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中圖分類號：TP183 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）05-0109-01
由于網(wǎng)絡信息化的快速發(fā)展，使得車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)組成更加復雜，人們對于車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的故障診斷日益重視。建立準確、可靠、快速的故障診斷是完善車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)性能的客觀需求，也是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。因此，故障診斷成為了車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)研制工作中一個重要內(nèi)容。
1 傳統(tǒng)的故障樹分析方法在故障診斷中的應用情況
故障現(xiàn)象與故障原因之間必然存在相應的因果關(guān)系，故障診斷就是根據(jù)該因果關(guān)系來進行推理與決策。
各種網(wǎng)絡設備及網(wǎng)絡系統(tǒng)的傳統(tǒng)故障診斷大多采用故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）方法來進行故障診斷因果推理。故障樹分析方法是一種從系統(tǒng)到分系統(tǒng)（部件），再到零件，按照逐層下降形式分析的方法。它從系統(tǒng)開始，通過邏輯運算符號繪制成一個逐漸展開的樹形的分枝圖，來分析故障事件（頂端事件）的概率，同時也可用來分析零件、分系統(tǒng)（部件）或子系統(tǒng)故障對于系統(tǒng)故障影響。
采用故障樹分析方法來進行故障診斷推理時具備直接、明了、邏輯性強、基層維修人員易掌握的特點。但是故障樹分析方法存在故障原因處理沒有區(qū)分，斷程序固化，沒有突出各故障原因發(fā)生概率差異，無法體現(xiàn)其對系統(tǒng)故障的貢獻大小，不能反映診斷成本、診斷時間等因素對系統(tǒng)故障產(chǎn)生的實際影響等不足。在診斷過程中，容易產(chǎn)生故障信息不確定性，而造成大型系統(tǒng)的故障搜索時間和空間顯著增加。
2 基于故障樹的貝葉斯網(wǎng)絡進行故障推理原理
貝葉斯網(wǎng)絡（Bayesian Networks，BN）是一種概率網(wǎng)絡，貝葉斯網(wǎng)絡是基于概率推理的數(shù)學模型，所謂概率推理就是通過一些變量的信息來獲取其他的概率信息的過程，基于概率推理的貝葉斯網(wǎng)絡是為了解決不定性和不完整性問題而提出的，它對于解決復雜系統(tǒng)的不確定性和關(guān)聯(lián)性引起的故障有很大優(yōu)勢，在多個領域獲得了廣泛的應用。
建立貝葉斯網(wǎng)絡模型是用它進行故障診斷的首要問題，它需要解決的問題包括網(wǎng)絡節(jié)點的確定、節(jié)點間的有向弧連接關(guān)系、各節(jié)點的先驗概率以及條件概率表的確定。文獻給出了建立貝葉斯網(wǎng)絡模型的一般步驟。
這種方法建立在模型建立者對系統(tǒng)比較了解的基礎上，實施難度較大，限制了它的應用。在網(wǎng)絡系統(tǒng)的故障診斷中，故障樹分析和故障模式、影響及危害性分析是常用的方法。
貝葉斯網(wǎng)絡和故障樹具有很大的相似性。只是前者不僅承繼了故障樹的狀態(tài)描述及推理方式，而且還具備描述事件多態(tài)性和故障邏輯關(guān)系非確定性的能力。
3 基于貝葉斯網(wǎng)絡的故障診斷示例
某車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)故障樹結(jié)構(gòu)如圖1所示。
與故障樹中基本事件對應，以根節(jié)點X1代表電臺天線，其狀態(tài)分別為正常（0），信號不能發(fā)送等為故障（1）；X2代表中頻板，其狀態(tài)分別為正常（0），無輸出等為故障（1）；其余以此類推。與故障樹中頂端事件對應，以S1代表無線電臺無法數(shù)據(jù)通信；S2代表X1與S3取或的邏輯結(jié)果；其余以此類推。建立的車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。
4 結(jié)語
本文在分析故障樹分析方法的特點和貝葉斯網(wǎng)絡在處理不確定性問題優(yōu)點的基礎上，提出了利用貝葉斯網(wǎng)絡進行車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)的故障推理應用。研究了基于故障樹和故障模式、影響及危害性分析信息的貝葉斯網(wǎng)絡模型建立方法，分析了貝葉斯網(wǎng)絡的故障預測和推理原理，最后通過對于某型車載網(wǎng)絡信息系統(tǒng)故障實例驗證了上述方法的可行性和有效性。
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.012
0 引言
車載網(wǎng)絡（Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs）是支撐智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，ITS）的關(guān)鍵技術(shù)，由具有無線通信能力的車輛節(jié)點或路邊基礎設施（Roadside Infrastructure Unit，RIU）構(gòu)成。與傳統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡不同，車載網(wǎng)絡管理的是公路上高速移動的機動車輛，網(wǎng)絡拓撲隨車輛移動動態(tài)變化，基于車載網(wǎng)絡的交通應用對通信實時性要求較高。資源調(diào)度是提高車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)吞吐量、降低數(shù)據(jù)傳輸時延的重要技術(shù)手段，是車載網(wǎng)絡的重點研究內(nèi)容。
為改進傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)低效的通信模式，車載網(wǎng)絡以更直接、高效的方式收集、傳播和分發(fā)信息。資源調(diào)度是提高車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸能力的重要技術(shù)手段，車載網(wǎng)絡資源調(diào)度的主要挑戰(zhàn)在于如何有效利用車載網(wǎng)絡物理層條件（車輛移動性、車輛無線信道、車輛相對位置）滿足應用層的需求。
Liu等人研究了如何利用RIU作為協(xié)作中繼幫助車載網(wǎng)絡車輛傳輸數(shù)據(jù)。Wu等人提出了一種從路邊基站到行駛車輛的下行調(diào)度算法，對車載網(wǎng)絡下行信道資源進行有效管理。Zhang等人提出了同時考慮上行和下行請求的調(diào)度算法。2013年Li針對WiMAX網(wǎng)絡和WAVE網(wǎng)絡中資源調(diào)度方式不同，提出一種基于反饋的兩級資源調(diào)度機制。H.Ilhan等人提出了一種基于放大轉(zhuǎn)發(fā)的自組織Ad Hoc網(wǎng)絡的車載網(wǎng)絡架構(gòu)。M.Seyfi等人提出了一種兩跳車載網(wǎng)絡的中繼選擇策略。M.F.Feteiha等人提出了一種基于多天線放大中繼的車載網(wǎng)絡資源調(diào)度策略。Zheng等人基于圖論提出了一種車輛與基礎設施之間的鏈路V2I（Vehicle-to-Infrastructure）和車輛與車輛之間的鏈路V2V（Vehicle-to-Vehicle）并存的車載網(wǎng)絡資源調(diào)度方法。文獻[18]基于多選擇的聯(lián)合鏈路調(diào)度與資源優(yōu)化方法。文獻[19]基于LTE-Advanced架構(gòu)提出了中繼車載網(wǎng)絡的一種傳輸方法。
這些研究從車載網(wǎng)絡信道資源分配管理角度提高了路邊基站的訪問效率。不足之處在于，現(xiàn)有車載網(wǎng)絡資源調(diào)度方法大多都基于車輛的瞬時狀態(tài)，沒有考慮車輛的移動性，難以準確刻畫車載網(wǎng)絡鏈路傳輸能力并充分發(fā)揮車載網(wǎng)絡移動下的系統(tǒng)性能。
1 異構(gòu)車載網(wǎng)絡
如圖1所示，一個典型的異構(gòu)車載網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)包含公路上高速行駛的車輛節(jié)點和RIU，所有的車輛都可通過V2I/V2V兩種鏈路與RIU通信，進而接入Internet。同時，車輛與車輛之間通過V2V鏈路互相通信，共享路面信息。本文研究的異構(gòu)車載網(wǎng)絡由V2I（采用LTE-Advanced協(xié)議）和V2V（采用Dedicated Short RangeCommunication，DSRC協(xié)議）兩部分鏈路組成；采用的調(diào)度算法是通過調(diào)度管理車載網(wǎng)絡傳輸鏈路資源（V2I與V2V），幫助車載網(wǎng)絡范圍內(nèi)各車輛互相協(xié)作，從而提高車載網(wǎng)絡整體數(shù)據(jù)傳輸性能。
針對車載網(wǎng)絡中網(wǎng)絡節(jié)點是高速移動的機動車輛，本文提出了一種基于移動服務量的異構(gòu)車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法（Moble Services Resource Scheduling algorithm，MSRS）。MSRS算法中，由基站對兩種網(wǎng)絡資源進行統(tǒng)一調(diào)度。與現(xiàn)有算法（Achievable Rate-based Resource Scheduling algorithm，ARRS）使用車輛瞬時可達速率調(diào)度不同，MSRS算法首先依據(jù)車輛的運行軌跡計算調(diào)度周期內(nèi)V2I和V2V鏈路移動服務量；根據(jù)V2I移動服務量分配車輛使用直接與基站通信還是通過協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)車輛與基站通信；若車輛為協(xié)作通信方式，基站利用圖論中的二分圖最大權(quán)重匹配算法為車輛分配協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)車輛，車輛作為二分圖頂點、V2I和V2V鏈路為二分圖邊、V2I和V2V移動服務量為邊的權(quán)重。MSRS算法為異構(gòu)車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸提供最大總吞吐量傳輸方案。仿真實驗表明，與現(xiàn)有基于瞬時速率的資源調(diào)度算法相比，在不同車輛數(shù)量、車速、基站覆蓋范圍條件下MSRS算法都可以提供更高的數(shù)據(jù)吞吐量，與窮舉資源調(diào)度算法相比，MSRS算法復雜度更低。
2 車載網(wǎng)絡鏈路誤差分析
車載網(wǎng)絡中由于車輛快速移動，從而導致網(wǎng)絡拓撲快速變化，節(jié)點間的通信鏈路質(zhì)量變化也很快。采用基于瞬時可達速率的車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法，為了適應網(wǎng)絡的這種快變特點，必須縮短調(diào)度周期，不斷計算并更新調(diào)度結(jié)果。這會帶來調(diào)度計算和網(wǎng)絡信令的開銷大幅增長，降低車載網(wǎng)絡有效傳輸能力。
如圖2所示場景，V1遠離RIU行駛，V2、V3與V1相對行駛靠近RIU。在圖2（a）時刻車載網(wǎng)絡進行資源調(diào)度，此時若采用傳統(tǒng)的瞬時可達速率作為優(yōu)化目標效用函數(shù)，由于V1此時離RIU近、信道條件好，則V3的最大可達速率策略為選擇V1作為協(xié)作節(jié)點協(xié)助V3與RIU通信。圖2（b）所示為調(diào)度周期結(jié)束時車輛的所在位置。比較圖2（a）與（b）可以看出，由于V3與V1相對行駛且V1逐漸遠離RIU，V3通過V1協(xié)助與RIU的可達速率不斷減少，調(diào)度周期內(nèi)V3獲得的通信速率大大少于預期?？梢?，圖2（a）調(diào)度獲得的最優(yōu)調(diào)度方案在實際運行時并不是最優(yōu)方案，調(diào)度方案預期性能與實際效果有較大誤差。
造成這種誤差的原因是資源調(diào)度方案只考慮車載網(wǎng)絡的瞬時靜態(tài)可達速率狀態(tài)，并以此為依據(jù)進行資源調(diào)度。而車載網(wǎng)絡是不斷運動變化的網(wǎng)絡，節(jié)點相互位置動態(tài)變化，以靜態(tài)方案規(guī)劃動態(tài)變化的網(wǎng)絡必然造成誤差，難以達到最優(yōu)配置網(wǎng)絡資源的目的。為減少誤差，現(xiàn)有資源調(diào)度方案大多通過增加調(diào)度頻率、減少調(diào)度周期的方法減少網(wǎng)絡在調(diào)度周期運行期間與方案規(guī)劃時狀態(tài)的差異。這種方法增加了通信開銷，減少了算法有效持續(xù)時間，越來越不適應車輛密度越來越大、車速越來越快的現(xiàn)代交通網(wǎng)絡。
因此，本文提出基于移動服務量的車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法，通過計算調(diào)度周期內(nèi)車輛能獲得的移動服務量代替調(diào)度時的瞬時可達速率進行車載網(wǎng)絡資源調(diào)度。該算法能反映調(diào)度周期內(nèi)車輛位置變化帶來的車輛可達速率改變，從而更精確的描述車載網(wǎng)絡狀態(tài)變化，減少車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法在實際應用中出現(xiàn)的誤差。
3 移動服務量
為設計更精確的資源調(diào)度方案，采用移動服務量代替瞬時可達速率，計算車輛在一個調(diào)度周期可以獲得的移動服務量，從而更精確的描述車載網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)，為更精確的資源調(diào)度方案設計打下基礎。定義第k個調(diào)度周期可以獲得的移動服務量為：
圖7仿真車輛數(shù)目對MSRS算法的影響。20、40、60、80、100、120、140、160、180、200輛車輛隨機分布在道路上，車輛最大時速35m/s，RIU覆蓋半徑500m，每種車輛數(shù)目進行200次實驗取均值。從圖7可以看出，十字路口場景下，無論車輛數(shù)目如何變化，MSRS算法相比ARRS算法所獲得的資源分配方案更優(yōu)，能使車載網(wǎng)絡達到更大的數(shù)據(jù)吞吐量。
圖8仿真車速對車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法的影響。100輛車隨機分布在道路上，RIU覆蓋半徑500m，車輛最大時速為22-52m/s，每種車速進行200次實驗取均值。圖8可以看出，十字路口場景下，無論最大車速如何變化，MSRS算法相比ARRS算法得出的資源分配方案更優(yōu)，能使車載網(wǎng)絡達到更大的數(shù)據(jù)吞吐量。隨著最大車速增加，MSRS算法相對ARRS算法的總吞吐量也呈現(xiàn)不斷增長趨勢；在最大車速大于40米/秒后，MSRS算法相對ARRS算法的性能優(yōu)勢更明顯，說明隨著車速增加，車輛在一個調(diào)度周期移動的距離增大，ARRS算法描述車輛鏈路性能的誤差也越大，因此MSRS算法相對ARRS算法的性能優(yōu)勢更加明顯，MSRS算法更適合高速移動車載網(wǎng)絡。
圖9仿真RIU覆蓋范圍對車載網(wǎng)絡資源調(diào)度算法的影響。100輛車輛隨機分布在道路上，車輛最大時速為35m/s，RIU覆蓋半徑500-1500m，為每種覆蓋半徑進行200次實驗取均值。
1、單片機局域網(wǎng)技術(shù)概述
單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器，它將一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片內(nèi)。20世紀80年代中期到90年代末，以微處理器為核心的單片機技術(shù)開始大規(guī)模應用在汽車領域。2000年以后，單片機控制技術(shù)在汽車轎車領域的應用逐漸普及，出現(xiàn)了以網(wǎng)絡技術(shù)進行信息的傳遞與交換的局域網(wǎng)控制技術(shù)，其控制內(nèi)容覆蓋了發(fā)動機動力控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)。
2、故障類型
2.1 汽車電源系統(tǒng)引起的故障
車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的核心部分是含有通信Ic芯片的電控單元，其正常工作電壓在10.5～15.0v之間。若汽車電源系統(tǒng)提供的工作電壓低于該值，會造成一些對工作電壓要求較高的電控單元暫時停止工作，從而使整個車載網(wǎng)絡系統(tǒng)暫時無法通信。
2.2 節(jié)點故障
在網(wǎng)絡覆蓋的電控單元內(nèi)，某些電控單元由于受到外界干擾，錯誤地向執(zhí)行器發(fā)出指令，使一些執(zhí)行器不能按照預先設計的控制機理正確動作。
2.3 鏈路故障
車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的鏈路（或通信線路）發(fā)生故障時，如通信線路短路、斷路，以及由于線路物理性質(zhì)引起的通信信號衰減或失真，都會引起多個電控單元無法工作或電控系統(tǒng)錯誤動作。
3、車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的故障檢修
3.1 檢修注意事項
（1）使用測試器時，其開放端子電壓應為7V或更低。（2）在檢查電路之前確保關(guān)閉點火開關(guān)，斷開蓄電池負極電纜。（3）當插接器需要更換時，只能更換認可的電氣插接器，以保證正確的配合，并防止線路中電阻過大。（4）動力系統(tǒng)電控單元對電磁干擾極其敏感。（5）為避免損壞線束插接器端子，在對動力系統(tǒng)電控單元線束插接器進行測試時，務必使用合適的線束測試引線。（6）不要觸摸動力系統(tǒng)電控單元插接器端子或動力系統(tǒng)電控單元電路板上的錫焊元件，以防因靜電放電造成損壞。（7）在利用電焊設備進行焊接時，必須從動力系統(tǒng)電控單元上拆下線束插接器。（8）確保所有線束插接器連接可靠。
3.2 自診斷功能
（1）采用CAN的車輛對診斷儀的要求。1）能夠自動識別汽車電控單元的型號和版本。2）能夠完全訪問汽車電控單元上開放的存儲資源。3）能夠不失真地按照原廠要求顯示從汽車電控單元上獲取的數(shù)據(jù)。4）支持以下功能：讀碼清碼；動態(tài)數(shù)據(jù)分析；執(zhí)行元件測試。
（2）自診斷系統(tǒng)能識別的故障碼。一條或兩條數(shù)據(jù)線斷路；兩條數(shù)據(jù)線同時斷路；數(shù)據(jù)線對搭鐵短路或?qū)φ龢O短路；一個或多個電控單元有故障。
4、故障檢修步驟與檢測方法
4.1 故障檢修步驟
（1）了解車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。（2）了解該車型多路信息傳輸系統(tǒng)的特點。（3）了解車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的各種功能。（4）檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障，檢查交流發(fā)電機的輸出波形是否正常等。（5）檢查汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路是否存在故障。（6）檢查是否為節(jié)點故障。（7）利用車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的故障自診斷功能。
4.2 故障檢測方法
（1）檢測電控單元的功能故障。（2）檢測CAN數(shù)據(jù)總線故障。（3）檢測電控單元故障。（4）檢查車載網(wǎng)絡系統(tǒng)的鏈路故障。（5）檢查車載網(wǎng)絡系統(tǒng)節(jié)點故障。（6）檢查軟件故障與電控單元編程。（7）檢查故障碼。（8）數(shù)據(jù)總數(shù)的波形檢測。
5、總結(jié)
5.1 車載網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)的節(jié)點故障
節(jié)點是車載網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)中的電控模塊，因此節(jié)點故障就是電控模塊ECM的故障。它包括軟件故障和硬件故障。軟件故障即傳輸協(xié)議或軟件程序有缺陷或沖突，從而使車載網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)通信出現(xiàn)混亂或無法工作，這種故障一般成批出現(xiàn)，且無法維修。
5.2 汽車電源系統(tǒng)引起的故障
Abstract: with the rapid development of Internet of things, the car slide networking also presents a strong momentum of development. This article mainly from the car slide networking overview, cargo network in information dissemination, cargo car networking challenges and solutions in three aspects to explore the application and development of cargo car networking technology
Key words: the Internet of things; On-board network; technology
中圖分類號：TN711文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
一、車載物聯(lián)網(wǎng)概述
（一）、車載物聯(lián)網(wǎng)的概念
車載物聯(lián)網(wǎng)是一項新興技術(shù)，可以大幅提高未來交通系統(tǒng)的安全和效率，并將車輛連接到計算機網(wǎng)絡。車載物聯(lián)網(wǎng)能夠在行駛中的車輛之間建立無線通信，也能夠在過路車輛和路邊基站之間建立無線通信。利用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的方式，車載網(wǎng)絡能夠讓兩個在信號范圍之外的車輛也建立通信連接。車載網(wǎng)絡將成為未來智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。
本質(zhì)上車載物聯(lián)網(wǎng)是一個巨大的無線傳感器網(wǎng)絡。每一輛汽車都可以被視為一個超級傳感器節(jié)點。通常一輛汽車裝備有內(nèi)部和外部溫度計、亮度傳感器、一個或多個攝像頭、麥克風、超聲波雷達，以及許多其他裝備。此外，未來的汽車將配備一個車載計算機、GPS定位儀和無線收發(fā)裝置。這使得汽車之間，以及汽車和路邊基站之間能夠無線通信。這種前所未有的無線傳感器網(wǎng)絡擴展了計算機系統(tǒng)對整個世界的感知與控制能力，并可以讓信息在本地產(chǎn)生和共享，不必涉及龐大的基礎設施。
（二）、車載物聯(lián)網(wǎng)的應用
未來的汽車和車載網(wǎng)絡為人們提供了一系列應用。車載網(wǎng)絡的應用可分為4個類別。
1、效率應用
效率應用包括城市交通管理、交通擁塞檢測、路徑規(guī)劃、公路收費、公共交通管理等。這類應用致力于改善公眾和個人的出行效率。
2、安全應用
安全應用包括碰撞預警、電子路牌、紅綠燈警告、．網(wǎng)上車輛診斷、道路濕滑檢測等。通常這類應用利用短距離通信實時性的特點來為司機提供即時警告。
3、商業(yè)應用
商業(yè)應用包括基于位置的服務，將帶給人們巨大的商機。這些商業(yè)應用的種類繁多，如，最近的餐館、最便宜的加油站、商場促銷信息等。這些可能的商業(yè)應用將為服務業(yè)帶來新的競爭手段。
4、信息娛樂應用
信息娛樂應用包括視頻和音樂共享、基于位置的餐廳評論、拼車、社交網(wǎng)絡等。實際上，信息娛樂的一些應用，如福特SYNC和起亞UVO，已成為當前汽車市場的一個引人注目的亮點。信息娛樂系統(tǒng)的網(wǎng)絡化將是必然趨勢。
國際著名汽車制造商和零部件供應商于20世紀80年代就致力于汽車網(wǎng)絡技術(shù)的研究與應用，迄今已推出多種網(wǎng)絡標準，如J1850、VAN、CAN、ABUS等。最初車用網(wǎng)絡只有高檔汽車中才采用，而且多為各廠商自行研制的通信協(xié)議。到90年代初，協(xié)議的研發(fā)到了相對成熟的階段，從車身舒適性控制部件到動力系統(tǒng)控制部件都成為車用網(wǎng)絡包羅的對象。
（三）、車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用
首先，車載物聯(lián)網(wǎng)絡具有成本低、容易部署和操作的優(yōu)勢。消費者無需訂閱即可享受服務。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的
位置相關(guān)性，車載物聯(lián)網(wǎng)絡能夠很方便地為臨近車輛建立實時或者非實時的短距離通信。
二、車載物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播
車載網(wǎng)絡是一個以信息為中心的分布式系統(tǒng)，信息在網(wǎng)絡的不同位置生成、收集和。人們可以把信息傳播分為兩個不同的層次：宏觀信息傳播和微觀信息傳播。以信息為中心來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)需求十分重要。
（一）、宏觀信息傳播
宏觀信息傳播指在一個特定的地理區(qū)域里將信息傳遞給一個或一組節(jié)點。信息傳播的目的地是網(wǎng)絡中的特定的單個節(jié)點或者一組指定的節(jié)點組，甚至可能是一組未知節(jié)點。宏觀信息傳播的目的是減少信息傳遞延時，減少傳遞開銷(包括存儲開銷和通信開銷)，并提高未來查詢的成功率(如果接收節(jié)點是事先未知的)。宏觀信息傳播的研究課題通常包括信息路由、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)融合等。
信息傳播可以建立在基礎設施之上，也可以不依賴基礎設施。一些學者提出出建立于蜂窩網(wǎng)絡基礎設施上的P2P疊加網(wǎng)絡。車輛通過蜂窩網(wǎng)絡的基礎設施建立到耳=聯(lián)網(wǎng)的可靠鏈接，然后這些車輛之間可以以P2P疊加網(wǎng)絡的方式來實現(xiàn)非安全應用的信息共享、發(fā)現(xiàn)和交換。然而，由于基礎設施提供的服務通常是付費訂閱的方式，這實際上限制了消費者的數(shù)量。與基于基礎設施的網(wǎng)絡服務相比，相對廉價的自組織網(wǎng)絡方案顯得更有吸引力。另一方面，大多數(shù)的非安全應用沒有嚴格的實時性要求，因而，當前的一項研究熱點是以容遲的方式來實現(xiàn)車載自組織網(wǎng)絡的信息傳播。研究者提出了一些通用的容遲網(wǎng)絡路由協(xié)議，如流行性路由。
數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)融合也是車載自組織網(wǎng)絡中熱門的研究方向。有人使用了定期廣播和緩沖的方法從數(shù)據(jù)中心分發(fā)信息到車載自組織網(wǎng)絡。根本來說，它是一個從數(shù)據(jù)中心到車輛的單向信息傳播。還有人提出了一個層次性的數(shù)據(jù)融合方案。該方案定義了一組地標來幫助計算旅行時間。他們還提出了一個路邊基站的部署算法來優(yōu)化信息融合。
在車載自組織網(wǎng)絡中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應的研究。然而，在車載自組織網(wǎng)絡中，大多數(shù)類型的信息中并不包括任何目標車輛的先驗知識，因而容遲的數(shù)據(jù)傳播、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)緩存以及數(shù)據(jù)融合密切地聯(lián)系在了一起。任何車輛可能會產(chǎn)生并發(fā)出一個查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應。
（二）、微觀信息傳播
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)絡技術(shù)市場化的初級階段，車輛很少有機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。
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)和上層應用的需求聯(lián)系在一起。從上層的角度來看，容遲網(wǎng)絡的應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。
當人們設計微觀信息傳播協(xié)議時，可以重點關(guān)注3個方面的問題：
1、應用需求
容遲網(wǎng)絡的應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。人們還希望能夠設定一個在傳播的過程中允許的信息丟失程度閾值。
2、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，如何分配資源以確保公平等。
3、協(xié)作
人們可以利用多任務調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)、中繼、多方網(wǎng)絡編碼等不同的技術(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。
三、車載物聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)及解決方案
車載網(wǎng)絡所獨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。
（一）、鏈路層面臨的挑戰(zhàn)
在鏈路層，面臨的主要挑戰(zhàn)是如何使鏈路層洳議適應獨特的車輛運行環(huán)境，使鏈路層獲得最佳性能。鏈路層協(xié)議包括3個主要設計目標：響應能力、可靠性和可擴展性。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，同時協(xié)議的可靠性和可擴展性對與安全相關(guān)的應用也起著重要的作用。一些傳統(tǒng)的鏈路層協(xié)議的設計方法，如無線接入點(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)的設計方法通常會導致增加的啟動延時、未充分利用的帶寬，以及帶寬的不公平分配。
實際上，可擴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)一般包括重復廣播、合作式傳遞、發(fā)射功率自適應等?？煽啃院涂蓴U展性仍然值得進一步深入研究，特別是針對車輛安全系統(tǒng)的應用，因為最終用戶對車輛安全系統(tǒng)要求很高。
（二）、應用層面臨的挑戰(zhàn)
在應用層，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)絡的信息。
命名和尋址是車載網(wǎng)絡的核心問題。如何有效地將真實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。本文認為尋址將采用混合型、多層次的方案，真實世界的環(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)絡體系都有非常重要的影響。本文認為可以在車輛以及路邊基站上實現(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。
分布式數(shù)據(jù)管理是另一個車載網(wǎng)絡中具有挑戰(zhàn)性的問題。它包括數(shù)據(jù)復制、數(shù)據(jù)刪除、緩存管理等一系列問題。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)管理假定在地理上分散的多臺服務器連接在同一網(wǎng)絡，這在車載自組織網(wǎng)絡中不再成立。從本質(zhì)上講，人們可以把車載網(wǎng)絡看作一個巨大的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中每個車輛維護一個本地的數(shù)據(jù)庫。車和車間不定期交換數(shù)據(jù)，從而逐步更新全局數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。從全局的角度來說，不一致性不可避免。為此，一個研究問題是如何以最小的開銷來維護一個相對一致的分布式數(shù)據(jù)庫。
結(jié)論
車載物聯(lián)網(wǎng)是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d領域。它能夠使人們的日常生活更緊密地與計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，增強交通安全，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。近些年，車載物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了學術(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)標準已提上制汀日程。然而，針對不同的應用和不同的環(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，投入實際應用。
參考文獻
doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.12.012 中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）12-0055-04
引用格式：郭穩(wěn)濤. 基于異構(gòu)網(wǎng)絡上下文感知垂直切換判決策略的研究[J]. 移動通信， 2016，40（12）： 55-58.
1 引言
隨著汽車的普及，城市道路越來越擁堵。將車輛與道路信息進行聯(lián)網(wǎng)形成車聯(lián)網(wǎng)，能有效減少城市擁堵，無線通信技術(shù)的發(fā)展使得這一設想變?yōu)楝F(xiàn)實。然而車載移動終端處于運動狀態(tài)，不可能長期處于一個獨立的網(wǎng)絡，因此車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢一定是多種網(wǎng)絡并存的異構(gòu)網(wǎng)絡。為了保證車載移動終端在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下服務的連續(xù)性，要求移動終端進行網(wǎng)絡接入切換時必須做到無縫切換，所以在研究垂直切換技術(shù)時，解決問題的關(guān)鍵是切換時的時延，可選擇一種合適的上下文感知垂直切換判決策略應用到切換當中，能夠有效提高垂直切換的性能。
2 基于SCTP協(xié)議的垂直切換技術(shù)
2.1 SCTP協(xié)議
SCTP（Stream Control Transmission Protocol，流控制傳輸協(xié)議）是一種點對點、面向傳輸層的協(xié)議，它能夠使兩個端點之間的數(shù)據(jù)傳送更加穩(wěn)定、有序。SCTP在一定程度上是TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）的改進，它保留了TCP較為完善的擁塞控制，同時對TCP的不足之處進行了改進，如改單地址連接為多宿主（Multi-homing）連接等。
SCTP通信前必須建立通信關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)指的是兩個端點之間的通信關(guān)系，任何時候兩個端點之間只有一個關(guān)聯(lián)，SCTP用傳輸?shù)刂肺ㄒ蛔R別。但是SCTP的多宿主性允許每個端點有多個IP地址，通過IP關(guān)聯(lián)，一個關(guān)聯(lián)有多個實現(xiàn)路徑。
SCTP關(guān)聯(lián)示意圖如圖1所示：
2.2 mSCTP協(xié)議
SCTP協(xié)議與DAR擴展一起被稱為mSCTP（移動SCTP），為了滿足SCTP協(xié)議移動性的要求，IETF（The Internet Engineering Task Force，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組）專家對協(xié)議進行了動態(tài)地址擴展重置，使得SCTP協(xié)議滿足點對點的移動性。
在mSCTP協(xié)議中，一個點可以同時綁定多個IP，能對IP地址進行動態(tài)刪減或增加，當IP地址發(fā)生改變時，動態(tài)地告知關(guān)聯(lián)的連接點。關(guān)聯(lián)路徑可以通過主路徑和備選路徑實現(xiàn)，通信一旦建立，只有一條路徑即主路徑，其余的路徑則都是備選路徑。主路徑的IP為mSCTP協(xié)議通信服務，當這個主IP發(fā)生故障時，備選IP地址中信號最好的可作為此時的主IP繼續(xù)完成數(shù)據(jù)傳送。
從上述過程來看，在傳輸層垂直切換過程中，信號的強弱仍然是傳統(tǒng)的判決策略選擇依據(jù)。但是在異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境下，來自不同的網(wǎng)絡在物理層采用的技術(shù)不一樣，導致信號的強弱也不一樣，以信號的強弱作為垂直切換的依據(jù)顯然不能滿足異構(gòu)網(wǎng)絡的需求，基于上下文感知的垂直切換判決策略能夠解決此類問題。
3 上下文感知切換判決策略
3.1 上下文感知的判決策略
上下文感知是無線網(wǎng)絡通信的核心技術(shù)之一，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)上下文的環(huán)境變化隨時調(diào)整自身行為，解放人對控制系統(tǒng)的管理，上下文感知是智能控制的有效實施途徑。
在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，車載移動終端、用戶的需求喜好和不同網(wǎng)絡的背景信息都是需要綜合考慮的，基于上下文感知的判決策略能夠有效解決上述問題。它包含自適應管理和上下文背景資料庫兩個主要部分。自適應管理負責垂直切換的判決，以上下文背景的變化為依據(jù)自適應調(diào)整切換執(zhí)行過程；來自不同網(wǎng)絡、不同層級的上下文背景信息則由上下文背景資料庫負責收集和管理，同時上下文背景資料庫對信息進行評估。在此基礎上，終端位置的變化、網(wǎng)絡QoS（Quality of Service，服務質(zhì)量）都是評估對象，通過評估來判決切換的時間和切換的目標網(wǎng)絡。
基于上下文感知的判決策略流程圖如圖2所示：
首先收集信息，包括車載終端信息、用戶喜好信息和網(wǎng)絡信息等，這些信息都是判決的依據(jù)；然后利用AHP（Analytic Hierarchy Process，層次分析法）和SAW（Simple Additive Weight，簡單加權(quán)法）對收集的信息進行分析，在上下文背景信息庫中進行查詢，如果有相同的案例則直接進入切換過程，如果沒有則采用層次分析法對當前的網(wǎng)絡權(quán)值進行計算，針對用戶的喜好信息，利用簡單加權(quán)法分析后選擇最適宜的網(wǎng)絡進行切入；最后對通信連接進行垂直切換判決，同時對連接信息表進行維護，控制網(wǎng)絡信息和移動節(jié)點。
基于上下文感知的執(zhí)行流程圖如圖3所示：
3.2 層次分析法規(guī)范網(wǎng)絡參數(shù)權(quán)值
層次分析法（AHP）是20世紀70年代由美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂提出，它的特點是把復雜問題的關(guān)聯(lián)因素進行層次劃分，一般形成措施層、準則層和目標層等層次，然后對每個層次中的要素進行兩兩比較，形成重要性的定量描述，最后通過數(shù)學方法計算每層的重要性權(quán)值，把各層的結(jié)果求和得到總排序。本設計采用層次分析法（AHP）對網(wǎng)絡進行判決，選擇網(wǎng)絡信號強度、網(wǎng)絡延時和網(wǎng)絡帶寬3種關(guān)鍵因素參數(shù)作為分析依據(jù)，具體如下：
（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)網(wǎng)絡屬性特點，將系統(tǒng)分為目標層、指標層和方案層。其中，把可選網(wǎng)絡的權(quán)重作為目標層；指標層則包括網(wǎng)絡信號強度、網(wǎng)絡延時和網(wǎng)絡帶寬三個內(nèi)容；把UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng)）、WLAN（Wireless Local Area Networks，無線局域網(wǎng)絡）作為方案層。
（2）構(gòu)造判斷矩陣。把指標層網(wǎng)絡信號強度、網(wǎng)絡延時和網(wǎng)絡帶寬三個網(wǎng)絡參數(shù)分別定義為a1、a2、a3，用1至9及其倒數(shù)標度的方法構(gòu)造判斷矩陣，其中網(wǎng)絡參數(shù)變量的取值不同反映了車載移動終端對各要素重要性的認識。
（3）計算權(quán)值向量做出一致性判斷。根據(jù)之前構(gòu)造的矩陣計算其權(quán)值向量，判斷矩陣的完全一致性，如果計算出矩陣不具有完全一致性，則需要重新構(gòu)造矩陣，直至達到完全一致性，此時計算出來的權(quán)值向量就是相應的網(wǎng)絡權(quán)重。
（4）得出不同網(wǎng)絡的最終權(quán)值。各個可選網(wǎng)絡的權(quán)值都可以通過矩陣計算的方法得到，然而不同網(wǎng)絡的收費標準不一樣，服務質(zhì)量也不盡相同，這些原因都造成了用戶對網(wǎng)絡的選擇有一定的主觀性，所以層次分析法計算出來的權(quán)值也不能作為最終的切換依據(jù)，必須把用戶的喜好等因素考慮進來，利用簡單加權(quán)法對信息進行綜合分析，最終得到每個不同網(wǎng)絡的權(quán)值，然后再選擇最優(yōu)網(wǎng)絡進行切入。
3.3 策略實現(xiàn)過程
本方案設計選擇的異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境為WLAN和UMTS兩種無線網(wǎng)絡重疊區(qū)域，當車載移動終端從WLAN網(wǎng)絡區(qū)域駛?cè)險MTS網(wǎng)絡區(qū)域時，收集滿足切換條件的各種信息，如網(wǎng)絡信息、用戶喜好等，采用層次分析法和簡單加權(quán)法進行分析判決，看所處網(wǎng)絡是否滿足切換條件，一旦滿足切換條件，則車載移動終端自動切換到最優(yōu)目標網(wǎng)絡?；谏舷挛母兄拇怪鼻袚Q過程具體如下：
（1）關(guān)聯(lián)通信
車載移動終端作為移動節(jié)點，在WLAN網(wǎng)絡中訪問到接入點信號后分配IP地址，在WLAN網(wǎng)絡中與通信對端建立SCTP關(guān)聯(lián)，SCTP進行初始化，把分配的IP地址設置成主IP地址并進行通信。
（2）判決切換
車載移動終端在通信的過程中同時收集一些相關(guān)信息，然后在上下文信息庫中查找，通過掃描看庫中是否存在相同的判決和切換案例。如果發(fā)現(xiàn)有相同的案例，那么車載移動終端直接按照相同的切換過程進行切換；如果庫中沒有找到相同的案例，那么就要通過層次分析法和簡單加權(quán)法進行分析、計算，最終得到綜合權(quán)值，車載移動終端再根據(jù)權(quán)值結(jié)果在網(wǎng)絡中選擇最優(yōu)的網(wǎng)絡進行切入。切入后，再從最新的網(wǎng)絡重新獲得IP，通知SCTP協(xié)議棧，與現(xiàn)有的SCTP進行關(guān)聯(lián)綁定，實現(xiàn)通信。
（3）新增IP關(guān)聯(lián)
當車載移動終端從WLAN進入UMTS后，重新獲得IP地址，把新的IP地址加入到自己的IP地址列表的同時，將參數(shù)的地址配置變化信息向通信對端發(fā)送，同時把新的地址信息進行關(guān)聯(lián)，通信對端接收后向移動終端發(fā)送確認信息進行確認。
（4）重新關(guān)聯(lián)通信
當車載移動終端繼續(xù)向UMTS網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域移動時，由于先前的WLAN網(wǎng)絡不能再用，需要把IP地址進行變更，從UMTS網(wǎng)絡重新獲得新的IP，將這個IP作為主IP進行通信關(guān)聯(lián)，IP的更換過程通過移動終端與通信對端的應答實現(xiàn)，當新的IP關(guān)聯(lián)形成之后，車載移動終端就能夠在新的UMTS網(wǎng)絡環(huán)境中進行新的通信。
（5）刪除舊的IP
隨著車載移動終端的繼續(xù)移動，UMTS網(wǎng)絡信號可能越來越弱甚至不能再用時，移動終端必須在IP地址列表中把在UMTS網(wǎng)絡獲得的IP地址進行刪除，這一過程可以通過與通信對端的應答得以實現(xiàn)。當移動終端成功地從WLAN網(wǎng)絡中接收到第一個數(shù)據(jù)包時，切換過程完成。當車載移動終端繼續(xù)前進，進入到新的無線網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域時，重復執(zhí)行上述相同的切換過程。
4 結(jié)束語
本文通過對目前mSCTP協(xié)議進行修改，引入上下文感知的垂直切換技術(shù)，對車載移動終端、用戶的喜好、通信網(wǎng)絡等因素綜合考慮，采取層次分析法和簡單加權(quán)法優(yōu)化判決策略，將垂直切換中的目標發(fā)現(xiàn)、判決決策和切換執(zhí)行三個關(guān)鍵過程有效融合，對垂直切換的時延和吞吐量等問題進行了有效地改善，提高了異構(gòu)網(wǎng)絡中的垂直切換性能。
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1、汽車電子技術(shù)的發(fā)展歷程
汽車電子技術(shù)在經(jīng)歷了零部件層次的汽車電器時代、子系統(tǒng)層次的單片機（汽車電腦）控制時代之后，已經(jīng)開始進入汽車網(wǎng)絡化時代，并向汽車信息化時代邁進。按照電子產(chǎn)品和電子控制系統(tǒng)的技術(shù)特點，可將汽車電子技術(shù)的發(fā)展大致可劃分為四個階段。
1.1 第一階段―零部件層次的汽車電器時代
1965～1980年屬于零部件層次的汽車電器時代。汽車發(fā)電機晶體管電壓調(diào)節(jié)器和晶體管點火裝置等開始裝備汽車，而且電子控制裝置又逐步實現(xiàn)了由分立元件向集成化的過渡。
這一階段，裝備汽車的其他電子裝置還有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子式閃光器、電子控制式喇叭、電子式間歇刮水控制器、數(shù)字時鐘及高能點火（HEI）線圈和集成電路點火系統(tǒng)等。
1.2 第二階段―子系統(tǒng)層次的汽車電腦控制時代
1980～1995年屬于子系統(tǒng)層次的汽車單片機（汽車電腦）控制時代。在這一時期，單片機（微處理器）在汽車上得到廣泛應用，以單片機為控制核心，以實現(xiàn)特定控制內(nèi)容或功能為基本目的的各種電子控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。進入20世紀90年代，出現(xiàn)全面、綜合的電子控制系統(tǒng)。
電子控制技術(shù)在汽車上的廣泛應用，不僅拓展了電子控制的功能和控制內(nèi)容，提高了控制精度和汽車性能，而且也為汽車網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。
1.3 第三階段―整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡化時代
1995～2010年屬于整車聯(lián)網(wǎng)層次的汽車網(wǎng)絡化時代。采用先進的單片機技術(shù)和車載網(wǎng)絡技術(shù)，形成了車上的分布式、網(wǎng)絡化的電子控制系統(tǒng)。整車電氣系統(tǒng)被連成一個多ECU、多節(jié)點的有機的整體，使得其性能也更加完善。
目前，世界主要汽車制造商生產(chǎn)的的多數(shù)汽車上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等為代表的網(wǎng)絡控制技術(shù)，將車輛控制系統(tǒng)簡化為節(jié)點模塊化。
在基于現(xiàn)場總線的分布式控制中，任何傳統(tǒng)意義上的傳感器和執(zhí)行器都可以與同一現(xiàn)場的節(jié)點相組合，構(gòu)成節(jié)點模塊，汽車網(wǎng)絡技術(shù)進一步優(yōu)化了汽車的控制系統(tǒng)，極大地提升了汽車的整體控制水平。
1.4 第四階段―以Telematics技術(shù)為代表的汽車信息化時代
2010年7月，國際Telematics產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITIF）成立大會暨2010首屆國際Telematics產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇在廣東佛山市隆重舉行。以此為標志，2010年成為汽車信息化時代的發(fā)軔之年。
汽車網(wǎng)絡技術(shù)是現(xiàn)代汽車電子技術(shù)的重要組成部分，也是現(xiàn)代汽車通信與控制的基礎。伴隨著汽車網(wǎng)絡技術(shù)的日趨成熟，汽車電子技術(shù)開始向信息化時代邁進。網(wǎng)絡化時代的汽車電子技術(shù)注重解決汽車內(nèi)部各個系統(tǒng)之間的信息交換問題，而信息化時代的汽車電子技術(shù)則可以實現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)絡與車外網(wǎng)絡之間的信息交換，全面解決人―車―外部環(huán)境之間的信息交流問題。
2、車載網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展趨勢-Telematics
汽車技術(shù)的發(fā)展腳步遠未停止，在主要以動力傳動、車身控制、行駛安全性、多媒體傳輸為主要控制目標的汽車網(wǎng)絡技術(shù)逐步完善、日趨成熟的同時，又開始向汽車信息化時代邁進?？梢灶A見，在不遠的未來，汽車將進入以Telematics技術(shù)為代表的信息化時代。
2.1 Telematics簡介
Telematics是遠程通信技術(shù)（Telecommunications）與信息科學技術(shù)（Informatics）的合成詞，意指通過內(nèi)置在汽車、航空器、船舶、火車等運輸工具上的計算機網(wǎng)絡技術(shù)，借助無線通信技術(shù)、GPS衛(wèi)星導航技術(shù)，實現(xiàn)文字、圖像、語音信息交換的綜合信息服務系統(tǒng)。也就是說，Telematics技術(shù)整合了汽車網(wǎng)絡技術(shù)（也包括其他移動運輸工具內(nèi)部的網(wǎng)絡技術(shù)）、無線通信技術(shù)、GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）衛(wèi)星導航技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡，隨時給行車中的人們提供駕駛、生活、娛樂所必需的各種信息。通常所說的Telematics就是指應用無線通信技術(shù)的車載電腦系統(tǒng)。Telematics是無線通信技術(shù)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信技術(shù)和車載電腦的綜合產(chǎn)物，被認為是未來的車載網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展趨勢。
2.2 Telematics的功能
Telematics特點在于大部分的應用系統(tǒng)位于網(wǎng)絡上（如通訊網(wǎng)絡、衛(wèi)星與廣播等）而非汽車內(nèi)。駕駛者可運用無線傳輸?shù)姆绞?，連結(jié)網(wǎng)絡傳輸與接收信息與服務，以及下載應用系統(tǒng)或更新軟件等，所耗的成本較低，主要功能仍以行車安全與車輛保全為主。
（1）衛(wèi)星定位導航。
（2）緊急道路救援。行車過程中，如果發(fā)生車禍或車輛出現(xiàn)故障，駕駛員可通過Telematics系統(tǒng)的緊急呼叫按鍵，自動聯(lián)系緊急服務機構(gòu)（119、120等急救機構(gòu)）或汽車服務站，以獲得道路救援。
（3）汽車防盜及搜尋。通過GPS衛(wèi)星定位技術(shù)確定失竊車輛的位置和行車路線，以便搜尋與追蹤，追繳車輛并緝拿盜車賊。
（4）車輛調(diào)度管理。通過無線信息傳輸，實現(xiàn)運營車輛的調(diào)度管理。
（5）自動防撞系統(tǒng)。通過測距傳感器或雷達，監(jiān)測前、后車輛之間的車距，自動調(diào)用車載自適應巡航系統(tǒng)，使前、后車輛之間保持必要的安全距離。
（6）車況掌握。車輛性能與車況的自動監(jiān)測、傳輸，進行多地、遠程 “專家會診”，指導車輛維修等。
（7）個人化信息接收與。收發(fā)電子郵件與個人化信息等。
（8）多媒體影音娛樂信息接收。高畫質(zhì)與高音質(zhì)的視聽設備、游戲、上網(wǎng)、個人行動信息中心、隨選視頻資訊等。
（9）車輛應急預警系統(tǒng)。當行駛中的車輛遇到緊急情況是，可以借助Telematics系統(tǒng)向外界發(fā)出應急申請，亦可接收來自道路交通管理部門的緊急情況警告及應急響應預案，確保行車安全和道路暢通。
2.3 Telematics系統(tǒng)的應用領域
Telematics系統(tǒng)在汽車上的布置可分為前座系統(tǒng)、后座系統(tǒng)與發(fā)動機系統(tǒng)三大子系統(tǒng)。
前座系統(tǒng)主要以行車安全、車輛保全、駕駛方便性與舒適性為主要目標。為了避免造成駕駛者分神，前座系統(tǒng)的信息輸入方式主要采用語音輸入或觸摸屏（觸控面板）；信息輸出方式則為中尺寸面板（LCD或OLED）、語音輸出或投射在汽車前擋風玻璃的抬頭顯示（Head-Up Display， HUD）等。為了避免造成駕駛者分神，前座系統(tǒng)的信息輸入方式主要采用語音輸入或觸摸屏（觸控面板）；信息輸出方式則為中尺寸面板（LCD或OLED）、語音輸出或投射在汽車前擋風玻璃的抬頭顯示（Head-Up Display， HUD）等。發(fā)動機系統(tǒng)主要是根據(jù)汽車電腦所收集的車況信息，進行車況診斷、行車效率最佳化、遠程發(fā)動機調(diào)整或零件預定等。
從上述分析不難看出，Telematics技術(shù)基于GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System）技術(shù)、ITS智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System）技術(shù)和無線通信技術(shù)。
3、結(jié)語
隨著汽車電子控技術(shù)的發(fā)展，基于現(xiàn)場總線技術(shù)的車載網(wǎng)絡系統(tǒng)已在汽車上得到了廣泛的應用，并將不斷地向汽車網(wǎng)絡信息化逐步邁進。Telemetric技術(shù)的發(fā)展，體現(xiàn)了一個國家的綜合科技實力，已經(jīng)成為世界各國競相研發(fā)的技術(shù)熱點之一。
作為城市軌道交通建設重要組成部分的旅客資訊系統(tǒng)，是一套面向乘客的導乘信息、運營信息、公益商業(yè)廣告、地鐵服務宣傳的數(shù)字媒體信息綜合和管理的平臺。南京地鐵1號線在規(guī)劃設計中并沒有考慮該系統(tǒng)的建設，在l號線建設過程中，南京地鐵公司從提高地鐵運營和乘客服務水平，以及增加運營收人的角度出發(fā)，增加了該系統(tǒng)的建設。該系統(tǒng)主要分為車站和車載兩個主要部分，本文主要介紹南京地鐵1號線車載旅客資訊系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。
1 地鐵車載旅客資訊系統(tǒng)的需求及特點
了車站旅客資訊系統(tǒng)的建設，并隨著地鐵工程進展實施完成。在地鐵建設過程中，我們了解到車載旅客資訊系統(tǒng)的建設對提高地鐵運營服務水平和運營收人也有著重要意義，決定增加該系統(tǒng)的建設。在該系統(tǒng)設計中，我們充分利用了已建系統(tǒng)的技術(shù)功能潛力，包括隧道泄漏電纜、各車站發(fā)射設備、數(shù)據(jù)傳輸通道(光纖、千兆以太網(wǎng)、SDH信道等)。根據(jù)南京地鐵的實際情況，系統(tǒng)具備以下幾個特點。
(1)可視性，車載旅客資訊系統(tǒng)要提供導乘信息和重要提示信息，所以要求具備良好的可視性，具備良好的實時視頻播出效果，使旅客能在第一時間獲得清晰的動態(tài)的音像信息，同時實現(xiàn)商業(yè)廣告的播出。
(2)可控性，地鐵導乘信息會經(jīng)常根據(jù)地鐵不同運營情況或突發(fā)事件進行調(diào)整，不同列車所播出信息不盡一致，所以本系統(tǒng)需具備控制中心和列車兩級控制功能，對播出節(jié)目和信息進行切換。
(3)可擴展性，地鐵往往分期、分階段建設，最終形成由多條線路構(gòu)成的地下軌道交通網(wǎng)絡，因此要求旅客資訊系統(tǒng)具備較強的可擴展性。
2 車載旅客資訊系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)比較
針對南京地鐵車載旅客資訊系統(tǒng)的要求，在系統(tǒng)設計時主要存在兩種技術(shù)實現(xiàn)方式，一種是基于網(wǎng)絡流媒體技術(shù);一種是基于數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcast，簡稱DVB)技術(shù)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，這兩種技術(shù)也相互吸收對方的長處，不斷打展各自的應用領域。
2.1 網(wǎng)絡流媒體技術(shù)
網(wǎng)絡流媒體技術(shù)是伴隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展起來的，隨著網(wǎng)絡速度和計算機運算能力地不斷提高，使得遠程實時播放視頻文件成為可能。在車載旅客資訊系統(tǒng)中，車載計算機通過無線以太網(wǎng)從遠程服務器實時下載視頻文件、播表、導乘信息、，經(jīng)過軟件對上述信息進行合成，再通過計算機的圖形顯示卡以VGA方式輸出到終端顯示屏上。采用這一技術(shù)方式好處在于:一是系統(tǒng)可控性強，可以根據(jù)不同列車來播放不同的節(jié)目、信息;二是可以充分利用已建好的車站旅客資訊系統(tǒng)的中央服務器、終端計算機和以太網(wǎng)傳輸平臺，造價低廉。但是在系統(tǒng)設計時無線以太網(wǎng)傳輸技術(shù)水平還比較低，數(shù)據(jù)信息量少，更新效率較低，接收到的視頻圖像數(shù)據(jù)還達不到實時播放的效果。
2.2 數(shù)字電視廣播技術(shù)
數(shù)字視頻地面廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)是DVB一系列標準中較新的一個標準，用于地面開路數(shù)字電視系統(tǒng)，采用國際標準的MPEG-2編碼，COFDM(編碼正交頻分復用)調(diào)制方式。在采用該技術(shù)的系統(tǒng)中，地鐵列車在運行過程中連續(xù)不間斷地接收到由泄漏電纜或地面發(fā)射基站發(fā)射的實時信號，通過數(shù)字機頂盒進行解碼，并轉(zhuǎn)換為模擬復合視頻和音頻信號，再經(jīng)過視音頻分配器輸出到終端顯示屏上。采用這一技術(shù)方式好處在于:一是系統(tǒng)實時視頻節(jié)目播放質(zhì)量高，新聞時效性高，娛樂性強;二是可利用己建好的地鐵光纖網(wǎng)絡和隧道信號泄漏系統(tǒng)。但是由于DVB-T是廣播方式發(fā)送信號的，雖可以通過加擾器和CA(身份認證)卡做到針對某列車發(fā)送定制信息，但信息量小，且需要通過電視臺發(fā)送，所以無法做到地鐵信息實時遠程播控。
3 車載旅客資訊系統(tǒng)的設計
我們根據(jù)以上兩種實現(xiàn)技術(shù)方式的優(yōu)缺點，為保證南京地鐵在2005年9月正式通車時，車載視訊系統(tǒng)也能同步開通，確定了DVS-T的方案。而針對其方案的缺陷，我們通過在列車上增建一套播放控制設備來解決列車個性化信息播出問題。
1．2網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)所謂網(wǎng)絡拓撲設計是指依據(jù)所給定的信息流特性———通信業(yè)務量和終端節(jié)點的位置，確定中間節(jié)點的位置和網(wǎng)絡節(jié)點之間連接的方式。最佳的網(wǎng)絡拓撲設計是網(wǎng)絡經(jīng)濟性的可靠保證，同時網(wǎng)絡拓撲設計也將影響到網(wǎng)絡的可靠性、鏈路的容量及分配、流量控制及網(wǎng)絡延時等主要指標。針對應急通信領域垂直管理的工作特點，適合采用樹形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，每個結(jié)點與其子結(jié)點有連接，并根據(jù)實際需要確定是否與同級其他子結(jié)點進行有限連接，在指揮調(diào)度過程中，通常每個機構(gòu)聽命于一個上級部門，涉及到同級子節(jié)點聯(lián)合行動時，一般都由共同的上級單位負責協(xié)調(diào)，所以同級子節(jié)點直接通信的情況并不是很多，但是為了提高整個通信網(wǎng)絡的抗毀能力，可以考慮將幾個重點子節(jié)點進行同級有限連接。樹形結(jié)構(gòu)是天然的分級結(jié)構(gòu)，與其他拓撲網(wǎng)絡相比通信線路總長度短，成本較低，節(jié)點擴充靈活，尋徑方便，便于管理。省級應急通信領域短波通信網(wǎng)由省級應急通信部門、市級應急通信部門和縣級應急通信部門3層網(wǎng)絡構(gòu)成。整個短波通信網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對全省地域的全部覆蓋，必要時還能夠與其他職能部門，以及周邊省份的救援單位跨區(qū)聯(lián)絡，實現(xiàn)應急救援指揮無線通信逐級或越級的實時指揮調(diào)度。縣區(qū)臺、市臺和省臺之間在結(jié)構(gòu)層次上形成短波樹形拓撲結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡。根據(jù)業(yè)務處理的需要，在同層次上還可組成網(wǎng)形拓撲結(jié)構(gòu)，這樣每個結(jié)構(gòu)節(jié)點之間有多條路徑可供選擇，具有較高的可靠性，其網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
2設備選型情況分析
針對短波通信系統(tǒng)網(wǎng)絡的層次構(gòu)成，在設備選型上，從實際需要出發(fā)，以設備功能先進性、穩(wěn)定性為重，同時權(quán)衡設備的性價比，在滿足系統(tǒng)功能需求的基礎上，達到系統(tǒng)功能先進，運行穩(wěn)定、易于操作、升級維護方便、兼容性好，性價比高。
2．1電臺種類選型短波電臺按用途和使用條件，分為固定式、車載式和便攜式電臺。固定式電臺主要用于戰(zhàn)略通信，通常組成發(fā)信集和收信集，其功率為數(shù)百瓦至數(shù)千瓦，甚至到數(shù)十千瓦，一般使用性能較好的大型天線;車載式電臺用于組成指揮所通信樞紐或作移動通信使用，其功率為數(shù)十瓦至數(shù)千瓦，一般使用鞭形天線和雙極天線;便攜式電臺主要用于保障戰(zhàn)術(shù)分隊的通信聯(lián)絡，具有體積小和重量輕等特點，一般采用鞭形天線，利用地波進行近距離通信，功率通常為數(shù)瓦至數(shù)十瓦。針對應急通信領域不同級別的特點和功能，建議采用如下方式配備短波電臺設備:省級應急通信部門建議由125W或者400W固定基地站臺、125W動中通車載臺以及背負電臺組成;在市級應急通信部門配備125W固定基地站臺和背負臺，實現(xiàn)全市范圍的遠距離報、話通信能力;在縣應急通信部門配備背負臺，能夠?qū)崿F(xiàn)對全縣的覆蓋，必要時可以裝到通信車或者指揮車上進行通信。
2．2天線種類選型固定臺建議采用全向三線基地寬帶天線，可實現(xiàn)1500～2000km半徑內(nèi)的語音、報文傳輸，對全省的地級市和縣實現(xiàn)無縫隙覆蓋。全向三線基地寬帶天線采用寬帶匹配網(wǎng)絡和加載技術(shù)，天線具有工作頻帶寬、電壓駐波比小、輻射效率高、免天調(diào)等技術(shù)特點。全向三線基地寬帶天線采用三線偶極結(jié)構(gòu)，具有性能穩(wěn)定、抗風能力強、不易損壞等特點。全向三線基地寬帶天線根據(jù)不同的應用場景可以采用平拉方式架設或者倒V方式架設，平拉方式架設適用于固定臺的遠距離通信，倒V方式架設適用于固定臺的中、近距離全向通信。固定臺除了全向三線基地寬帶天線外，也可使用高增益，低仰角對數(shù)周期天線(LP)，但天線價格昂貴。通信距離較長，在實踐中100W短波自適應電臺配這種天線，可基本實現(xiàn)北京至昆明，烏魯木齊甚至拉薩全天候通信。如果通信質(zhì)量要求不是太高，也可使用價格相對便宜的天線如八木天線，長線天線，但長線天線需用天調(diào)。距離在600km以內(nèi)時采用水平雙極天線可取得較好效果，但水平雙極天線占地較大，中心站電臺較多不適合布天線陣。車載式和背負式短波電臺根據(jù)電臺的不同功能配備不同的電臺天線，通常配置為車載鞭天線和便攜天線桿等。
2．3其他考慮因素車載式和背負式短波電臺建議選用具有雙天線插口、能夠?qū)崿F(xiàn)一機多用(可用于基地、車載、背負等多種方式)的數(shù)字化背負電臺，便于系統(tǒng)改造升級和節(jié)約以后的建設經(jīng)費。在日常情況下配備雙極或三線天線作為基地電臺使用，與上級單位保持暢通;在緊急情況下可去掉基地天線接頭，移至應急車或者通信車上配合車載天線作為車載電臺趕赴現(xiàn)場并在行進中與上級單位保持暢通;當車載鞭狀天線處于短波近距離通信盲區(qū)無法與指揮中心通信時，可利用電臺的雙天線插口臨時架設簡易固定天線實現(xiàn)無盲區(qū)通信;當?shù)缆分袛啵囕v無法繼續(xù)前進，取下車載電臺轉(zhuǎn)作背負電臺徒步到達救災現(xiàn)場，即可在徒步行進中與上級單位保持暢通，也可在到達現(xiàn)場后臨時架設簡易天線作為現(xiàn)場通信中心(作為現(xiàn)場指揮部的現(xiàn)場通信保障手段)與上級單位保持暢通，將前端實時情況傳回指揮中心，指揮中心給予相應的指揮調(diào)度，最大限度地保證人民生命財產(chǎn)安全。
3多網(wǎng)系融合設備的配備
為了解決短波通信網(wǎng)與其他通信的融合問題，同時提高整個短波通信網(wǎng)絡的可靠性，必要時可以配備多網(wǎng)系融合設備，通過該設備可以將短波無線通信和有線通信、衛(wèi)星通信及超短波通信等通信手段進行融合，通過其他制式的承載網(wǎng)絡，實現(xiàn)對短波系統(tǒng)的延伸和擴展，從而可以大幅度提高通信效率。多網(wǎng)系融合系統(tǒng)通信示意圖如圖2所示。圖2多網(wǎng)系融合系統(tǒng)通信示意圖
4網(wǎng)絡遙控設備的配備
圖3遠端架設電臺示意圖由于短波電臺發(fā)射時有較強的輻射，嚴重時會對周圍的人員和設備形成傷害，為了避免該情況的發(fā)生，必要時可配備網(wǎng)絡遙控設備，如圖3所示。通過該設備可以實現(xiàn)將短波電臺及天線架設在遠離指揮中心的地方，網(wǎng)絡遙控轉(zhuǎn)換設備與短波電臺相連，同時通過通信傳輸光纜將控制信號和音頻信號傳輸?shù)街笓]中心，操作人員可以在指揮中心對短波電臺進行遙控操作，從而可以增加人員的安全性。
5短波通信網(wǎng)人員配備
針對目前應急通信部門工作人員的現(xiàn)狀，需要配備短波通信網(wǎng)系統(tǒng)日常維護和操作人員，短波通信由于需要較高的操作和維護經(jīng)驗，只有專門從事該領域的工程師，才能夠?qū)ο到y(tǒng)較了解，鑒于這種情況，需要對整個通信網(wǎng)進行定期的維護和定期演習，使得操作人員對系統(tǒng)更加熟悉，經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累，才能夠掌握短波通信領域的相關(guān)知識。
一、車載移動自組網(wǎng)簡介
車載移動自組網(wǎng)是專門為移動車輛間通信而設計的自組織網(wǎng)絡，它創(chuàng)造性地將adhoc自組網(wǎng)技術(shù)應用于車輛間通信。adhoc自組網(wǎng)是一種無線分布式結(jié)構(gòu)，強調(diào)的是多跳、自組織、無中心、動態(tài)拓撲的概念。車載自組網(wǎng)的基本思想是在一定通信范圍內(nèi)的車輛可以相互交換各自的數(shù)據(jù)，并自動的連接建立起一個移動的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中所有結(jié)點的地位平等，無需設置任何的中心控制結(jié)點。網(wǎng)絡中的結(jié)點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。每個節(jié)點的單跳通信范圍有幾百米到一千米，每一個節(jié)點（車輛）不僅是一個收發(fā)器，同時還是一個路由器，因此采用多跳的方式把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給更遠的車輛。
二、基本路由機制
通過對已有車載移動自組網(wǎng)路由協(xié)議的分析，可以發(fā)現(xiàn)表驅(qū)動、按需驅(qū)動及洪泛算法幾乎是所有路由協(xié)議的基礎，不同的協(xié)議在不同程度上采用了以上一種或幾種算法。
表驅(qū)動路由協(xié)議的特點是網(wǎng)絡中每個節(jié)點都維護一張路由表，記錄本節(jié)點到網(wǎng)絡中所有節(jié)點的最新路由信息；周期性廣播路由更新分組，維持路由的有效性。按需驅(qū)動路由的特點是：只有節(jié)點有發(fā)送需求時才啟動路由發(fā)現(xiàn)，只在通信過程中才維護路由，一旦通信結(jié)束就不再維護路由。
DSDV（Destination Sequenced Distance Vector Routing）是表驅(qū)動路由的典型代表協(xié)議，特點是采用目的節(jié)點序列號機制，始終選擇最新路由，并避免路由環(huán)路。
DSR（Dynamic Source Routing） 協(xié)議是按需驅(qū)動路由的典型代表協(xié)議，特點是通過源節(jié)點廣播路由請求分組RREQ和目的節(jié)點反向回復路由應答分組RREP完成新路由的發(fā)現(xiàn)過程，采用源路由機制所有路由信息都記錄在RREQ和RREP中，避免了環(huán)路的產(chǎn)生。
AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing） 協(xié)議是結(jié)和表驅(qū)動和按需驅(qū)動的混合路由的典型代表協(xié)議，也是目前唯一被IETF作為MANET實驗標準 （RFC3561） 的協(xié)議。AODV結(jié)合了DSR和DSDV的優(yōu)點：路由建立過程采用了DSR協(xié)議中的RREQ-RREP方式，不同的是，采用了DSDV協(xié)議的逐跳機制，路由維護階段采用了DSR的按需維護機制。
MFLOOD無線路由通訊協(xié)議是一種典型的泛洪路由協(xié)議。當節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時，節(jié)點就向整個網(wǎng)絡廣播該數(shù)據(jù)包。分析洪泛路由的意義在于分析泛洪分組的效果和對網(wǎng)絡性能的影響。
三、仿真性能比較
以下是對城市和郊區(qū)兩種通信環(huán)境作簡要的描述：
（l）城市環(huán)境：以北京的城市情況為例。密集繁多的城市建筑和綠化帶使無線信號衰減明顯，道路規(guī)劃有明顯的規(guī)率，且道路較為密集，同時車輛密度較大。正常情況下，受各路段限速規(guī)定和車輛密集度影響，車速大多在40km/ h-60km/h之間。
（2）郊區(qū)環(huán)境：以北京郊區(qū)的交通情況為例。郊區(qū)環(huán)境的路面比較寬敞，通常有多條行車道，行車環(huán)境比較優(yōu)越，建筑和綠化帶的影響也相對較小，車速大多在80km/ h-100km/h之間。
通過閱讀大量仿真實驗文獻，可以發(fā)現(xiàn)：
在城市環(huán)境中，MFLOOD由于采用的是洪泛機制，所有節(jié)點都轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，丟包率最低，在5%左右；AODV協(xié)議的表現(xiàn)要優(yōu)于DS DV和DSR協(xié)議，丟包率多在20%；DSDV和DSR的丟包率太高，網(wǎng)絡幾乎不可用。
在郊區(qū)環(huán)境中，AODV和DSR的丟包率多在10%～30%；DSDV多在10%左右；當業(yè)務量和移動速度低時，DSDV幾乎可以成功傳輸所有的數(shù)據(jù)包；洪泛協(xié)議在比較劇烈的網(wǎng)絡場景中顯示了較好的性能，但丟包極其嚴重。因此需要根據(jù)車輛密度、車速、車輛行駛路線分布、障礙物情況等選擇不同的路由機制。
四、在人防應急移動指揮中的應用展望
目前在人防應急移動指揮中使用的聯(lián)網(wǎng)信號傳輸方式主要有衛(wèi)星、微波、3G及有線組網(wǎng)方式。
衛(wèi)星組網(wǎng)需要所有接入網(wǎng)絡的應急指揮車輛都配備靜中通或動中通及衛(wèi)星接收發(fā)射設備，在各種方式中資金投入最大，對車輛的負重及空間要求最高，且靜中通設備只能在移動指揮車停車固定不動時才可聯(lián)網(wǎng)，動中通設備目前價格昂貴，不適合每輛車都配備，同時衛(wèi)星的使用也需要提前申請。
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）16-0044-02
Abstract： Vehicular Ad Hoc Networks （VANET） have broad prospect with two types of application in mind： driving safety and improve the efficiency of traffic. To date， the majority of VANET research efforts have relied heavily on simulations， due to prohibitive costs、complex technical problems and external factors influence of employing real world tested . The vehicles mobility has serious effects on the VANET topology， build the scene of can properly reflect the characteristic of the vehicle movement is particularly important. In this paper， we first present the classification of VANET mobile model， then， we discuss the architecture of real vehicle movement pattern.
Key words：VANET； Mobility Model； Traffic Simulator
1 概述
車載網(wǎng)絡（Vehicular Ad Hoc Networks， VANETs）[1] 是移動自組織網(wǎng)絡（MANET， Mobile Ad Hoc Networks）的一種，由兼具終端和路由功能的車輛節(jié)點，通過無線鏈路形成無中心、多跳、臨時性自制系統(tǒng)，不僅突破了傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡的地理局限性，而且能更加快速、高效、便捷的靈活部署，同時可以提供強大的實時交通數(shù)據(jù)信息，改善駕駛員的安全駕駛環(huán)境，減少交通事故傷亡人數(shù)以及緩解交通擁塞。
由于在現(xiàn)實世界中評測VANET的性能面臨耗資巨大等因素的影響，所以目前對于VANET的研究工作主要依賴于仿真。雖然，隨著研究的不斷深入，現(xiàn)今的車載網(wǎng)絡仿真環(huán)境相比早期的隨機移動、圓形通信區(qū)域以及無干擾環(huán)境已經(jīng)有了非常顯著的進步，但是面臨的主要問題依然是如何更準確的反映現(xiàn)實世界中車輛的移動特性以及外界環(huán)境的影響。
現(xiàn)今的車載網(wǎng)絡仿真，主要包含三大模塊：移動模型、網(wǎng)絡模型以及信號傳播模型。移動模型作為車載網(wǎng)絡仿真的關(guān)鍵組成部分之一，是真實車輛的運動描述，用以反映車輛節(jié)點的移動方式。本文論述了車載網(wǎng)絡移動模型的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀，對VANET移動模型分類進行分析，探討了VANET移動模型存在的問題以及未來的發(fā)展前景。
2 移動模型概述
由于車輛的移動性對VANET的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)有著顯著的影響，所以在車載網(wǎng)絡仿真研究別需要能夠反映車輛交通真實行為的移動模型。
在建立移動模型的早期，人們更偏好隨機移動模型[2]，但是由于其隨機性（比如方向）使隨機移動模型難以模擬比較真實的車輛運動場景。后來研究人員引入地理空間約束，構(gòu)建基于圖的移動模型GBMM[3]（Graph-Based Mobility Model）。但是，GBMM中車輛節(jié)點的速度產(chǎn)生后恒定不變，無法體現(xiàn)車輛之間的對于速度的相互影響，基于此問題，Seakar等人提出移動模型FTM[4]（Fluid Traffic Model），控制車輛行駛速度隨車流密度的增減做相應的變化。Bettstetter等人考慮到車輛的運動狀態(tài)具有連貫性，提出了平滑移動模型SMM[5]（smooth mobility）。Trieber等人則綜合考慮了車輛行駛狀態(tài)以及車輛之間的交互影響，提出智能駕駛員模型IDM[6]（Intelligent Driver Model）。
現(xiàn)今，對VANET移動模型的構(gòu)建主要基于IDM模型進行拓展。如交通仿真器VanetMobiSim，為了在岔路口附近獲取更貼近真實的車輛駕駛行為描述，VanetMobiSim在IDM模型的基礎上對達到岔路口的車輛進行交通規(guī)則約束，通過交通標志以及其他車輛狀態(tài)控制車輛的行駛行為。
3 VANET移動模型分類
根據(jù)范圍和特，通常將VANET移動模型分為5類[7]：隨機模型、車流模型、交通模型、行為模型以及基于蹤跡（trace）的模型。
隨機模型：車輛的移動是隨機的，車輛節(jié)點的方向、速率等參數(shù)從隨機過程中采樣。因為實現(xiàn)簡單且容易再現(xiàn)結(jié)果，所以在車載網(wǎng)絡發(fā)展初期作為仿真測試的主要選擇。但是由于車輛的移動具有其固有特性，且受到道路約束以及交通規(guī)則的約束，所以目前已經(jīng)很少采用隨機移動模型對車載網(wǎng)進行車輛移動的建模。
車流模型：現(xiàn)實中的車輛移動受到多方面因素的影響，車流移動模型通過模仿自然現(xiàn)象，把車輛的移動性建模成車流，其研究方向主要從微觀、宏觀、介觀三個方面進行考慮。微觀建模主要反映車輛間交互影響（比如與前車需保持安全車距），典型的微觀車流模型是車輛跟隨模型（car following models， CFM）。宏觀車流模型借鑒流體動力學的理論，可以反映車輛移動的總體特征，并極大地減少計算量。介觀模型是對微觀模型和宏觀模型的折中。目前的車載網(wǎng)絡路由協(xié)議仿真普遍選取微觀車流模型。
交通模型：交通模型主要針對行駛至岔路口的車輛的交通規(guī)則執(zhí)行。其運動模型主要分為旅途模型和路徑模型。路途模型對當前位置與目的點位置的移動進行建模，而路徑規(guī)劃通?；谧顑?yōu)化函數(shù)，比如最短行駛距離，所需的行駛時間最短，或者相對而言最暢通的道路等，根據(jù)行駛狀況建立可拓展的動態(tài)算法。目前對于路徑選擇，大多采用Dijkstra圖算法。
行為模型：人類行為具有極大的復雜性，不會在所有情況下都遵循理想化的特定行為反應。根據(jù)人類行為理論構(gòu)建的行為移動模型，除了考慮對刺激的響應模式和物理影響，也會考慮社會關(guān)聯(lián)關(guān)系甚至人工智能的學習過程，以便更好的近似模擬人類的運動模式。缺點的計算量過大。
基于蹤跡（trace）的模型：通過收集車輛運動軌跡信息，提取通用的運動模式。但是推測通用運動模式過程極為復雜，推測所基于的數(shù)據(jù)并不全面，且僅能提供粗粒度的移動性描述，這導致其結(jié)果應用范圍并不廣泛。
4 實際車輛移動模型架構(gòu)
移動模型的性能主要取決于三個方面：車輛的移動模式、車輛間的相互影響以及對交通規(guī)則的執(zhí)行。車輛的移動模式包括道路對車輛的約束，車輛的基本行駛速度、加速度，對到達目的地的路徑選擇等；車輛間的相互影響主要體現(xiàn)在前車對當前車輛速度影響，例如在車輛擁擠狀態(tài)下，保持安全車距跟隨前車行駛。而交通規(guī)則的執(zhí)行主要是根據(jù)車輛所通過的岔路通燈信號或路標進行車輛行駛控制。為了創(chuàng)建更貼近真實車輛運動模擬器以適應特定的應用場景，研究者們提出了真實車輛移動模型的全功能概念視圖，如圖1所示。
在圖1中，移動模型分為了兩大主要模塊：運動約束和交通生成器。運動約束由拓撲地圖和交叉路口管理構(gòu)成，體現(xiàn)了多車道車流、吸引點/排斥點以及道路障礙對車輛行駛速度的影響。其中吸引點指的是車輛移動至相似的目的點所在地，排斥點指的是車輛出發(fā)以相似的起點所在地。而交叉路口管理是對交叉路口的交通規(guī)則執(zhí)行進行建模。交通生成器由車輛生成器和駕駛員生成器構(gòu)成。車輛生成器定義了車輛的類型以及車輛生成的初始位置。駕駛員生成器主要體現(xiàn)駕駛員與環(huán)境之間的交互。時間模式主要用以描述不同時間段的車流密度，比如上下班高峰期道路擁擠狀態(tài)或者凌晨道路車輛稀疏等狀態(tài)。外部影響用以主動建模一些運動模式，比如交通事故，臨時道路施工等。
5 探討與展望
VANET作為一種新興的技術(shù)，近年來廣泛受到研究機構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。目前，車載網(wǎng)絡的發(fā)展還處于萌芽階段，并沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈條和業(yè)界標準，無論是軟件還是硬件，各大汽車廠商各自為戰(zhàn)，其技術(shù)研究成果僅加載在自家品牌的高級車輛，各品牌車輛之間的車載通信并不兼容，很難構(gòu)建大規(guī)模，可多次重復的現(xiàn)實評測場景。VANET的性能評測依舊嚴重依賴于仿真測試。
對車輛移動模型的建模，其直接目標是對車輛移動性對車載網(wǎng)絡和應用協(xié)議的評估。在現(xiàn)實環(huán)境中，高速行駛中的車輛的精確定位、對信號傳輸造成衰弱或阻斷的無線通信障礙都是需要考慮的問題。對于車載網(wǎng)絡仿真來說，移動模型是其關(guān)鍵組成部分之一，網(wǎng)絡模擬以及信號傳播控制之間的相互融合達到每個參數(shù)都能有效的影響其他組成模塊的效果是車輛移動建模未來發(fā)展的方向。
6 總結(jié)
VANET的運動模式具有高移動性和自由度受道路約束等特點。對于車載網(wǎng)絡的仿真測試，要求所使用的移動模型能夠盡可能的反映真實情況的車輛運動模式。本文根據(jù)范圍和特，探討了VANET不同分類的移動模型特點，介紹了真實車輛運動模式應該遵循的架構(gòu)，并簡要討論了目前VANET的發(fā)展狀況以及未來可能的發(fā)展趨勢。
參考文獻：
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中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）08-0269-02
近年來，物聯(lián)網(wǎng)受到社會各界的廣泛關(guān)注，在世界經(jīng)濟發(fā)展的作用也日益凸顯，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對促進社會經(jīng)濟進步具有一定現(xiàn)實意義。而M2M系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎技術(shù)之一，對物聯(lián)網(wǎng)不斷完善能促進人類實現(xiàn)生活智能化目的。
1物聯(lián)網(wǎng)的特征及M2M與物聯(lián)網(wǎng)的特征
物聯(lián)網(wǎng)的主要特征在三個層面得以體現(xiàn)：一是全面感知層面，主要是指將物體信息進行合理采集，如醫(yī)院在對心臟病人進行遠程監(jiān)控的過程中，需要通過傳感器、RFID、電子標簽等技術(shù)來獲取病人的各項生命指數(shù)信息，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并予以解決；二是網(wǎng)絡層面，在完成物體信息的采集后，應將信息安可靠的傳遞到目的地，這就需要各種網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡及IP網(wǎng)等對進行技術(shù)支持；三是應用層面，即對通信物體進行智能控制。在此過程中，需要對大量數(shù)據(jù)及信息予以分析處理，并從中提取可以滿足各種新業(yè)務的有效信息。而M2M作為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，就其功能與潛在用途而言，引起了整個物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生，并成為目前物聯(lián)網(wǎng)的主要發(fā)展形勢。
2 M2M技術(shù)概況
1）M2M功能構(gòu)架
M2M系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)的核心系統(tǒng)，主要體現(xiàn)三方面的相互通信，即人與人之間（McmtoMan）、機器之間和人與機器之間（MantoMachine，MachinetoMan）的通信，M2M系統(tǒng)還可將這些不同類型的通信技術(shù)進行有機結(jié)合。其中最能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)特點的是機器之間的通信，而機器之間的通信更多的是IT機器設備通過無線移動通信進行與各種IT系統(tǒng)的通信。
M2M系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。
如M2M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖所示，M2M平臺是將終端平臺與無線設備、家庭智能化設備及其他M2M應用設備相連接，并使所有設備都具備網(wǎng)絡通信能力，真正實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)通信體系在各行業(yè)的廣泛應用。
2）M2M通信特點
M2M通信主要是以Internet作為核心網(wǎng)絡，將不同形式的IP通過網(wǎng)絡連接的方式實現(xiàn)IP終端互聯(lián)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，是目前物聯(lián)網(wǎng)中最具高效性的組合網(wǎng)絡方式。M2M系統(tǒng)依據(jù)功能域的不同被劃分為設備域、應用域和網(wǎng)絡域，由于M2M系統(tǒng)具有如此明確的功能域區(qū)分，其通信特點主要展現(xiàn)在幾種域之間的臨界范圍。具體而言，M2M系統(tǒng)通過各種智能終端將不同域的數(shù)據(jù)進行交互轉(zhuǎn)換、資源共享、應用優(yōu)化等，完成大數(shù)據(jù)與移動化的有效結(jié)合，從而充分發(fā)揮M2M系統(tǒng)的核心功能。
3M2M的發(fā)展現(xiàn)狀
M2M是物聯(lián)網(wǎng)目前最常見的應用形式，隨著全球物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，M2M系統(tǒng)在國外已被廣泛應用在各個領域。由于M2M的移動通信網(wǎng)絡能有效實現(xiàn)遠程的無線接人，且終端通信系統(tǒng)無需人工進行布線，同時還能為通信網(wǎng)絡提供移動性的支持，這不僅能更好的節(jié)約成本資源，還能滿足不同環(huán)境的通信需求。因此，M2M技術(shù)得到了與移動通信企業(yè)的廣泛重視。但在我國，雖然M2M技術(shù)應用的起步較早，但仍處于發(fā)展階段。在這種情況下，我國各行業(yè)積極參與到對M2M系統(tǒng)的技術(shù)研究中，目的是要不斷開發(fā)M2M技術(shù)的應用市場，以促進物聯(lián)網(wǎng)在我國的快速發(fā)展。
4M2M通信網(wǎng)絡的優(yōu)化
物聯(lián)網(wǎng)的設備的布置方式大多為先放置部署后進行網(wǎng)絡連接，但在物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)節(jié)點缺乏人員管理，這就導致物聯(lián)網(wǎng)設備難以實現(xiàn)遠程簽約信息和業(yè)務信息配置，且物聯(lián)網(wǎng)設備會輕易被攻擊者接觸到，這些情況對物聯(lián)網(wǎng)的安全在一定程度上產(chǎn)生了威脅，使物聯(lián)網(wǎng)存在不穩(wěn)定性。尤其在M2M設備使用移動網(wǎng)絡時，會出現(xiàn)相關(guān)的覆蓋問題，如處于劣勢位置的移動網(wǎng)絡超過位置較好的覆蓋程度，或在較差的覆蓋點，靜止的M2M設備可能停止發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，M2M通信必須進行相關(guān)優(yōu)化。其優(yōu)化方向可以分為五個類別：一是降低相關(guān)網(wǎng)絡運營商的成本；二是為相關(guān)運營商提供M2M獨有的增值服務；三是為與M2M運營程序相關(guān)的初始網(wǎng)絡系統(tǒng)予以技術(shù)支持；四是降低M2M的高負荷，確保網(wǎng)絡的連續(xù)性；五是在眾多M2M設備連接個過程中提供明顯的標識符與地址。
5M2M在物聯(lián)網(wǎng)中的應用實踐
M2M在現(xiàn)代社會的不同領域具有不同的應用價值，主要表現(xiàn)在智能抄表、智能交通、安防監(jiān)控、車載及自動售販機等方面。
1）智能抄表：M2M技術(shù)在智能抄表方面的應用是指電力局利用相關(guān)運營商提供的無線網(wǎng)絡，在完成對居民小區(qū)的電表數(shù)據(jù)采集工作后，將這些電表數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)诫娏值呐潆姅?shù)據(jù)中心。此系統(tǒng)模式將電力局的配電中心與居民小區(qū)的電表數(shù)據(jù)采集點予以有效組合，實現(xiàn)二者之間的在線連接，不僅減輕電力局的實際工作量，也為居民提供了更加方便的現(xiàn)代化服務。
2）智能交通：M2M系統(tǒng)通過對GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡和車載終端等進行連接，通過視頻或圖形設備獲取車輛相關(guān)的位置信息或速度信息，人們可以通過移動設備了解車輛實時狀態(tài)，制定出行計劃，同時對于運行車輛而言，也能獲取準確路況信息，提前做好路線規(guī)劃用。
3）安防監(jiān)控：M2M系統(tǒng)在安防監(jiān)控中的應用主要體現(xiàn)在信息采集和處理上。通常情況下，在圖片或視頻采集終端完成信息采集工作后，相關(guān)網(wǎng)絡系統(tǒng)將信息傳送至用戶終端，這樣用戶就將以瀏覽網(wǎng)頁的方式對信息進行遠程關(guān)注。安防O控系統(tǒng)不僅能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨螅材転楣矙C關(guān)打擊犯罪行為提供有力證據(jù)，保障社會秩序的安定和諧。
4）車載
車載系統(tǒng)是由移動車載終端、無線網(wǎng)絡、管理系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)及用戶終端等共同組成。車載GPS導航終端可以通過GPS模塊對相應導航信息予以接收，同時還能對地圖進行實時更新。而車載重點系統(tǒng)則課運用車輛信息采集設備對車輛基本信息進行采集并將信息傳送至管理系統(tǒng)。這種無線模塊的應用，可以實現(xiàn)車輛防盜系統(tǒng)與用戶終端之間的信息連接。
5）自動售販機
