【正文】 報(bào)告的接收者。在這類應(yīng)用中，人們事先并不知道什么時(shí)間、什么地點(diǎn)、哪些車輛會(huì)產(chǎn)生報(bào)告，人們也不知道誰會(huì)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(shù)和基于位置的廣播技術(shù)，能夠部分解決這類應(yīng)用的需求。然而，從本質(zhì)上講，人們需要一個(gè)新的路由模式，能夠?yàn)橐孕畔橹行牡臄?shù)據(jù)傳輸提供支持，這個(gè)模式將能夠有助于信息的產(chǎn)生，融合，傳播和刪除。　　　　在應(yīng)用層，人們所面臨的主要挑戰(zhàn)是如何效地表示、發(fā)現(xiàn)、存儲(chǔ)和更新整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息?！　∶蛯ぶ肥擒囕d網(wǎng)絡(luò)的核心問題。如何有效地將真實(shí)世界的信息建立索引，以方便信息存儲(chǔ)和傳播，是一個(gè)有待研究的問題。本文認(rèn)為尋址將采用混合型、多層次的方案，真實(shí)世界的環(huán)境信息將起重要作用。命名和尋址政策對(duì)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(dòng)性，另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何動(dòng)態(tài)地將車輛的標(biāo)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(gè)問題對(duì)于整個(gè)混合網(wǎng)絡(luò)體系都有非常重要的影響。本文認(rèn)為可以在車輛以及路邊基站上實(shí)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(gè)問題?！　》植际綌?shù)據(jù)管理是另一個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)中具有挑戰(zhàn)性的問題。它包括數(shù)據(jù)復(fù)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(tái)服務(wù)器連接在同一網(wǎng)絡(luò)，這在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中不再成立。從本質(zhì)上講，人們可以把車載網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)巨大的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中每個(gè)車輛維護(hù)一個(gè)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?jǐn)?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(gè)研究問題是如何以最小的開銷來維護(hù)一個(gè)相對(duì)一致的分布式數(shù)據(jù)庫。　　4車載物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播　　本文認(rèn)為車載網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)以信息為中心的分布式系統(tǒng)，信息在網(wǎng)絡(luò)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(gè)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(gè)特定的地理區(qū)域里將信息傳遞給一個(gè)或一組節(jié)點(diǎn)。信息傳播的目的地是網(wǎng)絡(luò)中的特定的單個(gè)節(jié)點(diǎn)或者一組指定的節(jié)點(diǎn)組，甚至可能是一組未知節(jié)點(diǎn)。宏觀信息傳播的目的是減少信息傳遞延時(shí)，減少傳遞開銷(包括存儲(chǔ)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(diǎn)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?！　⌒畔鞑タ梢越⒃诨A(chǔ)設(shè)施之上，也可以不依賴基礎(chǔ)設(shè)施。Jedrzej等[10]提出建立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的P2P疊加網(wǎng)絡(luò)。車輛通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)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(luò)的方式來實(shí)現(xiàn)非安全應(yīng)用的信息共享、發(fā)現(xiàn)和交換。然而，由于基礎(chǔ)設(shè)施提供的服務(wù)通常是付費(fèi)訂閱的方式，這實(shí)際上限制了消費(fèi)者的數(shù)量。與基于基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相比，相對(duì)廉價(jià)的自組織網(wǎng)絡(luò)方案顯得更有吸引力。另一方面，大多數(shù)的非安全應(yīng)用沒有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求，因而，當(dāng)前的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)是以容遲的方式來實(shí)現(xiàn)車載自組織網(wǎng)絡(luò)的信息傳播。研究者提出了一些通用的容遲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，如流行性路由[12]。還有一些前攝的辦法，如文獻(xiàn)[13]、文獻(xiàn)[14]利用預(yù)知的地理位置、連接模式和可能的運(yùn)動(dòng)方向來幫助信息傳播。一些現(xiàn)有的容遲網(wǎng)絡(luò)(DTN)路由協(xié)議假定一個(gè)預(yù)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(luò)。他們?cè)邛L魚的背上安裝一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，鯨魚的運(yùn)動(dòng)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(luò)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(luò)。根本上來說，它是一個(gè)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(gè)層次性的數(shù)據(jù)融合方案。該方案定義了一組地標(biāo)來幫助計(jì)算旅行時(shí)間。他們還提出了一個(gè)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(luò)中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應(yīng)的研究。然而，在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)類型的信息中并不包括任何目標(biāo)車輛的先驗(yàn)知識(shí)，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(huì)產(chǎn)生并發(fā)出一個(gè)查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應(yīng)?！　鹘y(tǒng)的包路由已不能適應(yīng)以信息為中心的應(yīng)用，人們需要建立一個(gè)全新信息路由模式。首先，需要定義信息路由的目的地。對(duì)大多數(shù)人而言，傳播的目的地是一個(gè)虛擬的概念。它受時(shí)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(dāng)時(shí)時(shí)空條件的車輛。有兩個(gè)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(duì)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(luò)技術(shù)市場化的初級(jí)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(dāng)制訂推模式的策略時(shí)，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(luò)信息來預(yù)測和控制傳播?！　　　∥⒂^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(luò)技術(shù)市場化的初級(jí)階段，車輛很少有機(jī)會(huì)遇到其他車輛或路邊基站。所以，提高兩車相遇時(shí)信息傳播的效率十分重要?！　∽罱囊恍┭芯筷P(guān)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(luò)中提高單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量的技術(shù)。他們進(jìn)行了一系列的實(shí)地測試來調(diào)查在MAC握手、獲取IP地址、建立IP路由等時(shí)候可能的性能損失。Hadaller等人[4]，并提供了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析。通過實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)有無線訪問機(jī)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(jìn)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(wù)是協(xié)調(diào)本地車輛并幫助信息沿預(yù)定方向傳播。VADD[9]是一種利用車流模式和道路拓?fù)鋪碚业絺鬟f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(dòng)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。　　由于兩車相遇時(shí)有效通信時(shí)間短暫，有效的信道資源管理是一個(gè)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(shí)考慮上行和下行請(qǐng)求的調(diào)度算法。Yu等人[17]研究了在路邊基站負(fù)載接近超負(fù)荷的情況下的請(qǐng)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?！　⊥ǔ?，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(dòng)性、無線信道、相對(duì)位置)和上層應(yīng)用的需求聯(lián)系在一起。從上層的角度來看，容遲網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(dòng)性、信道和車輛位置卻可能在很短的時(shí)間內(nèi)大幅變化。現(xiàn)有的工作研究了不同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議下的單跳問題，然而，仍然缺少一個(gè)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?！　‘?dāng)人們?cè)O(shè)計(jì)微觀信息傳播協(xié)議時(shí)，可以重點(diǎn)關(guān)注3個(gè)方面的問題：　　(1)應(yīng)用需求：容遲網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不一定需要一個(gè)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(shè)定一個(gè)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(wù)，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(wù)調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)、中繼、多方網(wǎng)絡(luò)編碼等不同的技術(shù)來幫助在信號(hào)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(yīng)用案例　　FleetNet[22]是一個(gè)由歐洲多個(gè)汽車公司、電子公司和大學(xué)的合作項(xiàng)目，合作者包括NEC公司、DaimlerChrysler公司、Siemens公司和Mannheim大學(xué)。該項(xiàng)目利用無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線車載通信，能夠有效提高司機(jī)和乘客的安全性和舒適性。FleetNet的設(shè)計(jì)目標(biāo)包括實(shí)現(xiàn)近距離多跳信息傳播以及為司機(jī)和乘客提供位置相關(guān)的信息服務(wù)。在該項(xiàng)目中，位置信息起著重要的作用，一方面它本身是FleetNet一些應(yīng)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(yùn)作。NEC歐洲實(shí)驗(yàn)室和Mannheim大學(xué)為車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了基于位置的路由和轉(zhuǎn)發(fā)算法，然后基于該算法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于位置的車車通信路由器。研究人員建立了一個(gè)由6輛車組成的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，其中每輛車裝備了一個(gè)GPS接收器、以及一個(gè)車車通信路由器。另外，每輛車還裝備了一個(gè)GPRS接口，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)中的每輛車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。　　CarTalk[23]是一個(gè)歐洲的司機(jī)輔助系統(tǒng)研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用車車通信技術(shù)為移動(dòng)中的車輛建立一個(gè)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，來幫助增強(qiáng)道路系統(tǒng)的安全性。例如，當(dāng)一個(gè)車輛剎車的時(shí)候或者檢測到危險(xiǎn)的道路狀況的時(shí)候，它會(huì)給后方車輛發(fā)送一個(gè)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(gè)系統(tǒng)同時(shí)也能夠幫助車輛更安全地駛?cè)敫咚俟泛婉傠x高速公路。　　California Path[24]是加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)關(guān)于智能交通系統(tǒng)的綜合性研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目始建于1986年，主要由伯克利分校的交通研究學(xué)院負(fù)責(zé)管理，同時(shí)也和加州交通部有密切合作。California Path致力于運(yùn)用前沿技術(shù)解決和優(yōu)化加州道路系統(tǒng)存在的問題，其主要關(guān)注于3個(gè)方面的研究：　　(1)交通系統(tǒng)運(yùn)籌學(xué)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(jī)行為建模、工人與行人相關(guān)的安全研究等。　　(3)新概念應(yīng)用研究：該研究致力于發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)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(xué)院的一個(gè)分布式移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。CarTel的應(yīng)用能夠收集、處理、傳遞、分析和可視化來自手機(jī)或者車輛的傳感器數(shù)據(jù)。在該項(xiàng)目中，一個(gè)小型嵌入式計(jì)算機(jī)能讀取一系列不同的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給一個(gè)Internet服務(wù)器。服務(wù)器進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后提供給最終用戶多種不同的服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)的框架包括進(jìn)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(luò)、能夠容忍網(wǎng)絡(luò)連接中斷的數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)、為基于位置的服務(wù)設(shè)計(jì)的隱私協(xié)議、車流預(yù)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(chǔ)設(shè)施集成計(jì)劃(Vehicle Infrastructure Integration)致力于利用無線通信技術(shù)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(jì)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(jì)劃的參與者在加州101公路和密歇根Novi市部署了數(shù)十個(gè)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(shù)實(shí)時(shí)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(hào)警告司機(jī)。最近，由美國交通部主導(dǎo)的IntelliDrive項(xiàng)目[26]致力于在個(gè)人移動(dòng)設(shè)備(如手機(jī)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(biāo)在2013年前對(duì)現(xiàn)有的無線通信技術(shù)進(jìn)行測試和評(píng)估，以幫助落實(shí)未來交通系統(tǒng)的決策與實(shí)施?！　?結(jié)束語　　車載物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d領(lǐng)域。它能夠使人們的日常生活更緊密地與計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，增強(qiáng)交通安全，提高城市交通效率，以及提供各種與位置相關(guān)的信息服務(wù)。近些年，車載物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)得到了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及政府部門的高度重視，相關(guān)的工業(yè)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已提上制訂日程。然而，針對(duì)不同的應(yīng)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(lǐng)域，會(huì)看到更多更深入的研究，同時(shí)車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將能夠很快走出實(shí)驗(yàn)室，投入實(shí)際應(yīng)用。27 / 27技術(shù)調(diào)研報(bào)告技術(shù)概要未來演進(jìn)方向和潛在方案