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(yùn)輸中出現(xiàn)，將會(huì)擴(kuò)展司機(jī)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：

　　① 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(jī)，建議司機(jī)根據(jù)情況作出及時(shí)、適當(dāng)?shù)鸟{駛行為，這便有效的提升了司機(jī)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。

　?、?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(shí)時(shí)交通信息，提高路況信息的實(shí)時(shí)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。

　　④ 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(dòng)形成一個(gè)更為和諧的車輛行駛隊(duì)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(dú)特的性質(zhì)，決定了其對(duì)物理層的要求比較苛刻：要求在高速移動(dòng)的環(huán)境下具有較強(qiáng)的頑健I生，減少因高速移動(dòng)引起的信號(hào)突變所帶來(lái)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(diǎn)密度比較小的情況下)，保證足夠的信息交互;而且對(duì)于安全報(bào)警信息延遲要非常小，支持突發(fā)性數(shù)據(jù)流，保證其實(shí)時(shí)性;與MAC層協(xié)議接口相匹配;另外，需要工作在無(wú)需授權(quán)的頻段內(nèi)，以保證其應(yīng)用普及。

　　目前國(guó)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(biāo)準(zhǔn)和UTRA—TDD(TD—CDMA)技術(shù)，例如CarTalk與FleetNet項(xiàng)目都采用了UTRA—TDD技術(shù)，C2C聯(lián)盟則主張使用改進(jìn)后的802.1lb技術(shù)。通過表1，可以對(duì)802.1lb和UTRA—TDD在物理層中所采用的一些不同參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)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(wú)線模塊目前應(yīng)用普及、價(jià)格便宜、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，而且工作在2.4GHz的免費(fèi)頻段等特點(diǎn)，廣泛被科研實(shí)驗(yàn)所采用：而UTRA—TDD技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，造價(jià)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(zhǎng)短。此外，目前在我國(guó)最為普及的GSM 移動(dòng)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(duì)下一代GSM蜂窩網(wǎng)中繼能力進(jìn)行研究的課題：該課題研究人員試圖在盡可能減少對(duì)現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)改動(dòng)的基礎(chǔ)上，使移動(dòng)臺(tái)具有中繼功能，由此來(lái)增強(qiáng)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(wú)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(jìn)行改進(jìn)。首先，空中接口需要適應(yīng)高速動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?將中心控制的無(wú)線媒介訪問機(jī)制修改成分布式的媒介訪問機(jī)制;修改由基站控制的無(wú)線資源管理機(jī)制為節(jié)點(diǎn)自行管理協(xié)同合作的機(jī)制;面對(duì)更為惡劣的多徑效應(yīng)、能量控制算法和時(shí)隙同步等問題。以時(shí)隙同步為例，它既不像在UTRA—TDD、GSM 終端設(shè)備接入基站時(shí)由基站負(fù)責(zé)進(jìn)行同步，也不像在802.1lb中AP定期地發(fā)送信標(biāo)(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(shí)隙同步問 可以通過引入GPS進(jìn)行粗略同步，再加上一些特定機(jī)制進(jìn)行精確同步，比如在幀中設(shè)計(jì)特定的同步時(shí)隙。無(wú)論是理論分析還是在實(shí)際的高速公路或城市道路中進(jìn)行的仿真測(cè)試，都能得出一個(gè)結(jié)論：

　　UTRA-TDD比IEEE 802.1lb具有更大的優(yōu)勢(shì)。

　　對(duì)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(guó)外，2003年，美國(guó)的聯(lián)邦通信委員會(huì)專門為車輛間通信劃分了一個(gè)75MHz(5.85—5.925GHz)的免費(fèi)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(xiàng)目采用的專用短程通信技術(shù)(DSRC)也有專門的免費(fèi)頻段?？梢?，在車載自組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展比較好的國(guó)家都有一個(gè)免費(fèi)頻段供其使用，因此，在我國(guó)劃分一個(gè)供車載自組網(wǎng)使用的免費(fèi)頻段勢(shì)在必行，以利于其更好的在國(guó)內(nèi)推廣。

　　綜合以上物理層的特性，對(duì)于車載自組網(wǎng)物理層的選擇標(biāo)準(zhǔn)初步總結(jié)如下：

　?、龠m合節(jié)點(diǎn)高速移動(dòng)，初步設(shè)計(jì)移動(dòng)速度上限為150km/h;

　　②通訊距離在lkm左右;

　?、蹘捲?Mbit/s左右;

　?、軐?shí)時(shí)性強(qiáng)，支持同步，傳輸延時(shí)足夠小;

　?、蓊l率最好是免費(fèi)頻段(可以考慮2.4GHz的ISM免費(fèi)頻段)。

　　4 MAC層協(xié)議

　　MAC協(xié)議是報(bào)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(wú)線資源的使用效率，對(duì)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(dòng)速度快，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度動(dòng)態(tài)變化，需要支持突發(fā)的優(yōu)先級(jí)高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的交通安全類業(yè)務(wù)應(yīng)用，許多實(shí)時(shí)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(dòng)性;

　?、诒ＷC通信的實(shí)時(shí)性和可靠性;

　?、劬哂休^好的可擴(kuò)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€(gè)用戶提供公平的通信機(jī)會(huì);

　　⑦提供高效、及時(shí)的廣播機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)。首先對(duì)MAC層的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，每一幀的時(shí)長(zhǎng)為10ms，每一幀由15個(gè)時(shí)隙構(gòu)成，每4幀又構(gòu)成一個(gè)超級(jí)幀，如圖2所示。

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　　為了避免在隨機(jī)信道接入機(jī)制下的保留請(qǐng)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(lái)作為信令目的。如果在幀中沒有足夠的容量來(lái)支撐數(shù)據(jù)的發(fā)送，節(jié)點(diǎn)就可以利用CSBC來(lái)發(fā)送額外容量保留請(qǐng)求，如圖3所示。

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