Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

Capítulo I

Objetivos del proyecto

En este primer capítulo abordaremos las motivaciones fundamentales para el desarrollo de este

proyecto. Para ello, se pondrá al lector en conocimiento de la actividad de “coche compartido”

(carpooling, carsharing o ridesharing); sus fundamentos principales, las motivaciones que han

llevado a producir la actividad y analizaremos la situación actual y los antecedentes a este trabajo.

Posteriormente, pasaremos a hacer una breve descripción de la tecnología IP Multimedia

Subsystem (IMS), su arquitectura, sus elementos funcionales y, por último, los beneficios que

aportaría al carpooling, subsanando algunas deficiencias encontradas en los antecedentes a este

trabajo. Un análisis más profundo del IMS puede encontrarse en [G.Camarillo y M.A.García-Martín,

2005].

1 El viaje en coche compartido

El viaje en coche compartido es la práctica de compartir por turnos el uso de un automóvil por

dos o más personas, generalmente para viajar juntos y así economizan en gastos de viaje,

contribuyen a reducir la congestión de tránsito, las emisiones de CO2 , el desgaste de las carreteras,

etc. La sección 1 de este capítulo describe los propósitos principales que tiene marcados la

actividad, haciendo un repaso del funcionamiento empresas dedicadas al coche compartido,

explorando sus ventajas e inconvenientes.

La práctica de viajes compartidos es un sistema cooperativo que involucra distintos grados de

regularidad y formalidad, y es una de las medidas de administración de la demanda del transporte

más incentivadas en Estados Unidos, Canadá y varios países de la Unión Europea para mitigar los

2

Capítulo I: Objetivos del proyecto

problemas crónicos de congestión de tránsito. Con ese propósito, en las principales vías urbanas se

habilitan carriles exclusivos para vehículos de alta ocupación , permitiendo a los usuarios del

sistema evitar los más congestionados. Las siguientes ilustraciones han sido otenidas del portal web

de Commuter Connections1 [http://www.mwcog.org/commuter2/, 2012], y muestran la imagen de

un carril HOV y un mapa de rutas con carriles HOV en Washington DC.

1 Commuter Connections es una red regional de organizaciones de transporte coordinada por el Consejo de Gobierno del Área Metropolitana de Washington, que fomenta, entre otras, las actividades de carpooling.

3

Ilustración 1: Carril HOV en Washington DC.

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

Una infografía del portal web carpooling.es [http://www.carpooling.es, 2012], justifica la

actividad a través de los números y las estadísticas bajo el lema: “¿Por qué el mundo necesita

hacer carpooling?” . En el citado gráfico (Ilustración 3) se advierten los siguientes datos:

• En el mundo circulan 1000 millones de coches. Europa es el continente líder, con una cifra

de 294 millones, mientras que África está a la cola con 18 millones.

• Al año, todos estos vehículos emiten 5000 millones de toneladas de CO2 a la atmósfera.

• Los conductores españoles gastamos 74 millones de € al año en gasolina.

• En el 78% de los desplazamientos en coche, el conductor viaja sólo. En un 12% de las veces

le acompaña una persona más y en un 10% le acompañan más de una persona.

El marco ecnómico actual ha propiciado que en España se esté acentuando la práctica de

carpooling en los últimos meses, impulsado gracias al uso de las nuevas tecnologías, y con gran

satisfacción entre sus usuarios. A pesar de los datos arrojados anteriormente y que en España el

número de vehículos es mayor que en toda su historia, la crisis económica por la que se ha visto

afectada, ha hecho que las empresas petrolíferas vendan mucho menos volviendo a la situación de

2002, según el portal económico [http:\\www.expansion.com, 2012] en un artículo de Febrero de

2012.

4

Ilustración 2: Mapa de rutas de carriles HOV.

Capítulo I: Objetivos del proyecto

Esta conclusión sostiene que el viaje en coche compartido no sólo beneficia al medioambiente

sino que afectaría posititivamente a la economía de los conductores españoles, que se ha visto muy

perjudicada por la crisis financiera.

1.1 Antecedentes

La llegada de Internet ha provocado la irrupción de numerosos sistemas de carpooling, la

mayoría de ellos basados en el protocolo Web, en el que se rellena un formulario con los datos de la

ruta, el horario programado, establecer preferencias del viaje, etc. En la actualidad, carpooling.com

[http://www.carpooling.com, 2012] presume de ser la red de carpooling más grande en el mundo,

extendida por 5000 ciudades y 45 países, transportando al mes a un millón de personas, con un

ahorro estimado de 386 millones de litros de gasolina y 772000 toneladas de CO2 no emitidas a la

atmósfera. Pero no es el único, BlaBlaCar [http://www.blablacar.es, 2012], antes Comuto, es una

nueva Web para compartir coche, que se anuncia en televisión; iCarpool [http://www.icarpool.com,

2012], una aplicación disponible en el App Store y Google play, para lanzarse desde un móvil o un

PC; entre otras.

5

Ilustración 3: Infográfico carpooling.es

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

1.2 Problemática

Todas las Web citadas presentan algunas debilidades comunes:

1. El cobro es gestionado por el usuario. Las confusiones en este aspecto pueden dar lugar a

situaciones incómodas e incluso violentas.

2. Cualquiera de ellas, requiere un simple correo electrónico para el registro, a partir de aquí,

cualquiera puede consultar el perfil y la información de contacto de otro usuario.

3. Una vez reservado un viaje, se desentienden del mismo, no se hace un seguimiento de la

localización o la puntualidad de los participantes.

4. iCarpool presenta una modalidad de compartir coche en tiempo real, orientado a realizar

viajes justo en el momento de búsueda, usando GPS e Internet. Esto obliga a tener integrado

un módulo GPS en el móvil y además se pierde rendimiento.

El marco para carpooling propuesto por [Juan M. Vozmediano, Rafael Estepa y Johan Wideberg,

6

lustración 4: Algunas de las empresas más conocidas de transporte sostenible.

Capítulo I: Objetivos del proyecto

2010]2 basado en redes móviles 3G-IMS3, introduce la novedad que supone la utilización de esta

tecnología como la clave para la solución de los problemas antes mencionados y una mejora

considerable en los objetivos de la actividad.

2 El IMS (IP Multimedia Subsystem)

Esta sección introducirá al lector en el IMS, explicaremos por qué necesitamos al IMS, sus

puntos más fuertes, su arquitectura y finalizaremos analizando el emulador de la red usado en este

proyecto, el SDS de Ericcson.

Las redes 3G (Tercera Generación) tienen por propósito unir los dos paradigmas más exitosos en

comunicaciones: Internet y la redes celulares. El IMS es el elemento clave que facilita acceso

ubicuo a los servicios que Internet proporciona, mejorando al dominio de paquetes IP de las redes

3G en tres líneas:

1. Calidad de Servicio (Quality of Service, QoS). El principal problema de las redes 3G a la

hora de proporcionar servicios multimedia, es que ofrecen servicios tipo “best-effort” sin

QoS. Es decir, no hay una garantía del ancho de banda que un usuario obtiene para una

conexión en particular o del retraso que los paquetes pueden sufrir. El IMS tiene la

precaución de sincronizar el establecimiento de la sesión con un cierta QoS, haciendo que el

usuario tenga una experiencia predecible.

2. Gestión del cobro más apropiada para sesiones multimedia. La mayoría de los operadores

3G cobran en función de la cantidad de bytes que suponga la sesión, sin ser conscientes del

contenido de esos bytes (videoconferencia, páginas web, mensajería instantánea...), no

pudiendo aplicar un modelo de negocio distinto. El IMS proporciona un mecanismo flexible

para que los operadores de los usuarios conozcan el servicio que éstos estan utilizando en un

momento dado, y así ellos pueden aplicar el esquema de cobro que consideren más

oportuno.

3. Ofrecer servicios integrados. A los operadores les gustaría ser capaces de usar servicios

desarrollados por terceras partes, combinarlos con otros que ellos ya tienen e integrarlos en

nuevo y completo servicio que ofrecer a los usuarios. El IMS define interfaces estándar

(basadas en protocolos de Internet) para ser usadas por desarrolladores de servicios. Así los

2 “A framework for car-pooling based on 3G mobile networks” es el título del artículo escrito por los autores antes mencionados y que ha sido la base fundamental para el desarrollo de este proyecto.3 IMS son las siglas de IP Multimedia Subsystem, una arquitectura de red de nueva generación (NGN) desplegada por los operadores de telecomunicaciones, con el objeto de proporcionar servicios IP a usuarios 3G.

7

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

operadores pueden beneficiarse del desarrollo multiplataforma y multifabricante. Sin

embargo, el objetivo del IMS no es sólo proporcionar servicios, sino que trata de proveer

todos los servicios, actuales y futuros, que Internet puede ofrecer. Además deben funcionar

correctamente tanto en itineracia como en la red del operador de usuario. Para lograrlo, el

IMS usa tecnología y protocolos de Internet.

Así, hemos visto porqué el IMS logra unir Internet con las redes móviles: usa tecnología móvil

para proporcionar acceso ubicuo y la tecnología de Internet para proveer a los usuarios de nuevos

servicios.

2.1 Arquitectura general

El IMS presenta una arquitectura de tres capas sobre una red IPv4/IPv6. En el nivel más bajo

encontramos la Capa de Acceso, que permite a los usuarios acceder a servicios a los cuáles se han

subscrito, mediante una gran variedad de dispositivos como móviles, PCs, teléfonos IP, etc. La Capa

de Acceso contiene aquellos elementos de red que permiten la conexión IP entre el IMS y las

distintas redes de acceso que, como se ilustra abajo, pueden ser redes de acceso fijo, móvil o

wireless.

8

Ilustración 5: Arquitectura del IP Multimedia Subsystem. Capa de Acceso.

Capítulo I: Objetivos del proyecto

Por encima de la Capa de Acceso encontramos la Capa de Control, que se encarga de funciones

comunes de control, tales como gestión de la sesión, control del servicio, gestión del cobro y

autenticación. La comunicación entre elementos del IMS en la Capa de Control, está basado en

protocolos de nivel de aplicación en Internet:

• SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261) para el control y gestión de la sesión. SIP es un

protocolo de nivel de aplicación encargado de establecer, transferir, modificar y terminar

sesiones multimedia entre usuarios SIP (SIP User-Agents, o simplemente SIP-UAs). Para la

transferencia de los medios (voz, vídeo, etc), SIP requiere de otros protocolos de aplicación

(como RTP4). Sin embargo, es capaz de ofrecer un servicio por sí mismo basado en el

intercambio de mensajes entre SIP-UAs.

• Diameter (RFC 3588) para autenticación, autorización y contabilidad (AAA)5.

Los elementos que encontramos en la Capa de Control son SIP proxies y servidores SIP, que en

conjunto son llamados CSCFs (Calll Session Control Function) y por los que pasan todos los

mensajes SIP que los SIP-UAs envían desde sus dispositivos.

En el nivel más alto, y por encima de la Capa de Control, encontramos la Capa de Aplicación,

cuya misión es proporcionar servicios a usuarios finales del IMS a través de Servidores de

Aplicación SIP 6( en adelante SIP AS, SIP Application Servers).

La información de usuario es almacenado en forma de Perfiles de Usuario en el HSS (Home

Subscriber Server) accesible por las Capas de Control y de Aplicación mediante el protocolo

Diameter. Además encontramos información del servicio como el AS en el que se encuentra

desplegado y las condiciones que permiten al AS lanzarlo.

4 RTP (RFC 3550) responde a Real Transfer Protocol, protocolo utilizado para el transporte de aplicaciones en tiempo real.

5 AAA es el acrónimo Inglés de Authentication, Authoritation and Accounting. 6 Los SIP AS no son los únicos Servidores de Aplicación que podemos encontrar (aunque son los más habituales),

otros ASs como OSA-AS o CAMEL también pueden ser accedidos mediante pasarelas SIP de la Capa de Aplicación.

9

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

2.1.1 Bases de datos de usuario: HSS y SLF

El Home Subscriber Server (HSS) es el repositorio central de los datos de usuario, conteniendo

toda la información de subscripciones a servicios, necesaria para manejar sesiones multimedia. Esta

información incluye localización del usuario, seguridad (autenticación y autorización), perfiles de

usuario y el S-CSCF que tiene asociado7.

Cuando una red puede dispone de varios HSS (por ejemplo si el número de usuarios es

demasiado elevado), se utiliza un SLF (Subscriber Location Function) que es una simple base de

datos que asocia la dirección de un usuario, con el HSS que contiene su perfil.

Ambos HSS y SLF implementan el protocolo Diameter, entre otras razones para participar en los

7 S-CSCF son las siglas de Serving – Call Session Control Function y será tratado un par de páginas más adelante.

10

Ilustración 6: Capas de Control y Aplicación. Protocolos SIP y Diameter

Capítulo I: Objetivos del proyecto

proceso de Autenticación y Autorización (Ilustración 7).

2.1.2 Call Session Control Function (CSCF)

Es un servidor SIP que procesa la señalización en el IMS. Existen tres tipos distintos,

clasificados por funcionalidad: P-CSCF, I-CSCF y S-CSCF. La red incluye varios de estos

servidores por razones de escalabilidad y redundancia, y el número de terminales a los que pueden

atender varia en función de su capacidad.

2.1.2.1 Proxy CSCF

Marca el primer punto de contacto del usuario con el IMS, así com el último punto de la red.

11

Ilustración 7: Autenticación en el registro de usuarios.

CSCF HSSSIP UA

REGISTER sip:user@domain.com

DIAMETER User Authoritation Request

DIAMETER User Authoritation Answer

401 Unauthorized

200 OK

La uri sip del usuario, no se encuentra en el HSS.

La uri está en la tabla de perfiles de usuarios del HSS.

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

Esto quiere decir que toda la señalización generada por el usuario, o destinada a él pasa por el P-

CSCF.

El P-CSCF es asociado a un terminal IMS durante el proceso de registro en la red. Es decir, un

terminal sólo se comunica con un P-CSCF en concreto, durante el registro.

Algunas de sus funciones están relacionadas con la seguridad. Primero, establece un número de

asociaciones IPsec hacia el terminal, para ofrecer protección de la integridad de los datos. Una vez

ha auntenticado al usuario, asegura su identidad enviándola al resto de nodos en la red, que ya no

tendrán que autenticarlo más.

De forma adicional, verifica que las peticiones SIP generadas por el terminal se ajustan a la

norma, así como compresión/decompresión de los mensajes SIP, que permite ahorrar tiempo de

establecimiento de la sesión, no ancho de banda.

Puede incluir (en ocasiones es una unidad en sí misma) funciones conocidas como PDF (Policy

Decision Function) que autoriza los recursos en el plano de medios y gestiona la QoS.

Por último, genera información de cobro, que es enviado a un nodo dedicado a la recolección de

información de tarificación.

2.1.2.2 Interrogating CSCF

Está situado en la frontera del dominio administrativo y su dirección está registrada en un

servidor DNS (Domain Name System), de forma que cuando se usan procedimientos SIP de

descubrimiento de la dirección IP del siguiente salto, el servidor DNS le devuelve la dirección del I-

CSCF.

El I-CSCF devuelve información de localización del usuario y encamina las peticiones SIP al

destino apropiado (normalmente un S-CSCF), a través de su interfaz Diameter con el HSS y el SLF.

En ocasiones, incluye funciones de encriptación de cierta información sensible de la red (número de

servidores en ese dominio, sus nombres DNS o su capacidad). A esta función se le llama THIG

(Topology Inter-network Hide Gateway).

2.1.2.3 Serving CSCF

Nodo central en el plano de señalización. Es un servidor SIP que también incluye funciones de

control de la sesión. Mantiene una asociación entre la localización del usuario (dirección IP del

terminal desde el que accede) y su dirección SIP (Public User Identity). Utiliza interfaces Diameter

con el HSS para autenticar al usuario, descargar su perfil, e informar al HSS de que él es el S-CSCF

12

Capítulo I: Objetivos del proyecto

asociado al usuario durante el proceso de registro.

Toda la señalización proveniente del usuario o destinada a él, debe pasar por el S-CSCF, quien

inspecciona todos los mensajes SIP y determina si la señalización debe atravesar uno o más

servidores de aplicación en aras de llegar al destino final.

2.1.3 El Servidor de Aplicaciones (AS)

El AS (Application Server) es la entidad encargada de almacenar y ejecutar servicios.

Dependiendo del servicio desplegado, puede actuar como SIP proxy, como SIP UA (siendo el punto

final del servicio), o como SIP B2BUA (Back-to-Back User Agent, una concatenación de dos SIP

UA). Su interfaz con el S-CSCF está gobernada por el protocolo SIP. Aunque existen tres tipos de

AS (SIP AS – AS nativo que almacena y ejecuta servicios multimedia basados en SIP-, OSA-SCS

-que por un lado es un AS que se comunica con el S-CSCF vía SIP, y por el otro actúa como una

interfaz entre el OSA Application Server y el API de OSA- e IMSSF-AS -para reutilizar CAMEL-),

en este documento nos vamos a centrar en el SIP AS ya que es el más habitual, el que utilizaremos

para el desarrollo de nuestro servicio y en el que se espera que sean desplegados la mayoría de

servicios del IMS. Por tanto, cuando a lo largo de este proyecto hablemos de AS, inherentemente

hablaremos de SIP-AS.

2.2 El Service Development Studio (SDS) de Ericsson

El SDS es un plugin desarrollado por Ericsson que se instala sobre el IDE Eclipse, y que emula

la arquitectura del IMS antes descrita (CSCF, HSS, AS y cliente de pruebas) a parte de otros

elementos como el BGCF que no vamos detallar.

2.2.1 Arquitectura emulada

En esta sección vamos a enumerar los elementos emulados usados en este proyecto.

2.2.1.1 El HSS: La provisión del servicio.

Dispone de una tabla de Perfiles de Usuario, con (entre otra información) identidades públicas y

privadas y un Perfil de Servicio asociado, que describe los servicios a los que el usuario se

encuentra abonado.

Además para cada servicio, se dispone de dos tablas más. La primera contiene el Filtro de

Criterio Inicial (Initial Filter Criteria, IFC) que especifica dónde se encuentra alojado un servicio

(la uri sip del servidor que lo tiene desplegado) y las condiciones de disparo del mismo: puntos de

13

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

disparo y cada punto de disparo asociaso a un mensaje SIP. La segunda contiene perfiles de

servicio, de forma que cada perfil tiene asociados uno o más IFCs.

Así, un usuario puede tiene un perfil de servicio determinado, que a su vez se mapea a varios

IFCs distintos (varios servicios distintos), siendo su perfil de servicio, un servicio integrado por

otros varios, que pueden usarse en otros perfiles de otros usuarios. Esto es la integración de

servicios.

La siguiente Ilustración muestra una captura de la provisión del servicio, en el que se observa la

pestaña que da acceso a la tabla de IFCs.

2.2.1.2 Los CSCFs

En el SDS, P-CSCF, I-CSCF y S-CSCF se encuentran agrupados todos bajo la misma entidad,

denominada en común como CSCF. Todos tienen la misma dirección IP y únicamente difieren en el

puerto, como se observa en la Ilustración 9. Tiene su propia consola para ver en texto plano los

mensajes SIP que lo atraviesan. Hay que destacar la herramienta Visual Traffic Flow que permite

ver en tiempo real un diagrama de paso de mensajes de un determinado escenario.

2.2.1.2 El AS

El SDS integra un AS Glassfish 3.0, con un contenedor de Servlets sailfin, donde se desplegarán

todos los Servlets SIP que se utilizan en el desarrollo de un servicio. La Ilustración 10 muestra la

consola de administración (puerto 4848) desde el navegador de Eclipse.

14

Ilustración 8: SDS Ericsson. Vista Provisioning.

Capítulo I: Objetivos del proyecto

15

Ilustración 9: Vista de los CSCF en el SDS.

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

2.2.2 El cliente de pruebas ATF (Automatic Testing Framework)

El ATF es un entorno de tests basado en scripts XML, que permite la ejecución de baterías de

pruebas en las que se aplican unas reglas en forma de mensajes SIP enviados y recibidos por el SIP

UA. El ATF nos permite saber si la prueba ha finalizado con éxito o no, y en caso de fallo indica el

motivo del mismo. La Ilustración 11 muestra la ejecución de una de las pruebas de este proyecto.

16

Ilustración 10: Consola de Administración de Glassfish.

Capítulo I: Objetivos del proyecto

3 Justificación del Proyecto

Después de haber analizado distintas herramientas de coche compartido basadas en Webs y haber

estudiado los propósitos del IMS, es hora de unir estos dos conceptos, viendo en primer lugar las

ventajas que ofrecería un servicio basado en el IMS y sacando las primeras conclusiones de este

proyecto.

3.1 Beneficios del IMS sobre el coche compartido

En este apartado vamos a explicar las ventajas que el IMS le aportaría a un servicio Web

tradicional como los vistos en el apartado 1.1 de este documento.

1. Seguridad y confianza. Los usuarios de redes móviles son física y legalmente autenticados

por los operadores de telecomunicaciones. Esto, en comparacion con los portales Web, hace

mucho más difícil falsificiar identidades. Además, los operadores tienen información

sensible de los clientes, tales como su dirección o su cuenta bancaria. Esto hace que los

clientes confíen más en su operadora que en los administradores de los portales Web. Pero

no sólo el terminal es autenticado y autorizado, sino que el propio usuario necesita

registrarse en la red IMS como ya hemos visto, con lo cual hace aún más complicado

hacerse pasar por usuarios. Por otro lado, toda la información en las redes móviles 3G está

encriptada, así que la privacidad está garantizada. La localización es proporcionada por la

red (la OMA8 ha estandarizado un conjunto reducido de servicios denominados enablers

8 OMA son las siglas de Open Mobile Alliance [http://www.openmobilealliance.org/,2012].

17

Ilustración 11: Entorno de Pruebas Automático (ATF).

Servicio de Coche Compartido basado en el IMS

entre los que se encuentran los servicios de presencia y localización), siendo independiente

del terminal, pudiendo ser esta información útil para inspecciones legales. Finalmente, la

posibilidad de intercambiar información multimedia o realizar videollamadas les

proporciona a los usuarios mayor sensación de seguridad.

2. Flexibilidad. El hecho de que la información esté siempre disponible, hace que el IMS sea

una mejor elección para los servicios de coche compartido en tiempo real. El

emparejamiento de conductores y pasajeros puede tener lugar en tiempo real y cada uno

puede saber la localización del otro en un momento dado.

3. Tarificación más segura. Puede hacerse através del operador en el momento del

establecimiento de un viaje, evitando al usuario tener que llevar dinero consigo, o

situaciones incómodas o violentas a la hora del pago.

4. Conexión con Autoridades Locales. Los beneficios sociales del carpooling deben

corresponderse con ciertas recompensas por parte de las Autoridades Locales, como bien

puede ser habilitar carriles HOV o proporcionar plazas de aparcamiento gratuito. Los

operadores pueden por su parte darles a conocer qué viajes se están produciendo, hacer un

seguimiento de la localización del mismo, obtener los datos de los participantes o la

matrícula del vehículo.

5. Proporciona un modelo de negocio viable. Todas las partes salen ganando. Los usuarios

obtienen un servicio más seguro y fiable. Los Ayuntamientos y Autoridades Locales

consiguen una reducción del tráfico y desgaste en sus carreteras. Los operadores obtendrían

pequeños ingresos mediante por ejemplo, un pequeño plus en la factura de cada participante,

y motivar a participación de conductores mediante reducción en la misma. Además el

desarrollo del servicio es más fácil que en el software monolítico, ya que el IMS tiene

disponibles algunas funciones y utiliza interfaces estándar.

4 Conclusiones

Este proyecto ofrece una idea innovadora que fusiona la sostenibilidad y el bienestar social con

un modelo de negocio completamente nuevo. A través de un servicio de viaje en coche compartido,

el usuario tiene la posibilidad de contribuir a una sostenibilidad econónomica y ambiental en un

marco económico-social critíco que invita al ahorro, utilizando como reclamo a las operadoras de

telefonía móvil, para hacerles creer y confiar en un sistema hasta ahora para ellos poco conocido.

18