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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
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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.
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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.
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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.
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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,
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ilustración 7: Autenticación en el registro de usuarios.
CSCF HSSSIP UA
REGISTER sip:[email protected]
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
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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
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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.
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Ilustración 8: SDS Ericsson. Vista Provisioning.
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.
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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].
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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.
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