AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在高速公路車輛管理中的應(yīng)用

黃淑梅

（江西方興科技股份有限公司,江西 南昌 330000）

0 引言

在現(xiàn)代化高速公路管理模式中，信息技術(shù)應(yīng)用具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，可提升整體管理效率，其中AD Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，將其與車輛管理系統(tǒng)進(jìn)行融合，是高速公路車輛管理模式發(fā)展的一次重要技術(shù)革新。

1 AD Hoc網(wǎng)絡(luò)概論

AD Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種全新的、自我組織的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于無(wú)硬件設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)施，無(wú)須固定連接端點(diǎn)就可以充分利用設(shè)備，只要有具有無(wú)線信息通信功能的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)就可以自動(dòng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

由于AD Hoc網(wǎng)絡(luò)自身由多個(gè)無(wú)線通信節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成，在無(wú)線傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)需利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息通信，而超出標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)則要利用其他節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)通信功能。從該系統(tǒng)的核心內(nèi)容來(lái)看，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅是主機(jī)設(shè)備，同樣是路由器設(shè)備，因此AD Hoc網(wǎng)絡(luò)自身具有網(wǎng)絡(luò)組建成本低、構(gòu)建靈活等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)[1]。

當(dāng)前對(duì)AD Hoc網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的研究，主要集中在各種路由器之間的信息計(jì)算方式，比如：MAC層協(xié)議、質(zhì)量服務(wù)以及電話聯(lián)通等問(wèn)題，但是該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較少。

2 AD Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在高速公路車輛管理系統(tǒng)中，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)能自行組建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此車輛監(jiān)控的信息和數(shù)據(jù)能夠在自我網(wǎng)絡(luò)組建過(guò)程中完成日常管理，比如：車輛移動(dòng)信息、位置信息以及語(yǔ)音信息等。

目前，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要包含兩種結(jié)構(gòu)模式，第一種為平面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同地位；第二種為分層結(jié)構(gòu)，比如：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置、固定位置監(jiān)控等。由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)、固定位置節(jié)點(diǎn)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由路由車載臺(tái)組成，所以利用AD Hoc網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速公路車輛進(jìn)行日常管理時(shí)，信息監(jiān)控中心與車載定位系統(tǒng)應(yīng)用功能基本相同[2]。

3 AD Hoc網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

3.1 地域約束

在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)具有隨機(jī)性，將其應(yīng)用在高速公路車輛管理系統(tǒng)中，車輛節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模式會(huì)受到自然環(huán)境、地域等因素的約束和限制。道路結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)化為車輛沿著車道做雙向移動(dòng)。所以在地域約束方面，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)具備一維性。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化較快

高速公路上的車輛移動(dòng)速度相對(duì)較快，車輛管理導(dǎo)致無(wú)線信息覆蓋面積和范圍不斷縮小，汽車節(jié)點(diǎn)的高度動(dòng)態(tài)化導(dǎo)致汽車AD Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化，所以給網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的路由器管理帶來(lái)極大的不便與困難。車輛在高速公路上高度的移動(dòng)特點(diǎn)還會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，管路路徑使用壽命縮短。

3.3 引進(jìn)GPS定位系統(tǒng)

從AD Hoc網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)來(lái)看，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)不是封閉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)充分結(jié)合GPS定位系統(tǒng)等外部連接網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，獲得豐富且多變的外部信息和數(shù)據(jù)。由于GPS定位系統(tǒng)自身具有車輛管理特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，能夠確保定位系統(tǒng)自身的地理位置、道路情況以及路口位置等，為高速公路車輛管理提供了清晰且詳細(xì)的信息根據(jù)[3]。車載終端設(shè)備是GPS車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)的前端設(shè)備，安裝在被監(jiān)控的車輛上。車載終端還可以隱秘地安裝在各種車輛內(nèi)，同時(shí)與車輛本身的油路、電路、門(mén)磁及車上的防盜器相連，可對(duì)車輛進(jìn)行全方位的掌控。

3.4 無(wú)線信道質(zhì)量不穩(wěn)定

在高速公路車輛日常管理工作中，受到路面建筑、道路結(jié)構(gòu)以及車輛運(yùn)行模式等多種條件與因素影響，節(jié)點(diǎn)無(wú)線信息傳輸范圍存在嚴(yán)重的約束和限制。車輛在位置移動(dòng)線路上的節(jié)點(diǎn)無(wú)法直接完成信息通信和傳輸。AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在高速公路車輛管理中的應(yīng)用效果不夠理想。

4 AD Hoc網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)定

4.1 網(wǎng)絡(luò)路由特點(diǎn)

針對(duì)AD Hoc網(wǎng)絡(luò)以及高速公路車輛管理的基礎(chǔ)需求，網(wǎng)絡(luò)路由器在協(xié)議設(shè)定方面上具有優(yōu)勢(shì)。

4.1.1 按照需求運(yùn)轉(zhuǎn)

在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，動(dòng)態(tài)拓?fù)湓O(shè)定、能量管理以及帶寬利用具有重要作用。為了提升寬帶使用率，減少車輛管理過(guò)程中的能量消耗，應(yīng)利用AD Hoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)功能，確保車輛在運(yùn)動(dòng)時(shí)合理制定運(yùn)動(dòng)路由協(xié)議。

4.1.2 低開(kāi)銷

低開(kāi)銷是指由通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)合理消耗基礎(chǔ)帶寬和能量的路由設(shè)備控制信息和數(shù)據(jù)，從根本上提升帶寬使用效率，減少能量的基礎(chǔ)消耗[4]。

4.1.3 性能高

在高速公路車輛管理系統(tǒng)中，車輛應(yīng)用性能對(duì)AD Hoc網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)十分重要，保障車輛在日常管理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息在實(shí)際傳輸過(guò)程中的基礎(chǔ)效率、延遲以及吞吐量等基礎(chǔ)指標(biāo)。

4.2 協(xié)議選擇

AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議設(shè)定環(huán)節(jié)上，為了合理控制經(jīng)濟(jì)成本，相繼產(chǎn)生一種全新的路由協(xié)議，通過(guò)GPS系統(tǒng)所提供的地理位置、運(yùn)動(dòng)速度以及車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)間等信息減少自然環(huán)境導(dǎo)致路由經(jīng)濟(jì)成本提升等問(wèn)題。在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，LAR的基礎(chǔ)協(xié)議設(shè)定理念主要體現(xiàn)在路由器傳輸請(qǐng)求方面，而不是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在LAR系統(tǒng)中定義兩個(gè)管理區(qū)域，如車輛管理期望區(qū)域、數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求區(qū)域。期望區(qū)域以車輛管理節(jié)點(diǎn)的最近時(shí)間內(nèi)所了解的節(jié)點(diǎn)位置作為中心，以車輛運(yùn)行軌道為半徑的圓形管理區(qū)域，LAR協(xié)議的設(shè)定，以不同節(jié)點(diǎn)可能所在的位置作為基礎(chǔ)條件進(jìn)行參數(shù)預(yù)計(jì)；請(qǐng)求區(qū)域主要指的是以節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)位置，以及期望區(qū)域的最小方形管理區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)才能接受傳輸路由信息請(qǐng)求，而在區(qū)域以外的節(jié)點(diǎn)則會(huì)遺失請(qǐng)求包。

在源節(jié)點(diǎn)上想要建立目的地，首先需計(jì)算出高速公路車輛管理的請(qǐng)求區(qū)域，并且選擇節(jié)點(diǎn)發(fā)出路由信息傳輸請(qǐng)求，期望區(qū)域數(shù)據(jù)為R，結(jié)合節(jié)點(diǎn)參數(shù)詳細(xì)計(jì)算出請(qǐng)求區(qū)域，并且以方形對(duì)角點(diǎn)作為基礎(chǔ)坐標(biāo)，確保該區(qū)域的四個(gè)定點(diǎn)坐標(biāo)包含在路由請(qǐng)求包中。在某節(jié)點(diǎn)接收理由請(qǐng)求包時(shí)，如果該參數(shù)在方形區(qū)域內(nèi)，則將請(qǐng)求傳輸至節(jié)點(diǎn)內(nèi)，否則需丟棄請(qǐng)求包。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到路由信息傳輸請(qǐng)求之后，系統(tǒng)則會(huì)立刻回應(yīng)包含車輛運(yùn)動(dòng)位置、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等信息的應(yīng)答包。

4.3 協(xié)議優(yōu)化

4.3.1 LAR優(yōu)化

對(duì)于高速公路車輛管理來(lái)說(shuō)，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中LAR現(xiàn)有的問(wèn)題和不足主要體現(xiàn)在無(wú)法發(fā)現(xiàn)所有可能達(dá)到節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑。由于LAR協(xié)議想要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，需提升請(qǐng)求區(qū)域?qū)ふ业铰酚傻淖畲罂赡苄裕欢@種管理模式同樣會(huì)增加路由控制困難性與經(jīng)濟(jì)支出水平，所以技術(shù)人員對(duì)高速公路車輛管理現(xiàn)狀提出一系列LAR優(yōu)化策略，通過(guò)對(duì)高速公路車輛管理中間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最大限度提升路由發(fā)現(xiàn)概率[5]。

首先，為了保證LAR正常運(yùn)行，應(yīng)選擇不同請(qǐng)求區(qū)域管理類型。其次，為了使用和調(diào)整請(qǐng)求區(qū)域，并且結(jié)合區(qū)域中間結(jié)構(gòu)可能比節(jié)點(diǎn)更新的位置信息和數(shù)據(jù)，增加節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生基礎(chǔ)概率。最后，在本地搜索過(guò)程中，如果某個(gè)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)線路失敗，則無(wú)法向源頭發(fā)送路由錯(cuò)誤信息，管理部門(mén)應(yīng)自行根據(jù)路由信息傳輸至節(jié)點(diǎn)。

4.3.2 路由位置優(yōu)化

以上文件協(xié)議主要基于節(jié)點(diǎn)已經(jīng)獲得的位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)假設(shè)，開(kāi)展全面討論，從而針對(duì)網(wǎng)絡(luò)初始化位置，以及信息服務(wù)等方面進(jìn)行全面且細(xì)致的描述，提出一系列優(yōu)化措施。

第一，基礎(chǔ)位置路由雖然可以提供一種信息數(shù)據(jù)包處理方式，但仍然依靠其他路由協(xié)議完成，所以技術(shù)人員首先應(yīng)基于位置路由參數(shù)的計(jì)算方式，決定是否直接轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求包。根據(jù)現(xiàn)階段AD Hoc網(wǎng)絡(luò)管理現(xiàn)狀進(jìn)行綜合分析，DSR和AODV成為兩種比較優(yōu)質(zhì)的文件協(xié)議，所以在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上所使用的DSR協(xié)議，能夠保證車輛具體位置信息隨著路由使用，將數(shù)據(jù)和信息傳輸至中央監(jiān)控中心，防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中遺失。

除此之外，每個(gè)路由設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包節(jié)點(diǎn)將自身的信息增加至路由請(qǐng)求信息中，所以通過(guò)路由發(fā)現(xiàn)并且獲得多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置信息，能減少路由請(qǐng)求次數(shù)和頻率，降低系統(tǒng)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)開(kāi)銷。

第二，由于監(jiān)控中心的位置相對(duì)比較固定，能夠通過(guò)預(yù)先系統(tǒng)對(duì)車輛行駛情況設(shè)定信息，或者通過(guò)信息廣播等技術(shù)模式告知每一個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，解決車輛行駛節(jié)點(diǎn)上可能發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和不足。而在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，高速公路節(jié)點(diǎn)通過(guò)路由發(fā)現(xiàn)車輛管理過(guò)程中其他檢測(cè)位置節(jié)點(diǎn)的具體信息和參數(shù)，利用位置協(xié)議文件與其他節(jié)點(diǎn)信息流通。

5 AD Hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用策略

AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行期間，系統(tǒng)主要指的是一種沒(méi)有線性基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上節(jié)點(diǎn)均由移動(dòng)主機(jī)構(gòu)成。AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)最初環(huán)節(jié)主要應(yīng)用在軍事管理領(lǐng)域，該技術(shù)起源于戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境分組無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和信息通信項(xiàng)目，該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過(guò)不斷探索和研究，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以及全新移動(dòng)信息管理系統(tǒng)等項(xiàng)目的研究。

在無(wú)線信息通信以及終端設(shè)備不斷進(jìn)步和發(fā)展的背景下，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在民用環(huán)境下同樣得到全面進(jìn)步和發(fā)展，比如：在沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)開(kāi)展車輛管理時(shí)，利用AD Hoc網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)搭建。

在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，不同移動(dòng)主機(jī)之間在信息覆蓋標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)時(shí)，可以直接進(jìn)行信息通信，然而用主機(jī)設(shè)備自身所具有的信息通信覆蓋面積相對(duì)有限，兩個(gè)距離較短的設(shè)備進(jìn)行信息通信時(shí)，利用檢測(cè)線路之間的移動(dòng)主機(jī)才能實(shí)現(xiàn)車輛日常管理。在AD Hoc網(wǎng)絡(luò)管理環(huán)節(jié)，主機(jī)同樣是路由器設(shè)備，承擔(dān)著車輛信息管理與轉(zhuǎn)發(fā)等功能，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，每個(gè)主機(jī)設(shè)備的信息通信范圍都十分有限，路由設(shè)備由多跳構(gòu)成，車輛管理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息需利用多個(gè)主機(jī)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)信息管理的最終目的。

5.1 安全應(yīng)用

由于高速公路在建設(shè)和后續(xù)應(yīng)用環(huán)節(jié)上普遍具有高速性以及封閉性等特點(diǎn)，為此確保車輛行駛安全性十分重要，應(yīng)積極引進(jìn)AD Hoc網(wǎng)絡(luò)解決安全性問(wèn)題。我國(guó)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，交通擁堵問(wèn)題十分嚴(yán)峻，采用新型交通車輛管理系統(tǒng)，或能解決該問(wèn)題?；贏D Hoc網(wǎng)絡(luò)道路交通安全監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路車輛管理過(guò)程中應(yīng)用具有廣泛覆蓋面積、較強(qiáng)抗毀能力、建設(shè)周期相對(duì)較短、成本較低，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出靈活高效的特點(diǎn)，更加符合高速公路車輛管理需求。高速公路經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)事件，引發(fā)一系列安全問(wèn)題，因此對(duì)車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)具有較高的實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性要求?；贏D Hoc網(wǎng)絡(luò)道路安全監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)快，部分區(qū)域節(jié)點(diǎn)密集，應(yīng)用自動(dòng)分組組播路由協(xié)議具備洪泛方式的優(yōu)勢(shì)，能夠在高速公路出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)傳遞數(shù)據(jù)，具有較快的數(shù)據(jù)傳送速度，有助于高速公路車輛管理水平的提升。

5.2 事故預(yù)警

車輛在高速公路中行駛時(shí)，速度普遍偏快，如果產(chǎn)生故障問(wèn)題，提供給駕駛者的判斷時(shí)長(zhǎng)極短，同時(shí)若道路基礎(chǔ)路況較差，駕駛者的預(yù)警時(shí)間則更短。為了解決該問(wèn)題，提升駕駛安全性，駕駛者可以使用AD Hoc網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，及時(shí)獲取必要的道路預(yù)警和交通信息，確保駕駛者可以保留足夠的時(shí)間應(yīng)對(duì)道路問(wèn)題，防止產(chǎn)生二次安全事故，造成更大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

5.3 路口管理

高速公路路口作為車流較多、事故多發(fā)的路段之一，必須做好管理工作。AD Hoc網(wǎng)絡(luò)在路口管理方面可以利用系統(tǒng)提前預(yù)警等基礎(chǔ)功能充分了解車輛運(yùn)轉(zhuǎn)的不同情況，讓司機(jī)及時(shí)提高行車警惕性，一旦產(chǎn)生安全事故則應(yīng)使用必要的應(yīng)對(duì)措施。

5.4 道路管理

高速公路在基礎(chǔ)建設(shè)環(huán)節(jié)上，雖然能夠做到暢通無(wú)阻，確保司機(jī)較快到達(dá)目的地，但是高速公路同樣會(huì)產(chǎn)生擁堵問(wèn)題。AD Hoc網(wǎng)絡(luò)可以為車輛管理系統(tǒng)提供必要的信息和車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，讓司機(jī)充分了解到道路運(yùn)輸情況，以此作為基礎(chǔ)條件了解道路路況。

5.5 交通信息查詢

高速公路車輛行駛過(guò)程中，由于道路交通情況的基礎(chǔ)要求比其他路面更高，所以利用AD Hoc網(wǎng)絡(luò)讓司機(jī)全面了解多條高速公路的基礎(chǔ)路面情況、車輛密度以及結(jié)構(gòu)擁堵等信息和數(shù)據(jù)，司機(jī)能根據(jù)自身駕駛需求選擇適合自己的路線、長(zhǎng)度以及駕駛時(shí)間，縮短駕駛成本。

5.6 信息服務(wù)應(yīng)用

現(xiàn)階段，人們對(duì)于車輛的基礎(chǔ)需求已經(jīng)不再局限于安全性方面，在其他環(huán)節(jié)同樣提出了全新的技術(shù)需求，比如高速公路費(fèi)用繳納、辦公以及娛樂(lè)等。車載AD Hoc網(wǎng)絡(luò)已涵蓋這些功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

由此可見(jiàn)，隨著人們行車安全意識(shí)的提高，AD Hoc網(wǎng)絡(luò)通過(guò)車輛之間信息的即時(shí)溝通與交流，大大提高了車輛在高速公路行車的安全性，隨著車載AD Hoc網(wǎng)絡(luò)的不斷完善和與時(shí)俱進(jìn)，它將帶給人們更多方便。