Redes Cognitivas Veiculares

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1 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO Redes Cognitivas Veiculares Fabrício Braga S. de Carvalho, Waslon T. A. Lopes e Marcelo S. Alencar Departamento de Engenharia Elétrica Centro de Energias Alternativas e Renováveis (CEAR) Universidade Federal da Paraíba UFPB Instituto de Estudos Avançados em Comunicações Iecom Departamento de Engenharia Elétrica Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) s: fabricio@cear.ufpb.br, waslon@dee.ufcg.edu.br, malencar@dee.ufcg.edu.br Resumo Rádio Cognitivo (Cognitive Radio CR) é uma importante tecnologia para a evolução das comunicações sem fio. O rádio cognitivo permite a verificação da disponibilidade para ocupação oportunística do espectro eletromagnético. Consequentemente, os parâmetros de transmissão e recepção de um dispositivo sem fio podem ser variados de acordo com as características do ambiente. Ao monitorar as faixas de frequência disponíveis, os usuários cognitivos podem ocupar bandas espectrais momentaneamente disponíveis sem interferência (ou obedecendo a limites de interferência) nas transmissões de outros usuários. Neste contexto, as redes veiculares cognitivas constituem-se em uma nova tendência no mercado automotivo e nas comunicações wireless. Automóveis já são lançados com dispositivos reconfiguráveis pré-instalados, como rádio definido por software (Software Defined Radio SDR), que oferecem novas possibilidades para a transmissão de comandos intra-veiculares e para o acesso dinâmico a redes Wi-Fi e outros serviços sem fio enquanto o veículo estiver em movimento. Este trabalho descreve a tecnologia de rádio cognitivo e suas potenciais aplicações e perspectivas no mercado automotivo. Index Terms Rádio Cognitivo; Redes Veiculares; CRV; V2V; VANET. I. INTRODUÇÃO O mundo atual vem se tornando pervasivo. Os avanços em microeletrônica e em processamento de dados levam a uma expansão dos dispositivos embarcados em praticamente todos os campos da eletrônica. Aliado a este cenário, o surgimento de técnicas de comunicações sem fio mais rápidas e modernas levam os usuários a permanecerem conectados praticamente todo o tempo. O mercado automotivo tem uma realidade similar. Aplicações recentes como infotainment (junção dos termos information e entertainment [1]), monitoramento do tráfego nas grandes cidades, estratégias para evitar colisões, acesso à Internet, entre outras, fazem com que os veículos atuais sejam continuação dos dispositivos portáteis de seus motoristas e passageiros. Com a emergência das cidades inteligentes (em que diversos parâmetros são monitorados simultaneamente, bancos de dados são formados e dados são transmitidos para os veículos em tempo real) [2], acentua-se a necessidade pelo acesso contínuo às informações, mesmo quando os cidadãos estão dirigindo seus automóveis. Com a inserção destas tecnologias no interior dos carros, faz-se necessário o desenvolvimento e a adoção de técnicas de comunicação entre veículos e dentro dos veículos [3]. As redes veiculares são um importante campo de pesquisa e desenvolvimento para as grandes montadoras ao redor do mundo [4]. Com a expansão de novas tecnologias de comunicação sem fio como Wi-Fi, WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), 3G, 4G e rádio cognitivo, novas funcionalidades são disponibilizadas aos clientes do mercado automotivo. O presente artigo analisa a tecnologia de rádio cognitivo e como ela vem conduzindo a expansão das redes veiculares e novas aplicações. Este trabalho está organizado da seguinte forma: na Seção II são apresentados os conceitos de rádio cognitivo e da teoria de sensoriamento espectral; a definição e algumas características das redes veiculares ad hoc (Vehicular Ad Hoc Networks - VANETs) são elencadas na seção III; na seção IV, o conceito de redes cognitivas veiculares (Cognitive Vehicular Networks - CRVs) é detalhado, com características e desafios para sua implementação prática; aplicações recentes de tais redes nos veículos atuais e em desenvolvimento são destacadas na Seção V, e finalmente as conclusões deste artigo são elencadas na Seção VI. II. RÁDIO COGNITIVO A alocação de partes do espectro eletromagnético entre os diversos serviços de transmissão é uma tarefa complexa. Diferentes tecnologias compartilham as faixas de frequências disponíveis. A ITU (International Telecommunications Union), órgão das Nações Unidas, é a responsável pela alocação internacional de bandas de frequência. Diversos países também dispõem de suas próprias agências reguladoras de telecomunicações, que gerenciam a ocupação destas faixas entre os diferentes serviços existentes. A FCC (Federal Communications Committee), dos Estados Unidos, e a Anatel (Agência Nacional de Telecomunicações), do Brasil, são algumas destas agências. Pesquisas indicam que o espectro eletromagnético encontrase saturado em determinadas faixas espectrais, enquanto que outras bandas apresentam pouca ou nenhuma utilização [5]. Nos Estados Unidos, a ocupação espectral varia de 15 a 85 por cento em determinados canais de frequência [6]. Medições da ocupação espectral executadas ao longo de três anos na cidade de Chicago, EUA, mostram uma ocupação média de apenas 14% na faixa de 30 MHz a 3 GHz. A faixa de rádio FM (entre 87,9 e 107,9 MHz) apresentou uma média de ocupação de cerca de 80%, enquanto a faixa ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2,45 GHz apresentou uma ocupação média de apenas 20% [7].

2 48 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO 2014 O conceito de rádio cognitivo vem sendo impulsionado devido à escassez do espectro eletromagnético. O rádio cognitivo é a ferramenta que permite modificar os parâmetros de transmissão a partir da interação do rádio com o ambiente [8]. Desta forma, o uso de comunicações cognitivas auxilia na confiabilidade da rede, bem como na redução dos custos dos sensores e no aumento de sua vida útil [9]. As redes cognitivas fornecem aos usuários móveis a possibilidade de dispor de uma maior largura de banda, por meio de técnicas de acesso dinâmico ao espectro eletromagnético [10]. O rádio cognitivo analisa as lacunas espectrais (spectrum holes), definidas como bandas de frequência alocadas para um determinado usuário primário, mas que em determinado momento e em determinado local não estão em uso por tais usuários ou que respeitem a determinados critérios de interferência mínima [11]. As lacunas espectrais podem ocorrer no tempo, na frequência ou no espaço (a vacância de um canal de frequência pode ocorrer durante poucos instantes ou ao longo de poucos metros [12]). Modelos de ocupação espectral levam em conta estes três fatores [13]. Em geral, os serviços de comunicações sem fio são alocados para seus assinantes, que são denominados Usuários Primários (Primary Users PU). Define-se um usuário primário como aquele que acessa um serviço cuja banda de frequências foi outorgada, licenciada ou autorizada por um órgão regulador de um determinado país. Tais usuários primários possuem, portanto, a prioridade para ocupar um canal específico. Desde que a faixa de frequências considerada não esteja ocupada por um UP, ela pode ser aproveitada para que um Usuário Secundário (Secondary User SU) possa fazer uso do canal. Por esta razão, os usuários secundários também podem ser denominados usuários cognitivos [11]. Melhorar o sensoriamento espectral, para permitir um melhor compartilhamento do espectro de frequências entre diferentes usuários primários e secundários, é um grande desafio das comunicações sem fio. É necessário que o usuário secundário consiga analisar o espectro de frequências no menor tempo possível, para que possa ocupar uma faixa eventualmente livre sem nenhum nível de interferência (ou atendendo a requisitos mínimos de interferência). Além disso, no momento em que um usuário primário começar a transmitir ou receber dados pelo canal, o usuário cognitivo deve liberar o canal para o usuário que possui a prioridade em ocupar tal faixa de frequência. A. Sensoriamento Espectral O sensoriamento espectral (Spectrum Sensing SS) é uma das mais importantes funções executadas pelo rádio cognitivo. O sensoriamento espectral é a etapa responsável pela avaliação das bandas de frequência que podem ser utilizadas oportunisticamente pelos usuários secundários [14]. O sensoriamento espectral deve ser dinâmico, ao contrário da alocação estática comum às agências reguladoras do planeta. Esta ocupação dinâmica deve obedecer a requisitos de qualidade para que os usuários primários não sejam penalizados por eventuais utilizações ou desocupações das faixas licenciadas [12]. Um sensor espectral típico executa um teste de hipóteses para determinar se um canal está ocupado ou não [15]. Este teste de hipóteses é dado pela Relação 1 a seguir, para o caso da transmissão e detecção de sinais no tempo [16]: { y(t) = w(t), se H 0 x(t)+w(t), se H 1, em que a hipótese H 0 indica que o canal está livre, uma vez que apenas o ruído AWGN w(t) foi detectado; e a hipóteseh 1 indica que o canal está ocupado, pois tanto o sinal transmitido x(t) quanto o ruído AWGN w(t) foram detectados. O ruído aditivo branco w(t) tem média zero e gaussiana complexa circular simétrica [17]. Diversas técnicas de sensoriamento espectral são empregadas por usuários cognitivos [6]: Detecção de Energia; Filtro Casado; Cicloestacionaridade; Covariância; entre outras, que auxiliam na melhoria da operação da rede cognitiva. A combinação de duas ou mais destas técnicas de sensoriamento espectral é denominada sensoriamento híbrido, e consiste em uma importante linha de pesquisas na área de rádio cognitivo. O rádio cognitivo tem se destacado em muitas aplicações recentes. Algumas das principais utilizações de CR atualmente são: utilização das bandas desocupadas destinadas à transmissão de sinais de televisão e sua regulação [18]; Smart Grids [19]; Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) [20]; redes públicas de cuidados médicos e de segurança [19]; redes militares e de defesa [21]; dentre outras. Além destas, as redes veiculares cognitivas (Cognitive Radio Vehicular Ad Hoc Networks - CRVs) constituem-se em uma das mais promissoras aplicações para rádio cognitivo. Antes de definir as CRVs, é fundamental introduzir o conceito de redes veiculares ad hoc, conforme detalhado na próxima seção. III. REDES VEICULARES O termo Redes Veiculares Ad Hoc (Vehicular Ad hoc NETwork VANET) define uma rede composta de diferentes sensores que podem se comunicar com os outros nós da rede em uma região. Especificamente, como o cenário veicular é o tema de análise deste trabalho, os nós da rede se referem aos veículos. VANETs são um caso especial das Redes Móveis Ad Hoc (Mobile Ad Hoc Networks MANETs). Uma MANET é composta por nós sem fio que se comunicam entre si sem a necessidade de uma estação de controle ou alguma infraestrutura de rede para executar a comunicação. Os nós (ou usuários) da rede podem receber os dados enviados pelos outros dispositivos, espalhados pelas vizinhanças, por meio de transmissões wireless em modo ad hoc [3]. Comumente, uma rede MANET adota a estratégia de múltiplos saltos para ampliar o alcande dos dados a serem transmitidos. Isto se dá por intermédio de algoritmos que roteiam os dados entre os nós da rede. A ausência de uma entidade coordenadora ou de uma infraestrutura específica adequa-se bem com algumas das características almejadas para redes sem fio. As redes de sensores sem fio e as VANETs constituem-se nas mais relevantes aplicações das MANETs [3], podendo ser aplicadas nos mais diversos (1)

3 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO cenários (controle de tráfego, monitoramento ambiental, desenvolvimento de prédios inteligentes por meio de automação, aplicações militares, entre muitas outras possibilidades [22]). Com a crescente importância do mercado automotivo na economia mundial, o impacto das novas tecnologias e serviços avança rapidamente, sempre na busca para melhorar a experiência dos passageiros dentro dos veículos. As redes VA- NETs são motivadas pelos sistemas de transporte inteligentes (Intelligent Transportation Systems ITS), impulsionados pelo desenvolvimento de tecnologias DSRC (Dedicated Short- Range Communications) voltadas para os veículos [21]. Os sistemas ITS almejam reduzir os congestionamentos e acidentes no trânsito ao inserir transceptores nos veículos [23]. Além disso, o elevado grau de mobilidade dos nós componentes de uma VANET é outra característica específica de tais redes [24]. A Figura 1 apresenta como as comunicações veiculares podem ser estabelecidas e expandidas por meio da infraestrutura de telecomunicações disponível. Figura 1. Estabelecimento de uma rede de comunicação entre veículos e infraestrutura de telecomunicações (baseado em [25]). O ITS é um requisito de projeto importante para as empresas automotivas do mundo inteiro. Os transceptores sem fio vão habilitar qualquer veículo para trocar informações em tempo real com outros automóveis na mesma rodovia ou localização geográfica (como as condições de tráfego ou meteorológicas), bem como alertar outros motoristas para evitar colisões e acidentes [3]. É importante destacar que o conceito de ITS não se restringe ao mercado automotivo; este é um termo mais amplo, que pode agregar o intercâmbio de informações para diversos serviços de transportes (como transporte ferroviário, aquático e aéreo) [26]. A. Padronização e Arquitetura A evolução das comunicações veiculares levou à aprovação de uma emenda ao padrão IEEE O padrão IEEE p é também conhecido como DSRC, visando o suporte à troca de dados entre veículos em alta velocidade (o termo DSRC passa a ser utilizado de maneira mais genérica, referindo-se à comunicação de pequeno alcance e entre dois pontos [4]). O intercâmbio de dados entre veículos e a infraestrutura fixa ao longo das rodovias, na banda licenciada de 5,9 GHz (5,85 5,925 GHz), também é suportada pelo IEEE p [3], [27]. Este padrão prevê a comunicação entre veículos a velocidades de até 200 km/h na faixa de 5,9 GHz nos Estados Unidos [4]. O espectro DSRC é dividido em sete canais, cada um com uma largura de banda de 10 MHz [3]. O padrão IEEE p define as camadas MAC (acesso ao meio) e PHY (camada física) para transmissões veiculares, bem como uma família de padrões para WAVE (Wireless Access in Vehicular Environments), denominada IEEE 1609 [4] A International Standards Organization (ISO) vem desenvolvendo uma arquitetura genérica para ITS. Um conjunto de padrões definido pelo ISO TC204 Working Group 16 estabelece a comunicação para móveis terrestres (CALM Communication Access for Land Mobiles). A arquitetura ITS proposta pela ISO define uma camada de protocolo genérica, que permite a convergência. Várias tecnologias e padrões são considerados para a camada de comunicação com o meio (como as comunicações celulares GSM/GPRS e UMTS, padrões IEEE , Bluetooth e infravermelho) [4]. B. Redes V2V e V2I Com relação às aplicações automotivas, a tecnologia ITS exigirá a implementação de duas técnicas de comunicação sem fio a serem desenvolvidas, conforme detalhadas a seguir [28]: V2V (Comunicação entre veículos Vehicle-to-vehicle): os automóveis trocarão informações e dados entre si sem uma infraestrutura coordenando tal intercâmbio. Os transmissores e receptores (instalados nos veículos) podem estar em movimento ou estacionados. Quando em movimento, os transceptores estarão sujeitos a flutações na propagação dos sinais, o que ainda é um desafio no estudo de rádio cognitivo [25]; V2I (Comunicação entre veículos e a infraestrutura Vehicle-to-infrastructure): os carros se beneficiarão da infraestrutura das tecnologias wireless (como estações radiobase celulares ou roteadores e repetidores) ao longo das rodovias, para adquirir informações específicas sobre o tráfego a partir de um ponto de acesso ou para melhorar a comunicação com outros veículos em movimento. Na V2I, a informação é trocada entre uma unidade nas rodovias (Roadside Unit RSU) ou uma rede celular com uma unidade embarcada nos automóveis (Onboard Unit OBU). O conceito de V2I é similar ao de uma V2R (Vehicle-to- Roadside). Em uma V2R, a informação é transmitida entre a RSU e as unidades OBU [4]. As comunicações V2V e V2I são ilustradas na Figura 2. O principal objetivo das VANETs é a melhoria das condições de segurança e a eficiência do tráfego quando automóveis em movimento se auto-organizam, dinamicamente, por meio das redes de comunicação sem fio disponíveis. A assistência ao motorista e o entretenimento a bordo (infotainment) são outras importantes características a serem disponibilizadas aos passageiros e condutores [3]. Contudo, algumas questões ainda desafiam pesquisadores e montadoras de veículos. A segurança e a privacidade dos dados em trânsito são cruciais para a consolidação das VANETs [3]. É fundamental garantir a confiabilidade das mensagens transmitidas referentes a avisos e alertas, do contrário qualquer informação falsa ou que não chegue ao usuário devido pode

4 50 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO 2014 Figura 2. Comunicações V2V e V2I (baseado em [3], [4]). prejudicar os motoristas. Ademais, a privacidade das mensagens eventualmente trocadas entre dois veículos ou entre um veículo e a infraestrutura da rodovia deve ser garantida. Com exceção aos informes sobre condições meteorológicas ou sobre avisos sobre o tráfego, a maioria dos motoristas deverá preferir uma comunicação segura e privada de seus dados e informações com outros veículos. Um SDR genérico é composto de um transceptor de radiofrequência e um conversor analógico-digital, de uma unidade de processamento em banda básica e de uma unidade de processamento para os dados recebidos [20]. O sensoriamento espectral é um fator chave em redes cognitivas - e também o é em redes cognitivas veiculares. O sensoriamento espectral busca definir, de maneira precisa, a presença ou a ausência de outros usuários naquela faixa espectral específica, o que otimiza a ocupação espectral dinâmica. Os principais esquemas de sensoriamento espectral, voltados para redes veiculares, são classificados como [3]: Sensoriamento per-vehicle: cada automóvel executa o sensoriamento espectral de maneira independente dos demais, empregando alguma das estratégias tradicionais de SS (detecção de energia, filtro casado, cicloestacionaridade, dentre outras). Embora cada veículo possa executar o sensoriamento sem a necessidade de qualquer infraestrutura de suporte, a acuidade do sensoriamento de cada automóvel diminui em situações de obstruções dos sinais sem fio (túneis, montanhas). A Figura 3 apresenta o conceito da ocupação espectral oportunística por meio da comunicação entre veículos; IV. REDES VEICULARES COGNITIVAS (CRVS) Com a expansão do mercado automotivo e a contínua evolução de dispositivos e sistemas pervasivos e embarcados, praticamente todas as montadoras de veículos estão focando na oferta de soluções de infotainment e novas alternativas para motoristas e passageiros [1]. Neste contexto, os recursos e os novos serviços oferecidos aos passageiros tendem a sobrecarregar o espectro disponível em um ambiente veicular. O acesso à Internet ou o estabelecimento de conexões via Bluetooth, dentro dos carros, já sofre interferências eletromagnéticas em estradas e rodovias com elevado tráfego [28]. Desta maneira, as comunicações veiculares podem ser beneficiadas pelo conceito de rádio cognitivo. A partir das estratégias de acesso dinâmico e oportunístico oriundas do rádio cognitivo, surge uma nova tendência nas comunicações sem fio e no mercado automotivo. O rádio cognitivo para redes veiculares ad hoc (Cognitive radio for vehicular Ad hoc Networks CRVs ou CR-VANETs) habilita os automóveis a monitorar as bandas de frequência disponíveis e a operar oportunisticamente em tais bandas. Busca-se detectar alguma banda espectral disponível e acessá-la sem prejuízo a outras transmissões concorrentes. Os transceptores CR devem operar se nenhum outro usuário estiver usando momentaneamente aquela faixa espectral, ou se níveis mínimos de interferência forem observados de maneira a não perturbar outras transmissões [3], [4]. Os novos veículos deverão ser compostos de transceptores com dispositivos reconfiguráveis de rádio definido por software (Software Defined Radio SDR) que permitem a modificação dinâmica dos parâmetros de operação por meio de implementações no software [4]. Estes dispositivos de comunicação via rádio conduzem a uma transmissão flexível. O impacto do hardware no desenvolvimento de tais dispositivos é reduzido graças à reconfigurabilidade dos SDRs. Figura 3. em [4]). Ocupação espectral oportunística em uma rede veicular (baseado Banco de dados do espectro de frequências: prevê-se o estabelecimento de um banco de dados com informações de todos os usuários primários em trânsito em uma dada região. Esta estratégia poderá reduzir as limitações do sensoriamento per-vehicle. Porém, o gerenciamento das informações de um banco de dados de tal magnitude deve ser uma tarefa complexa; Cooperação: baseado no conceito de cooperação para rádio cognitivo (em que os dados de todos os nós são direcionados para um centro de fusão de dados e então processados para transmissão a todos os nós na área de cobertura do nó central [29]), a decisão do sensoriamento espectral é tomada com base em todos os CRs em uma mesma região [30]. A. Arquitetura de Redes CRV A arquitetura de uma rede CRV é composta, basicamente, por veículos com unidades embarcadas OBU e instalações específicas de infraestrutura (por exemplo, RSUs e estações

5 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO radiobase de redes de telefonia celular) [3]. A partir das características destes componentes, a seguinte arquitetura de rede para uma rede veicular cognitiva é proposta [3]: Sem infraestrutura de suporte: as transmissões dos veículos operam apenas em modo V2V; ou seja, a comunicação é estabelecida apenas entre dois ou mais veículos. A ausência de infraestrutura limita a extensão da cobertura da comunicação executada; Infraestrutura limitada: estações base de pequena complexidade e outras instalações de suporte (como repetidores e roteadores, dentre outros) são instaladas ao longo das estradas e rodovias. Esta infraestrutura mínima restringe o alcance dos dados transmitidos de acordo com a proximidade dos veículos com as instalações físicas; Infraestrutura de suporte completa e centralizada: uma estação base é responsável pelo estabelecimento das conexões com os veículos em trânsito. Neste cenário, algumas restrições são observadas, como uma comunicação com mais atrasos se não houver estações base em número suficiente. B. Vantagens e Desafios das CRVs As soluções propostas por meio do rádio cognitivo não podem ser aplicadas diretamente às CRVs. O rádio cognitivo foi concebido para acessar oportunisticamente as bandas de TV disponíveis; a elevada mobilidade de veículos em trânsito é um detalhe importante a ser analisado no projeto de soluções para CRVs. Além disso, as demandas do mercado automotivo são distintas das aplicações usuais de rádio cognitivo [3], [4]. As principais motivações para a evolução das redes veiculares pode ser elencada abaixo: Largura de banda escarsa e saturada: novas tecnologias disponibilizadas nos novos veículos demandam uma largura de banda elevada e conexões wireless confiáveis (para aplicações como acesso à Internet, video on demand, informações meteorológicas e de tráfego). As tecnologias de comunicação sem fio atuais encontram dificuldades para atender a requisitos de QoS (Quality of Service) para atender e satisfazer os passageiros e motoristas. As redes cognitivas veiculares, ao utilizar o paradigma do rádio cognitivo, podem se beneficiar do sensoriamento espectral dinâmico para combater a escassez de largura de banda nas principais faixas de operação do espectro eletromagnético [4], [7]; Resiliência: a flexibilidade disponibilizada pelo SDR, para operar em diferentes faixas de frequência, torna os rádios cognitivos muito úteis em aplicações em que a resposta a determinados eventos tem que ser rápida e confiável (é o caso dos sistemas de segurança e de emergência vinculados aos veículos) [4]; Existência de lacunas espectrais em rodovias e estradas: quando comparados com aplicações de rádio cognitivo com usuários fixos (estáveis), os veículos podem se beneficiar de sua mobilidade para localizar lacunas espectrais ao longo das rodovias e estradas. Como as características de propagação e de ocupação espectral variam enquanto um automóvel viaja, mais lacunas espectrais e consequentemente mais oportunidades de transmissão podem ser detectadas pelos dispositivos SDR instalados nos carros [4]; Consumo de potência e espaço interno: uma das principais restrições referentes às redes de sensores sem fio se refere à vida útil das baterias dos nós. Ademais, mesmo com a miniaturização dos dispositivos embarcados, torna-se difícil adicionar novos sensores em algumas aplicações, devido ao espaço físico limitado [20]. Essas, contudo, não são questões restritivas em aplicações veiculares, já que o chassi dos automóveis dispõe de razoável espaço livre para a inserção de novos sensores. E as baterias e alternadores dos carros fornecem uma autonomia de longo prazo para a alimentação dos sensores, o que favorece a conexão de transceptores sem fio com poucas limitações [4]; Flexibilidade de utilização de SDR: com o passar dos anos, as montadoras de automóveis têm proposto novas soluções em infotainment, agregando valor aos novos veículos e atendendo aos anseios dos consumidores para permanecerem conectados todo o tempo. Soluções baseadas nas tecnologias WiFi, WiMAX, Bluetooth, GSM, 3G e 4G, dentre outras, têm sido disponibilizadas [1]. Como tais tecnologias vão se tornando obsoletas em virtude do surgimento de novas técnicas de transmissão sem fio, os veículos tendem a permanecer tecnologicamente obsoletos e os usuários não podem adotar novos serviços. Com o rádio definido por software, esta situação se modifica pois tais dispositivos permitem a operação em diferentes faixas de frequências. Isto se caracteriza como uma importante vantagem face aos constantes avanços tecnológicos [4]. Por outro lado, alguns desafios ainda exigem soluções adequadas para permitir a expansão das redes CRV: Cenário de mobilidade: com os veículos em movimento, os dispositivos SDR dos veículos devem lidar com novos ambientes, diferentes ocupações espectrais e condições de infraestrutura distintas. É importante definir uma infraestrutura de transmissões sem fio ao longo das rodovias, para que os transceptores em movimento disponham de uma área de cobertura mínima para estabelecer as conexões. A instalação de estações base ou outras estrutura similares devem avançar para que as redes veiculares possam se expandir [3], [4]; Segurança e privacidade: pelo fato de que os veículos em trânsito podem transmitir informações para outros veículos ou para a infraestrutura das estradas, a segurança e privacidade destes dados é crucial. Um veículo não pode acessar, inadvertidamente, mensagens ou dados destinados a outros carros. Algoritmos de roteamento têm sido desenvolvidos baseados em estratégias de segurança, buscando atenuar os riscos de captura das mensagens e dos dados em trânsito destinadas a outros veículos [3], [4], [31].

6 52 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 4, NO. 2, OUTUBRO 2014 V. APLICAÇÕES DAS REDES COGNITIVAS VEICULARES NO MERCADO AUTOMOTIVO Diversas novas aplicações de CRVs estão em desenvolvimento para utilização nas ruas do planeta nos próximos anos. O foco de tais implementações é a segurança do público; em sistemas de informação e entretenimento; e em comunicações V2V [3]. Automação e estratégias de comunicação devem tornar os carros autônomos (sem a necessidade de motorista) cada vez mais tangíveis [32]. A principal preocupação das VANETs e CRVs é a melhoria da segurança para os passageiros e condutores por meio da otimização da comunicação entre os veículos. Sistemas de suporte à segurança na direção (Driving Safety Support Systems DSSS) têm sido pensados para reduzir os acidentes de trânsito e para ampliar o desempenho dos motoristas. Tais conquistas são obtidas quando os veículos se comunicam entre si e com a infraestrutura ao longo das rodovias e estradas. A montadora Toyota está investindo em um sistema de navegação integrado com DSSS. Já a montadora Nissam vem testando alarmes sonoros e visuais a partir da velocidade e da posição do pedal do acelerador [33]. A coordenação de veículos é uma estratégia para agrupar veículos conjuntamente, permitindo que todos trafeguem com velocidades de até 112 quilômetros por hora, mantendo uma distância mínima e segura entre os carros. Os automóveis irão frear ou acelerar simultaneamente, como uma unidade coesa. Esta solução, além de tornar as estradas mais seguras e otimizar o tráfego, também deverá contribuir na redução do consumo de combustível. Grandes montadoras como BMW, Mercedes, Toyota, Volkswagem e Volvo estão investindo em possíveis soluções a partir deste conceito [3]. Engenheiros vêm projetando veículos capazes de encontrar, por conta própria, vagas de estacionamento disponíveis. Audi, Volvo, Nissan e Hyundai estão testando algoritmos para implementar esta funcionalidade. A cooperação entre o veículo que procura por uma vaga com os demais automóveis estacionados nas redondezas é a base desta aplicação [34]. A empresa Google está testando seu projeto de carro autônomo. Os veículos em teste já percorreram mais de um milhão de quilômetros nos Estados Unidos [35]. Por sua vez, a montadora Volvo vem testando um protótipo de veículo que é dirigido de maneira autônoma nas ruas da cidade sueca de Gotemburgo. Outras companhias tais quais Audi, Mercedes, General Motors e Nissan também investem em projetos similares [32]. Tais protótipos autônomos são baseados em algoritmos de roteamento e em câmeras, que captam os eventos em tempo real (como as luzes de um semáforo, pedestres, dentre outras várias possibilidades); pode-se imaginar que, com a adoção do rádio cognitivo veicular, tais carros poderão estender sua autonomia e sua funcionalidade. VI. CONCLUSÕES As comunicações entre veículos estão sendo consolidadas em modelos atuais e futuros lançamentos no mercado automotivo. Devido aos novos serviços agregados por meio da expansão das comunicações no ambiente veicular, as redes veiculares cognitivas são apontadas como uma solução para a melhor utilização do espectro eletromagnético em um cenário de constantes deslocamentos dos usuários. Requisitos de segurança e privacidade dos dados a serem transmitidos por comunicações cognitivas ainda são um desafio a ser superado pelas montadoras e pesquisadores. Apesar de tais dificuldades, diferentes aplicações de redes cognitivas veiculares já estão em desenvolvimento e em fase de testes, demonstrando a importância do rádio cognitivo nos automóveis do futuro. REFERÊNCIAS [1] F. B. S. de Carvalho. Challenges for Infotainment Expansion in Automotive Market. SAE Technical Paper , doi: / , [2] J. E. P. de Farias et al. Cidades Inteligentes e Comunicações. 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