車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探討

　　本文認(rèn)為在不久的將來車載通信將建立于一種混合式的架構(gòu)，如圖1所示。在這種混合架構(gòu)中，長距離通信技術(shù)，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)和WiMAX，能夠?yàn)槿藗兲峁┘磿r的互聯(lián)網(wǎng)接入；而短距離通信技術(shù)，如DSRC、Wi-Fi(即802.11a/b/g)，則能夠?yàn)榘踩到y(tǒng)提供實(shí)時響應(yīng)的保障以及為基于位置的信息服務(wù)提供有效支持。

　　本文認(rèn)為車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)將在未來智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。車載自組織網(wǎng)絡(luò)依靠短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車與車以及車與路邊基站之間的通信。與傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相比，車載自組織網(wǎng)絡(luò)有兩個主要優(yōu)勢：首先，車載自組織網(wǎng)絡(luò)具有成本低、容易部署和操作的優(yōu)勢。消費(fèi)者無需訂閱即可享受服務(wù)。其次，從技術(shù)角度來看，智能交通系統(tǒng)中傳播的很多信息有很強(qiáng)的位置相關(guān)性，車載自組織網(wǎng)絡(luò)能夠很方便地為臨近車輛建立實(shí)時或者非實(shí)時的短距離通信。

　　3 車載物聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　車載網(wǎng)絡(luò)所獨(dú)有的特性給人們提來了前所未有的挑戰(zhàn)，然而，與此同時，這些特性也使人們能夠從與以往不同的角度去思考和解決問題。

　　車載網(wǎng)絡(luò)分3層：鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層面臨不同的挑戰(zhàn)。

　　3.1 鏈路層面臨的挑戰(zhàn)

　　在鏈路層，面臨的主要挑戰(zhàn)是如何使鏈路層協(xié)議適應(yīng)獨(dú)特的車輛運(yùn)行環(huán)境，使鏈路層獲得最佳性能。鏈路層協(xié)議包括3個主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：響應(yīng)能力、可靠性和可擴(kuò)展性。首先，鏈路層協(xié)議需要能夠?qū)π诺罈l件和車輛的移動性快速響應(yīng)，同時協(xié)議的可靠性和可擴(kuò)展性對與安全相關(guān)的應(yīng)用也起著重要的作用。一些傳統(tǒng)的鏈路層協(xié)議的設(shè)計(jì)方法，如無線接入點(diǎn)(AP)握手、媒體訪問控制(MAC)層超時管理、地址解析協(xié)議(ARP)超時等，在高速移動的車載環(huán)境中已顯示出低下的性能。這些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法通常會導(dǎo)致增加的啟動延時、未充分利用的帶寬，以及帶寬的不公平分配。

　　實(shí)際上，可擴(kuò)展性和可靠性在一定程度上互相影響，互相作用?？煽繌V播技術(shù)也是重要的研究問題之一。目前的可靠廣播技術(shù)一般包括重復(fù)廣播、合作式傳遞、發(fā)射功率自適應(yīng)等?？煽啃院涂蓴U(kuò)展性仍然值得進(jìn)一步深入研究，特別是針對車輛安全系統(tǒng)的應(yīng)用，因?yàn)樽罱K用戶對車輛安全系統(tǒng)要求很高。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò)層面臨的挑戰(zhàn)

　　在網(wǎng)絡(luò)層，面臨的主要挑戰(zhàn)是建立一個新的路由模式，以促進(jìn)車載網(wǎng)絡(luò)的信息傳播。在過去10年中，無線自組織網(wǎng)絡(luò)方面得到廣泛研究。特別是，研究人員為車載網(wǎng)絡(luò)提出了許多具有環(huán)境自適應(yīng)能力的路由協(xié)議，如MDDV和VADD。這些協(xié)議利用車輛的移動性，通過GPS定位技術(shù)、數(shù)字地圖技術(shù)，在車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提高數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)性能。從本質(zhì)上講，這些協(xié)議都是針對以數(shù)據(jù)包為基本單位而設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)包在從源到目的地的整個轉(zhuǎn)發(fā)過程中都保持不變。然而，這種基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的模式已不能適應(yīng)以信息為中心的應(yīng)用需求。首先，對于某些應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)路由沒有明確的數(shù)據(jù)源和目的地。信息由某些節(jié)點(diǎn)共同產(chǎn)生，然后傳遞給另一些節(jié)點(diǎn)。其次，信息在傳遞的過程中會被修改。如在交通阻塞的檢測中，每部車都能產(chǎn)生交通擁塞報(bào)告，而這個報(bào)告可以和其他臨近的車輛產(chǎn)生的報(bào)告相融合。所有向擁塞地點(diǎn)行駛的車輛是這些報(bào)告的接收者。在這類應(yīng)用中，人們事先并不知道什么時間、什么地點(diǎn)、哪些車輛會產(chǎn)生報(bào)告，人們也不知道誰會成為接收者。有一些基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的路由協(xié)議，例如多播技術(shù)和基于位置的廣播技術(shù)，能夠部分解決這類應(yīng)用的需求。然而，從本質(zhì)上講，人們需要一個新的路由模式，能夠?yàn)橐孕畔橹行牡臄?shù)據(jù)傳輸提供支持，這個模式將能夠有助于信息的產(chǎn)生，融合，傳播和刪除。

　　3.3 應(yīng)用層面臨的挑戰(zhàn)

　　在應(yīng)用層，人們所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何效地表示、發(fā)現(xiàn)、存儲和更新整個網(wǎng)絡(luò)的信息。

　　命名和尋址是車載網(wǎng)絡(luò)的核心問題。如何有效地將真實(shí)世界的信息建立索引，以方便信息存儲和傳播，是一個有待研究的問題。本文認(rèn)為尋址將采用混合型、多層次的方案，真實(shí)世界的環(huán)境信息將起重要作用。命名和尋址政策對系統(tǒng)中的其他協(xié)議，如路由和信息發(fā)現(xiàn)有重大影響。由于車輛的高移動性，另一個挑戰(zhàn)是如何動態(tài)地將車輛的標(biāo)簽(ID)映射到基于位置的地址，如在基于位置的廣播中，人們需要知道在某一區(qū)域內(nèi)的所有車輛列表。這個問題對于整個混合網(wǎng)絡(luò)體系都有非常重要的影響。本文認(rèn)為可以在車輛以及路邊基站上實(shí)現(xiàn)類似地址解析協(xié)議/反向地址解析協(xié)議(ARP/RARP)來幫助解決這個問題。