REMOTE
DRIVER
Nuestra propuesta es una solución de conducción remota de vehículos basada en los principios de eficacia y seguridad
OBJETIVO GENERAL
El objetivo es diseñar, desarrollar y validar un prototipo para vehículos operados a distancia que pueda soportar grandes pérdidas de datos, ofrecer baja latencia, aprovechar las capacidades de las redes 5G y que reaccione ante cambios en la calidad de conexión. Este prototipo permite la conducción remota de vehículos desde un centro de control centralizado, donde los conductores pueden acceder en tiempo real a datos de vídeo y telemetría del vehículo con fines logísticos.
INFORMACIÓN ADICIONAL
La propuesta REMOTE DRIVER es una solución de conducción remota de vehículos (aéreos o terrestres) que proporciona las soluciones tecnológicas necesarias para abordar esa actividad con eficacia y seguridad, basada en los siguientes principios:
- Se va a usar la tecnología más rápida en codificación de vídeo en tiempo real (LHE), permitiendo un uso sin retardos perceptibles. Se va a evolucionar esta codificación para responder con mayor eficacia a este escenario específico.
- Se va a utilizar la transmisión 5G de baja latencia y se va a caracterizar el perfil de las pérdidas en esta tecnología y su impacto en la codificación.
- Robustez a pérdidas: La codificación de vídeo que se va a implementar permitirá mantener una fluidez de vídeo total, con independencia de las pérdidas sufridas, capaz de soportar hasta un 50% de pérdidas con una imagen de la escena suficiente para continuar la conducción.
- Medición real-time: Además, se va a medir end-to-end la latencia en todo momento (usando el protocolo Q4S) para junto con la inercia del vehículo, poder estimar cuánta distancia recorre el vehículo en el tiempo consumido por la codificación de un fotograma, la transmisión, la decodificación, la reacción del usuario y la transmisión de su respuesta (frenar, por ejemplo). Con ello se podrá recomendar la “velocidad segura” al conductor. Además, se podrán realizar actuaciones en caliente sobre el software, sobre las rutas del vehículo, e incluso sobre la red, para adaptarse dinámicamente a las condiciones de calidad o para provisionar recursos de red a partir del conocimiento de la trayectoria del vehículo.
CONSORCIO
EMPRESAS
Optiva Media se dedica a ayudar a las empresas de televisión digital a aprovechar al máximo sus servicios.
Su equipo de más de 200 profesionales cubre todas las áreas del espacio de la televisión, desde la ingeniería hasta las operaciones, la gestión de metadatos, diseño y desarrollo de productos, la investigación y la consultoría comercial y técnica.
Los proyectos más recientes de Innovación están comprometidos con el futuro de la tecnología digital y las ciudades digitales.
Empresa líder mundial en el sector de las telecomunicaciones, abarcando proyectos pioneros de transformación de red, convergencia, IMS, triple play, IPTV, aplicaciones multimedia fijas y móviles, outsourcing de servicios de telecomunicación o comunicaciones corporativas.
Detrás de este éxito, y como base de esta innovación, están los Bell Labs, que cuentan con un equipo de más de 1.000 investigadores y científicos con presencia en 10 países.
Empresa de ingeniería, líder en innovación tecnológica y presente en todo el ciclo de vida de producto, desde su concepción hasta la postventa.
La compañía dispone de un consolidado plantel de ingenieros y técnicos orgullosos de participar en los programas industriales más innovadores de Europa.
CT Ingenieros pertenece a The CT Engineering Group, grupo de ingeniería internacional con sedes en Europa, América y Asia, proveedor de las principales compañías industriales en los sectores aeronáutico, automotriz, ferroviario, naval, de plantas industriales y de energías renovables.
Empresa especializada en proporcionar soluciones de software líderes en la industria, para gráficos 3D en tiempo real y escenarios virtuales para broadcast, producción cinematográfica y presentaciones corporativas.
Su objetivo es crear experiencias visuales muy atractivas para los espectadores, reduciendo al mismo tiempo los costes de producción y creando soluciones avanzadas rápidas, fiables y flexibles.
Entidad creada para ofrecer soluciones tecnológicas avanzadas al sector del automóvil.
Apoya a las industrias del sector en su modernización y adaptación a las nuevas tecnologías en sus productos y procesos de fabricación. Cuenta con unos recursos humanos de alto nivel y con una gran capacidad de dedicación al Cliente.
Disponen de unas modernas instalaciones dotadas de la última tecnología para ofrecer el mejor servicio al Cliente.
ORGANISMOS DE INVESTIGACIÓN
La Universidad Politécnica de Madrid (UPM) es la mayor universidad tecnológica española, con una destacada actividad investigadora y de formación de profesionales altamente cualificados.
El grupo de investigación que participa en este proyecto es el Grupo de Investigación en Redes y Virtualización (GIROS), con gran experiencia en campos como la orquestación y gestión de recursos de red en el contexto de redes 5G; las tecnologías NFV, SDN y MEC; la seguridad de las infraestructuras de red; y las Redes para el vehículo conectado (5G C-V2X e ITS-G5).
El Grupo de Comunicaciones del Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad Carlos III de Madrid aporta una elevada experiencia en el análisis, diseño y evaluación de sistemas de comunicaciones, fijos y móviles, así como en el desarrollo de técnicas de procesado de señal para mejorar sus prestaciones.
Todo esto permite ofrecer alternativas para optimizar las aplicaciones y servicios que se soportan en ellos.
TECNOLOGÍA
RETOS TECNOLÓGICOS
El objetivo de esta iniciativa es mejorar la competitividad, inclusión y productividad del transporte de mercancías y servicios de transporte. Se busca generar nuevas oportunidades de mercado, como el servicio de conductor remoto, que podría ofrecerse desde empresas relacionadas con la industria del transporte. Para lograr esto, se deben enfrentar los siguientes Retos Tecnológicos (RT)
Desarrollar una codificación de vídeo ultra-rápida basada en programación paralela en tarjetas gráficas, que reduzca el tiempo de codificación HD y sea robusta ante pérdidas de paquetes
Medir en tiempo real la calidad de la transmisión utilizando el protocolo Q4S, para ajustar el codec si es necesario y limitar la velocidad del vehículo para garantizar la seguridad.
Mediante un canal de retorno, permitir que el player de vídeo LHE del conductor remoto informe al codificador de vídeo en el vehículo sobre los datos exactos que se pierden, para mejorar la experiencia del usuario y aumentar la seguridad en la conducción.
Establecer una comunicación 5G con el vehículo para mejorar el enlace de radio y minimizar las interferencias y errores de transmisión en la experiencia de vídeo del conductor remoto, además de asegurar la fiabilidad del canal de control, para mejorar la experiencia del usuario y aumentar la seguridad en la conducción.
Incorporar un sistema de telecontrol en el vehículo que pueda ser pilotado por un software, de manera que el vehículo pueda detenerse de forma autónoma y ordenada en caso de pérdida de control remoto.
Establecer un centro de gestión de conducción remota donde se reciba el vídeo codificado en tiempo real y se encuentren los conductores. Este centro debe permitir el cambio de conductor en pleno funcionamiento del vehículo de manera suave. detenerse de forma autónoma y ordenada en caso de pérdida de control remoto.
TECNOLOGÍAS UTILIZADAS
Los objetivos técnicos específicos del proyecto tienen una correspondencia con los retos a los que se enfrenta y para los cuales se han definido tecnologías y estrategias para abordarlos.
PROYECTO
PAQUETES DE TRABAJO
PAQUETE DE TRABAJO 1 = Arquitectura global del sistema
Líder: NOKIA | Participantes: OPTIVA MEDIA, CT INGENIEROS, BRAINSTORM, CTAG.
En este paquete se incluyen las tareas de diseño arquitectural y de alto nivel de todos los componentes.
Componentes de la arquitectura
- Coder y decoders: codificador de vídeo LHE en coche y decoders LHE en centro control. Estos coders se desarrollarán con algoritmia LHE con mejoras de calidad y robustez orientadas al caso de uso.
- Q4S y actuación en red: el protocolo Q4S realiza una monitorización permanente de los parámetros de red y genera alertas que permiten ajustar la aplicación y/o los recursos de red disponibles para obtener una calidad objetivo mediante la implementación de un módulo de actuación. Éste recibirá las alertas Q4S generadas y tomará acciones en caliente.
- Vehículo adaptado: equipamiento del vehículo con software y hardware de comunicaciones, codificadores de vídeo, protocolo Q4S, telecontrol y telemetría, así como capacidades de conducción autónoma.
- Centro de control: centro donde se reciben las comunicaciones y el vídeo que el conductor remoto visualiza. Incorpora múltiples módulos software para garantizar la seguridad en la conducción (velocidad maxima, procesado de telemetría, medición de calidad etc.) así como el traspaso de vehículos entre conductores.
- Red 5G: red de comunicaciones 5G y capacidades de provisión dinámica.
Tareas:
- Arquitectura de video (NOKIA)
- Arquitectura de actuación en red (OPTIVA)
- Arquitectura del vehículo adaptado (CTAG)
- Arquitectura del centro de control (CT)
- Arquitectura de red (BRAINSTORM subcontrata 100% a UC3M)
- Arquitectura del sistema global (NOKIA)
- Arquitectura del puesto de conducción (BRAINSTORM)
- Arquitectura de actuación en red (NOKIA subcontrata 100% a UPM)
PAQUETE DE TRABAJO 2 = Desarrollo del codificador ultrarrápido LHE CUDA y decoder LHE
Líder: NOKIA | Participante: OPTIVA MEDIA
Se utilizará un codificador ultrarrápido LHE CUDA y un decodificador LHE en un centro de conducción remota con canal de retorno. El proyecto implica el diseño y desarrollo de software de codificación y decodificación con innovaciones adaptadas al caso de uso. El codificador consta de etapas como captación, análisis de relevancia perceptual, cuantización logarítmica, entrópico y streamer, mientras que el decodificador tiene etapas complementarias. El diseño incorporará capacidades reactivas para adaptarse al estado de la red. Se realizarán dos etapas: prototipo y versión final, permitiendo un diseño iterativo basado en la detección de problemas y la incorporación de soluciones adaptadas. El codificador se integrará en el vehículo, replicándose para cada cámara o mediante la composición de una imagen que las integre. El decodificador se integrará en el puesto de conducción del centro de control.
Tareas:
Diseño del coder (NOKIA)
Diseño del decoder (NOKIA)
Desarrollo del coder (NOKIA)
Desarrollo del decoder (NOKIA)
Desarrollo de nuevo TS para vídeo 3D (OPTIVA)
PAQUETE DE TRABAJO 3 = Descripción del sistema de medición Q4S y actuación en caliente
Líder: OPTIVA MEDIA
El protocolo Q4S permite medir en tiempo real la latencia, jitter, ancho de banda y pérdidas en la conexión entre el vehículo y el conductor. El protocolo monitorea constantemente los parámetros de red y genera alertas para ajustar la aplicación y los recursos de red con el fin de alcanzar una calidad objetivo.
Además de implementar el protocolo Q4S, se desarrollará un módulo de actuación que recibirá las alertas generadas por Q4S. Basándose en las medidas del protocolo y otros datos como la dirección del vehículo o la velocidad, este módulo tomará acciones en tiempo real, como ajustar el codec para evitar pérdidas o consumo excesivo de ancho de banda, enviar comandos al vehículo (frenado, aceleración, etc.), reservar dinámicamente ancho de banda en las celdas 5G a las que se dirige el vehículo, o simplemente informar sobre la velocidad de conducción segura.
La actuación en tiempo real debe determinar la curva óptima de velocidad máxima en función de la latencia, considerando tanto la distancia que el vehículo avanza durante ese tiempo como la respuesta humana, que puede ser no lineal y comportarse de manera no lineal a ciertas velocidades.
Tareas
- Diseño sistema medición y actuación en caliente (OPTIVA)
- Desarrollo pila Q4S (OPTIVA)
- Desarrollo Actuador (OPTIVA)
PAQUETE DE TRABAJO 4 = Provisión de QoS extremo a extremo en la red de soporte al servicio Remote Driver
Líder: OPTIVA MEDIA
Se realizará la provisión calidad e2e con definición de una arquitectura de soporte al servicio Remote Driver y el desarrollo de un escenario virtual para validarla con asignación dinámica de recursos.
El objetivo general del PT4 es diseñar y emular una arquitectura de red que, a través de soluciones SDN y de Network Slicing, garantice los requisitos de retardo, ancho de banda y fiabilidad que demanda el servicio de conducción remota. Estas soluciones se combinarán con el diseño de un sistema de navegación que guíe al conductor por la ruta de menor tiempo de viaje, teniendo en cuenta las restricciones de velocidad de la vía y la calidad de servicio de la red.
Tareas
- Revisión del estado del arte e identificación de problemas de investigación (OPTIVA – UPM)
- Definición de mecanismos de soporte al servicio Remote Driver (OPTIVA – UPM)
- Desarrollo de una plataforma experimental basada en escenarios virtuales (OPTIVA – UPM)
- Validación de resultados (OPTIVA – UPM)
PAQUETE DE TRABAJO 5 = Comunicaciones 5G con el vehículo: caracterización y mejora
Líder: CT INGENIEROS | Participante: NOKIA
Caracterización y mejora, investigación en esquemas de gestión de interferencias. Se incluye el desarrollo de un simulador V2N (vehicle-2-network) para simular y realizar propuestas adaptadas al caso de uso.
Como se ha explicado previamente, uno de los aspectos más críticos en un sistema de control remoto de vehículos son las comunicaciones en tiempo real y sus requisitos de muy baja latencia y altísima fiabilidad. Esto unido a la necesidad de gran ancho de banda en el canal ascendente para la transmisión de streaming de vídeo y, en el descendente, de la transmisión de comandos de control al vehículo, o a un conjunto de vehículos en la misma área, suponen un reto muy significativo para el estrato radio y la optimización del sistema.
El análisis y caracterización de tráfico permitirá evaluar cómo las pérdidas 5G afectan a la experiencia de usuario en LHE y en otros códecs.
Tareas
- Análisis de estándares, escenarios y modelos (NOKIA – UC3M)
- Investigación de nuevos esquemas de gestión de interferencias en sistemas MIMO celulares para comunicaciones vehiculares (CT INGENIEROS – UC3M)
- Desarrollo de un simulador radio V2N (Vehículo a red) basado en 5G (NOKIA – UC3M)
- Campaña de simulación y evaluación de prestaciones para diferentes escenarios (CT INGENIEROS – UC3M)
PAQUETE DE TRABAJO 6 = Diseño, desarrollo y validación del módulo de conducción
Líder: CTAG | Participantes: CT Ingenieros, BRAINSTORM
Diseño, desarrollo y validación del módulo de tele conducción (lado del vehículo), que incluye adquisición de datos, sensorización, actuadores y procesamiento a bordo, además de la incorporación del sistema de codificación del PT2. También incluye el Gateway de comunicaciones con el centro de control, por lo que tiene un nexo con el PT7, ya que ambos lados (vehículo y centro de control) deben intercambiar información bidireccional. Un sistema de control adaptativo que permita ajustar en tiempo real los parámetros de funcionamiento del vehículo.
Tareas
- Análisis de requisitos y diseño del sistema (CTAG)
- Adquisición datos vehículo (CTAG)
- Actuación controles vehículo (CTAG)
- Procesamiento a bordo de señales en tiempo real (CTAG)
- Integración y validación
- Integración y validación CTAG (CTAG)
- Integración y validación CT (CT)
- Ingeniería Ingeniería de sistemas y tratamiento de datos (CT)
- Apoyo a la investigación mediante Simulación de sistemas. Simulador virtual básico.
- Simulador virtual básico (Sistemas) (CT)
- Simulador virtual básico (Simulación, visuales y streaming) (BRAINSTORM)
- Simulador virtual básico (Vehículo) (CTAG)
- Apoyo a la investigación mediante Simulación de sistemas. Simulador virtual completo.
- Simulador virtual completo (Sistemas) (CT)
- Simulador virtual completo (Simulación, visuales y streaming) (BRAINSTORM)
- Simulador virtual completo (Vehículo) (CTAG)
PAQUETE DE TRABAJO 7 = Descripción del servicio de conducción remota en el centro de control
Líder: BRAINSTORM | Participantes: CT Ingenieros
El servicio de conducción remota en el centro de control, con capacidad de traspaso suave entre conductores de un vehículo en marcha, monitorización de la flota y planificación de rutas de los vehículos. En el centro de control se incluye el sistema de visualización que incorpora toda la telemetría y datos de conducción, así como la decodificación de vídeo. El PT incluye la creación de un simulador virtual del vehículo, para poder trabajar de forma independiente el PT6 (lado del vehículo) y PT7 (lado del centro de control).
El servicio del centro de control incluye la integración de diversos componentes entre los que se encuentran el sistema de control remoto, el módulo de actuación, el decoder de vídeo, el sistema de traspaso de vehículos entre conductores y la telemetría del vehículo.
Tareas
- Análisis de requerimientos y diseño del sistema (CT)
- Análisis de requerimientos y diseño del sistema (CT)
- Análisis de requerimientos y diseño del sistema (BRAINSTORM)
- Apoyo a la investigación mediante Simulación de sistemas. Puesto de conducción.
- Simulador básico de puesto de conducción remoto (Visualización, Interacción
y Datos) (BRAINSTORM) - Simulador básico de puesto de conducción remoto (Sistemas) (CT)
- Simulador básico de puesto de conducción remoto (Visualización, Interacción
- Aplicación de visualización remota del puesto de conducción (BRAINSTORM)
- Conectividad y procesamiento de datos LOCAL (CT)
- Central de Control
- Sistemas central de control (CT)
- Visualización central de control (Visualización, Interacción y Datos)(BRAINSTORM)
PAQUETE DE TRABAJO 8 = Integración y validación
Líder: NOKIA | Participantes: CT Ingenieros, BRAINSTORM, CTAG
En este PT se definirán distintos escenarios específicos para probar el vídeo, telecontrol, gestión de red, centro de control, etc. así como escenarios completos que involucren todas las partes.
Tareas
Definición de escenarios
Definición de escenarios de video (NOKIA)
Definición de escenarios de telecontrol-cliente (CT)
Definición de escenarios de telecontrol-servidor (CTAG)
Definición de escenarios de red (OPTIVA MEDIA – UPM)
Definición de escenarios de centro de control-gestión (CT)
Definición de escenarios de centro de control-puesto conducción (BRAINSTORM)
Definición de escenarios completos de integración (NOKIA -a UPM)
- Análisis comparativo de escenarios complementarios con conducción autónoma (CTAG)
- Pruebas de integración
- Pruebas de escenarios de video (NOKIA)
- Pruebas de escenarios de telecontrol-cliente (CT)
- Pruebas de escenarios de telecontrol-servidor (CTAG)
- Pruebas de escenarios de red (NOKIA – UC3M)
- Pruebas de escenarios de centro de control-gestión (CT)
- Pruebas de escenarios de centro de control-puesto conducción (BRAINSTORM)
- Pruebas de escenarios completos de integración (NOKIA)
PAQUETE DE TRABAJO 9 = Difusión y explotación
Líder: CT Ingenieros | Participantes: NOKIA, OPTIVA MEDIA, BRAINSTORM, CTAG
Los resultados del proyecto se difundirán ampliamente por medio de conferencias y publicaciones y una parte del software (codificación LHE) se hará público en código abierto (repositorio GitHub) para generar un efecto tractor en esta área/sector tanto a nivel de investigación como a nivel comercial. Este PT es clave para estimular la aceptación de las tecnologías por la industria, la sociedad y el mercado.
Para mayor difusión, las publicaciones se subirán a repositorios institucionales abiertos (como el Archivo Digital UPM, https://oa.upm.es/; o el e-archivo UC3M, https://e-archivo.uc3m.es/). Estos repositorios están vinculados a OpenAIRE, la infraestructura europea de acceso abierto.
Tareas
Elaboración y seguimiento del plan de difusión (CT – UC3M)
Elaboración y monitorización del plan de explotación
Plan de explotación (NOKIA)
Plan de explotación (OPTIVA)
Plan de explotación (BRAINSTORM)
Plan de explotación (CT)
Plan de explotación (CTAG)
PAQUETE DE TRABAJO 10 = Análisis regulatorio
Líder: CT Ingenieros | Participantes: CTAG
Análisis regulatorio y prospección de futuros cambios que puedan afectar al proyecto o a su mercado potencial.
Este paquete de trabajo analizará el estado de la normativa vigente, así como los cambios necesarios para poder avanzar en la aplicación de estas tecnologías.
Tareas
- Análisis regulatorio (CTAG)
- Análisis prospectivo (CT)