车载物联网的应用分析(3)

信息传播可以建立在基础设施之上，也可以不依赖基础设施。Jedrzej等提出建立于蜂窝网络基础设施上的P2P叠加网络。车辆通过蜂窝网络的基础设施建立到互联网的可靠链接，然后这些车辆之间可以以P2P叠加网络的方式来实现非安全应用的信息共享、发现和交换。然而，由于基础设施提供的服务通常是付费订阅的方式，这实际上限制了消费者的数量。与基于基础设施的网络服务相比，相对廉价的自组织网络方案显得更有吸引力。另一方面，大多数的非安全应用没有严格的实时性要求，因而，当前的一项研究热点是以容迟的方式来实现车载自组织网络的信息传播。研究者提出了一些通用的容迟网络路由协议，如流行性路由。

在车载自组织网络中，信息的传播、缓存和融合都有过相应的研究。然而，在车载自组织网络中，大多数类型的信息中并不包括任何目标车辆的先验知识，因而容迟的数据传播、数据查询、数据缓存以及数据融合密切地联系在了一起。任何车辆可能会产生并发出一个查询，且希望其临近车辆能尽快响应。

传统的包路由已不能适应以信息为中心的应用，人们需要建立一个全新信息路由模式。首先，需要定义信息路由的目的地。对大多数人而言，传播的目的地是一个虚拟的概念。它受时间、空间和车辆的限制。换句话说，目的地包括的是所有满足当时时空条件的车辆。有两个基本的信息传播模式：拉（Pull）模式和推（Push）模式。拉是指一辆车定期广播它感兴趣的查询，并从邻居车辆中获取数据。推模式是指车辆有目的地把信息推入周边的车辆，使得对此信息感兴趣的用户可以更方便地得到这些信息。在车载网络技术市场化的初级阶段，只有较少比例的车辆具备车载通信能力，通信仅限于一跳，因此推模式更为重要。当制订推模式的策略时，人们必须考虑到数据缓存和融合的潜在影响。人们可以利用启发式的周边信息（如行驶方向、速度、经常光顾的地方等）或社交网络信息来预测和控制传播。

4.2 微观信息传播

微观信息传播指涉及一跳或者几跳的局部信息传递。在车载网络技术市场化的初级阶段，车辆很少有机会遇到其他车辆或路边基站。所以，提高两车相遇时信息传播的效率十分重要。

最近的一些研究关注于车载环境中的单跳通信性能。Bychkovsky等人研究了在公共Wi-Fi无线网络中提高单跳通信的数据吞吐量的技术。他们进行了一系列的实地测试来调查在MAC握手、获取IP地址、建立IP路由等时候可能的性能损失。Hadaller等人[4]进行了以802.11协议为基础的单跳通信的实验，并提供了详细的实验分析。通过实验，他们发现了一些现有无线访问机制在数据吞吐量方面低效的根本原因。以上这些工作从底层协议（物理层、MAC地址、路由）的角度来分析和改进链路吞吐量。

微观信息传播也涉及局部多跳通信。一般来说，本地多跳通信的主要任务是协调本地车辆并帮助信息沿预定方向传播。VADD是一种利用车流模式和道路拓扑来找到传递数据包的最优道路的转发协议。MDDV利用车辆的流动性来帮助信息传播。MDDV使周边的车辆协作转发数据包，以此来提高数据包转发的可靠性。Zhao等人研究了如何以路边基站作为中继的方式来提高吞吐量。

由于两车相遇时有效通信时间短暂，有效的信道资源管理是一个是十分重要的问题。Chang等人提出了一种从路边基站到过往车辆的下行调度算法。Zhang等人提出了另一种同时考虑上行和下行请求的调度算法。Yu等人研究了在路边基站负载接近超负荷的情况下的请求许可控制问题。这些研究从不同的资源分配角度提高了路边基站的访问效率。

通常，微观信息传播的主要挑战在于如何把下层条件（车辆移动性、无线信道、相对位置）和上层应用的需求联系在一起。从上层的角度来看，容迟网络的应用可以容忍一定的信息延迟和误差。从底层的角度来看，移动性、信道和车辆位置却可能在很短的时间内大幅变化。现有的工作研究了不同的网络通信协议下的单跳问题，然而，仍然缺少一个上层和下层之间的有效联系。这种联系可以使人们能够利用底层的苛刻条件，而不是受其限制。

当人们设计微观信息传播协议时，可以重点关注3个方面的问题：

（1）应用需求

容迟网络的应用不一定需要一个可靠的链接，但是他们却需要根据数据传输的重要性来安排数据的优先性。人们还希望能够设定一个在传播的过程中允许的信息丢失的程度。

（2）资源管理

主要问题包括如何调度低层资源（例如传输信道、传输速率等），如何调度上层任务，如何分配资源以确保公平等。

（3）协作

人们可以利用多任务调度、转发、中继、多方网络编码等不同的技术来帮助在信号范围内各车辆的互相协作，提高整体性能。

5 车载物联网应用案例

FleetNet是一个由欧洲多个汽车公司、电子公司和大学的合作项目，合作者包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大学。该项目利用无线多跳自组织网络技术实现无线车载通信，能够有效提高司机和乘客的安全性和舒适性。FleetNet的设计目标包括实现近距离多跳信息传播以及为司机和乘客提供位置相关的信息服务。在该项目中，位置信息起着重要的作用，一方面它本身是FleetNet一些应用的基本需求，另一方面它也能使得通信协议更有效地运作。NEC欧洲实验室和Mannheim大学为车载网络设计了基于位置的路由和转发算法，然后基于该算法实现了一个基于位置的车-车通信路由器。研究人员建立了一个由6辆车组成的实验网络，其中每辆车装备了一个GPS接收器、一个802.11无线网卡，以及一个车-车通信路由器。另外，每辆车还装备了一个GPRS接口，这样可以实现对自组织网络中的每辆车进行实时监控。

CarTalk是一个欧洲的司机辅助系统研究项目。该项目利用车-车通信技术为移动中的车辆建立一个移动自组织网络，来帮助增强道路系统的安全性。例如，当一个车辆刹车的时候或者检测到危险的道路状况的时候，它会给后方车辆发送一个警告消息。即使在前方有其他车辆遮挡的情况下，后方车辆也能够尽早得到警告。这个系统也能够帮助车辆更安全地驶入高速公路和驶离高速公路。

California Path[24]是加州大学伯克利分校的一个关于智能交通系统的综合性研究项目。该项目始建于1986年，主要由伯克利分校的交通研究学院负责管理，同时也和加州交通部有密切合作。California Path致力于运用前沿技术解决和优化加州道路系统存在的问题，其主要关注于3个方面的研究：

（1）交通系统运筹学研究

其研究方向包括车流管理、旅行者信息管理、监控系统、数据处理算法、数据融合和分析等。

（2）交通安全研究

研究内容包括十字路口协同安全系统研究、司机行为建模、工人与行人相关的安全研究等。

（3）新概念应用研究

该研究致力于发现、验证在公共交通系统中的新概念和方法，帮助减少交通系统的阻塞，提高公共交通的出行效率。

MIT CarTel是麻省理工学院的一个分布式移动传感器网络和远程通信系统。CarTel的应用能够收集、处理、传递、分析和可视化来自手机或者车辆的传感器数据。在该项目中，一个小型嵌入式计算机能读取一系列不同的传感器数据，对数据进行处理，然后将处理后的数据发送给一个Internet服务器。服务器进一步对数据进行分析，然后提供给最终用户多种不同的服务。整个系统的框架包括进行传感器数据采集的硬件和软件、在车辆之间数据传递的网络、能够容忍网络连接中断的数据库查询系统、为基于位置的服务设计的隐私协议、车流预测模型系统以及道路表面状况监测系统。

美国政府与工业界也积极参加到车载物联网的研发中。车辆基础设施集成计划（Vehicle Infrastructure Integration）致力于利用无线通信技术使行驶中的车辆更紧密地与周围的环境相联系，从而提高交通系统的安全性。该计划的主要参与者包括美国交通部、加州交通部以及戴姆勒、福特、通用等汽车公司。该计划的参与者在加州101公路和密歇根Novi市部署了数十个路边基站，用于测试汽车与路边基站的通信能力。在通用公司展示的车载安全系统中，车辆通过DSRC无线技术实时监控周围车辆的位置、速度与方向，一旦发生紧急情况，车辆通过声、光信号警告司机。最近，由美国交通部主导的IntelliDrive项目致力于在个人移动设备（如手机和PDA）、车辆以及路边基站之间建立安全、灵活的无线通信，使道路交通系统更安全、更智能和更环保。美国交通部目标在2013年前对现有的无线通信技术进行测试和评估，以帮助落实未来交通系统的决策与实施。

6 结语

车载物联网是一个具有巨大发展潜力的新兴领域。它能够使人们的日常生活更紧密地与计算机技术和互联网技术相结合，增强交通安全，提高城市交通效率，以及提供各种与位置相关的信息服务。近些年，车载物联网已经得到了学术界、工业界以及政府部门的高度重视，相关的工业、技术标准已提上制订日程。然而，针对不同的应用和不同的环境，仍然有很多尚未妥善解决的问题。人们相信，在车载物联网领域，会看到更多更深入的研究，同时车载物联网技术将能够很快走出实验室，投入实际应用。