Diseño e implementación de una metodología de asignación de recursos radio eficiente para redes vehiculares donde co-existen usuarios celulares comunes y vehículos

Resumen

La comunicación del vehículo con su entorno, conocida como V2X (Vehicle-to-Everything), se presenta como un paradigma emergente capaz de ser uno de los factores principales de la siguiente revolución en el mundo del automóvil. V2X es una tecnología inalámbrica que permite la comunicación entre los vehículos, la infraestructura, otro tipo de dispositivos (sensores, peatones, etc.) y la red de comunicaciones cableada presente. Este tipo de comunicaciones son la base sobre la que se sustenta el despliegue de los denominados Sistemas Inteligentes de Transporte Cooperativo, conocidos en inglés como C-ITS (Cooperative Intelligent Transport Systems), los cuales permiten aumentar la seguridad en las carreteras, mejorar la gestión y eficiencia del tráfico y proporcionar nuevas experiencias y servicios a los pasajeros durante sus viajes. Los sistemas V2X pueden desplegarse utilizando diferentes tecnologías inalámbricas, estando este trabajo centrado en la habilitación de sistemas C-ITS haciendo uso de tecnologías celulares, principalmente LTE o su evolución 5G. Uno de los grandes problemas surgidos en este tipo de comunicaciones es el ser capaz de satisfacer los exigentes requisitos de calidad de servicio demandados por las aplicaciones de seguridad y entretenimiento en entornos donde existe una alta densidad de vehículos. Además, es necesario tener en cuenta que hasta ahora los principales consumidores de las redes celulares eran los usuarios comunes. Por lo tanto, aunque a partir de ahora los vehículos formen parte del grupo de consumidores de la red celular, es imprescindible mantener y seguir mejorando la calidad de servicio que se ha ofrecido hasta ahora a los usuarios celulares comunes. Por tanto, en una red celular en la que ya de por sí cohabitan un gran número de usuarios celulares, si añadimos nuevos nodos como es el caso de los vehículos, una gestión de recursos radio eficiente es indiscutiblemente un elemento de suma importancia para desplegar aplicaciones cooperativas con diferentes requisitos de calidad de servicio. En la literatura actual puede encontrarse un vasto número de metodologías de asignación de recursos radio, cada una con sus propias características. Debido a que el espectro radio es un recurso limitado y a la alta complejidad del problema a solucionar, no hay una metodología definitiva que consiga resolver de forma ´optima todos los escenarios posibles. Este hecho hace que el campo de gestión y asignación de recursos radio sea un tema de investigación candente. Como resultado, el presente trabajo de tesis doctoral centra su esfuerzo en el diseño e implementación de una metodología de asignación de recursos radio para redes celulares en las que co-existen usuarios celulares comunes y vehículos. La metodología propuesta ofrece un valor añadido frente a las metodología existentes en la literatura, debido tanto a su originalidad como a los niveles de rendimiento que ofrece de igual manera a las comunicaciones de los usuarios comunes, como a los enlaces V2X creados. Con la intención de validar la metodología propuesta, se ha llevado a cabo una extensa experimentación en la cual se han comparado los resultados obtenidos con otras metodologías de referencia y previamente contrastadas en la literatura. Gracias a esta experimentación se ha podido afirmar de forma rigurosa que la técnica propuesta es competitiva en distintas métricas en base al throughput ofrecido a los usuarios, al rendimiento energético de las comunicaciones entre vehículos, la eficiencia energética de las comunicaciones del conjunto global de usuarios y es especialmente competitiva en términos de eficiencia espectral.