3、车间通信(zhangch)

你了解车内通信和车间通信吗？你所了解的车联网技术包含哪些内容？互联网、物联网、车联网什么关系？你认为车联网技术目前在我们现实交通中有哪些体现和应用？无人驾驶、自动泊车是否使用了车联网技术？你想象中的车联网技术在交通领域会有哪些应用？1885年本茨—内燃机汽车1844年莫尔斯—无线电报1876年贝尔—电话1920年贝尔德—电视1983年互联网1903年福特—T型车70—80年代物美价廉的丰田1996年通用—OnSTAR卫星定位1997年IEEE—802.11协议？VANet车载自组织VehicularAdhocNetwork；节点的运动路径是在既定的道路上，不会做出各种曲线运动；车辆的运动速度受规定车速、道路交通状况和交通控制机制的限制；不存在能量受限问题。分为两部分：车与车（V2V）车与设施（V2I）交通安全问题—车辆追尾防撞系统的开发城市拥堵问题交通信息收集与发布个性化接入Internet的车载娱乐设备终端连入互联网铺路篇—从车间无线通信技术说起架桥篇—技术到应用的过渡腾飞篇—车间通信在交通学科中的应用未来篇—如何飞得又高又远“工欲善其事，必先利其器”OSI又见OSI12345无形的通道—物理层空气中的约定—MAC层走自己的路—路由层一个简单的例子为了促进通信网络的发展，国际标准化组织ISO于1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体终端、操作系、统或公司的网络体系结构，称为开放系统互联模型。——即OSI参考模型（opensysteminterconnection）当代的通信专家在架设通信网络时，基本参照了标准的七层OSI模型（可能略有改进），不管是有线的、无线的、有线无线结合的，当然车间通信网也不例外。车辆对外是开放的系统；实现车间通信的过程需要节点间的互联。车间通信网络是无线网络；车间通信网络模型在标准的七层OSI模型上作出了一些改动；车间通信网络模型参照OSI比较合适通信网络标准7层OSI模型数据的传送过程又称路由层数据以包的形式传送找寻最佳路径又称MAC层数据以帧的形式传送找寻物理地址数据以比特形式传输用以建立、维护和拆除物理链路连接VANet对标准七层OSI模型做的一些调整将数据链路层调整为两层分为LLC层和MAC层；数据链路层的绝大部分功能集中在MAC层，LLC层是对物理层的一个补充，主要为了比特传输的安全；对网络层以上的功能进行封装；目前国内绝大部分车间通信研究集中在MAC层和路由层。标准模型TCP/IP车间通信“物理层为建立、维护及释放数据链路层实体间二进制比特而进行传输的物理连接”车间通信只能采用无线通信的方式，即在无形的通道—空气中传送比特流；在车间通信的物理层中可以采用多种多样的局域网无线通信标准（协议）；车间通信的物理层技术面临着很大的挑战：a.高速移动信号突变（多普勒效应）；b.必须有足够的带宽，支持多跳连接；c.安全报警信息延迟要比较小；目前，车间通信网络物理层无线通信标准主要有：802.11系列（802.11b等）、UTRA-TDD、Zigbee(IEEE802.15.4)BlueTooth(蓝牙)、GSM等。802.11b载波频率2.4GHZ处于免费频段，适合为车间通信科研所用；802.11b协议“基于ZIGBEE的高速公路车辆间通信技术研究”—哈尔滨工业大学王伟杰等•低功耗：发射功率仅为1mw•成本低：协议免专利费，模块初始费用为6美元•时延短：搜索时延为30ms，激活时延15ms•容量大：一个星型结构可容纳255个设备•可靠安全：一系列的加密算法•处于免费频段•通信距离太短，比较适合单跳的网络环境Zigbee（802.15.4）“数据链路层是为网络层（路由层）提供数据传送服务的,也称MAC层；数据主要以帧的方式传播。”车载终端移动速度快，网络的拓扑结构高度动态变化，需要支持突发的优先级高，实时性强的交通安全类业务应用：许多实时业务需要以广播形式发送，因此，车间通信网络模型中MAC层的主要作用是保证实时业务的数据在广播的形式下能够准确地传到由路由层建立的路由节点上，也就是MAC层协议以一定的算法起着空中的约定者的角色。MAC层技术面临的挑战支持节点的高速移动；保证信息分发的实时性、可靠性和可达性；具有较高的资源利用率；适应无线网络恶劣信道环境;具有较强的可扩展性和鲁棒性；为多种应用信息提供资源公平共享机会；按照广播的跳数的分类来介绍MAC层协议单跳广播—由节点向邻居一跳范围内的节点广播信息（防撞系统的开发、协同驾驶）单跳广播下的MAC层协议有重复性协议、时隙分配（RR-ALOHA）、令牌环、基于定向天线等多跳广播—为更大范围内的节点发送广播信息（估计节点密度、发布分布式的交通信息）多跳广播下的MAC层协议有基于概率的协议、基于距离的协议（MHVB等）、基于网络分层的协议、基于计数的协议“一种基于可靠预约ALOHA的智能车多车协作通信协议”——上海交通大学自动化系、机器人研究所杨明等多车协作通信架构信道由周期性的帧构成,每帧由N个时隙组成,且每个时隙可被节点预约；若预约成功,则该时隙可作为该节点的基本信道,可转发广播的数据包，否则不转发；所有的信息都是在单跳的范围内传输。基于RR-AHOLA多车协作实验—CyberSmart智能车平台模拟了两智能车的协作——车队和超车安全距离、跟随速度两车间距离随时间变化Cybersmart1巡航速度Cybersmart2跟随速度场景1车队协作场景2超车协作在超车实验中,前车以0.5m/s慢速行驶,快速的智能车以1.0m/s速度行驶；快车在33s处发现前方慢车,并跟随慢车且保持安全距离,随后进行换道超越,其超越的最高速度为1.5m/s；在超越一定的安全距离后,快车换道而返回原车道,并以1.0m/s的速度行驶。在通信网络中进行通信的两个节点之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层（路由层）的任务就是：选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。网络层将数据链路层（MAC层）提供的帧组成数据包，包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息--源节点和目的节点地址的网络地址（IP地址等）。那我们该如何选择呢？由于车载网络拓扑的频繁变化，节点移动速度很快，路由技术成为了车载自组网中的重大挑战之一。路由技术（路由协议）的分类：①基于拓扑的路由(TBR,topology-basedrouting)协议；②基于位置的路由(PBR,position-basedrouting,)协议；③基于地图的路由(MBR,map-basedrouting)协议。网络开销非常大延时达到1s仅需要邻居节点和目的节点的位置（根据GPS）建立路由，使用广泛利用导航仪器的路径规划功能来制定路由基于位置的路由协议—空间感知的包路由协议(SAR)——南京邮电学院信息工程系周克琴等传统的位置路由协议有拓扑空洞的问题，该协议解决拓扑空洞的问题1.起始点S与目的点D的信息包含在路由表的起始信息中；2.将GPS获取的地理路网信息映射到路由信息中，成为路由表的一部分；3.数据包由S开始转发，根据传统的基于位置的路由协议，将采用贪婪转发的手段，即传给A，那么数据包将进入左边的支路，产生拓扑空洞，陷入死链；4.实际上根据SAR协议，将采用空间感知的手法，修正贪婪转发，将数据包传给B；5.由B继续转发，形成路由到达D；BA。。。。。。。。。。。。。。1.打电话2.通过交通信息发布牌3.车间通信（V2V）信息到达BA。。。。。。。。。。。。。。路由篇各种协议、算法产生路径MAC篇单跳、或多跳广播确保每个节点能收到物理层显然不能在这些车间连线无线通信原理与网络——第六版西安电子科大出版社国外经典教材通信概论——第三版国防工业出版社ADHOC网络在车间通信协议中的研究———南京邮电大学信息工程学院周克琴等车用自组网信息广播———重庆大学自动化学院李丽君等一种基于可靠预约ALOHA的智能车多车协作通信协议———上海交通大学机器人研究所杨明等车载自组网的发展与现状———清华大学计算机系向勇等BR—TDMA一种移动自组织网络的新型MAC协议———解放军信息工程大学张大龙等基于zigbee的高速公路通信协议研究———哈尔滨工业大学机电工程学院王伟杰等国内的一些学者（包括一些优秀的硕士生）在近5年开始对不同车间通信环境下的不同的车辆移动模型（交通流）进行理论和仿真研究；虽然这些仿真研究目的目前还仅仅是为了测试不同的车间通信环境的性能，但是突破在于研究的对象已经从孤立的节点拓展为交通流的模型，为进一步实现车间通信在交通管理与控制的应用上打下了良好的基础；由此一座从技术到应用的桥梁已悄然架起。“交通流中的车－车间无线通信系统的通信性能分析”——中国科学技术大学模式识别与智能系统王哲导师：鲍远律教授2009年5月介绍交通流理论交通波均匀交通流本文所要应用的通信协议移动场景的建立特殊激波场景导入利用NS2软件进行仿真利用仿真软件仿真（PARAMICS）性能分析路由层：通过AODV和DSR路由协议的比较，选取路由建立时间较快的AODV路由协议；MAC层：选取IEEE802.11（自带的）物理层：基于802.11，设定通信范围为R=500m，200m和100m其余层：等等NS2的参数选择：移动场景的建立：上游密度：ρ1=30veh/km下游密度：ρ2=40veh/km自由流速度：V=104km/h上游车流长度为6km，下游车流长度为4km完全拥堵时密度：ρ3=150veh/km性能分析：平均吞吐量端到端时延“车辆通信网络在动态交通流中的性能研究”——中国科学技术大学模式识别与智能系统路伟导师：鲍远律教授2010年5月整个论文的构架与前一篇是一样更系统地做了NS2与交通仿真软件之间的结合模型研究独立状态下移动模型和网络仿真器的关系嵌入式环境下移动模型和网络仿真器的关系瑞士EPFL研发的TraNS交通与网络仿真工具如果做基于车间通信的交通与管理与控制应用，只需将成果向下游延伸，无非是建立交叉口的交通流模型、高速公路的交通流模型、复杂车道下的交通流模型等等，最后只需采用仿真的手段评测选定的通信网络模型在该交通流模型中性能通过即可。回顾与思考“一种基于车间通信的交通信息采集方法”——清华大学自动化系信息与科学技术国家实验室王棋等吉林大学学报（工学版）2009年5月国家自然科学基金项目(50708054,60774034);973国家重点基础研究发展规划项目(2006CB705506);863国家高技术研究发展计划项目(2007AA11Z222);􀀂十一五国家科技支撑计划重点项目(2006BAJ18B02).基于MySQL数据库系统,结合Paramics、NS2、Matlab仿真工具,设计并完成了WTISS仿真平台。此外,还在该原型系统的基础上,提出了利用车辆行驶速度、车间距等信息估计路段交通参数的方法,并通过仿真平台验证了算法的有效性。WITSS仿真平台原型模块1：基于PARAMICS的交通仿真模块模块2：基于NS2的通信仿真模块模块3：基于MATLAB算法的仿真模块模块4：基于MYSQL数据库仿真模块利用路旁基站收集基础数据数据导入paramics，估计路段交通总量利用车间距信息估计交通总量P为装有无线通信设备的车辆P只要不太小，即能很好的估计利用交通总量仿真路段平均速度数据集（安装设备车的数量、车的间距、概率P、车的位置）数据集（车的总量、车的间距、车的位置、装设备车的速度）路段平均速度利用公式Q=ku使用paramics仿真路段交通流速度时空图曲面投影图将交通流模型输入到NS2中评估无线通信协议性能车辆行驶轨迹时空图行程时间图NoBottomNOgame；有了车间无线通信的知识体系，明白了车间通信网络的模型是怎么样的以及如何构建它，再将其应用到交通学科其实是一件很容易的事情，而交通学科往上游拓展非常困难；所以好的基础是必须的；英语文献中有很多很美妙