微觀信息傳播 - 車載物聯(lián)網(wǎng)的應用分析

　　4.2 微觀信息傳播

　　微觀信息傳播指涉及一跳或者幾跳的局部信息傳遞。在車載網(wǎng)絡技術市場化的初級階段，車輛很少有機會遇到其他車輛或路邊基站。所以，提高兩車相遇時信息傳播的效率十分重要。

　　最近的一些研究關注于車載環(huán)境中的單跳通信性能。Bychkovsky等人研究了在公共Wi-Fi無線網(wǎng)絡中提高單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量的技術。他們進行了一系列的實地測試來調(diào)查在MAC握手、獲取IP地址、建立IP路由等時候可能的性能損失。Hadaller等人[4]進行了以802.11協(xié)議為基礎的單跳通信的實驗，并提供了詳細的實驗分析。通過實驗，他們發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)有無線訪問機制在數(shù)據(jù)吞吐量方面低效的根本原因。以上這些工作從底層協(xié)議（物理層、MAC地址、路由）的角度來分析和改進鏈路吞吐量。

　　微觀信息傳播也涉及局部多跳通信。一般來說，本地多跳通信的主要任務是協(xié)調(diào)本地車輛并幫助信息沿預定方向傳播。VADD是一種利用車流模式和道路拓撲來找到傳遞數(shù)據(jù)包的最優(yōu)道路的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。MDDV利用車輛的流動性來幫助信息傳播。MDDV使周邊的車輛協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，以此來提高數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性。Zhao等人研究了如何以路邊基站作為中繼的方式來提高吞吐量。

　　由于兩車相遇時有效通信時間短暫，有效的信道資源管理是一個是十分重要的問題。Chang等人提出了一種從路邊基站到過往車輛的下行調(diào)度算法。Zhang等人提出了另一種同時考慮上行和下行請求的調(diào)度算法。Yu等人研究了在路邊基站負載接近超負荷的情況下的請求許可控制問題。這些研究從不同的資源分配角度提高了路邊基站的訪問效率。

　　通常，微觀信息傳播的主要挑戰(zhàn)在于如何把下層條件（車輛移動性、無線信道、相對位置）和上層應用的需求聯(lián)系在一起。從上層的角度來看，容遲網(wǎng)絡的應用可以容忍一定的信息延遲和誤差。從底層的角度來看，移動性、信道和車輛位置卻可能在很短的時間內(nèi)大幅變化?，F(xiàn)有的工作研究了不同的網(wǎng)絡通信協(xié)議下的單跳問題，然而，仍然缺少一個上層和下層之間的有效聯(lián)系。這種聯(lián)系可以使人們能夠利用底層的苛刻條件，而不是受其限制。

　　當人們設計微觀信息傳播協(xié)議時，可以重點關注3個方面的問題：

　?。?）應用需求

　　容遲網(wǎng)絡的應用不一定需要一個可靠的鏈接，但是他們卻需要根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾詠戆才艛?shù)據(jù)的優(yōu)先性。人們還希望能夠設定一個在傳播的過程中允許的信息丟失的程度。

　?。?）資源管理

　　主要問題包括如何調(diào)度低層資源（例如傳輸信道、傳輸速率等），如何調(diào)度上層任務，如何分配資源以確保公平等。

　?。?）協(xié)作

　　人們可以利用多任務調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)、中繼、多方網(wǎng)絡編碼等不同的技術來幫助在信號范圍內(nèi)各車輛的互相協(xié)作，提高整體性能。

　　5 車載物聯(lián)網(wǎng)應用案例

　　FleetNet是一個由歐洲多個汽車公司、電子公司和大學的合作項目，合作者包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大學。該項目利用無線多跳自組織網(wǎng)絡技術實現(xiàn)無線車載通信，能夠有效提高司機和乘客的安全性和舒適性。FleetNet的設計目標包括實現(xiàn)近距離多跳信息傳播以及為司機和乘客提供位置相關的信息服務。在該項目中，位置信息起著重要的作用，一方面它本身是FleetNet一些應用的基本需求，另一方面它也能使得通信協(xié)議更有效地運作。NEC歐洲實驗室和Mannheim大學為車載網(wǎng)絡設計了基于位置的路由和轉(zhuǎn)發(fā)算法，然后基于該算法實現(xiàn)了一個基于位置的車-車通信路由器。研究人員建立了一個由6輛車組成的實驗網(wǎng)絡，其中每輛車裝備了一個GPS接收器、一個802.11無線網(wǎng)卡，以及一個車-車通信路由器。另外，每輛車還裝備了一個GPRS接口，這樣可以實現(xiàn)對自組織網(wǎng)絡中的每輛車進行實時監(jiān)控。

　　CarTalk是一個歐洲的司機輔助系統(tǒng)研究項目。該項目利用車-車通信技術為移動中的車輛建立一個移動自組織網(wǎng)絡，來幫助增強道路系統(tǒng)的安全性。例如，當一個車輛剎車的時候或者檢測到危險的道路狀況的時候，它會給后方車輛發(fā)送一個警告消息。即使在前方有其他車輛遮擋的情況下，后方車輛也能夠盡早得到警告。這個系統(tǒng)也能夠幫助車輛更安全地駛入高速公路和駛離高速公路。

　　California Path[24]是加州大學伯克利分校的一個關于智能交通系統(tǒng)的綜合性研究項目。該項目始建于1986年，主要由伯克利分校的交通研究學院負責管理，同時也和加州交通部有密切合作。California Path致力于運用前沿技術解決和優(yōu)化加州道路系統(tǒng)存在的問題，其主要關注于3個方面的研究：

　?。?）交通系統(tǒng)運籌學研究

　　其研究方向包括車流管理、旅行者信息管理、監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)融合和分析等。

　?。?）交通安全研究

　　研究內(nèi)容包括十字路口協(xié)同安全系統(tǒng)研究、司機行為建模、工人與行人相關的安全研究等。

　?。?）新概念應用研究

　　該研究致力于發(fā)現(xiàn)、驗證在公共交通系統(tǒng)中的新概念和方法，幫助減少交通系統(tǒng)的阻塞，提高公共交通的出行效率。

　　MIT CarTel是麻省理工學院的一個分布式移動傳感器網(wǎng)絡和遠程通信系統(tǒng)。CarTel的應用能夠收集、處理、傳遞、分析和可視化來自手機或者車輛的傳感器數(shù)據(jù)。在該項目中，一個小型嵌入式計算機能讀取一系列不同的傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給一個Internet服務器。服務器進一步對數(shù)據(jù)進行分析，然后提供給最終用戶多種不同的服務。整個系統(tǒng)的框架包括進行傳感器數(shù)據(jù)采集的硬件和軟件、在車輛之間數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡、能夠容忍網(wǎng)絡連接中斷的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、為基于位置的服務設計的隱私協(xié)議、車流預測模型系統(tǒng)以及道路表面狀況監(jiān)測系統(tǒng)。

　　美國政府與工業(yè)界也積極參加到車載物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)中。車輛基礎設施集成計劃（Vehicle Infrastructure Integration）致力于利用無線通信技術使行駛中的車輛更緊密地與周圍的環(huán)境相聯(lián)系，從而提高交通系統(tǒng)的安全性。該計劃的主要參與者包括美國交通部、加州交通部以及戴姆勒、福特、通用等汽車公司。該計劃的參與者在加州101公路和密歇根Novi市部署了數(shù)十個路邊基站，用于測試汽車與路邊基站的通信能力。在通用公司展示的車載安全系統(tǒng)中，車輛通過DSRC無線技術實時監(jiān)控周圍車輛的位置、速度與方向，一旦發(fā)生緊急情況，車輛通過聲、光信號警告司機。最近，由美國交通部主導的IntelliDrive項目致力于在個人移動設備（如手機和PDA）、車輛以及路邊基站之間建立安全、靈活的無線通信，使道路交通系統(tǒng)更安全、更智能和更環(huán)保。美國交通部目標在2013年前對現(xiàn)有的無線通信技術進行測試和評估，以幫助落實未來交通系統(tǒng)的決策與實施。

　　6 結語

　　車載物聯(lián)網(wǎng)是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d領域。它能夠使人們的日常生活更緊密地與計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術相結合，增強交通安全，提高城市交通效率，以及提供各種與位置相關的信息服務。近些年，車載物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了學術界、工業(yè)界以及政府部門的高度重視，相關的工業(yè)、技術標準已提上制訂日程。然而，針對不同的應用和不同的環(huán)境，仍然有很多尚未妥善解決的問題。人們相信，在車載物聯(lián)網(wǎng)領域，會看到更多更深入的研究，同時車載物聯(lián)網(wǎng)技術將能夠很快走出實驗室，投入實際應用。
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