunicacions Vehicle-to-Vehicle (V2V) permeten l'intercanvi de paquets entre vehicles, mentre que les comunicacions Vehicle-to-Infraestructura (V2I) faciliten l'intercanvi entre vehicles i infraestructures de xarxa. Per la seva banda, les comunicacions Vehicle-to-Pedestrian (V2P) inclouen la transferència de paquets entre vehicles i dispositius transportats per vianants, i les comunicacions Vehicle a Xarxa (V2N) permeten l'intercanvi de trànsit V2X entre vehicles i la xarxa. Cada tipus de comunicació permet la implementació de diversos serveis, des de funcions bàsiques fins a aplicacions avançades que requereixen possibles requisits de la xarxa. En aquesta tesi, es va dur a terme una revisió exhaustiva de les directrius estàndard per a les comunicacions V2X LTE i NR V2X, destacant especialment els modes de comunicació descentralitzats, com s'ha esmentat anteriorment. Posteriorment, es va dur a terme una campanya de simulació a nivell de sistema per configurar escenaris V2X segons les especificacions del Projecte d'Associació de Tercera Generació (3GPP). Els resultats obtinguts van mostrar que el rendiment del mode 4 en LTE és adequat per a serveis bàsics que no requereixen un alt rendiment, latències baixes o criteris estrictes de fiabilitat de la xarxa. En canvi, es va observar un rendiment millorat mitjançant el mode 2 NR V2X, permetent l'adaptació a serveis V2X avançats. A més, s'ha demostrat que les numerologies altes contribueixen a un millor rendiment, proporcionant una major diversitat de recursos i reduint la probabilitat que dos vehicles utilitzin els mateixos recursos per a les seves transmissions en mode descentralitzat. A més, es va trobar que a NR V2X una combinació adequada de numerologies, amplades de banda del canal i mida dels subcanals SL és crucial, depenent dels serveis V2X a implementar. Finalment, es va analitzar la incorporació de múltiples tecnologies d'accés a la ràdio (multi-RAT) per donar suport a serveis avançats i millorar la interoperabilitat mitjançant l'ús de tecnologies d'accés basades en LTE i NR, especialment en escenaris amb múltiples operadors de xarxa mòbil (MNO), diferents interfícies de connexió i modes de comunicació. / [EN] Fifth-generation mobile networks, commonly referred to as Fifth Generation (5G), are known for their robustness and surpassing the performance of their predecessors. They enable significant improvements in Key Performance Indicators (KPIs) to support advanced use cases and services. These KPIs are classified into three fundamental scenarios: Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra-Reliable and Low Latency Communications (uRLLC), and massive Machine Type Communications (mMTC). The eMBB scenario focuses on services that require high transmission and reception rates to improve the user experience. In contrast, uRLLC addresses situations that demand strict low latency and high-reliability standards in the network. This need is particularly evident in real-time applications where prompt network response is essential. The mMTC scenario pertains to applications and services that require network support for massive device connectivity per square kilometer and enhanced energy efficiency. In particular, services and applications based on vehicular communications via the cellular network, referred to as Vehicle-to-everything (V2X) communications in the standard, are prominent. V2X communication refers to the communication between vehicles and infrastructures. When using mobile network standards such as Long Term Evolution (LTE) or New Radio (NR), it is referred to as Cellular-based V2X (C-V2X). Vehicle-to-Vehicle (V2V) communication enables packet exchange between vehicles, while Vehicle-to-Infrastructure (V2I) facilitates the exchange between vehicles and network infrastructures. Vehicle-to-Pedestrian (V2P) and Vehicle-to-Network (V2N) are two other types of communication that enable the transfer of packets between vehicles and devices carried by pedestrians and the exchange of V2X traffic between vehicles and the network, respectively. These types of communication enable the implementation of various services, from basic functions to advanced applications with potential network requirements. This thesis provides a comprehensive review of the standard guidelines for V2X LTE and NR V2X communications, with a particular focus on the decentralized communication modes mentioned above. Following this, system-level simulations were conducted to configure V2X scenarios according to 3GPP specifications. The results indicate that LTE mode 4 is sufficient for essential services that do not require high throughput, low latencies, or strict network reliability criteria. On the other hand, NR V2X mode 2 showed improved performance, allowing adaptation to advanced V2X services. High numerologies have been shown to contribute to better performance by providing greater resource diversity and reducing the probability that two vehicles use the same resources for their transmissions in decentralized mode. Additionally, it was found that in NR V2X, an adequate combination of numerologies, channel bandwidths, and sidelink subchannel sizes is crucial, depending on the V2X services to be implemented. Finally, the incorporation of multiple Radio Access Technologies (multi-RAT) was analyzed to support advanced services and improve interoperability through the use of LTE and NR-based access technologies, especially in scenarios with multiple Mobile Network Operators (MNOs), connection interfaces, and communication modes. / González Malla, EE. (2024). Performance Evaluation of 3GPP Standards for C-V2X Communications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214051