基于802.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議研究述評(píng)

劉 業(yè)，劉林峰

（1.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院，江蘇 蘇州215123；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 軟件學(xué)院，江蘇蘇州215123；3.南京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇 南京210003；4.陽(yáng)立電子（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州215000）

0 引 言

人們對(duì)道路交通安全問(wèn)題關(guān)注度持續(xù)上升，使得車(chē)聯(lián)網(wǎng) VANET （vehicular Ad hoc network）的研究［1－2］成 為 當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究領(lǐng)域的熱點(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)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型，并以分層模型為線(xiàn)對(duì)VANET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 關(guān)于車(chē)聯(lián)網(wǎng)概念的界定

VANET網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)［3］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(xiàn)通信，并能夠自組織地建立起一個(gè)臨時(shí)的無(wú)線(xiàn)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(xún)，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(xiàn)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，ITS America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)［4］，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(xiàn)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(xiàn)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［5］是非常大的?？深A(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)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

學(xué)術(shù)界最初提出VANET概念的想法是作為無(wú)線(xiàn)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(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)或者移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò) （mobile Ad hoc network，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VANET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［6－7］正處于草案完善過(guò)程之中，而對(duì)于 VANET網(wǎng)絡(luò)路由層、傳輸層、應(yīng)用層協(xié)議的研究工作［8－9］正處于起步階段，IEEE 1609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)［10－13］，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［14－15］。

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?？紤]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(xiàn)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)男枨螅ㄐ畔⒌目煽啃?，可達(dá)性，實(shí)時(shí)性等QoS特性。

圖1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

3 VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究中的關(guān)鍵問(wèn)題

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(xiàn)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(guān)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［16］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［17］。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 移動(dòng)性模型

第一個(gè)子問(wèn)題是VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性問(wèn)題。VANET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－h(huán)ard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［18－19］。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 路由算法

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)VANET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)［20－22］，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)［23］，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(xiàn)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［24－25］。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［26］，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Pan Jianping團(tuán)隊(duì)將分簇與信息分層網(wǎng)絡(luò)編碼相結(jié)合［27］，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 擁塞控制

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 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀評(píng)述

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［19，28－33］，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) ［30］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［28］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［31］則是對(duì)VANET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［29］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(xiàn)信道的差錯(cuò)特性；武漢大學(xué)另一課題組［19］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［33］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［32］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 VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個(gè)切入點(diǎn)及相關(guān)探討

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－h(huán)ard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 VANET網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性模型的研究

鑒于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置特征滿(mǎn)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［34］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VANET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 路由協(xié)議的研究

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?、?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)于這里提到的暫存轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制實(shí)際上在稀疏密度的MANET網(wǎng)絡(luò)研究中已經(jīng)有學(xué) 者 提 過(guò)［35］。

4.3 擁塞控制機(jī)制的研究

由于VANET網(wǎng)絡(luò)的自組織特性，節(jié)點(diǎn)的擁塞控制機(jī)制必須由每一個(gè)節(jié)點(diǎn)自身來(lái)完成，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。將PSTN電信網(wǎng)中的控制與數(shù)據(jù)相分離的設(shè)計(jì)原則引入到VANET網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制中，提出一種有效的VANET網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法，以保證緊急數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)性和可靠性。換一種說(shuō)法，即是采用預(yù)留控制通道及數(shù)據(jù)通道的形式來(lái)保證緊急數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，另外也結(jié)合傳統(tǒng)TCP協(xié)議中調(diào)整信源節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送速率的滑動(dòng)窗口機(jī)制來(lái)進(jìn)行協(xié)同擁塞控制。

另外，在無(wú)線(xiàn)通信環(huán)境下，擁塞控制的發(fā)生，不定是真的發(fā)生了擁塞，也有可能是無(wú)線(xiàn)信道的不可靠造成了重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)，此情形下的丟包行為將借鑒傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)TCP擁塞控制算法進(jìn)行研究。但如何判別此兩類(lèi)情形將是研究難點(diǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于802.11p的車(chē)聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)涉及道路交通、無(wú)線(xiàn)通信、自組織系統(tǒng)等多學(xué)科綜合性研究課題，因其對(duì)行車(chē)便利性與安全性的改善，近期愿景內(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，該領(lǐng)域的研究正成為業(yè)界備受關(guān)注的熱點(diǎn)。本文通過(guò)分析VANET網(wǎng)絡(luò)自組織、拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性、節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律性等特點(diǎn)，在VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通用模型的基礎(chǔ)上，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；并以此分層為線(xiàn)索，對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的關(guān)鍵問(wèn)題的當(dāng)前研究進(jìn)展進(jìn)行了述評(píng)，給出了VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個(gè)切入點(diǎn)，并做出了一定的討論。該領(lǐng)域的突破性研究進(jìn)展將有助于車(chē)聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)走向?qū)嵱茫哂泻艽蟮睦碚撘饬x及應(yīng)用前景。

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