淺析車載自組織網絡通信系統的設計與實現

王萬停

（北方聯創通信有限公司，江西 南昌 330096）

淺析車載自組織網絡通信系統的設計與實現

王萬停

（北方聯創通信有限公司，江西 南昌 330096）

車載自組織是構成職能交通的重要組成部分，能夠實現道路上的車輛之間、車輛與道路之間狀況的互相通信。其通過車載自組織網絡通信系統能夠顯著降低交通事故，為交通部分提供辦案依據。文章主要對車載自組織網絡通信系統的設計進行分析，并進一步探討了車載應用系統實用化。

車載自組織；網絡通訊系統；設計

在交通事故頻發的今天，車載自組織網絡通信的作用越加明顯，車載自組織網絡過程中產生的移動數據以及移動數據的處理作用越加重要?，F有移動數據庫的功能還不完善，大多機制和計算方法存在過多假設[1]，同時受到很大的限制，導致很多關鍵功能由于缺乏支持而無法運用。因此對移動數據庫中的數據一致性進行研究有著重要作用。

1 車載自組織網絡新需求

要對應用系統進行設計，首先需要了解車載自組織的網絡需求。（1）功能性需求，社會的發展與進步使得汽車這一交通工具在人們生活中扮演著越來越重要的角色，然而交通事故、空氣污染、交通擁塞等日益增加的社會問題嚴重干擾了人們的生活，因此要實現現代智能交通系統的運用，首先要解決上述問題來提高整體的交通運輸效率[2]。一些城市為了提高交通效率，開始在路邊固定乘車點設置無線網絡、鼓勵車輛安裝無線車載電臺，然而這一方法可實施范圍小，同時實用性和普適性較差，難以推廣。V2I通信系統是目前車載自組織網絡的主要通信方式，由于所需投入的財力、人力、物力較大，造成了很大浪費。（2）數據可靠性與準確度，這是車載自組織網絡通信系統的最基本要求，比如正在行駛車輛與路邊乘客之間的通信，若路邊乘客在向行駛車輛發送乘車請求時，數據包丟失或者出現失誤，就會導致行駛車輛、乘客之間供求關系無法實現，因此在系統設計時需要選擇適合的路由協議來實現數據準確性與傳輸的可靠性。（3）適應性，當系統出現數據包丟失、車輛節點通信失效、路由信息失效等情況時，系統必須能夠自我辨認、自我修復從而應對特殊情況。（4）實時性。為了滿足乘客與車主的要求，必須在短期內實現數據發送、數據接收、數據處理和數據更新存儲等，以保證需求達成。（5）運行需求。系統要在車輛上搭載無線通信設備，在具備數據存儲能力、處理能力的同時必須要能夠在不同車輛之間使用。乘客需要具備特殊的無線通信設備，能夠與250米內的行駛車輛進行通信。

2 系統設計

2.1 主模塊

近年來關于車載自主網絡信息與內容分發的研究較多，如Code Torrent，Caberne等項目，然而研究均是在路邊設施信息運輸方式的基礎上進行，有著一定的制約性。首先從駕駛員角度看，信息傳遞的時延受到AP疏密情況的限制，當AP稀疏時，這種相遇機會就少，信息傳遞的質量就低，且AP安裝需要大量的資金和有線連接資源，而在城市中這種浪費更加明顯。

V2C模塊是將路邊停放車輛作為載體，以實現車載自組織網絡信息發布與傳遞，安裝無線傳輸設備在車輛上，這樣即使車輛停放，穿越他們的行駛車輛也能夠與他們進行通信。在城市中，停車場、路邊停車道較多，這種大范圍的停放就為信息的傳遞提供了更多機會和豐富的資源。?？吭诼愤叺能囕v形成線性簇結構，這種結構從邏輯上看更加適用于數據的傳遞與節點選擇。這種合作式結構減少了不必要的信息沖突與信息傳遞，使得信息發布與傳遞的效率大大提高。車輛停放呈現出一定的規律性，研究發現車輛每天大約有95%的概率是停放狀態，將路邊或停車場停放的車輛作為路邊單元，這樣路邊停放車輛與行駛車輛之間的通信就與車輛與AP的通信類似。與AP比較，?？寇囕v的傳輸內容、信息傳遞速度均有著一定的缺陷，然而在城市中，分布率較高，因此C2V通信方式與AP通信方式明顯不同，這對更有效地分發信息提出了更大挑戰。

交通運輸的主要目的是將人或貨物運送到目的地，因此交通運輸行業首要考慮的問題是保證運輸安全和提高貨物運送效率。近年來，GPS、車載傳感器等車載無線通信網絡被廣泛使用，而與車載自組織網絡相關的應用領域也不斷涌現，如事故報告、安全預警等關注車輛安全駕駛等應用[3]。然而受到通信方式的限制，路邊乘客無法與車輛進行有效通信，導致信息傳遞缺失，交通運輸效率較低。為解決上述問題VAP模式營運而生。若路邊乘客持有具備信息發送接收和儲存功能、裝有電子地圖的車輛呼叫器，在通信網內發布“車輛呼叫”的需求信息，經V2P模塊處理并擴散出去后，若有匹配需要的車輛，則該車輛可直接通過V2P反饋信息，最后經處理后發送給乘客，這樣既能夠滿足乘客的具體要求，同時可合理利用有限的運輸資源。

2.2 V2C和V2P模塊的業務流程圖

2.2.1 V2C模塊

V2C模塊開始后，首先路邊停放車輛需要經一定方式形成線性的車輛停放簇結構，之后，行駛車輛駛入該路段后，二者之間實現信息分發與傳遞，通信方式為Line-to-one communication和 One-to-line communication。除了實現路邊車輛與行駛車輛之間的信息傳遞，簇內部車輛之間也能夠進行信息傳遞，傳遞方式為Internal communication。一旦簇結構失效或車輛離開，則通信結束?？傊愤呁？寇囕v在信息傳遞中主要是作為基礎設施的作用，要解決好停放車輛與行駛車輛傳輸質量，就必須要保證傳輸信息的可靠與高效性。

2.2.2 V2P模塊

V2P業務流程開始后，首先需要通過V2V和V2I完成車載自組織網絡，之后需要將車輛地理位置信息和歷史形成信息在網內擴散，進而查詢是否匹配，當這一步驟完成后，乘客可經無線通信設備呼叫車輛，當車輛接收到信息后會主動查詢匹配，查詢成功后，車輛可將信息反饋給乘客，由乘客決定是否選擇服務。

2.3 停放車輛與行駛車輛的通信模塊

2.3.1 條件假設

與傳統AP通信方式不同，行駛車輛與路邊停放車輛的通信方式是不需要基礎通信設施這一媒介的；當路邊停靠車輛形成車簇的時候，行駛車輛經過各個?？寇囕v，可以選擇與合作車輛進行信息傳遞。為了對新技術使用時可能存在的問題進行避免與處理，進行3種假設：①假設?？谲囕v與行駛車輛上的無線傳輸通信設備均有一個小容量可充電式電池，為了簡化能量討論，假設安裝的電池無重量、尺寸限制，不考慮電池使用時間和使用壽命的問題。②假設參與通信網絡的車輛均配備電子地圖、GPS，假設?？寇囕v能夠自身或者依靠行駛過的車輛來獲得準確的時間與地理位置。③假設所有駕駛者無論是停放還是行駛都會與其他車輛分享信息與設備。

2.3.2 停放車輛線性停放簇的組成

有研究者對城市路邊車輛的停放狀況進行了為期6天的調查，結果顯示，一天內車輛的平均行駛時間為（41.0±27.17）分鐘，高峰期空地占有率為93%，而非高峰期的車輛占有率為80%，大部分車輛在一天中處于停放狀態，因此在城市中形成車輛簇難度不大且比較靈活。假設路邊車輛盡量為線性排放，而這一線性車輛簇需要具備3個功能：資源管理功能、簇管理功能和信息的發布功能。

假設左側道路首輛車和右側道路相反方向的頭輛車分別為兩個頭節點A1和A2，該簇其他車輛分別為B1，B2，B3，B4，當車輛行駛進來時必然會接近兩個頭節點中的任何一個，在這條道路上，頭節點會各自向鄰近岔路口的行駛車輛提供服務，成員節點則會在固定時間內向頭節點廣播自己緩存大小、消息內容和位置等，接受頭節點的管理，并為本地服務的接入點提供共享內容。然而一旦頭節點失效或離開，則整個車輛簇會失效。為了避免這一問題，可安排兩個副頭節點，它們位置一般會在頭節點的下一個位置，副頭節點主要是為了儲存頭節點的信息。

停車—車輛停放后，將自己位置、緩存空間信息、信息和自身信息請求向道路上停靠車輛周期廣播；加入車輛簇：當任何車輛接收到頭節點反饋的信息后可選擇加入或不加入；選擇頭節點：若一個方向上午簇頭節點，則可選擇距離岔路口最近的節點；選擇副頭節點：一般在選擇頭節點后的一輛車；重選頭節點：一旦頭節點發現距離停車輛有更近的停放節點，會將自己的任務分配給這個節點。

3 結語

車載自組織網絡在最近幾年蓬勃發展，然而仍然存在著許多問題。當今無線通信網絡快速發展，大批相關的科研與應用層出不窮，無線自組織網絡與傳統的無線通信網絡有著顯著的區別，具有無組織中心、可移動性、靈活性和獨立組網等特點，因此無線自組織網絡信息傳遞中可能出現的問題也就不可預測。本文主要對車載自組織網絡的節點移動模型進行分析，并進一步提出了停放車輛與行駛車輛的通信方案，以期為車載自組織網絡通信系統的設計與實現提供參考。

[1]EMMELMANN M, BOCHOW B, KELLUM C. Vehicular Networking：Automotive Applications and Beyond[M].New York：John Wiley&Sons Ltd，2010.

[2]王珂，林敏，王春清.車載自組織網絡應用服務原型系統的設計[J].電子質量，2014（7）：6-9.

Analysis on design and implementation of vehicular ad hoc network communication system

Wang Wanting
（North United Founding Communications Co., Ltd., Nanchang 330096, China）

Vehicle ad hoc is an important part of the functional traffic, which can be able to achieve the mutual communication between vehicles and vehicles on the road and the mutual communication between the vehicle and the road conditions. Through vehicle ad hoc network communication system, it can significantly reduce traffic accidents and provide basis for handling traffic cases. This article carries on the analysis of the main design of vehicular ad hoc network communication in the system, and further discusses the practical application system of vehicle.

vehicular ad hoc; network communication system; design

王萬停（1978— ），男，河南開封，本科，工程師；研究方向：指揮通信系統。