【正文】 報告的接收者。在這類應用中，人們事先并不知道什么時間、什么地點、哪些車輛會產(chǎn)生報告，人們也不知道誰會成為接收者。有一些基于分組轉(zhuǎn)發(fā)的路由協(xié)議，例如多播技術和基于位置的廣播技術，能夠部分解決這類應用的需求。然而，從本質(zhì)上講，人們需要一個新的路由模式，能夠為以信息為中心的數(shù)據(jù)傳輸提供支持，這個模式將能夠有助于信息的產(chǎn)生，融合，傳播和刪除?！　　　≡趹脤?，人們所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何效地表示、發(fā)現(xiàn)、存儲和更新整個網(wǎng)絡的信息。　　命名和尋址是車載網(wǎng)絡的核心問題。如何有效地將真實世界的信息建立索引，以方便信息存儲和傳播，是一個有待研究的問題。本文認為尋址將采用混合型、多層次的方案，真實世界的環(huán)境信息將起重要作用。命名和尋址政策對系統(tǒng)中的其他協(xié)議，如路由和信息發(fā)現(xiàn)有重大影響。由于車輛的高移動性，另一個挑戰(zhàn)是如何動態(tài)地將車輛的標簽(ID)映射到基于位置的地址，如在基于位置的廣播中，人們需要知道在某一區(qū)域內(nèi)的所有車輛列表。這個問題對于整個混合網(wǎng)絡體系都有非常重要的影響。本文認為可以在車輛以及路邊基站上實現(xiàn)類似地址解析協(xié)議/反向地址解析協(xié)議(ARP/RARP)來幫助解決這個問題?！　》植际綌?shù)據(jù)管理是另一個車載網(wǎng)絡中具有挑戰(zhàn)性的問題。它包括數(shù)據(jù)復制、數(shù)據(jù)刪除、緩存管理等一系列問題。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)管理假定在地理上分散的多臺服務器連接在同一網(wǎng)絡，這在車載自組織網(wǎng)絡中不再成立。從本質(zhì)上講，人們可以把車載網(wǎng)絡看作一個巨大的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中每個車輛維護一個本地的數(shù)據(jù)庫。車和車間不定期交換數(shù)據(jù)，從而逐步更新全局數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。從全局的角度來說，不一致性不可避免。為此，一個研究問題是如何以最小的開銷來維護一個相對一致的分布式數(shù)據(jù)庫?！　?車載物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播　　本文認為車載網(wǎng)絡是一個以信息為中心的分布式系統(tǒng)，信息在網(wǎng)絡的不同位置生成、收集和發(fā)布。人們可以把信息傳播分為兩個不同的層次：宏觀信息傳播和微觀信息傳播。以信息為中心來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)需求十分重要。表1列出了宏觀和微觀層次上主要的研究課題和及其代表性的工作?！　　　『暧^信息傳播指在一個特定的地理區(qū)域里將信息傳遞給一個或一組節(jié)點。信息傳播的目的地是網(wǎng)絡中的特定的單個節(jié)點或者一組指定的節(jié)點組，甚至可能是一組未知節(jié)點。宏觀信息傳播的目的是減少信息傳遞延時，減少傳遞開銷(包括存儲開銷和通信開銷)，并提高未來查詢的成功率(如果接收節(jié)點是事先未知的)。宏觀信息傳播的研究課題通常包括信息路由、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)融合等。　　信息傳播可以建立在基礎設施之上，也可以不依賴基礎設施。Jedrzej等[10]提出建立于蜂窩網(wǎng)絡基礎設施上的P2P疊加網(wǎng)絡。車輛通過蜂窩網(wǎng)絡的基礎設施建立到互聯(lián)網(wǎng)的可靠鏈接，然后這些車輛之間可以以P2P疊加網(wǎng)絡的方式來實現(xiàn)非安全應用的信息共享、發(fā)現(xiàn)和交換。然而，由于基礎設施提供的服務通常是付費訂閱的方式，這實際上限制了消費者的數(shù)量。與基于基礎設施的網(wǎng)絡服務相比，相對廉價的自組織網(wǎng)絡方案顯得更有吸引力。另一方面，大多數(shù)的非安全應用沒有嚴格的實時性要求，因而，當前的一項研究熱點是以容遲的方式來實現(xiàn)車載自組織網(wǎng)絡的信息傳播。研究者提出了一些通用的容遲網(wǎng)絡路由協(xié)議，如流行性路由[12]。還有一些前攝的辦法，如文獻[13]、文獻[14]利用預知的地理位置、連接模式和可能的運動方向來幫助信息傳播。一些現(xiàn)有的容遲網(wǎng)絡(DTN)路由協(xié)議假定一個預定義源和目的地。如Small和Hass的研究[11]建立了監(jiān)控野生鯨魚的DTN網(wǎng)絡。他們在鯨魚的背上安裝一個傳感器節(jié)點，鯨魚的運動信息就以容遲的方式一跳一跳地傳遞到接收站。　　數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)融合也是車載自組織網(wǎng)絡中熱門的研究方向。Zhao等人[15]使用了定期廣播和緩沖的方法從數(shù)據(jù)中心分發(fā)信息到車載自組織網(wǎng)絡。根本上來說，它是一個從數(shù)據(jù)中心到車輛的單向信息傳播。Lochert等人[21]提出了一個層次性的數(shù)據(jù)融合方案。該方案定義了一組地標來幫助計算旅行時間。他們還提出了一個路邊基站的部署算法來優(yōu)化信息融合?！　≡谲囕d自組織網(wǎng)絡中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應的研究。然而，在車載自組織網(wǎng)絡中，大多數(shù)類型的信息中并不包括任何目標車輛的先驗知識，因而容遲的數(shù)據(jù)傳播、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)緩存以及數(shù)據(jù)融合密切地聯(lián)系在了一起。任何車輛可能會產(chǎn)生并發(fā)出一個查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應?！　鹘y(tǒng)的包路由已不能適應以信息為中心的應用，人們需要建立一個全新信息路由模式。首先，需要定義信息路由的目的地。對大多數(shù)人而言，傳播的目的地是一個虛擬的概念。它受時間、空間和車輛的限制。換句話說，目的地包括的是所有滿足當時時空條件的車輛。有兩個基本的信息傳播模式：拉(Pull)模式和推(Push)模式。拉是指一輛車定期廣播它感興趣的查詢，并從鄰居車輛中獲取數(shù)據(jù)。推模式是指車輛有目的地把信息推入周邊的車輛，使得對此信息感興趣的用戶可以更方便地得到這些信息。在車載網(wǎng)絡技術市場化的初級階段，只有較少比例的車輛具備車載通信能力，通信僅限于一跳，因此推模式更為重要。當制訂推模式的策略時，人們必須考慮到數(shù)據(jù)緩存和融合的潛在影響。人們可以利用啟發(fā)式的周邊信息(如行駛方向、速度、經(jīng)常光顧的地方等)或社交網(wǎng)絡信息來預測和控制傳播。　　　　微觀信息傳播指涉及一跳或者幾跳的局部信息傳遞。在車載網(wǎng)絡技術市場化的初級階段，車輛很少有機會遇到其他車輛或路邊基站。所以，提高兩車相遇時信息傳播的效率十分重要?！　∽罱囊恍┭芯筷P注于車載環(huán)境中的單跳通信性能。Bychkovsky等人[3]研究了在公共WiFi無線網(wǎng)絡中提高單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量的技術。他們進行了一系列的實地測試來調(diào)查在MAC握手、獲取IP地址、建立IP路由等時候可能的性能損失。Hadaller等人[4]，并提供了詳細的實驗分析。通過實驗，他們發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)有無線訪問機制在數(shù)據(jù)吞吐量方面低效的根本原因。以上這些工作從底層協(xié)議(物理層、MAC地址、路由)的角度來分析和改進鏈路吞吐量?！　∥⒂^信息傳播也涉及局部多跳通信。一般來說，本地多跳通信的主要任務是協(xié)調(diào)本地車輛并幫助信息沿預定方向傳播。VADD[9]是一種利用車流模式和道路拓撲來找到傳遞數(shù)據(jù)包的最優(yōu)道路的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。MDDV[8]利用車輛的流動性來幫助信息傳播。MDDV使周邊的車輛協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，以此來提高數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性。Zhao等人[18]研究了如何以路邊基站作為中繼的方式來提高吞吐量?！　∮捎趦绍囅嘤鰰r有效通信時間短暫，有效的信道資源管理是一個是十分重要的問題。Chang等人[19]提出了一種從路邊基站到過往車輛的下行調(diào)度算法。Zhang等人[20]提出了另一種同時考慮上行和下行請求的調(diào)度算法。Yu等人[17]研究了在路邊基站負載接近超負荷的情況下的請求許可控制問題。這些研究從不同的資源分配角度提高了路邊基站的訪問效率。　　通常，微觀信息傳播的主要挑戰(zhàn)在于如何把下層條件(車輛移動性、無線信道、相對位置)和上層應用的需求聯(lián)系在一起。從上層的角度來看，容遲網(wǎng)絡的應用可以容忍一定的信息延遲和誤差。從底層的角度來看，移動性、信道和車輛位置卻可能在很短的時間內(nèi)大幅變化?，F(xiàn)有的工作研究了不同的網(wǎng)絡通信協(xié)議下的單跳問題，然而，仍然缺少一個上層和下層之間的有效聯(lián)系。這種聯(lián)系可以使人們能夠利用底層的苛刻條件，而不是受其限制?！　‘斎藗冊O計微觀信息傳播協(xié)議時，可以重點關注3個方面的問題：　　(1)應用需求：容遲網(wǎng)絡的應用不一定需要一個可靠的鏈接，但是他們卻需要根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾詠戆才艛?shù)據(jù)的優(yōu)先性。人們還希望能夠設定一個在傳播的過程中允許的信息丟失程度閾值?！　?2)資源管理：主要問題包括如何調(diào)度低層資源(例如傳輸信道、傳輸速率等)，如何調(diào)度上層任務，如何分配資源以確保公平等?！　?3)協(xié)作：人們可以利用多任務調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)、中繼、多方網(wǎng)絡編碼等不同的技術來幫助在信號范圍內(nèi)各車輛的互相協(xié)作，提高整體性能?！　?車載物聯(lián)網(wǎng)應用案例　　FleetNet[22]是一個由歐洲多個汽車公司、電子公司和大學的合作項目，合作者包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大學。該項目利用無線多跳自組織網(wǎng)絡技術實現(xiàn)無線車載通信，能夠有效提高司機和乘客的安全性和舒適性。FleetNet的設計目標包括實現(xiàn)近距離多跳信息傳播以及為司機和乘客提供位置相關的信息服務。在該項目中，位置信息起著重要的作用，一方面它本身是FleetNet一些應用的基本需求，另一方面它也能使得通信協(xié)議更有效地運作。NEC歐洲實驗室和Mannheim大學為車載網(wǎng)絡設計了基于位置的路由和轉(zhuǎn)發(fā)算法，然后基于該算法實現(xiàn)了一個基于位置的車車通信路由器。研究人員建立了一個由6輛車組成的實驗網(wǎng)絡，其中每輛車裝備了一個GPS接收器、以及一個車車通信路由器。另外，每輛車還裝備了一個GPRS接口，這樣可以實現(xiàn)對自組織網(wǎng)絡中的每輛車進行實時監(jiān)控?！　arTalk[23]是一個歐洲的司機輔助系統(tǒng)研究項目。該項目利用車車通信技術為移動中的車輛建立一個移動自組織網(wǎng)絡，來幫助增強道路系統(tǒng)的安全性。例如，當一個車輛剎車的時候或者檢測到危險的道路狀況的時候，它會給后方車輛發(fā)送一個警告消息。即使在前方有其他車輛遮擋的情況下，后方車輛也能夠盡早得到警告。這個系統(tǒng)同時也能夠幫助車輛更安全地駛?cè)敫咚俟泛婉傠x高速公路?！　alifornia Path[24]是加州大學伯克利分校的一個關于智能交通系統(tǒng)的綜合性研究項目。該項目始建于1986年，主要由伯克利分校的交通研究學院負責管理，同時也和加州交通部有密切合作。California Path致力于運用前沿技術解決和優(yōu)化加州道路系統(tǒng)存在的問題，其主要關注于3個方面的研究：　　(1)交通系統(tǒng)運籌學研究：其研究方向包括車流管理、旅行者信息管理、監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)融合和分析等?！　?2)交通安全研究：研究內(nèi)容包括十字路口協(xié)同安全系統(tǒng)研究、司機行為建模、工人與行人相關的安全研究等。　　(3)新概念應用研究：該研究致力于發(fā)現(xiàn)、驗證在公共交通系統(tǒng)中的新概念和方法，幫助減少交通系統(tǒng)的阻塞，提高公共交通的出行效率?！　IT CarTel[25]是麻省理工學院的一個分布式移動傳感器網(wǎng)絡和遠程通信系統(tǒng)。CarTel的應用能夠收集、處理、傳遞、分析和可視化來自手機或者車輛的傳感器數(shù)據(jù)。在該項目中，一個小型嵌入式計算機能讀取一系列不同的傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給一個Internet服務器。服務器進一步對數(shù)據(jù)進行分析，然后提供給最終用戶多種不同的服務。整個系統(tǒng)的框架包括進行傳感器數(shù)據(jù)采集的硬件和軟件、在車輛之間數(shù)據(jù)傳遞的網(wǎng)絡、能夠容忍網(wǎng)絡連接中斷的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、為基于位置的服務設計的隱私協(xié)議、車流預測模型系統(tǒng)以及道路表面狀況監(jiān)測系統(tǒng)?！　∶绹c工業(yè)界也積極參加到車載物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)中。車輛基礎設施集成計劃(Vehicle Infrastructure Integration)致力于利用無線通信技術使行駛中的車輛更緊密地與周圍的環(huán)境相聯(lián)系，從而提高交通系統(tǒng)的安全性。該計劃的主要參與者包括美國交通部、加州交通部以及戴姆勒、福特、通用等汽車公司。該計劃的參與者在加州101公路和密歇根Novi市部署了數(shù)十個路邊基站，用于測試汽車與路邊基站的通信能力。在通用公司展示的車載安全系統(tǒng)中，車輛通過DSRC無線技術實時監(jiān)控周圍車輛的位置、速度與方向，一旦發(fā)生緊急情況，車輛通過聲、光信號警告司機。最近，由美國交通部主導的IntelliDrive項目[26]致力于在個人移動設備(如手機和PDA)、車輛以及路邊基站之間建立安全、靈活的無線通信，使道路交通系統(tǒng)更安全、更智能和更環(huán)保。美國交通部目標在2013年前對現(xiàn)有的無線通信技術進行測試和評估，以幫助落實未來交通系統(tǒng)的決策與實施?！　?結束語　　車載物聯(lián)網(wǎng)是一個具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d領域。它能夠使人們的日常生活更緊密地與計算機技術和互聯(lián)網(wǎng)技術相結合，增強交通安全，提高城市交通效率，以及提供各種與位置相關的信息服務。近些年，車載物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了學術界、工業(yè)界以及政府部門的高度重視，相關的工業(yè)、技術標準已提上制訂日程。然而，針對不同的應用和不同的環(huán)境，仍然有很多尚未妥善解決的問題。人們相信，在車載物聯(lián)網(wǎng)領域，會看到更多更深入的研究，同時車載物聯(lián)網(wǎng)技術將能夠很快走出實驗室，投入實際應用。27 / 27技術調(diào)研報告技術概要未來演進方向和潛在方案