車(chē)聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議研究的關(guān)鍵問(wèn)題及研究思路

0基于400.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)va-工業(yè)模式人們對(duì)道路安全的關(guān)注日益增加，而車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的研究已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)。近年來(lái),車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念亦逐漸明晰,基于802.11p實(shí)現(xiàn)車(chē)車(chē)、車(chē)路互聯(lián)成為車(chē)聯(lián)網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn),成為智能交通系統(tǒng)ITS領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。本文首先界定了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念,探討了基于802.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)與前些年借助于成熟的2G、3G技術(shù)發(fā)展起來(lái)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)之間的差異,總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)于基于802.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)研究的定位。為了對(duì)基于802.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議研究中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行有序評(píng)述,提出了一種車(chē)聯(lián)網(wǎng)VA-NET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型,并以分層模型為線對(duì)VA-NET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的關(guān)鍵問(wèn)題及其研究進(jìn)展進(jìn)行了述評(píng)。在此基礎(chǔ)上,分析出VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個(gè)切入點(diǎn),并針對(duì)研究思路作出了一定的展望。1對(duì)中國(guó)車(chē)輛的可擴(kuò)張性分析VANET網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是在車(chē)輛與車(chē)輛之間、車(chē)輛與路邊設(shè)施之間實(shí)現(xiàn)單跳或者多跳的無(wú)線通信,并能夠自組織地建立起一個(gè)臨時(shí)的無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),通信內(nèi)容包括交通事故地理位置信息、車(chē)輛移動(dòng)速度信息、車(chē)輛故障預(yù)警信息、道路擁塞狀況信息、以及其它應(yīng)用信息等等。比如:在實(shí)際應(yīng)用中,VANET網(wǎng)絡(luò)能夠傳遞緊急事故等實(shí)時(shí)信息來(lái)輔助駕駛員避免交通事故,能夠?qū)崿F(xiàn)道路行駛過(guò)程中的導(dǎo)航,保持警車(chē)或者救火車(chē)跟其它車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的通信以讓出警車(chē)或者救火車(chē)的緊急安全通道,進(jìn)行交通信息的相關(guān)查詢,實(shí)現(xiàn)高速公路不停車(chē)?yán)U費(fèi),實(shí)現(xiàn)交通信息廣播,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間的語(yǔ)音視頻通信,以及車(chē)輛在局部城市范圍內(nèi)的無(wú)線調(diào)度等功能,使駕駛更加安全、高效、舒適。鑒于VANET網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,ITSAmerica協(xié)會(huì)的數(shù)十位學(xué)術(shù)界、工業(yè)界頂尖級(jí)專(zhuān)家在2008年12月向美國(guó)國(guó)會(huì)提交建議書(shū),呼吁國(guó)會(huì)資助并將基于WAVE/802.11p的ITS系統(tǒng)的研究和部署,即將基于VANET網(wǎng)絡(luò)在智能交通領(lǐng)域的研究和部署,納入到美國(guó)基礎(chǔ)架構(gòu)的建設(shè)中來(lái)。從我國(guó)的情況來(lái)看,隨著中國(guó)汽車(chē)車(chē)輛總數(shù)的增加,我國(guó)每年因交通事故死亡的人數(shù)在幾十萬(wàn)人以上,并且呈逐年上升的趨勢(shì),交通擁堵的現(xiàn)象也愈加嚴(yán)峻。我們認(rèn)為,事故報(bào)警及事故隱患預(yù)警信息在同一路段行駛的車(chē)輛之間是否能夠可靠地、快速地、無(wú)差錯(cuò)地、時(shí)間可預(yù)測(cè)地傳輸是減少甚至避免交通事故的關(guān)鍵所在。早期的智能交通系統(tǒng)由于投入費(fèi)用代價(jià)昂貴等原因并沒(méi)有真正地部署起來(lái),近些年來(lái)借助于成熟的2G、3G技術(shù)發(fā)展起來(lái)的智能交通系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)車(chē)車(chē)通信時(shí)存在傳輸緊急數(shù)據(jù)時(shí)延大,經(jīng)濟(jì)費(fèi)用過(guò)高等不足,另外傳統(tǒng)意義上的智能交通系統(tǒng)都是以監(jiān)測(cè)為主的輔助交通管理方式,而VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在道路上動(dòng)態(tài)地構(gòu)建出一個(gè)自組織、易部署、費(fèi)用低、開(kāi)放的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò),提供超視距范圍內(nèi)的車(chē)輛狀況、事故報(bào)警及預(yù)警等信息,可以將VANET網(wǎng)絡(luò)看成是一個(gè)新型的無(wú)線接入網(wǎng),利用路邊單元將部分信息傳遞至Internet上,而在接入網(wǎng)的內(nèi)部則可以有效地傳遞不同服務(wù)質(zhì)量保證的應(yīng)用數(shù)據(jù)信息,及時(shí)有效地將事故、路況等警示信息在同一路段行駛的車(chē)輛之間傳遞,降低二次事故的發(fā)生,從而減少交通事故的危害,其進(jìn)展性研究成果的實(shí)用價(jià)值是非常大的。可預(yù)測(cè)VANET技術(shù)成熟后,因其對(duì)行車(chē)便利性與安全性的改善,短期內(nèi)將成為機(jī)動(dòng)車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配備,市場(chǎng)與經(jīng)濟(jì)效益看好。同樣考慮到車(chē)聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,2011年10月,中國(guó)首屆車(chē)聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上,謝光選、何積豐等五位院士積極倡議在國(guó)內(nèi)“加快實(shí)施車(chē)聯(lián)網(wǎng)工程”。2車(chē)聯(lián)網(wǎng)的跨層設(shè)計(jì)思想學(xué)術(shù)界最初提出VANET概念的想法是作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的衍生應(yīng)用,VANET網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議基本沿用了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(mobileAdhocnetwork,MANET)的相關(guān)協(xié)議。但是車(chē)輛高速移動(dòng)的特點(diǎn)使得支持MANET網(wǎng)絡(luò)的ZigBee、Bluetooth等協(xié)議并不適用于VANET網(wǎng)絡(luò),另外由于頻繁的通信間斷,AODV和DSR等路由協(xié)議也不再適合VA-NET網(wǎng)絡(luò)。國(guó)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)近幾年來(lái)在VANET網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層/物理層的協(xié)議研究上逐步達(dá)成一致并取得了一定的突破,即基于802.11技術(shù)來(lái)開(kāi)展研究,目前的標(biāo)準(zhǔn)802.11p協(xié)議正處于草案完善過(guò)程之中,而對(duì)于VA-NET網(wǎng)絡(luò)路由層、傳輸層、應(yīng)用層協(xié)議的研究工作正處于起步階段,IEEE1609工作組致力于該部分協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作,但只是提出了有利于互通性的接口規(guī)范以及一些技術(shù)指標(biāo),對(duì)于具體的可靠傳輸協(xié)議算法涉及不深。VANET網(wǎng)絡(luò)中如何保證傳輸協(xié)議的可靠性、實(shí)時(shí)性及公平性的相關(guān)研究是當(dāng)前熱點(diǎn)領(lǐng)域。在借鑒IEEE1609工作組的車(chē)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧WAVE的基礎(chǔ)上,圖1描述了車(chē)聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型,同時(shí)圖中也給出了將增強(qiáng)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議可靠性、實(shí)時(shí)性及公平性所需要考慮的多方面因素放置在VANET網(wǎng)絡(luò)模型的不同層次予以解決的方案。考慮到VANET網(wǎng)絡(luò)下層傳輸具有“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化快、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的傳輸鏈路壽命短”等特點(diǎn),同時(shí)又要保證信息傳遞的可靠性與實(shí)時(shí)性的實(shí)際應(yīng)用需求,不能照搬TCP/IP分層模型每一層次的功能,必須要把差錯(cuò)控制功能、擁塞控制等傳輸層功能下移。因?yàn)門(mén)CP/IP分層模型所遵循的端到端設(shè)計(jì)原則,由端系統(tǒng)進(jìn)行差錯(cuò)控制,對(duì)于數(shù)據(jù)在可靠傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性無(wú)法保證。擬根據(jù)網(wǎng)絡(luò)鏈路實(shí)際的狀態(tài),自適應(yīng)地考慮把差錯(cuò)控制功能放在數(shù)據(jù)鏈路層抑或是傳輸層處理,即動(dòng)態(tài)地決定是在VANET網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層、網(wǎng)絡(luò)層、還是在傳輸層維持一定的網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)信息,其本質(zhì)是根據(jù)具體的車(chē)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,需要在VANET體系結(jié)構(gòu)的研究中引入了跨層設(shè)計(jì)的思想。跨層設(shè)計(jì)與協(xié)議分層設(shè)計(jì)思想相悖,因?yàn)榉謱铀枷脒壿嫿Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、各層功能相對(duì)獨(dú)立、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù),但協(xié)議分層意味著每層的功能在其協(xié)議數(shù)據(jù)單元被傳到相鄰層之前就已完成,因此需要在每一層里分別進(jìn)行優(yōu)化,這顯然與數(shù)據(jù)操作所期望的高效性相悖。因此面對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)高出錯(cuò)率的高速無(wú)線傳輸信道特性,跨層設(shè)計(jì)原則的引入是合時(shí)宜的。車(chē)聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的廣播協(xié)議用于傳輸控制信息,而在路由層展開(kāi)應(yīng)用信息的傳輸,包括單播和組播的路由算法等研究?jī)?nèi)容。廣播協(xié)議應(yīng)用于局部網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),在MAC層進(jìn)行協(xié)議開(kāi)發(fā),而路由層的單播/組播協(xié)議的研究則可應(yīng)用于整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。部分研究者提出的分簇的組播協(xié)議,主要是考慮整個(gè)車(chē)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)范圍的具體應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)男枨?包括信息的可靠性,可達(dá)性,實(shí)時(shí)性等QoS特性。3文化因素:網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性+實(shí)時(shí)性、公平性由于作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)速度快,從而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間傳輸鏈路壽命短,加上所基于的無(wú)線信道屬于開(kāi)放的有損介質(zhì),存在多普勒多徑衰落等現(xiàn)象,這些因素都難以保證VANET網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)目煽啃?若是為了保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?通過(guò)傳統(tǒng)的在信源節(jié)點(diǎn)及信宿節(jié)點(diǎn)的對(duì)等端之間進(jìn)行滑動(dòng)窗口等差錯(cuò)控制的方式保證數(shù)據(jù)可靠性的同時(shí),由于引入定時(shí)重傳等機(jī)制必然會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性不能得以保證,另外處于自組織管理模式下的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)能否保證其數(shù)據(jù)發(fā)送方面的相對(duì)公平性也是在信息傳輸協(xié)議研究時(shí)需要考慮的一個(gè)重要因素。將增強(qiáng)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性、實(shí)時(shí)性、公平性所需要考慮的多方面因素放置在VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的不同層次予以解決,從VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的角度對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議進(jìn)行研究有利于從宏觀上對(duì)需要解決的問(wèn)題進(jìn)行把握。結(jié)合車(chē)輛速度、道路形狀等信息來(lái)預(yù)測(cè)VANET網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓闆r,并利用VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮攸c(diǎn),設(shè)計(jì)適用于不同交通通信場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、高效、快速的傳輸協(xié)議從理論上來(lái)看是可行的,同時(shí)如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓目煽s放性也是有待解決的一個(gè)開(kāi)放課題。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,我們把適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓目煽總鬏攨f(xié)議的研究分解為對(duì)應(yīng)于3個(gè)層次的子問(wèn)題來(lái)研究,如下文所述。3.1連通性問(wèn)題的研究第一個(gè)子問(wèn)題是VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性問(wèn)題。VA-NET網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)性導(dǎo)致的VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性問(wèn)題是一個(gè)開(kāi)放問(wèn)題,在某些假設(shè)條件下也可建模成一個(gè)NP-hard問(wèn)題,這個(gè)領(lǐng)域還比較新,目前國(guó)外文獻(xiàn)中相關(guān)研究還不多。在VANET網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性模型與網(wǎng)絡(luò)連通性模型指的是同一個(gè)模型概念。3.2網(wǎng)絡(luò)連通性的改進(jìn)第二個(gè)子問(wèn)題是在VANET網(wǎng)絡(luò)連通性研究的基礎(chǔ)上,如何設(shè)計(jì)適用于不同交通場(chǎng)景(比如高速公路交通場(chǎng)景)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、高效、快速的傳輸。由于車(chē)輛高速移動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性,在VANET的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中維護(hù)路由表是非常困難的,傳統(tǒng)的路由協(xié)議OSPF、RIP顯然不適合VANET網(wǎng)絡(luò)。目前國(guó)內(nèi)外研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)VA-NET網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究已經(jīng)有了一定的深度,目前大致分為4類(lèi):(1)基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議的研究。VANET網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的部分研究者認(rèn)為VANET是MANET在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用,也具備MANET自組織、節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性、短距離通信等特點(diǎn),因此直接將MANET網(wǎng)絡(luò)中成熟的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腁ODV、DSR、OLSR協(xié)議經(jīng)過(guò)改進(jìn)后應(yīng)用于VANET網(wǎng)絡(luò),但是由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的高速動(dòng)態(tài)性,端到端的路徑會(huì)經(jīng)常斷裂,并且路徑通常是在數(shù)據(jù)傳輸完之前斷裂,論文中的實(shí)驗(yàn)效果并沒(méi)有考慮到這一假設(shè),所以其實(shí)際效果并不好。(2)基于節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置的路由協(xié)議的研究。其主要思想是通過(guò)獲得源節(jié)點(diǎn)、相鄰節(jié)點(diǎn)以及目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息來(lái)確定通信路徑。研究思路同樣是利用MANET網(wǎng)絡(luò)中典型的基于相對(duì)位置的GPSR協(xié)議經(jīng)過(guò)改進(jìn)后并應(yīng)用于VANET網(wǎng)絡(luò),其確定路徑的算法使用的是貪婪模式,相對(duì)過(guò)高的時(shí)延不適合傳輸緊急數(shù)據(jù),信息傳遞時(shí)按照右手規(guī)則向前以直線的路徑逐段傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn),當(dāng)將數(shù)據(jù)傳輸給相對(duì)位置在后面或者相對(duì)位置在前面一定范圍的車(chē)輛時(shí),對(duì)于在彎道處的車(chē)輛就不能收到該信息。(3)基于GPS系統(tǒng)及電子地圖的路由協(xié)議的研究。在VANET中,實(shí)際的場(chǎng)景是節(jié)點(diǎn)限制在道路上雙向移動(dòng)。因此,借助于電子交通地圖、交通模型、車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)GPS或北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等,設(shè)計(jì)出的VANET路由協(xié)議是比較有前景的研究方向。但是,依靠節(jié)點(diǎn)集、道路集、彎道限制集以及電子地圖的全局拓?fù)湫畔⒋_定路由算法本身的復(fù)雜度,比如計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)與延遲等,將是一個(gè)難以突破的難點(diǎn)。(4)基于分簇的路由協(xié)議的研究。這部分路由協(xié)議的研究思路同樣源于MANET分簇路由協(xié)議的改進(jìn)研究,基于分簇的層次結(jié)構(gòu)能夠減少路由維護(hù)的代價(jià),但在簇的形成過(guò)程中,如何有效地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連通性的變化特征始終是分簇VANET路由協(xié)議設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)。加拿大維多利亞大學(xué)的PanJianping團(tuán)隊(duì)將分簇與信息分層網(wǎng)絡(luò)編碼相結(jié)合,在信息傳輸?shù)目煽啃约皩?shí)時(shí)性保證方面取得了一定的成果。在研究VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議時(shí)需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性。車(chē)輛是高速移動(dòng)的,車(chē)輛密度超過(guò)一定閾值,某一路段的VANET網(wǎng)絡(luò)是連通的,而車(chē)輛密度低于一定閾值時(shí),則是非連通的,VANET網(wǎng)絡(luò)在連通狀態(tài)與非連通狀態(tài)下不斷切換,其時(shí)間粒度是以分鐘為單位的,在這種情形下,可以考慮利用網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)以及節(jié)點(diǎn)位置預(yù)判信息對(duì)路由協(xié)議進(jìn)行研究。3.3緊急網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用td/ip協(xié)議第三個(gè)子問(wèn)題是VANET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中,若發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞,如何保證緊急數(shù)據(jù)的傳輸可靠性,而丟棄非緊急數(shù)據(jù)。在這種情況下,如何保證緊急數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性和可靠性,而基于TCP/IP協(xié)議簇的擁塞控制機(jī)制顯然不適合VANET網(wǎng)絡(luò),因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)是沒(méi)有緊急與非緊急的區(qū)分的。缺乏擁塞控制的傳輸協(xié)議可能會(huì)極大地影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目蛇_(dá)性及延時(shí)的可預(yù)期性。3.4對(duì)國(guó)內(nèi)研究的總結(jié)國(guó)內(nèi)在VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究還處在早期階段,比如在國(guó)內(nèi)有代表性的《通信學(xué)報(bào)》、《電子學(xué)報(bào)》、《軟件學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》和《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》等一級(jí)期刊的正刊上,到目前為止針對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)的所有研究論文僅有7篇[19,28,29,30,31,32,33],其中有3篇屬于介紹國(guó)外最新研究成果的綜述類(lèi)文章,包括:清華大學(xué)課題組在參考文獻(xiàn)中,介紹了VANET網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域;武漢大學(xué)課題組針對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)的傳輸控制協(xié)議對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究成果進(jìn)行分析和比較;重慶大學(xué)課題組則是對(duì)VA-NET網(wǎng)絡(luò)信息廣播方面的技術(shù)及發(fā)展方向進(jìn)行了綜述。其它4篇文章所反映的國(guó)內(nèi)在VANET網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的成果分別是:武漢大學(xué)課題組從數(shù)據(jù)包差錯(cuò)序列的角度研究了VANET網(wǎng)絡(luò)物理層無(wú)線信道的差錯(cuò)特性;武漢大學(xué)另一課題組對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)連通性進(jìn)行了研究,提出了一種用于高速公路場(chǎng)景中VANET網(wǎng)絡(luò)不存在孤立節(jié)點(diǎn)的概率分析算法,并明確給出了確保網(wǎng)絡(luò)中不存在孤立節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)間通信距離的閾值;中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所課題組借鑒P2P網(wǎng)絡(luò)的思想利用VANET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)助數(shù)據(jù)下載,提出一種基于動(dòng)態(tài)時(shí)槽的車(chē)聯(lián)網(wǎng)協(xié)助傳輸數(shù)據(jù)的方法;在VANET通信路由研究方面,湖南大學(xué)課題組利用基于可變網(wǎng)絡(luò)編碼的路由方式,即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài),由信源車(chē)輛節(jié)點(diǎn)指導(dǎo)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的信息網(wǎng)絡(luò)編碼方式,最大程度確保信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量;吉林大學(xué)的課題組在VANET網(wǎng)絡(luò)安全方面做出了一定的有深度的研究。在智能交通領(lǐng)域,從2010年底提出了車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念,其本質(zhì)也是車(chē)用自組網(wǎng)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)VANET術(shù)語(yǔ)的中文翻譯包括:車(chē)載自組網(wǎng),車(chē)用自組網(wǎng),車(chē)聯(lián)網(wǎng)等,目前尚未達(dá)成一致,屬于技術(shù)發(fā)展的早期。4網(wǎng)絡(luò)連通性問(wèn)題目前在車(chē)用自組網(wǎng)研究領(lǐng)域存在的主要問(wèn)題有:(1)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性導(dǎo)致的VANET網(wǎng)絡(luò)連通性問(wèn)題是個(gè)NP-hard問(wèn)題,由于VANET研究領(lǐng)域較新,尚缺乏有效的建模,而網(wǎng)絡(luò)連通性是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議研究的基石;(2)缺乏有效的同時(shí)保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性及實(shí)時(shí)性的協(xié)議實(shí)現(xiàn)方法;(3)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,對(duì)發(fā)生擁塞情形的考慮不足。4.1網(wǎng)絡(luò)連通性及其連通度鑒于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置特征滿足GI/D/∞的排隊(duì)模型,即車(chē)輛進(jìn)入VANET網(wǎng)絡(luò)服從泊松分布,節(jié)點(diǎn)之間的相對(duì)距離服從指數(shù)分布,以及車(chē)輛節(jié)點(diǎn)間的期望相遇時(shí)間服從指數(shù)分布,當(dāng)前多數(shù)研究者從排隊(duì)模型入手對(duì)VAENT網(wǎng)絡(luò)的連通性開(kāi)展研究。考慮到滲透理論在圖論中對(duì)1維、2維網(wǎng)圖的連通性的研究已經(jīng)取得不少成果,可以考慮用滲透理論對(duì)VANET的網(wǎng)絡(luò)連通性(包括1維,2維)及其連通度進(jìn)行研究。滲流是以概率分析為基礎(chǔ)對(duì)圖的各種模型進(jìn)行研究,主要探討的是各種模型的閾值問(wèn)題。以高速公路交通場(chǎng)景的VANET網(wǎng)絡(luò)為例,車(chē)輛節(jié)點(diǎn)間的通信距離是存在限制的,基于802.11p技術(shù)的節(jié)點(diǎn)臨界通信半徑r為300米,假設(shè)某一路段長(zhǎng)度為L(zhǎng),路段中有n個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn),則連通半徑rc為L(zhǎng)*(logn)/n,若是連通半徑rc<r,則可以保證1維VANET網(wǎng)絡(luò)的連通。將VA-NET網(wǎng)絡(luò)的連通性描述為滲流現(xiàn)象,其中車(chē)輛節(jié)點(diǎn)的高速移動(dòng)性規(guī)律對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)連通性變化的影響將是難點(diǎn)。4.2基于分簇的網(wǎng)絡(luò)性能仿真在研究VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議時(shí)必須要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性,以高速公路場(chǎng)景為例,車(chē)輛是高速移動(dòng)的,當(dāng)車(chē)輛密度超過(guò)一定閾值,某一路段的VANET網(wǎng)絡(luò)是連通的,而當(dāng)車(chē)輛密度低于一定閾值時(shí),則是非連通的,VANET網(wǎng)絡(luò)在連通狀態(tài)與非連通狀態(tài)的切換在以分鐘為單位的時(shí)間粒度里也是經(jīng)常變化的,所以在對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇時(shí),需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性、維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)、車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡、負(fù)載均衡等因素;在VANET網(wǎng)絡(luò)分簇簇頭的選取上,需要充分考慮簇頭節(jié)點(diǎn)在拓?fù)渲械奈恢谩④?chē)輛行駛軌跡等信息以進(jìn)行包括簇頭的切換、車(chē)輛節(jié)點(diǎn)所屬簇的切換等算法的設(shè)計(jì)研究。在路由算法的設(shè)計(jì)中,還需引入簇間通信的最短時(shí)延及最短距離等指標(biāo),這里需要說(shuō)明的是:引入簇間通信最短距離指標(biāo)是車(chē)輛節(jié)點(diǎn)間利用數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議802.11p進(jìn)行通信存在通信距離有效范圍的限制,為了保證信息在通信過(guò)程中的連續(xù)性,需要對(duì)傳輸路徑進(jìn)行類(lèi)似于3G網(wǎng)絡(luò)中的軟切換、更軟切換的預(yù)判切換機(jī)制的修正。另外,在真實(shí)的VANET網(wǎng)絡(luò)中,車(chē)輛節(jié)點(diǎn)具備較強(qiáng)的組移動(dòng)特性,預(yù)判切換將充分考慮這個(gè)可能欠穩(wěn)定的組移動(dòng)特性的因素。引入簇間通信最短時(shí)延指標(biāo)是因?yàn)橐环矫婵紤]所傳信息的時(shí)效性,另一方面是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)簇與另一個(gè)簇處于非連通狀態(tài)時(shí),負(fù)責(zé)信息轉(zhuǎn)發(fā)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)需要暫存信息,等狀態(tài)由非連通轉(zhuǎn)成連通后繼而進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),但暫存信息的時(shí)間是存在最短時(shí)間限制的,這個(gè)閾值的范圍是需要研究的。該部分研究的關(guān)鍵之處在于針對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)變化特征預(yù)判、網(wǎng)絡(luò)連通性變化預(yù)判的基礎(chǔ)上,完成基于分簇的可靠傳輸路由協(xié)議的設(shè)計(jì)。關(guān)于這里提到的暫