應(yīng)用舉例 - 車載自組網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用情況

　　車載自組網(wǎng)在交通運輸中出現(xiàn)，將會擴展司機的視野與車載部件的功能，從而提高道路交通的安全與高效。典型的應(yīng)用包括：

　?、?行駛安全預(yù)警。利用車輛間相互交換狀態(tài)信息，通過車載自組網(wǎng)提前通告給司機，建議司機根據(jù)情況作出及時、適當?shù)鸟{駛行為，這便有效的提升了司機的注意力，提高駕駛的安全性。

　?、?協(xié)助駕駛。幫助駕駛員快速、安全的通過“盲區(qū)”，例如在高速路出/入口或交通十字路口處的車輛協(xié)調(diào)通行。

　　③ 分布式交通信息發(fā)布。改變傳統(tǒng)的基于中心式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的交通信息發(fā)布形式，車輛從車載自組網(wǎng)中獲取實時交通信息，提高路況信息的實時性，例如，綜合出與自身相關(guān)的車流量狀況，更新電子地圖以便更高效地決定路徑規(guī)劃。

　?、?基于通信的縱向車輛控制。通過車載自組網(wǎng)，車輛能根據(jù)尾隨車輛和更多前邊視線范圍外的車輛相互協(xié)同行駛，這樣能夠自動形成一個更為和諧的車輛行駛隊列，避免更多的交通事故。

　　3 物理層參數(shù)

　　由于車載自組網(wǎng)獨特的性質(zhì)，決定了其對物理層的要求比較苛刻：要求在高速移動的環(huán)境下具有較強的頑健I生，減少因高速移動引起的信號突變所帶來的影響，尤其是在高速下產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)等的影響;支持高速率傳輸，提供多跳連接(甚至是在節(jié)點密度比較小的情況下)，保證足夠的信息交互;而且對于安全報警信息延遲要非常小，支持突發(fā)性數(shù)據(jù)流，保證其實時性;與MAC層協(xié)議接口相匹配;另外，需要工作在無需授權(quán)的頻段內(nèi)，以保證其應(yīng)用普及。

　　目前國外所應(yīng)用的車載自組網(wǎng)系統(tǒng)所采用的物理層技術(shù)主要是基于802.1l(Wi—Fi) 標準和UTRA—TDD(TD—CDMA)技術(shù)，例如CarTalk與FleetNet項目都采用了UTRA—TDD技術(shù)，C2C聯(lián)盟則主張使用改進后的802.1lb技術(shù)。通過表1，可以對802.1lb和UTRA—TDD在物理層中所采用的一些不同參數(shù)進行簡單比較。

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　　由上表可以看出802.1lb的性能要差很多，但是由于802.1lb無線模塊目前應(yīng)用普及、價格便宜、實現(xiàn)簡單，而且工作在2.4GHz的免費頻段等特點，廣泛被科研實驗所采用：而UTRA—TDD技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜，造價較高，還有一些非技術(shù)因素阻礙其應(yīng)用。

　　所以說這2種技術(shù)各有長短。此外，目前在我國最為普及的GSM 移動通信技術(shù)，其穩(wěn)定的性能被大家所接受， 而支持自組織方式的GSM 網(wǎng)絡(luò)(A—GSM[301)是受Lucent技術(shù)公司資助，對下一代GSM蜂窩網(wǎng)中繼能力進行研究的課題：該課題研究人員試圖在盡可能減少對現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)改動的基礎(chǔ)上，使移動臺具有中繼功能，由此來增強GSM網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。由此可見GSM 技術(shù)應(yīng)用在自組網(wǎng)中是可行的，其性能也完全符合車載自組網(wǎng)的要求，所以車載自組網(wǎng)物理層也可以嘗試采用GSM技術(shù)。

　　無論802.1 lb、UTRA—TDD還是GSM 技術(shù)都是一種中心式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，將其應(yīng)用于分布式網(wǎng)絡(luò)在很多方面需要進行改進。首先，空中接口需要適應(yīng)高速動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓撲;將中心控制的無線媒介訪問機制修改成分布式的媒介訪問機制;修改由基站控制的無線資源管理機制為節(jié)點自行管理協(xié)同合作的機制;面對更為惡劣的多徑效應(yīng)、能量控制算法和時隙同步等問題。以時隙同步為例，它既不像在UTRA—TDD、GSM 終端設(shè)備接入基站時由基站負責進行同步，也不像在802.1lb中AP定期地發(fā)送信標(beacon)幀保持相同物理網(wǎng)中的工作站同步。在車載自組網(wǎng)中時隙同步問 可以通過引入GPS進行粗略同步，再加上一些特定機制進行精確同步，比如在幀中設(shè)計特定的同步時隙。無論是理論分析還是在實際的高速公路或城市道路中進行的仿真測試，都能得出一個結(jié)論：

　　UTRA-TDD比IEEE 802.1lb具有更大的優(yōu)勢。

　　對于物理層除了技術(shù)因素外，還有一些非技術(shù)因素阻礙其選取，比如說占用的頻段。在國外，2003年，美國的聯(lián)邦通信委員會專門為車輛間通信劃分了一個75MHz(5.85—5.925GHz)的免費頻帶帶寬用于專用短距離通信(DSRC，dedicated short rangcommunication)，而歐洲的郵政電信組織(CEPT)也已經(jīng)為UTRA.TDD技術(shù)提供了免除執(zhí)照發(fā)放的2010到2020MHz頻段，日本的DEM02000項目采用的專用短程通信技術(shù)(DSRC)也有專門的免費頻段?？梢姡谲囕d自組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展比較好的國家都有一個免費頻段供其使用，因此，在我國劃分一個供車載自組網(wǎng)使用的免費頻段勢在必行，以利于其更好的在國內(nèi)推廣。

　　綜合以上物理層的特性，對于車載自組網(wǎng)物理層的選擇標準初步總結(jié)如下：

　?、龠m合節(jié)點高速移動，初步設(shè)計移動速度上限為150km/h;

　?、谕ㄓ嵕嚯x在lkm左右;

　　③帶寬在1Mbit/s左右;

　?、軐崟r性強，支持同步，傳輸延時足夠小;

　?、蓊l率最好是免費頻段(可以考慮2.4GHz的ISM免費頻段)。

　　4 MAC層協(xié)議

　　MAC協(xié)議是報文在信道上發(fā)送和接收的直接控制者，它的優(yōu)劣直接影響到極為有限的無線資源的使用效率，對車載自組網(wǎng)的性能起著決定性的作用。MAC層除了需要解決隱藏終端，暴露終端和資源分配的公平性等普遍問題外，車載自組網(wǎng)特定的應(yīng)用環(huán)境和業(yè)務(wù)需求是其要面臨的特殊問題：如車載終端移動速度快，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)高度動態(tài)變化，需要支持突發(fā)的優(yōu)先級高，實時性強的交通安全類業(yè)務(wù)應(yīng)用，許多實時業(yè)務(wù)需要以廣播形式發(fā)送等。因此，基于自組網(wǎng)的車載通信系統(tǒng)MAC協(xié)議需要具備以下特征：

　?、僦С周囕v高速移動性;

　　②保證通信的實時性和可靠性;

　?、劬哂休^好的可擴展性;

　　④具有較高的帶寬利用率;

　?、莶捎萌植际阶越M網(wǎng)方式;

　?、逓槊總€用戶提供公平的通信機會;

　?、咛峁└咝А⒓皶r的廣播機制。

　　4.1 幀結(jié)構(gòu)

　　由于目前所應(yīng)用的車載自組網(wǎng)物理層一般是基于802.11標準和UTRA.TDD技術(shù)的，因此建立在物理層之上的MAC層的幀結(jié)構(gòu)一般也是有兩類的。

　　由于需要將中心式結(jié)構(gòu)的UTRA.TDD應(yīng)用到分布式系統(tǒng)中，所以要在很多方面做出調(diào)整和改進。首先對MAC層的幀結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計，每一幀的時長為10ms，每一幀由15個時隙構(gòu)成，每4幀又構(gòu)成一個超級幀，如圖2所示。

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　　為了避免在隨機信道接入機制下的保留請求沖突，一種電路交換廣播連接(CSBC，circuit.switched broadcast channe1)被引入，它主要用來作為信令目的。如果在幀中沒有足夠的容量來支撐數(shù)據(jù)的發(fā)送，節(jié)點就可以利用CSBC來發(fā)送額外容量保留請求，如圖3所示。

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