Repositorio Institucional de Documentos

Proyecto Final de Carrera Ingeniería en Informática Curso 2010/2011 Simulador de VANETs para evaluar técnicas de gestión de datos basadas en agentes móviles Eduardo López García Director: Sergio Ilarri Artigas Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas Centro Politécnico Superior Universidad de Zaragoza Diciembre de 2010 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 2 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 3 Resumen Hoy en día existe un gran interés en el desarrollo de sistemas de asistencia a conductores en carretera basados en VANETs (Vehicular Ad-hoc Networks) que usan comunicaciones de corto alcance, como IEEE 802.11, para el intercambio dinámico de información entre vehículos cercanos. Sin embargo, antes de la puesta en marcha de estos sistemas se necesita hacer las pruebas pertinentes sobre un simulador. Por lo tanto, el objetivo de este proyecto consiste en desarrollar una plataforma de simulación de escenarios donde distintos automóviles regidos por políticas de movilidad modificables se comunican entre sí para intercambiar información que consideren relevante usando distintas estrategias. El proyecto desarrollado ha mejorado un prototipo de simulación de VANETs ya existente, desarrollado en el grupo SID (Sistemas de Información Distribuidos de la Universidad de Zaragoza), cuyo objetivo es la evaluación de técnicas basadas en agentes móviles para monitorizar áreas geográficas usando vehículos. El prototipo inicial se desarrolló para la evaluación de unas técnicas concretas y con una interfaz gráfica muy limitada, no siendo posible su utilización en distintos escenarios sin un importante esfuerzo por parte del usuario. Por tanto, era preciso extenderlo, generalizarlo y mejorarlo. El principal objetivo de la herramienta de simulación desarrollada es facilitar la evaluación de distintas técnicas de procesamiento de consultas y gestión de datos en redes de vehículos. El simulador desarrollado permite asignar a los vehículos distintas estrategias de movilidad y de esta forma obtener un mayor abanico de diferentes simulaciones y una mejor representación del comportamiento real de los vehículos. Las políticas de movilidad implementadas son: una variación de Gauss-Markov, una variación de Manhattan y dos estrategias de movilidad basadas en rutas. La plataforma de simulación cuenta con una interfaz de usuario amigable que permite definir escenarios de simulación y controlar las simulaciones de forma sencilla, característica que no poseía el prototipo implementado por el SID. El primer prototipo diseñado por el SID sólo permitía realizar las simulaciones sobre un único mapa (ciudad de Valenciennes en Francia), por lo que se consideró importante desarrollar una herramienta que permitiera añadir nuevos mapas para realizar simulaciones. Esta herramienta permite descargar mapas del tamaño y localización que el usuario desee y de diversas fuentes (OpenStreetMaps, MicrosoftMaps y GoogleMaps) y aplicarles filtros geográficos. El simulador cuenta con un sistema de carga y almacenamiento de los parámetros de simulación, de forma que se pueden repetir simulaciones con los mismos parámetros y configurar simulaciones de forma rápida a través de un fichero XML. El sistema cuenta con una herramienta que permite la importación de trazas GPS reales. De esta forma, los vehículos pueden reproducir movimientos que otros vehículos han realizado en la realidad y así conseguir simulaciones más realistas que las conseguidas con las políticas de movilidad y dotar al simulador de la capacidad de utilizar información externa. Además, el usuario puede realizar filtros sobre las trazas. El sistema cuenta también con una herramienta que permite realizar simulaciones con la existencia de elementos fijos de soporte a la VANET, como nodos de soporte para las comunicaciones, relays, en las carreteras. Por todo ello, se puede concluir que se ha cumplido el objetivo de proporcionar a los integrantes del SID una herramienta útil para realizar pruebas de sus investigaciones en un entorno con una interfaz amigable, y que cuenta con las funcionalidades necesarias para disponer de un amplio abanico de configuraciones para las simulaciones. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 4 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 5 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN...................................................................................................... 13 1.1. Contexto y motivación ........................................................................................ 13 1.1.1. Prototipo anterior del SID............................................................................. 14 1.2. Objetivos.............................................................................................................. 15 1.3. Tecnologías utilizadas......................................................................................... 16 1.4. Fases del proyecto ............................................................................................... 16 1.5. Estructura de la memoria..................................................................................... 17 2. PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO....................................................................... 19 2.1. Listado de tareas.................................................................................................. 19 2.2. Control de tiempos .............................................................................................. 20 3. CONTEXTO TECNOLÓGICO................................................................................. 23 3.1. Java y Eclipse...................................................................................................... 23 3.2. Redes de vehículos.............................................................................................. 23 3.3. OpenStreetMap.................................................................................................... 24 3.4. Trazas GPS ......................................................................................................... 25 3.5. Otros simuladores existentes............................................................................... 26 3.5.1. Simuladores de red....................................................................................... 26 3.5.2. Simuladores de tráfico.................................................................................. 28 3.5.3. Simuladores híbridos.................................................................................... 30 4. PLANTEAMIENTO Y DESARROLLO DEL SISTEMA........................................ 33 4.1. Análisis de requisitos........................................................................................... 33 4.2. Diseño e implementación del sistema ................................................................. 35 4.2.1. Estrategias de movilidad............................................................................... 36 4.2.2. Sistema de carga y almacenamiento de parámetros ..................................... 37 4.2.3. Herramienta de descarga de mapas .............................................................. 37 4.2.4. Interfaz de usuario........................................................................................ 40 4.2.5. Herramienta para importar trazas GPS......................................................... 41 4.2.6. Nodos de soporte para las comunicaciones.................................................. 44 4.2.7. Sistema de ficheros....................................................................................... 45 4.2.8. Visualización de información de un vehículo .............................................. 45 4.2.9. Conversión de coordenadas.......................................................................... 46 4.2.10. Mejora en la lectura del mapa y organización del grafo............................. 47 5. PRUEBAS Y PROBLEMAS ENCONTRADOS ...................................................... 49 5.1. Pruebas realizadas................................................................................................ 49 5.2. Problemas encontrados........................................................................................ 49 6. CONCLUSIONES...................................................................................................... 51 6.1. Resultados obtenidos........................................................................................... 51 6.2. Futuras ampliaciones........................................................................................... 51 6.3. Valoración personal............................................................................................. 52 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................ 55 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 6 ÍNDICE DE ANEXOS ANEXO A – MANUAL DE USUARIO........................................................................ 63 A.1. Introducción........................................................................................................ 63 A.2. Ejecución de la aplicación.................................................................................. 63 A.2.1. Ejecución en modo gráfico.......................................................................... 64 A.2.2. Ejecución en modo batch o línea de comandos........................................... 64 A.3. Pantalla inicial .................................................................................................... 67 A.4. Menú superior..................................................................................................... 68 A.5. Barra inferior de control de la simulación.......................................................... 76 A.6. Combinación de teclas de acceso rápido............................................................ 77 A.7. Menú de configuración de los parámetros de la simulación .............................. 78 A.8. Menú de configuración de la información de un vehículo................................. 80 A.9. Cómo visualizar información de un vehículo..................................................... 81 A.10. Cómo descargar un mapa ................................................................................. 82 A.11. Cómo abrir un mapa......................................................................................... 85 A.11.1. Abrir un mapa............................................................................................ 85 A.11.2. Eliminar un mapa....................................................................................... 86 A.12. Aplicar un filtro geográfico a un mapa............................................................. 86 A.12.1. Filtro geográfico: escribir filtro................................................................. 88 A.12.2. Filtro geográfico: abrir filtro...................................................................... 88 A.12.3. Filtro geográfico: dibujar filtro.................................................................. 89 A.13. Cómo configurar una simulación a través del fichero XML............................ 91 A.14. Cómo importar trazas GPS............................................................................... 95 A.14.1. Importar trazas GPS de formato conocido................................................. 95 A.14.2. Importar trazas GPS de formato desconocido........................................... 97 A.15. Cómo definir y aplicar filtros a las trazas importadas.................................... 104 A.15.1. Abrir filtro................................................................................................ 106 A.15.2. Filtros geográficos................................................................................... 107 A.16. Cómo añadir nodos fijos de soporte de comunicaciones................................ 109 ANEXO B – FORMATOS DE LOS FICHEROS ....................................................... 111 B.1. Fichero de configuración .................................................................................. 112 B.2. Fichero de información OSM (OpenStreetMap).............................................. 115 B.3. Fichero de las áreas de monitorización............................................................. 118 B.4. Fichero de los elementos fijos de soporte......................................................... 119 B.5. Fichero de información de los mapas descargados........................................... 120 B.6. Fichero de registro (log).................................................................................... 120 B.7. Ficheros de trazas GPS reales........................................................................... 122 B.7.1. Formato log................................................................................................ 122 B.7.2. Formato txt................................................................................................. 124 B.7.3. Formato plt................................................................................................. 125 B.8. Ficheros de filtros ............................................................................................. 128 ANEXO C – ANÁLISIS DEL SISTEMA ................................................................... 131 C.1. Requisitos.......................................................................................................... 131 C.2. Casos de uso...................................................................................................... 137 C.2.1. Gestionar mapas......................................................................................... 137 C.2.2. Descargar mapas....................................................................................... 137 C.2.3. Controlar mapas......................................................................................... 137 C.2.4. Filtros en mapas......................................................................................... 138 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 7 C.2.5. Importar trazas........................................................................................... 139 C.2.6. Filtros en trazas.......................................................................................... 140 C.2.7. Simulación................................................................................................. 141 C.3. Prototipado de ventanas.................................................................................... 143 ANEXO D – DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA.............................. 149 D.1. Clases del sistema............................................................................................. 149 D.1.1. Agent.......................................................................................................... 150 D.1.2. Antenna...................................................................................................... 153 D.1.3. Area ........................................................................................................... 154 D.1.4. Device........................................................................................................ 154 D.1.5. File............................................................................................................. 155 D.1.6. Global........................................................................................................ 157 D.1.7. Graph......................................................................................................... 159 D.1.8. Graphics .................................................................................................... 161 D.1.9. Mobility...................................................................................................... 168 D.1.10. Track........................................................................................................ 171 D.1.11. Vehicle ..................................................................................................... 174 D.1.12. Clase principal: Simulator....................................................................... 176 D.2. Estructura de las carpetas.................................................................................. 176 D.3. Estructura del almacenamiento de las tiles....................................................... 178 D.4. Diagrama de clases........................................................................................... 179 ANEXO E – MATERIAL RELACIONADO.............................................................. 181 E.1. Prototipo de simulador del SID......................................................................... 181 E.2. Agentes móviles................................................................................................ 182 E.3. Monitorización de áreas geográficas................................................................. 183 ANEXO F – ESTRATEGIAS DE MOVILIDAD........................................................ 185 F.1. Rutas basadas en Dijkstra.................................................................................. 185 F.2. Rutas dinámicas basadas en una heurística ...................................................... 188 F.3. Estrategia basada en Manhattan........................................................................ 190 F.4. Estrategia basada en Gauss-Markov.................................................................. 192 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 8 ÍNDICE DE FIGURAS Memoria Figura 1 – Imagen del prototipo previo desarrollado en el grupo SID................... 14 Figura 2 – Fases del proyecto................................................................................. 19 Figura 3 – Diagrama de tiempos ............................................................................ 21 Figura 4 – Ejemplo de comunicación multi-salto en una red ad-hoc..................... 23 Figura 5 – Imagen de OpenStreetMap de la ciudad de Zaragoza........................... 24 Figura 6 – Imagen del simulador Ns-2................................................................... 27 Figura 7 – Imagen del simulador QualNet ............................................................. 27 Figura 8 – Imagen del simulador VanetMobiSim.................................................. 28 Figura 9 – Imagen del simulador TraNSLite.......................................................... 29 Figura 10 – Imagen del simulador AIMSUM ........................................................ 29 Figura 11 – Imagen del simulador NCTuns ........................................................... 30 Figura 12 – Esquema general de la aplicación....................................................... 30 Figura 13 – Diagrama de clases esquemático del paquete Mobility....................... 30 Figura 14 – Mapa dividido en trozos con diferentes niveles de zoom................... 38 Figura 15 – Definir mapa a descargar con 2 puntos............................................... 39 Figura 16 – Ventanas del simulador....................................................................... 40 Figura 17 – Ejemplo filtro geográfico de una traza GPS ....................................... 43 Figura 18 – Diagrama de clases esquemático de las clases encargadas de leer los ficheros de trazas GPS............................................................................................ 43 Figura 19 – Imagen del simulador del PFC con nodos de soporte para las comunicaciones ...................................................................................................... 44 Anexo A Figura A.1 – Pantalla inicial del simulador............................................................ 67 Figura A.2 – Pantalla del simulador con barra de menú remarcada....................... 68 Figura A.3 – Menú File de la barra de menú ......................................................... 69 Figura A.4 – Menú Simulation de la barra de menú............................................... 70 Figura A.5 – Ventana de configuración de los parámetros de la simulación......... 70 Figura A.6 – Menú View de la barra de menú........................................................ 71 Figura A.7 – Ventana de configuración de la información a visualizar de un vehículo .................................................................................................................. 71 Figura A.8 – Menú Tools de la barra de menú....................................................... 72 Figura A.9 – Menú Maps de la barra de menú....................................................... 73 Figura A.10 – Ventana para descargar mapas........................................................ 73 Figura A.11 – Ventana para abrir un mapa ............................................................ 74 Figura A.12 – Menú Tracks de la barra de menú................................................... 74 Figura A.13 – Ventana para importar trazas GPS.................................................. 75 Figura A.14 – Menú About de la barra de menú .................................................... 75 Figura A.15 – Ventana de la versión del simulador............................................... 76 Figura A.16 – Ventana principal del simulador con la barra de control de la simulación remarcada............................................................................................. 76 Figura A.17 – Ventana de configuración de los parámetros de la simulación....... 78 Figura A.18 – Ventana de configuración de la información de un vehículo a visualizar................................................................................................................. 80 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 9 Figura A.19 – Ventana con información de un vehículo........................................ 81 Figura A.20 – Ventana de descargar mapas........................................................... 82 Figura A.21 – Definición área a descargar con 2 puntos........................................ 83 Figura A.22 – Ventana de descarga en progreso.................................................... 84 Figura A.23 – Ventana para abrir un mapa ............................................................ 85 Figura A.24 – Ventana para iniciar una nueva simulación existiendo una ya........ 86 Figura A.25 – Ventana abrir mapa con filtro geográfico remarcado...................... 87 Figura A.26 – Ventana pregunta para guardar el filtro .......................................... 87 Figura A.27 – Ventana para introducir el nombre del filtro................................... 88 Figura A.28 – Ventana para abrir un filtro geográfico para un mapa .................... 88 Figura A.29 – Ventana para dibujar un filtro geográfico....................................... 89 Figura A.30 – Ventana para importar trazas .......................................................... 96 Figura A.31 – Ventanas de aviso sobre los límites de las trazas............................ 96 Figura A.32 – Ventana para importar trazas con filtros remarcados.................... 105 Figura A.33 – Ventana pregunta para guardar filtro ............................................ 106 Figura A.34 – Ventana introducir nombre del filtro............................................. 106 Figura A.35 – Ventana con los filtros disponibles de las trazas........................... 106 Figura A.36 – Ventana para dibujar filtro geográfico.......................................... 108 Figura A.37 – Ventana para añadir las “antenas”................................................. 109 Anexo B Figura B.1 – Explicación del área de monitorización .......................................... 118 Anexo C Figura C.1 – Diagrama de navegación del simulador .......................................... 147 Anexo D Figura D.1 – Clases del módulo Agent................................................................. 152 Figura D.2 – Clases del módulo Antenna............................................................. 153 Figura D.3 – Clase del módulo Area.................................................................... 154 Figura D.4 – Clases del módulo Device............................................................... 155 Figura D.5 – Clases del módulo File.................................................................... 157 Figura D.6 – Clase del módulo Global................................................................. 158 Figura D.7 – Clases del módulo Graph................................................................ 160 Figura D.8 – Clases del módulo Graphics ........................................................... 167 Figura D.9 – Clases del módulo Mobility............................................................. 170 Figura D.10 – Clases del módulo Track............................................................... 173 Figura D.11 – Clases del módulo Vehicle............................................................ 175 Figura D.12 – Clase principal Simulator.............................................................. 176 Figura D.13 – Árbol de directorios....................................................................... 177 Figura D.14 – Árbol de directorios para las imágenes de los mapas.................... 178 Figura D.15 – Diagrama de clases esquemático................................................... 178 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 16 forma que es posible usar estos nodos de soporte además de los demás vehículos para conseguir el objetivo. • Integrar el sistema desarrollado en el anterior simulador desarrollado por el grupo SID. 1.3. Tecnologías utilizadas Para el desarrollo de este proyecto se han utilizado las siguientes tecnologías: • El proyecto está desarrollado en Java [54, 55]. • La plataforma usada para el desarrollo del proyecto ha sido Eclipse [58, 59]. • Para varios ficheros de configuración e información se ha utilizado XML [57]. • Para obtener la situación geográfica de cualquier lugar para posteriormente proceder a la descarga de dicho mapa se ha utilizado una herramienta que suministra la siguiente página web [14]. • Se usa el JDK 6 update 11 [56] para realizar las pruebas necesarias del simulador en Linux, y el JDK 6 update 18 para realizar las pruebas en Windows a través de los scripts. • Se han usado varios formatos de trazas GPS reales (plt, txt, log). 1.4. Fases del proyecto Las fases seguidas a lo largo del proyecto han sido las siguientes: • Búsqueda de información: investigar sobre las redes ad hoc, diferentes usos [1, 2, 3], monitorización de áreas [1], protocolos de diseminación de información [5] y simuladores existentes [11]. • Familiarización con el proyecto existente: debido a la existencia de un prototipo previo sobre el que había que añadir nuevas funcionalidades, fue necesaria una etapa de estudio y análisis del mismo. • Análisis de requisitos: a partir de la información buscada y de diversas reuniones con el tutor se establecieron los puntos sobre los que trabajar en el proyecto. • Diseño de la aplicación: se realizaron diversos diagramas para estructurar mejor el proceso de implementación. • Implementación del simulador: se implementaron las funcionalidades del sistema. • Pruebas: se realizaron pruebas unitarias, de integración y globales de las funcionalidades del simulador y se corrigieron los errores detectados. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 17 1.5. Estructura de la memoria En esta última sección se comenta la estructura de este documento. Principalmente, está formado por la memoria y los anexos. La memoria está constituida por los siguientes capítulos: • Capítulo 1: Introducción. En este capítulo se introduce la memoria. • Capítulo 2: Planificación del proyecto. En este capítulo se explican las fases que se siguieron a lo largo del desarrollo de este PFC. • Capítulo 3: Contexto tecnológico. En este capítulo se comentan los diferentes aspectos tecnológicos considerados en el desarrollo de la aplicación. • Capítulo 4: Planteamiento y desarrollo del sistema. En este capítulo se comentan el análisis de requisitos y las diversas funcionalidades implementadas. • Capítulo 5: Pruebas y problemas encontrados. En este capítulo se habla sobre las pruebas a las que fue sometida la aplicación y diversos problemas que surgieron en su implementación y cómo se solucionaron. • Capítulo 6: Conclusiones. En este capítulo se comentan las conclusiones obtenidas una vez finalizado el proyecto y posibles futuras ampliaciones que se podrían desarrollar. La parte dedicada a los anexos se divide en: • Anexo A: Manual de usuario de la aplicación desarrollada. • Anexo B: Formato de los ficheros. Se explican los formatos de los diversos ficheros utilizados en la aplicación. • Anexo C: Análisis del sistema. Se detallan los requisitos y los casos de uso del mismo. • Anexo D: Diseño e implementación del sistema. Se explica la estructura modular del sistema y las clases que forman la aplicación. • Anexo E: Material relacionado. Se explican algunos temas relacionados con este proyecto. • Anexo F: Estrategias de movilidad. Se explica de forma detallada cada estrategia de movilidad implementada en este PFC. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 18 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 19 2. PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO La realización del proyecto está dividida en varias fases que se muestran en el siguiente diagrama de Gantt (Figura 2). Los días que aparecen indicados en cada fase muestran los días dedicados a la realización del proyecto. El proyecto se realizó durante la segunda mitad del curso académico 2009/2010 y el principio del 2010/2011. La realización del proyecto fue compartida con varias asignaturas que se cursaron en la segunda mitad del curso 2009/2010, por lo que la finalización del mismo se demoró en el tiempo. Figura 2 – Fases del proyecto 2.1. Listado de tareas A continuación se explican las fases seguidas para el desarrollo del proyecto: • Comienzo del proyecto: primera fase en la realización del proyecto, en la que tras una reunión con el tutor se trataron posibles funcionalidades a añadir para el prototipo ya existente. Además, el tutor proporcionó material necesario para las siguientes fases, es decir, código fuente del prototipo desarrollado por el SID y diversos documentos acerca de las VANETs. • Búsqueda de información (40 horas): esta fase consistió tanto en la lectura del material proporcionado por el profesor como en la búsqueda de nueva información. Esta fase fue un periodo de aprendizaje sobre lo referente a las VANETs. Se obtuvo información acerca de otros proyectos basados en VANETs, como por ejemplo el proyecto VESPA [15], protocolos de diseminación de información, como por ejemplo el basado en EP (Encounter Probability) [5] y simuladores existentes de VANETs [11, 15, 16, 17]. • Familiarización del prototipo existente (18 horas): comprensión del código fuente del prototipo existente desarrollado por el SID ya que había que desarrollar nuevas funcionalidades para dicho prototipo. Además de esto, se obtuvo información acerca de apartados relacionados Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 20 con el prototipo: agentes móviles y protocolo de comunicación de los agentes móviles del prototipo [1]. • Análisis de requisitos (26 horas): a partir de las reuniones con el tutor y los conocimientos adquiridos en las fases previas se fueron concretando las funcionalidades que se querían integrar en el prototipo. • Diseño e implementación (256 horas): se realizaron diversos diagramas para orientar la fase de implementación. Para afrontar la implementación de la interfaz de forma eficiente se realizaron bocetos de las ventanas y árboles de navegación. Tras el proceso de diseño se comenzó la fase de implementación. Algunos bocetos de las ventanas tuvieron que ser modificados debido a la introducción de nuevos elementos en las ventanas en la fase de implementación. • Pruebas del simulador (32 horas): se realizaron pruebas unitarias de cada elemento implementado, pruebas de integración para comprobar que la nueva funcionalidad implementada funcionaba correctamente con el conjunto de la aplicación y pruebas de sistema para comprobar el buen funcionamiento de todo el simulador. Las pruebas se realizaron en un sistema operativo Windows XP Service pack 3 desde el propio entorno de programación Eclipse [18] y a través de scripts de “compilación” y ejecución y el JDK 1.6.0_18 [19], y en una distribución Debian del sistema operativo GNU/Linux (debian-live-503-i386-gnome-desktop) [20, 21]. • Realización de la memoria (104 horas): por último se realizó esta documentación. • Reuniones con el tutor (7 horas): las reuniones se produjeron a lo largo de toda la duración del PFC, es decir, no componen una fase en concreto por sí solas. Total de horas invertidas: 483 horas 2.2. Control de tiempos Como se puede observar, se realizó un control de tiempos de todas las horas dedicadas a cada actividad del PFC. El PFC se realizó en un total de 483 horas. A continuación, se muestra un diagrama de tiempos (Figura 3) en el que se pueden ver tanto las horas dedicadas a cada fase como el porcentaje que constituye cada fase sobre el total de las horas invertidas. • Comienzo del proyecto • Búsqueda de información: 40 h • Familiarización con el proyecto existente: 18 h • Análisis de requisitos: 26 h Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 21 • Diseño e implementación: 256 h • Pruebas de la aplicación: 32 h • Realización de la memoria: 104 h • Reuniones: 7 h Pruebas 7% Reuniones 1% Documentación 22% Diseño e implementación 57% Búsqueda de información y análisis del problema 8% Análisis de requisitos 5% Figura 3 – Diagrama de tiempos Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 22 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 23 3. CONTEXTO TECNOLÓGICO Las tecnologías empleadas para el desarrollo del proyecto fueron varias, ya que las funcionalidades que se han implementado abarcan diversos campos: descarga de mapas, trazas GPS reales, redes de vehículos. Además de hablar sobre las tecnologías usadas se realizará una pequeña comparativa con otros simuladores de VANETs existentes. 3.1. Java y Eclipse El lenguaje de programación utilizado para el desarrollo de este proyecto ha sido Java [54, 55]. La razón por la que se ha usado este lenguaje de programación es que el prototipo existente estaba implementado en Java ya que se buscaba una aplicación que fuera multiplataforma. Para realizar la programación del simulador se ha usado el entorno de programación Eclipse [58, 29] por las ventajas que ofrece en la programación y depuración del código frente a un editor de texto convencional. 3.2. Redes de vehículos Una red de vehículos ad hoc o VANET (Vehicular Ad hoc Network) [22] es una forma de red ad hoc móvil para permitir comunicaciones entre vehículos cercanos. Uno de los principales objetivos de una VANET es proveer de información a los conductores de los vehículos para que la conducción sea más segura y cómoda. Además de este uso de las VANETs se puede utilizar con otros fines, como por ejemplo la monitorización de áreas geográficas. En una VANET cada vehículo está equipado con un dispositivo, lo que le convierte en un nodo de la red ad hoc, y con este dispositivo puede recibir y transmitir información a otros vehículos de la red si se encuentran lo suficientemente cerca (ver Figura 4). Figura 4 – Ejemplo de comunicación multi-salto en una red ad-hoc “Extraído de [23]” Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 24 3.3. OpenStreetMap Ante la necesidad de incorporar una herramienta para la descarga de mapas, se buscó información y se encontró un PFC anterior que solucionaba dicho problema [24] con los mapas de OpenStreetMap [26]. Se dedica una sección a este tipo de mapas y no a los otros tipos (MicrosoftMaps y GoogleMaps) porque OpenStreetMaps provee tanto el mapa (imágenes) como la información geográfica de los mismos. OpenStreetMap (también conocido como OSM) es un proyecto colaborativo para crear mapas libres y editables. Los mapas se crean utilizando información geográfica capturada con dispositivos GPS móviles, ortofotografías y otras fuentes libres. Esta cartografía, tanto las imágenes creadas como los datos vectoriales almacenados en su base de datos, se distribuye bajo licencia Creative Commons Attribution-Sahre Alike 2.0. En enero de 2010 el proyecto superaba los 200.000 usuarios registrados, de los cuales cerca de 11.000 realizan alguna edición en la base de datos cada mes. El número de usuarios suele doblarse cada cinco meses. Los usuarios registrados pueden subir sus trazas desde el GPS, crear y corregir datos vectoriales mediante herramientas de edición creadas por la comunidad OpenStreetMap. Cada día se añaden 25.000 km nuevos de carreteras y caminos con un total de casi 34.000.000 km de vías, eso sin añadir otros tipos de datos (puntos de interés, edificaciones, etc.). El tamaño total de la base de datos (llamada planet.osm) se sitúa por encima de los 160 GB (6,1 GB con compresión bzip2), incrementándose diariamente en unos 10 MB de datos comprimidos [25]. En la Figura 5 se muestra la imagen de la ciudad de Zaragoza de OpenStreetMap. Figura 5 – Imagen de OpenStreetMap de la ciudad de Zaragoza OpenStreetMap utiliza una estructura de datos topológica. Los datos se almacenan en el datum WGS84 lat/lon (EPSG:4326) de proyección de Mercator. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 25 Los elementos básicos de la cartografía OSM son los nodos (nodes), las vías (ways), las relaciones (realations) y las etiquetas (tags). Se puede exportar el mapa del área geográfica que se indique en un fichero en formato XML. Los elementos más importantes del fichero XML son: • Los nodos (nodes). Son puntos que recogen una posición geográfica dada. Los atributos más importantes del nodo son el identificador del nodo y sus coordenadas geográficas (latitud y longitud). • Las vías (ways). Son una lista ordenada de nodos que representa una polilínea o polígono. Sus atributos más importantes son el identificador de la vía y los identificadores de los nodos que componen dicha vía. Para más información sobre cómo abrir y descargar un mapa, consultar el Anexo A “Manual de usuario”. Para más información acerca de la descarga de los mapas consúltese el Anexo C.2.1 “Descarga de Mapas” y “Anexo E” de [24]. 3.4. Trazas GPS Una traza GPS es una sucesión de puntos registrados por un dispositivo el cual indica diversa información sobre cada punto registrado: coordenadas geográficas, fecha, hora, etc. En la actualidad existen varios formatos de trazas GPS: gpx, log, txt, plt, kml, etc. Los formatos que se han tratado en este PFC han sido: log, plt y txt. Los ficheros de trazas GPS utilizados se han extraído del proyecto GeoLife [27] de Microsoft, ya que en dicho proyecto existe la capacidad de descargarse trazas GPS reales [28] obtenidas por un grupo de 165 personas. El proyecto GeoLife de Microsoft es una red social basada en la localización, y es un servicio de Microsoft Virtual Earth [29]. Virtual Earth es una extensión para Internet Explorer que permite visualizar las principales ciudades de los Estados Unidos en 3D. Una de las funcionalidades que tiene GeoLife es GeoLife GPS Trajectories con la que se pueden compartir trazas GPS. GeoLife GPS Trajectories tiene una base de datos de trazas GPS reales recolectadas por Microsoft Research Asia. Durante 2 años (desde abril del 2007 <node id="30438349" lat="41.6579256" lon="-0.9085487" user="jynus" uid="7406" visible="true" version="5" changeset="1296522" timestamp="2009-05- 23T17:24:47Z"/> <way id="23133938" user="Jesus Gomez" uid="6389" visible="true" version="4" changeset="622994" timestamp="2008-09-13T20:30:29Z"> <nd ref="30438473"/> <nd ref="296483955"/> <nd ref="296483948"/> <tag k="created_by" v="JOSM"/> <tag k="highway" v="secondary"/> <tag k="name" v="Avenida de Madrid"/> </way> Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 32 * : El precio del simulador depende del uso que se le dé. Si se usa para la enseñanza o para realizar evaluaciones, el coste del producto es cero. Mientras que si se usa para fines comerciales entonces es un producto de pago. **: No es un simulador de red, pero a diferencia de los simuladores de tráfico de vehículos, éste permite realizar simulaciones en las que los vehículos se comunican entre sí. Conclusiones de la comparativa Como se puede ver en la tabla comparativa Tabla 1, los simuladores de red carecen de herramientas que proporcionen estrategias de movilidad a sus elementos, no permiten modificar la velocidad de sus elementos ni permiten descargar mapas. Por otro lado, los simuladores de tráfico carecen de herramientas que permitan añadir elementos de soporte para las comunicaciones entre vehículos. Todas estas diferencias se deben a que los simuladores de red están diseñados para realizar simulaciones de redes con diversos protocolos y configuraciones, y los simuladores de tráfico están diseñados para escenarios en los que lo importante es el comportamiento de los vehículos. Por otro lado, se puede encontrar el simulador híbrido NCTUns que permite realizar simulaciones de tráfico en las que los vehículos se comunican entre sí (simulador de red). Éste sería el simulador más parecido al desarrollado en este PFC. Alguna de las ventajas que tiene el simulador desarrollado en este PFC frente a NCTUns es que es multiplataforma mientras que NCTUns sólo funciona sobre Linux; que es gratuito y que permite realizar simulaciones de monitorización de áreas geográficas, mientras que NCTUns no lo permite. La principal ventaja que tiene NCTUns es que sus vehículos pueden seguir estrategias de movilidad que les proporcionan a los vehículos un comportamiento algo más real ya que pueden realizar cambios de carril. De todas formas, el simulador desarrollado en este PFC, debido a su diseño extensible, permite la incorporación de nuevas estrategias de movilidad de una forma rápida y sencilla. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 33 4. PLANTEAMIENTO Y DESARROLLO DEL SISTEMA Una vez realizada la búsqueda de información y la familiarización con el prototipo, se procedió al análisis de requisitos. A continuación, se van a comentar los aspectos más importantes que se han planteado en el análisis de requisitos y el desarrollo del sistema. 4.1. Análisis de requisitos Tras diversas reuniones con el tutor se fueron tratando los diversos puntos que se consideraban interesantes para incluir como funcionalidades del prototipo. El primer requisito que se consideró importante para añadir fue el referente a las estrategias de movilidad para los vehículos. El prototipo contaba con dos políticas de movilidad: “straight adjacent node” y “random walk”. Estas estrategias de movilidad no eran suficientes ya que el comportamiento de los vehículos no parecía muy real y lo que se buscaba era un comportamiento lo más fidedigno posible a la realidad para que los resultados de las simulaciones fueran también más reales. Por lo tanto, se buscó información acerca de políticas de movilidad existentes y como resultado de esta búsqueda se consideraron las siguientes políticas de movilidad. La primera política de movilidad que se estudió e implementó fue la basada en rutas que utiliza el algoritmo de Dijkstra para calcular el camino desde un punto origen hasta un punto destino. De la implementación de esta estrategia de movilidad surgió otra similar que usa una heurística para alcanzar un punto destino obtenido al inicio de la “ruta”. La principal diferencia con la primera es que ésta no usa el algoritmo de Dijkstra para obtener inicialmente una ruta que sigue hasta alcanzar su punto destino final, sino que cada vez que se mueve a un punto nuevo, calcula con la heurística la siguiente posición para alcanzar el punto destino final. Otras estrategias de movilidad que se estudiaron e implementaron fueron Gauss-Markov y Manhattan. El siguiente requisito que se consideró importante fue incluir una herramienta que permitiera el almacenamiento y carga de parámetros de configuración para la simulación. Debido a que cada vez que se quería realizar una simulación con parámetros diferentes a la anterior había que realizar los cambios sobre el propio código fuente, se consideró que era necesario solucionar este problema. El siguiente aspecto a considerar fue la interfaz. Inicialmente se contaba con una interfaz muy limitada que no permitía muchas opciones, como se puede ver en la Figura 1. Por lo tanto, se creyó que era necesario dotar al prototipo de una interfaz más amplia que le permitiera controlar las simulaciones de la forma más simple posible. Para ello se realizaron bocetos para las distintas ventanas y pequeños árboles de navegación que facilitarían la posterior implementación. Otro punto importante que se trató para añadir fue el dotar al prototipo de una herramienta capaz de añadir mapas. Para ello había que descargar los mapas (fichero con información de las carreteras e imágenes del mapa) y dar la posibilidad al usuario de que pudiera elegir el mapa que quisiese para realizar Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 34 simulaciones sobre él. Más tarde se vio la necesidad de añadir la opción de realizar filtros geográficos a los mapas para centrar las simulaciones sobre un área determinada del mapa. Debido a que el simulador era cerrado al exterior, es decir, no podía admitir datos obtenidos desde otras fuentes, se consideró añadir una herramienta que solucionara este problema. Para ello se pensó permitir importar trazas GPS reales de diversos formatos. De esta forma los vehículos realizarían movimientos 100% reales, por lo que se podría considerar como una política de movilidad muy realista, y además el simulador sería capaz de incluir datos obtenidos desde el exterior y usarlos para sus simulaciones. Más tarde se consideró importante poder filtrar estas trazas GPS para centrarse en las que interesaran en cada momento. Los filtros que se consideraron importantes fueron los temporales, geográficos y de velocidad. El último aspecto que se trató fue el dar la posibilidad de incluir nodos de soporte para las comunicaciones entre los vehículos. Con estos nodos de soporte, los vehículos además de poder realizar comunicaciones vehículo-vehículo podrán realizar comunicaciones vehículo-nodo de soporte. A continuación, se muestra un pequeño resumen de los requisitos que se han comentado (para ver con detalle el análisis de requisitos y los casos de uso, consúltese el Anexo C “Análisis del sistema”): • Dotar al prototipo de nuevas estrategias de movilidad. • Añadir una herramienta que permita la carga y guardado de los parámetros de configuración y permita la configuración de las simulaciones de una forma rápida. • Implementar una interfaz de usuario amigable que permita al usuario controlar el simulador de forma rápida y fácil. • Añadir una herramienta para descargar mapas y posteriormente usarlos en las simulaciones. Añadir la opción de realizar filtros geográficos a los mapas • Implementar una herramienta para importar trazas GPS reales para que posteriormente los vehículos reproduzcan esos movimientos. Añadir la posibilidad de realizar filtros temporales, espaciales y de velocidad. • Permitir añadir nodos de soporte en la comunicaciones de los vehículos En las primeras reuniones se trataron bastantes de los requisitos comentados de una forma más general y según se iba avanzando en el proyecto las reuniones se centraban más sobre determinados requisitos o se iban añadiendo otros requisitos que surgían debido a la necesidad encontrada. Por ejemplo, el realizar filtros geográficos sobre la carga de un mapa surgió una vez que se importaron las trazas GPS reales y se descargó un mapa para visualizar las trazas GPS sobre el mapa. Esta necesidad surgió porque el mapa que abarcaba todas las trazas GPS que se importaban era excesivamente grande y era necesario centrarse en una determinada zona. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 35 4.2. Diseño e implementación del sistema Una vez establecidos los requisitos se comenzó con el diseño y la implementación de cada uno ellos. El simulador está diseñado para favorecer la extensibilidad y modularidad. Diversos paquetes conforman el simulador, y cada uno de ellos contiene unas clases según su funcionalidad. Por ejemplo, existe un paquete que gestiona todo lo referente a los gráficos, otro lo referente a las estrategias de movilidad, etc. De esta forma es más fácil el mantenimiento del código. Por otro lado, para favorecer la extensibilidad se han implementado algunas clases abstractas e interfaces que permiten la incorporación de nuevas funcionalidades de una forma más rápida y sencilla. Por ejemplo, si se quiere añadir una nueva estrategia de movilidad para los vehículos, se dispone de una clase abstracta llamada Mobility que cuenta con los métodos y atributos necesarios para todas las estrategias de movilidad, y de esta forma es más sencillo añadir nuevas políticas de movilidad. Existe también una clase abstracta para las clases encargadas de leer los formatos de ficheros de trazas GPS (TrackReader), por lo que se si se quiere incorporar un nuevo formato de fichero de trazas GPS, tan sólo habría que implementar la clase encargada de la lectura del fichero de nuevo formato. Además, existe una clase interfaz y una clase abstracta para facilitar la incorporación de nuevos experimentos a realizar en el simulador (IAgent, Agent). Para más información acerca del diseño modular y extensible consúltese el Anexo D “Diseño e implementación del sistema”. A continuación, se describe la estructura general de la aplicación (ver Figura 12). Figura 12 – Esquema general de la aplicación Simulato r Area Agent Device Antenna File Global Graph Graphics Mobility Track Vehicle Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 36 4.2.1. Estrategias de movilidad Las estrategias de movilidad implementadas en este PFC (basadas en rutas, basada en Manhattan y basada en Gauss-Markov) y las ya existentes se organizaron de forma que se facilitara la extensibilidad. Todas las clases referentes a las políticas de movilidad se encuentran en el paquete Mobility. Para más información sobre las estrategias de movilidad implementadas, consúltese el Anexo F “Estrategias de movilidad”. En la Figura 13 se muestra un esquema sobre la organización de las clases del paquete Mobility. Figura 13 – Diagrama de clases esquemático del paquete Mobility Mobility Mob_GaussMarkov Mob_Manhattan Mob_heuristicAndDestination Mob_randomAdjacentNo de Mob_routes Mob_straightAdjacentNode Mob_track Route Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 37 4.2.2. Sistema de carga y almacenamiento de parámetros Debido a que en el prototipo anterior, cada vez que se quería modificar un parámetro de simulación había que modificar el código fuente del mismo, se decidió desarrollar una herramienta que facilitara este escollo. La herramienta permite guardar de forma automática los parámetros de configuración de la simulación y su posterior uso en las siguientes simulaciones. Esto se lleva a cabo a través de un fichero XML que contiene todos los parámetros de simulación. El fichero de configuración se llama “config.xml” y tiene el siguiente aspecto: Con esta herramienta, si se quiere configurar cualquier parámetro, como por ejemplo, el número máximo de iteraciones por simulación, sólo se tiene que configurar ese elemento (maxSimIter) en el fichero de configuración y al iniciar el simulador los cambios se harán efectivos. Para más información sobre el formato del fichero de configuración consúltese el Anexo B.1 “Fichero de configuración”. 4.2.3. Herramienta de descarga de mapas Cuando se habla de la descarga de un mapa, realmente se descargan dos elementos, un fichero XML y las imágenes del mapa o “tiles”. El fichero XML se descarga siempre de OpenStreetMap. Mientras que las imágenes del mapa se descargan de diversos servidores, como pueden ser: OpenStreetMap, GoogleMaps, MicrosoftMaps y YahooMaps. El fichero XML contiene información acerca de las vías (calles y carreteras) de la zona seleccionada. Toda esta información se usa para componer el grafo de nodos con el que trabajan las políticas de movilidad. Este grafo se usa para representar las carreteras en el simulador. Sobre las imágenes descargadas hay que decir que todas ellas, como si fueran baldosas, forman el mapa. Para entender este concepto mejor, a continuación, se va a explicar un poco más en profundidad. Un mapa online, GoogleMaps está compuesto por imágenes de 256 x 256 píxeles llamadas tiles. Estas imágenes son las que se <?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?> <config> <numberOfVehicles>15</numberOfVehicles> <mobilityStrategy>Route</mobilityStrategy> … <MobileCommunicationRange>100.0</MobileCommunicationRange> <antennasEnabled>no</antennasEnabled> </config> Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 38 descargarán junto con el fichero XML y juntas conformarán el mapa. Por lo tanto, no hace falta descargar todas las tiles del mapamundi sino aquellas que tengan que ver con el área que hemos seleccionado. Los mapas se clasifican según su zoom. GoogleMaps tiene 18 niveles de zoom y por lo tanto habrá 18 mapas con sus tiles correspondientes que los conforman. Cada imagen de un mapa se compone de un número determinado de tiles de 256 x 256 píxeles, las cuales forman una matriz de tiles. Cada tile de esta matriz se identifica con un número de fila y columna. Y además hace falta indicar el nivel de zoom para identificar el mapa concreto. Por ejemplo, una tile designada con (4,5,6) indicaría la tile que ocupa la fila 4 y columna 5 de la matriz y pertenece al mapa de zoom 6. El número de filas y columnas que conforman la matriz de cada mapa viene determinado por el nivel de zoom y es concretamente 2 nivel de zoom . Por lo tanto, el nivel de zoom 4 tendrá 2 4 = 16 filas y 16 columnas. Véase la Figura 14 para entender mejor este concepto. Figura 14 – Mapa dividido en trozos con diferentes niveles de zoom “Extraído de [24]” Una vez que se conoce cómo se designa cada tile ya es posible proceder a la descarga de un mapa de una zona determinada. Para descargar una zona determinada hace falta indicar los límites de dicha zona. Los límites se indicarán con dos puntos: uno situado en la posición superior izquierda (punto verde de la Figura 15) y otro en la posición inferior derecha (punto rojo de la Figura 15). Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 39 Figura 15 – Definir mapa a descargar con 2 puntos A partir de las coordenadas geográficas de cada punto (latitud y longitud) y el nivel de zoom que se elige se puede extraer la tile a la que corresponde. Para conocer las coordenadas geográficas (latitud y longitud) de un determinado punto del mundo se ha usado la herramienta web [14]. Una vez que se tienen las tiles que limitan el área geográfica del mapa que se quiere descargar, la herramienta de descarga de mapas calculará el resto de tiles que es necesario descargar para componer la matriz que conforma el mapa. Todas estas tiles se almacenarán en el disco duro según se explica en el Anexo D.3. “Estructura del almacenamiento de las tiles”. Habíamos dicho que un mapa estaba formado por dos elementos: un fichero en formato XML y las imágenes. Así que sólo falta descargar el fichero XML que contiene la información de carreteras y calles. Para ello hay que hacer una petición al servidor de OpenStreetMap en el que se indican las coordenadas geográficas de los puntos anteriores que limitan el área que se desea descargar. A continuación, se obtendrá el fichero XML con toda la información de esa zona seleccionada y se podrá formar el grafo. Para más información acerca del formato de los ficheros OSM consultar el Anexo B.2. “Fichero de información OSM (OpenStreetMap)”. Filtros geográficos Cuando se descarga el fichero XML de una zona geográfica determinada no se conoce previamente la información acerca de las calles y carreteras que contendrá dicho fichero. Por lo tanto, puede darse el caso de que se descargue un fichero que contenga mucha información de una determinada zona y, por consiguiente, se demore más su lectura por parte del simulador, pese a que no se necesita tanta información de esa zona. Debido a esto, se implementó la funcionalidad de realizar filtros geográficos a los mapas ya descargados. De esta forma, si se ha Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 40 descargado un mapa con excesiva información (muchos nodos), no es necesario volver a descargar el fichero XML y las imágenes que lo componen de un área geográfica más pequeña, sino que se puede aplicar un filtro geográfico que limite el área a analizar por el simulador. Se puede guardar un filtro geográfico, se puede cargar otro filtro usado previamente y se puede determinar escribiendo la latitud y longitud de los límites o incluso indicando los límites de forma gráfica (Ver Anexo “A.12. Aplicar un filtro geográfico a un mapa”). 4.2.4. Interfaz de usuario Cada vez que se quería realizar un mejor control de la simulación y configuración de la misma, la interfaz no lo facilitaba. Por lo tanto, se consideró oportuno mejorarla de forma que diera la posibilidad de definir escenarios de simulación y controlar la simulación de una forma fácil y rápida y que además permitiera acceder a las demás funcionalidades implementadas en este PFC (ver Figura 16). Figura 16 – Ventanas del simulador La interfaz permite realizar las siguientes acciones: • Controlar la simulación a partir de una barra que contiene diversos botones de control: parar la simulación actual, iniciar una simulación, pausar la simulación, simular de forma rápida, abrir una ventana en la que se pueden modificar parámetros de la simulación, mostrar las imágenes del mapa de la simulación (tiles), acercar el zoom, alejar el zoom, centrar la vista en el mapa y seleccionar si se quiere dibujar un área de monitorización o desplazarse por el mapa (como permiten otros mapas como GoogleMaps). Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 41 • Cambiar la zona de visualización del mapa a través de una barra de desplazamiento o través del cursor. • Visualizar información (nombre del vehículo, distancia recorrida por el mismo, velocidad actual, número de agentes que han pasado por el vehículo, estrategia de movilidad, nombre del dispositivo del vehículo y número actual de agentes que tiene) sobre un vehículo determinado haciendo doble clic sobre el vehículo en cuestión. • Elegir la información que se desea ver cuando se realice el doble clic sobre un vehículo. • Modificar los siguientes parámetros de simulación: estrategia de salto de los agentes móviles, velocidad de los vehículos en km/h, estrategia de movilidad de los vehículos, mínima y máxima distancia a la que se tiene que encontrar el punto destino en una estrategia basada en rutas, número de vehículos, cobertura de los dispositivos de los vehículos, mostrar las rutas que siguen los vehículos o no, mostrar información acerca de los nodos o no, incluir nodos de soporte en la comunicaciones al realizar la simulación, cobertura de los dispositivos que se encuentran en los nodos de soporte y en los que se encuentran asociados a un nodo. • A través de una barra de menú, además de controlar la simulación se permite acceder a diversas herramientas, como por ejemplo la descarga de mapas o la importación de trazas GPS reales. • Mostrar información acerca del simulador y de la simulación. Para obtener más información de la interfaz, consultar Anexo A. “Manual de usuario”. 4.2.5. Herramienta para importar trazas GPS Una traza está compuesta por una sucesión de puntos en la que cada punto contiene diversa información. La información que nos interesa es: la localización geográfica de ese punto, que viene indicada con sus coordenadas geográficas (latitud, longitud y altitud), la fecha y hora en la que fue registrada esa posición y la velocidad a la que se movía el objeto que registró la posición. Según el formato del fichero de trazas puede que no aparezca la velocidad, y por tanto habría que calcularla a partir de la fecha y hora de dos puntos consecutivos. Con esta herramienta se importa el fichero o ficheros de trazas que el usuario elige y se le asigna a cada vehículo una de las trazas. De esta forma cada vehículo se mueve independientemente (posiciones y velocidades). Existen diversas restricciones a la hora de importar las trazas. Pueden suceder los siguientes casos: Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 48 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 49 5. PRUEBAS Y PROBLEMAS ENCONTRADOS En esta sección se van a tratar las pruebas realizadas y los problemas que se encontraron. 5.1. Pruebas realizadas Las pruebas a las que fue sometido el simulador fueron las siguientes: • Pruebas unitarias: estas pruebas se realizaron para comprobar el buen funcionamiento de las clases y las funcionalidades implementadas de forma individual. • Pruebas de integración: se realizaron pruebas para ver la comunicación entre las clases. Por ejemplo, la clase encargada de leer el fichero de configuración debe cargar los parámetros que lee para que la simulación se lleve a cabo con esos parámetros de simulación. • Pruebas de sistema: este tipo de pruebas se realizaron una vez que se finalizó la implementación del simulador y se probó todo el simulador en general, haciendo especial hincapié en que el simulador tuviera un correcto funcionamiento en sistemas operativos Linux y Windows. • Pruebas de aceptación: cada vez que se finalizaba la implementación de una funcionalidad, se enviaba el simulador al tutor del PFC y éste se lo enviaba también al desarrollador del prototipo anterior (Óscar Urra Cuairán) para que comprobaran el correcto funcionamiento y otros aspectos del simulador. Una vez finalizado el proyecto, también se realizó este proceso de pruebas para realizar la aceptación final. Las pruebas se realizaron en un sistema operativo Windows XP Service pack 3 desde el propio entorno de programación Eclipse [58, 59] y a través de scripts de “compilación” y ejecución y el JDK 1.6.0_18 [19] y en una distribución Debian del sistema operativo GNU/Linux (debian-live-503-i386- gnome-desktop) [20, 21]. 5.2. Problemas encontrados Los problemas encontrados a lo largo de la fase de desarrollo y de la fase de pruebas que cabe destacar, son los siguientes: • Problema en el cálculo de rutas debido a su ineficiencia. Debido a que puede haber una gran cantidad de vehículos queriendo crear su ruta, en el modo gráfico se veía que la simulación no era todo lo fluida que se quería. Para solucionar este problema se aplicaron las técnicas de “heurística”, “árbol” y “priority queue”. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 50 • Cuando se paraba una simulación y se iniciaba otra sin cerrar el simulador, y esta operación se realizaba varias veces, el simulador se ralentizaba mucho debido a que no todos los threads acababan su ejecución. Para solucionar esto se tuvo que hacer una sincronización de forma que cuando se paraba la ejecución, no se dejaba iniciar otra hasta que no se hubieran matado todos los threads. • Cuando se estaba cargando un nuevo grafo y se insistía sobre el botón de “play” a veces se iniciaba otra simulación sobre el grafo que no era y daba errores. Se solucionó sincronizando los threads de forma que hasta que no se carga el grafo es imposible comenzar otra simulación. • Creación infinita de rutas. A veces cuando un vehículo intentaba crear una ruta hasta el punto destino se quedaba bloqueado en la creación de la ruta. Esto se debía a que el nodo origen y el nodo destino pertenecían a grafos diferentes. Esto se solucionó de forma que cuando en la creación de la ruta se detecta que no se puede llegar hasta el otro nodo, se vuelve a generar otro nodo destino. Si este problema sucede cuando se generan los vehículos, entonces también se genera otro nodo origen para el vehículo. • Cuando se están cargando las tiles de un mapa y el usuario mueve el mapa con el cursor (función “Move map”) a veces las tiles se descolocaban. Se solucionó sincronizando los threads, es decir, hasta que no se cargan todas las tiles no se permite mover el mapa con el cursor. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 51 6. CONCLUSIONES En este último capítulo se van a comentar los resultados obtenidos de este PFC, las posibles futuras ampliaciones de este simulador y por último una valoración personal de todo el trabajo. 6.1. Resultados obtenidos Se puede concluir que se han alcanzado todos los objetivos que se establecieron al comienzo del PFC, incluyendo el último punto que trataba sobre los nodos fijos de soporte de las comunicaciones entre los vehículos, en el que se dijo que se consideraría el interés de añadir una herramienta que permitiera añadir estos elementos en las simulaciones. Se ha desarrollado un simulador que permite seleccionar diferentes estrategias de movilidad y otras opciones de la simulación como, por ejemplo la cobertura del dispositivo integrado de un vehículo. Además, se puede descargar el mapa que se quiera y añadirlo en una simulación, importar trazas GPS y aplicarles diferentes filtros. También se pueden añadir a las simulaciones elementos fijos de soporte para las comunicaciones entre los vehículos. Y todo esto se puede controlar de una forma fácil a través de una interfaz amigable y de un sistema de ficheros de configuración. Este proyecto ha consistido en la mejora de un prototipo ya existente, desarrollado por el SID, cuya finalidad principal era la evaluación de técnicas basadas en agentes móviles. Las mejoras han consistido en añadir diversas herramientas que le proporcionaran funcionalidades que en su momento se consideraron importantes. Por lo tanto, se extendió, generalizó y mejoró. El nuevo simulador lo explotará el grupo SID en sus investigaciones para realizar simulaciones, de manera flexible y cómoda, que permitan evaluar diferentes estrategias para la gestión de datos. 6.2. Futuras ampliaciones Existen bastantes ampliaciones que se pueden añadir a este simulador, a continuación se comentan varias: • Exportación de trazas de movimiento: el simulador sería capaz de exportar las trazas de movimiento de los vehículos de una simulación a través de un fichero de texto o lo que se considerara oportuno, y de esta forma se podrían alimentar otros simuladores. • Herramienta de simulación para mapas especiales de aparcamientos: añadir algún tipo de herramienta que permitiera incluir mapas especiales de aparcamientos para realizar simulaciones sobre ellos. • Herramienta de dibujo de mapas personalizados: añadir una herramienta que permitiera dibujar un mapa o escenario que no existiera en la realidad y por tanto no se pueda descargar. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 52 • Situar elementos de forma dinámica: dar la posibilidad de situar elementos de la simulación (vehículos, antenas, etc.) haciendo clic sobre la posición en la que se quiere situar un elemento determinado. • Control de los vehículos con el teclado: dar la posibilidad de controlar el movimiento de un vehículo con el teclado. • Insertar el proyecto VESPA (Vehicular Event Sharing with a mobile P2P Architecture) [15] en este simulador: añadir una herramienta que permita añadir el “Asistente de navegación GPS con gestión de eventos P2P” [24] al simulador, de forma que se pudiera visualizar esta aplicación en un vehículo del simulador. VESPA es un sistema diseñado para compartir información en redes ad hoc de vehículos. El proyecto VESPA propone un sistema de comunicación ad hoc entre redes de vehículos, describe el intercambio de información en forma de estructuras denominadas eventos (aviso de accidentes, aviso de plazas libres de aparcamiento, etc.) y ofrece un método para estimar la relevancia que estos tienen para un vehículo receptor (Encounter Probability). • Nuevas estrategias de movilidad: añadir nuevas estrategias de movilidad basadas en la interacción con el medio, es decir, con los semáforos, límites de velocidad, cambios de carril, etc. • Capacidad de envío de eventos por parte de los vehículos: se le daría la posibilidad al simulador de que los vehículos se pudieran enviar información acerca de la existencia de aparcamientos, accidentes o lugares interesantes, información que podría llevarles a alterar sus rutas de forma dinámica. • Sincronización de trazas GPS: cuando se importen trazas GPS dar la posibilidad de sincronizar los movimientos importados de las trazas entre sí. Por ejemplo, supongamos que se importan 2 trazas GPS (una para cada vehículo). Una traza contiene puntos comprendidos entre el siguiente intervalo temporal de las 12:00 hasta las 15:00 y la otra desde las 13:00 hasta las 17:00. El simulador podría sincronizar el movimiento de los vehículos de forma que el segundo vehículo se empezaría a mover una vez que el primero llegara hasta puntos situados a partir de las 13:00. Como se puede observar existen numerosas posibles futuras ampliaciones que mejorarían el simulador de este PFC y le conferirían un mayor abanico de posibilidades en las simulaciones. 6.3. Valoración personal Primero tengo que decir que estoy contento con el trabajo realizado, ya que se han cumplido los objetivos que nos propusimos. Además, estoy contento porque cuando comencé el proyecto cada punto que había que afrontar lo veía bastante complejo, pero cuando fui avanzado en el mismo me di cuenta que poco Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 53 a poco iba solucionando los diversos problemas que surgían. Todo esto reconforta una vez que observas todo el trabajo finalizado y ves hasta donde has llegado. La realización de este proyecto ha sido muy gratificante, tanto por la inmersión en un proyecto ya existente que engloba diversas tecnologías, como por todo lo aprendido, como por haberme dado cuenta de que ante los problemas que surgen he podido salir adelante gracias a los conocimientos obtenidos a lo largo de la carrera. En el apartado técnico, he aprendido mucho. Por una parte, he continuado aprendiendo sobre el lenguaje de programación Java, con el que ya había trabajado en varias asignaturas de la carrera. Por otra, he aprendido conceptos sobre estrategias de movilidad de vehículos, sobre la descarga de mapas y su utilización, sobre distintos formatos de trazas GPS, sobre tratamiento de ficheros XML, conversión de coordenadas GPS a coordenadas de pantalla y viceversa, cálculo de rutas, agentes móviles, redes VANET y sus diversos usos, la monitorización de áreas geográficas, proyecto VESPA. En definitiva, una buena experiencia. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 54 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 55 BIBLIOGRAFÍA [1] Oscar Urra, Sergio Ilarri, Eduardo Mena and Thierry Delot.Using Hitchhiker Mobile Agents forEnvironment Monitoring. 7 TH International Conference on practical applications of agents and multi-agent systems (PAAMS 2009), Advances in Soft Computing, volume 55/2009, pp 557-566, 2009 [2] Thierry Delot, Nicolas Cenerario, Sergio Ilarri and Sylvain Lecomte. A Coperative Reservation Protocol for Parking Spaces in Vehicular Ad Hoc Networks. Mobility Conference 2009 Proceedings of the 6th International Conference on Mobile Technology, Application & Systems, ISBN: 978-1-60558-536-9 , 2009 [3] Bruno Defude, Thierry Delot, Sergio Ilarri, José-Luis Zechinelli-Martini and Nicolas Cenerario. Data aggregation in VANETs: the VESPA approach. First International Workshop on Computational Transportation Science (IWCTS'08), in conjunction with the Fifth Annual International Conference on Mobile and Ubiquitous Systems: Networks and Services (MOBIQUITOUS'08), Dublin (Ireland), ICST (Institute for Computer Sciences, Social-Informatics and Telecommunications Engineering), ISBN 978-963-9799-27-1, pp. 6, July 2008. [4] Thierry Delot, Nicolas Cenerario and Sergio Ilarri. Estimating the Relevance of Information in Inter-Vehicle Ad Hoc Networks. International Workshop on Sensor Network Technologies for Information Explosion Era (SeNTIE'08), in conjunction with the Ninth International Conference on Mobile Data Management (MDM'08), Beijing (China), IEEE Computer Society, ISBN 978-1-4244-4484-7, pp. 151-158, April 2008. [5] Nicolas Cenerario, Thierry Delot and Sergio Ilarri. Dissemination of information in inter-vehicle ad hoc networks. 2008 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV'08), Eindhoven (The Netherlands), IEEE Computer Society, ISBN 978-1-4244-2569-3, pp. 763-768, June 2008. [6] Korkmaz Gökhan., Ekici Ekici., Ozgüner Füsun. and Ozgüner Ümit. Urban multihop broadcast protocol for inter-vehicle communication systems. In Proc. of ACM VANET (2004), Proceedingsof the 1 st ACM International workshop on Vehicular ad hoc networks, ISBN 1-58113-922-5, 2004 [7] Tracy Camp, Jeff Boleng and Vanessa Davies. A survey of Mobility Models for Ad Hoc Network Research. Dept. of Math. And Computer Sciences, Colorado School of Mines, Golden, CO, Wireless Communications and Mobile Computing, volume 2, issue 5, pp. 486-502, 10 September 2002 [8] Viswanath Tolety. Load Reduction in Ad Hoc Networks Using Mobile Servers. 1999 [9] Natarajan Meghanathan. Impact of the Gauss-Markov Mobility Model on Network Connectivity, Liftime and Hop Count of Routes for Mobile Ad hoc Networks. Journal of Networks, volume 5, No 5 (2010), pp.509-516, May 2010 Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 56 [10] Fan Bai, Narayanan Sadagopan, Ahmed Helmy. A framework to systematically analyze the Impact of Mobility on Performance of Routing protocols for Ad hoc Networks.Dept. of Electr. Eng., California Univ., Los Angeles, CA, USA, INFOCOM 2003. Twenty-Second Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications. IEEE Societies, ISBN 0-7803-7752-4, volume 2, pp. 825-835, July 2003 [11] Aamir Hassan. VANET Simulation (Master’s Thesis in Electrical Engineering). School of Information Science, Computer and Electrical Engineering, Halmstad University, May 2009. [12] C. Spyrou, G. Samaras, E. Pitoura, P. Evripidou. Mobile agents for wireless computing: the convergence of wireless computational models with mobile-agent technologies. Mobile Net-works and Applications 9 (5), pp. 517-528, 2004 [13] Wikipedia: Mobile agent. http://en.wikipedia.org/wiki/Mobile_agent. Última consulta: 06/09/2010 [14] Obtener latitud y longitud de un lugar. http://itouchmap.com/latlong.html. Última consulta: 06/09/2010 [15] Proyecto VESPA. http://www.univ-valenciennes.fr/ROI/SID/tdelot/vespa/. Última consulta: 06/09/2010 [16] GrooveNet: Vehicular Network Virtualization Platform. http://www.seas.upenn.edu/~rahulm/Research/GrooveNet/. Última consulta: 06/09/2010 [17] BonnMotion; BoMoNet Suite. http://web.informatik.unibonn.de/IV/BoMoNet/BonnMotion.htm. Última consulta: 06/09/2010 [18] Eclipse. http://www.eclipse.org/downloads/. Última consulta: 06/09/2010 [19] JDK. http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/jdk6-jsp- 136632.html Última consulta: 06/09/2010 [20] Debian Live. http://www.k-nabora.com/index.php/blog/InstalaciA-n-de-Debian- Lenny-en-un-pendrive-con-persistencia.html. Última consulta: 06/09/2010 [21] Descarga Debian Live. http://cdimage.debian.org/cdimage/release/current-live/. Última consulta: 06/09/2010 [22] VANET. http://www.vanet.info/. Última consulta: 07/09/2010 [23] Francisco Javier Ubalde Carramiñana. Interfaz adaptable para un sistema de información de eventos para redes de vehículos. Proyecto de Fin de Carrera de la titulación de Ingeniería Informática, Universidad de Zaragoza, Director Sergio Ilarri, Marzo 2009. Ingeniería en Informática Proyecto Final de Carrera 57 [24] Juan Barberán Sebastián. Asistente de navegación GPS con gestión de eventos P2P. Proyecto de Fin de Carrera de la titulación de Ingeniería Informática, Universidad de Zaragoza de, Director Sergio Ilarri, Septiembre 2009. [25] Wikipedia: OpenStreetMap. http://es.wikipedia.org/wiki/OpenStreetMap. Última consulta: 07/09/2010 [26] OpenStreetMap. http://www.openstreetmap.es/. Última consulta: 07/09/2010 [27] GeoLife. http://research.microsoft.com/en-us/projects/geolife/. Última consulta: 07/09/2010 [28] GeoLife GPS tracks. http://research.microsoft.com/en-us/downloads/b16d359d- d164-469e-9fd4-daa38f2b2e13/default.aspx. Última consulta: 07/09/2010 [29] Virtual Herat. http://microsoft-virtual-earth-3d.uptodown.com/. Última consulta: 07/09/2010 [30] Yu Zheng, Quannan Li, Yukun Chen, Xing Xie. Understanding Mobility Based on GPS Data. In Proceedings of ACM conference on Ubiquitous Computing (UbiComp 2008), Seoul, Korea. ACM Press: 312–321, 2008 [31] Yu Zheng, Lizhu Zhang, Xing Xie, Wei-Ying Ma. Mining interesting locations and travel sequences from GPS trajectories. In Proceedings of International conference on World Wild Web (WWW 2009), Madrid Spain. ACM Press: 791-800, 2009 [32] Wikipedia: OTcl. http://en.wikipedia.org/wiki/OTcl. Última consulta: 09/09/2010 [33] Wireless Ad Hoc Network Simulation Partitioning Tool for NS-2 with Connection Pruning Emre Atsan{[email protected]} [34] AIMSUM. http://www.aimsun.com/site/. Última consulta: 09/09/2010 [35] CORSIM. http://mctrans.ce.ufl.edu/featured/tsis/. Última consulta: 09/09/2010 [36] Wikipedia: VISSIM. http://es.wikipedia.org/wiki/VISSIM. Última consulta: 09/09/2010 [37] Jérôme Härri, Marco Fiore, Fethi Filali and Christian Bonnet. DEMO: Simulating Realistic Mobility Patterns for Vehicular Networks with VanetMobiSim [38] QualNet Simulator Version 3.1 User’s Manual. 2000, 2001 by Scalable Network Technologies, Inc, [39] Jérôme Härri and Marco Fiore. VanetMobiSim – Vehicular Ad hoc NetWork mobility extension to the CanuMobiSim framework. 2005-2006 Institut Eurécom/Politecnico di Torino [40] Conversiones coordenadas. http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Slippy_map_tilenames. Última consulta: 20/09/2010