应用举例 - 车载自组网的发展与应用情况

　　车载自组网在交通运输中出现，将会扩展司机的视野与车载部件的功能，从而提高道路交通的安全与高效。典型的应用包括：

　　① 行驶安全预警。利用车辆间相互交换状态信息，通过车载自组网提前通告给司机，建议司机根据情况作出及时、适当的驾驶行为，这便有效的提升了司机的注意力，提高驾驶的安全性。

　　② 协助驾驶。帮助驾驶员快速、安全的通过“盲区”，例如在高速路出/入口或交通十字路口处的车辆协调通行。

　　③ 分布式交通信息发布。改变传统的基于中心式网络结构的交通信息发布形式，车辆从车载自组网中获取实时交通信息，提高路况信息的实时性，例如，综合出与自身相关的车流量状况，更新电子地图以便更高效地决定路径规划。

　　④ 基于通信的纵向车辆控制。通过车载自组网，车辆能根据尾随车辆和更多前边视线范围外的车辆相互协同行驶，这样能够自动形成一个更为和谐的车辆行驶队列，避免更多的交通事故。

　　3 物理层参数

　　由于车载自组网独特的性质，决定了其对物理层的要求比较苛刻：要求在高速移动的环境下具有较强的顽健I生，减少因高速移动引起的信号突变所带来的影响，尤其是在高速下产生的多普勒效应等的影响;支持高速率传输，提供多跳连接(甚至是在节点密度比较小的情况下)，保证足够的信息交互;而且对于安全报警信息延迟要非常小，支持突发性数据流，保证其实时性;与MAC层协议接口相匹配;另外，需要工作在无需授权的频段内，以保证其应用普及。

　　目前国外所应用的车载自组网系统所采用的物理层威廉希尔官方网站 主要是基于802.1l(Wi—Fi) 标准和UTRA—TDD(TD—CDMA)威廉希尔官方网站 ，例如CarTalk与FleetNet项目都采用了UTRA—TDD威廉希尔官方网站 ，C2C联盟则主张使用改进后的802.1lb威廉希尔官方网站 。通过表1，可以对802.1lb和UTRA—TDD在物理层中所采用的一些不同参数进行简单比较。

　　由上表可以看出802.1lb的性能要差很多，但是由于802.1lb无线模块目前应用普及、价格便宜、实现简单，而且工作在2.4GHz的免费频段等特点，广泛被科研实验所采用：而UTRA—TDD威廉希尔官方网站 实现复杂，造价较高，还有一些非威廉希尔官方网站 因素阻碍其应用。

　　所以说这2种威廉希尔官方网站 各有长短。此外，目前在我国最为普及的GSM 移动通信威廉希尔官方网站 ，其稳定的性能被大家所接受， 而支持自组织方式的GSM 网络(A—GSM[301)是受Lucent威廉希尔官方网站 公司资助，对下一代GSM蜂窝网中继能力进行研究的课题：该课题研究人员试图在尽可能减少对现有GSM 系统改动的基础上，使移动台具有中继功能，由此来增强GSM网络的覆盖能力。由此可见GSM 威廉希尔官方网站 应用在自组网中是可行的，其性能也完全符合车载自组网的要求，所以车载自组网物理层也可以尝试采用GSM威廉希尔官方网站 。

　　无论802.1 lb、UTRA—TDD还是GSM 威廉希尔官方网站 都是一种中心式结构的网络，将其应用于分布式网络在很多方面需要进行改进。首先，空中接口需要适应高速动态变化的网络拓扑;将中心控制的无线媒介访问机制修改成分布式的媒介访问机制;修改由基站控制的无线资源管理机制为节点自行管理协同合作的机制;面对更为恶劣的多径效应、能量控制算法和时隙同步等问题。以时隙同步为例，它既不像在UTRA—TDD、GSM 终端设备接入基站时由基站负责进行同步，也不像在802.1lb中AP定期地发送信标(beacon)帧保持相同物理网中的工作站同步。在车载自组网中时隙同步问 可以通过引入GPS进行粗略同步，再加上一些特定机制进行精确同步，比如在帧中设计特定的同步时隙。无论是理论分析还是在实际的高速公路或城市道路中进行的仿真测试，都能得出一个结论：

　　UTRA-TDD比IEEE 802.1lb具有更大的优势。

　　对于物理层除了威廉希尔官方网站 因素外，还有一些非威廉希尔官方网站 因素阻碍其选取，比如说占用的频段。在国外，2003年，美国的联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个75MHz(5.85—5.925GHz)的免费频带带宽用于专用短距离通信(DSRC，dedicated short rangcommunication)，而欧洲的邮政电信组织(CEPT)也已经为UTRA.TDD威廉希尔官方网站 提供了免除执照发放的2010到2020MHz频段，日本的DEM02000项目采用的专用短程通信威廉希尔官方网站 (DSRC)也有专门的免费频段。可见，在车载自组网威廉希尔官方网站 发展比较好的国家都有一个免费频段供其使用，因此，在我国划分一个供车载自组网使用的免费频段势在必行，以利于其更好的在国内推广。

　　综合以上物理层的特性，对于车载自组网物理层的选择标准初步总结如下：

　　①适合节点高速移动，初步设计移动速度上限为150km/h;

　　②通讯距离在lkm左右;

　　③带宽在1Mbit/s左右;

　　④实时性强，支持同步，传输延时足够小;

　　⑤频率最好是免费频段(可以考虑2.4GHz的ISM免费频段)。

　　4 MAC层协议

　　MAC协议是报文在信道上发送和接收的直接控制者，它的优劣直接影响到极为有限的无线资源的使用效率，对车载自组网的性能起着决定性的作用。MAC层除了需要解决隐藏终端，暴露终端和资源分配的公平性等普遍问题外，车载自组网特定的应用环境和业务需求是其要面临的特殊问题：如车载终端移动速度快，网络的拓扑结构高度动态变化，需要支持突发的优先级高，实时性强的交通安全类业务应用，许多实时业务需要以广播形式发送等。因此，基于自组网的车载通信系统MAC协议需要具备以下特征：

　　①支持车辆高速移动性;

　　②保证通信的实时性和可靠性;

　　③具有较好的可扩展性;

　　④具有较高的带宽利用率;

　　⑤采用全分布式自组网方式;

　　⑥为每个用户提供公平的通信机会;

　　⑦提供高效、及时的广播机制。

　　4.1 帧结构

　　由于目前所应用的车载自组网物理层一般是基于802.11标准和UTRA.TDD威廉希尔官方网站 的，因此建立在物理层之上的MAC层的帧结构一般也是有两类的。

　　由于需要将中心式结构的UTRA.TDD应用到分布式系统中，所以要在很多方面做出调整和改进。首先对MAC层的帧结构进行重新设计，每一帧的时长为10ms，每一帧由15个时隙构成，每4帧又构成一个超级帧，如图2所示。

　　为了避免在随机信道接入机制下的保留请求冲突，一种电路交换广播连接(CSBC，circuit.switched broadcast channe1)被引入，它主要用来作为信令目的。如果在帧中没有足够的容量来支撑数据的发送，节点就可以利用CSBC来发送额外容量保留请求，如图3所示。