車載物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分析

　　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(luò)技術(shù)市場化的初級階段，車輛很少有機(jī)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(guān)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(luò)中提高單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量的技術(shù)。他們進(jìn)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(jìn)行了以802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的單跳通信的實驗，并提供了詳細(xì)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(jī)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(jìn)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(wù)是協(xié)調(diào)本地車輛并幫助信息沿預(yù)定方向傳播。VADD是一種利用車流模式和道路拓?fù)鋪碚业絺鬟f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(fù)載接近超負(fù)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(yīng)用的需求聯(lián)系在一起。從上層的角度來看，容遲網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(luò)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(dāng)人們設(shè)計微觀信息傳播協(xié)議時，可以重點關(guān)注3個方面的問題：

　?。?）應(yīng)用需求

　　容遲網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(shè)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(wù)，如何分配資源以確保公平等。

　?。?）協(xié)作

　　人們可以利用多任務(wù)調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)、中繼、多方網(wǎng)絡(luò)編碼等不同的技術(shù)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(yīng)用案例

　　FleetNet是一個由歐洲多個汽車公司、電子公司和大學(xué)的合作項目，合作者包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大學(xué)。該項目利用無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)無線車載通信，能夠有效提高司機(jī)和乘客的安全性和舒適性。FleetNet的設(shè)計目標(biāo)包括實現(xiàn)近距離多跳信息傳播以及為司機(jī)和乘客提供位置相關(guān)的信息服務(wù)。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(yīng)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(xué)為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(luò)，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(luò)中的每輛車進(jìn)行實時監(jiān)控。

　　CarTalk是一個歐洲的司機(jī)輔助系統(tǒng)研究項目。該項目利用車-車通信技術(shù)為移動中的車輛建立一個移動自組織網(wǎng)絡(luò)，來幫助增強(qiáng)道路系統(tǒng)的安全性。例如，當(dāng)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?cè)敫咚俟泛婉傠x高速公路。

　　California Path[24]是加州大學(xué)伯克利分校的一個關(guān)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(xué)院負(fù)責(zé)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(shù)解決和優(yōu)化加州道路系統(tǒng)存在的問題，其主要關(guān)注于3個方面的研究：

　　（1）交通系統(tǒng)運籌學(xué)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(jī)行為建模、工人與行人相關(guān)的安全研究等。

　?。?）新概念應(yīng)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(xué)院的一個分布式移動傳感器網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。CarTel的應(yīng)用能夠收集、處理、傳遞、分析和可視化來自手機(jī)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(jī)能讀取一系列不同的傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給一個Internet服務(wù)器。服務(wù)器進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后提供給最終用戶多種不同的服務(wù)。整個系統(tǒng)的框架包括進(jìn)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(luò)、能夠容忍網(wǎng)絡(luò)連接中斷的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、為基于位置的服務(wù)設(shè)計的隱私協(xié)議、車流預(yù)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(chǔ)設(shè)施集成計劃（Vehicle Infrastructure Integration）致力于利用無線通信技術(shù)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(shù)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(jī)。最近，由美國交通部主導(dǎo)的IntelliDrive項目致力于在個人移動設(shè)備（如手機(jī)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(biāo)在2013年前對現(xiàn)有的無線通信技術(shù)進(jìn)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(jié)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(lǐng)域。它能夠使人們的日常生活更緊密地與計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，增強(qiáng)交通安全，提高城市交通效率，以及提供各種與位置相關(guān)的信息服務(wù)。近些年，車載物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及政府部門的高度重視，相關(guān)的工業(yè)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已提上制訂日程。然而，針對不同的應(yīng)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(lǐng)域，會看到更多更深入的研究，同時車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將能夠很快走出實驗室，投入實際應(yīng)用。