时间：2014-04-11 分类：计算机网络
摘要：随着物联网的迅猛发展，车载物联网的发展也呈现出强劲的势头。本文主要从车载物联网概述、车载物联网中的信息传播、车载物联网面临的挑战及解决方案三个方面来探讨车载物联网技术的应用与发展
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一、车载物联网概述
(一)、车载物联网的概念
车载物联网是一项新兴技术，可以大幅提高未来交通系统的安全和效率，并将车辆连接到计算机网络。车载物联网能够在行驶中的车辆之间建立无线通信，也能够在过路车辆和路边基站之间建立无线通信。利用多跳转发的方式，车载网络能够让两个在信号范围之外的车辆也建立通信连接。车载网络将成为未来智能交通系统的重要组成部分。
本质上车载物联网是一个巨大的无线传感器网络。每一辆汽车都可以被视为一个超级传感器节点。通常一辆汽车装备有内部和外部温度计、亮度传感器、一个或多个摄像头、麦克风、超声波雷达，以及许多其他装备。此外，未来的汽车将配备一个车载计算机、GPS定位仪和无线收发装置。这使得汽车之间，以及汽车和路边基站之间能够无线通信。这种前所未有的无线传感器网络扩展了计算机系统对整个世界的感知与控制能力，并可以让信息在本地产生和共享，不必涉及庞大的基础设施。
(二)、车载物联网的应用
未来的汽车和车载网络为人们提供了一系列应用。车载网络的应用可分为4个类别。
1、效率应用
效率应用包括城市交通管理、交通拥塞检测、路径规划、公路收费、公共交通管理等。这类应用致力于改善公众和个人的出行效率。
2、安全应用
安全应用包括碰撞预警、电子路牌、红绿灯警告、.网上车辆诊断、道路湿滑检测等。通常这类应用利用短距离通信实时性的特点来为司机提供即时警告。
3、商业应用
商业应用包括基于位置的服务，将带给人们巨大的商机。这些商业应用的种类繁多，如，最近的餐馆、最便宜的加油站、商场促销信息等。这些可能的商业应用将为服务业带来新的竞争手段。
4、信息娱乐应用
信息娱乐应用包括视频和音乐共享、基于位置的餐厅评论、拼车、社交网络等。实际上，信息娱乐的一些应用，如福特SYNC和起亚UVO，已成为当前汽车市场的一个引人注目的亮点。信息娱乐系统的网络化将是必然趋势。
国际著名汽车制造商和零部件供应商于20世纪80年代就致力于汽车网络技术的研究与应用，迄今已推出多种网络标准，如J1850、VAN、CAN、ABUS等。最初车用网络只有高档汽车中才采用，而且多为各厂商自行研制的通信协议。到90年代初，协议的研发到了相对成熟的阶段，从车身舒适性控制部件到动力系统控制部件都成为车用网络包罗的对象。
(三)、车载物联网技术的作用
首先，车载物联网络具有成本低、容易部署和操作的优势。消费者无需订阅即可享受服务。其次，从技术角度来看，智能交通系统中传播的很多信息有很强的
位置相关性，车载物联网络能够很方便地为临近车辆建立实时或者非实时的短距离通信。
二、车载物联网中的信息传播
车载网络是一个以信息为中心的分布式系统，信息在网络的不同位置生成、收集和发布。人们可以把信息传播分为两个不同的层次：宏观信息传播和微观信息传播。以信息为中心来发现系统需求十分重要。
(一)、宏观信息传播
宏观信息传播指在一个特定的地理区域里将信息传递给一个或一组节点。信息传播的目的地是网络中的特定的单个节点或者一组指定的节点组，甚至可能是一组未知节点。宏观信息传播的目的是减少信息传递延时，减少传递开销(包括存储开销和通信开销)，并提高未来查询的成功率(如果接收节点是事先未知的)。宏观信息传播的研究课题通常包括信息路由、数据缓存、数据融合等。
信息传播可以建立在基础设施之上，也可以不依赖基础设施。一些学者提出出建立于蜂窝网络基础设施上的P2P叠加网络。车辆通过蜂窝网络的基础设施建立到耳=联网的可靠链接，然后这些车辆之间可以以P2P叠加网络的方式来实现非安全应用的信息共享、发现和交换。然而，由于基础设施提供的服务通常是付费订阅的方式，这实际上限制了消费者的数量。与基于基础设施的网络服务相比，相对廉价的自组织网络方案显得更有吸引力。另一方面，大多数的非安全应用没有严格的实时性要求，因而，当前的一项研究热点是以容迟的方式来实现车载自组织网络的信息传播。研究者提出了一些通用的容迟网络路由协议，如流行性路由。
数据缓存和数据融合也是车载自组织网络中热门的研究方向。有人使用了定期广播和缓冲的方法从数据中心分发信息到车载自组织网络。根本来说，它是一个从数据中心到车辆的单向信息传播。还有人提出了一个层次性的数据融合方案。该方案定义了一组地标来帮助计算旅行时间。他们还提出了一个路边基站的部署算法来优化信息融合。#p#分页标题#e#
在车载自组织网络中，信息的传播、缓存和融合都有过相应的研究。然而，在车载自组织网络中，大多数类型的信息中并不包括任何目标车辆的先验知识，因而容迟的数据传播、数据查询、数据缓存以及数据融合密切地联系在了一起。任何车辆可能会产生并发出一个查询，且希望其临近车辆能尽快响应。
(二)、微观信息传播
微观信息传播指涉及一跳或者几跳的局部信息传递。在车载网络技术市场化的初级阶段，车辆很少有机会遇到其他车辆或路边基站。所以，提高两车相遇时信息传播的效率十分重要。
通常，微观信息传播的主要挑战在于如何把下层条件(车辆移动性、无线信道相对位置)和上层应用的需求联系在一起。从上层的角度来看，容迟网络的应用可以容忍一定的信息延迟和误差。从底层的角度来看，移动性、信道和车辆位置却可能在很短的时间内大幅变化。现有的工作研究了不同的网络通信协议下的单跳问题，然而，仍然缺少一个上层和下层之间的有效联系。这种联系可以使人们能够利用底层的苛刻条件，而不是受其限制。
当人们设计微观信息传播协议时，可以重点关注3个方面的问题：
1、应用需求
容迟网络的应用不一定需要一个可靠的链接，但是他们却需要根据数据传输的重要性来安排数据的优先性。人们还希望能够设定一个在传播的过程中允许的信息丢失程度阈值。
2、资源管理
主要问题包括如何调度低层资源(例如传输信道、传输速率等)，如何调度上层任务，如何分配资源以确保公平等。
3、协作
人们可以利用多任务调度、转发、中继、多方网络编码等不同的技术来帮助在信号范围内各车辆的互相协作，提高整体性能。
三、车载物联网面临的挑战及解决方案
车载网络所独有的特性给人们提来了前所未有的挑战，然而，与此同时，这些特性也使人们能够从与以往不同的角度去思考和解决问题。
(一)、链路层面临的挑战
在链路层，面临的主要挑战是如何使链路层洳议适应独特的车辆运行环境，使链路层获得最佳性能。链路层协议包括3个主要设计目标：响应能力、可靠性和可扩展性。首先，链路层协议需要能够对信道条件和车辆的移动性快速响应，同时协议的可靠性和可扩展性对与安全相关的应用也起着重要的作用。一些传统的链路层协议的设计方法，如无线接入点(AP)握手、媒体访问控制(MAC)层超时管理、地址解析协议(ARP)超时等，在高速移动的车载环境中已显示出低下的性能。这些传统的设计方法通常会导致增加的启动延时、未充分利用的带宽，以及带宽的不公平分配。
实际上，可扩展性和可靠性在一定程度上互相影响，互相作用。可靠广播技术也是重要的研究问题之一。目前的可靠广播技术一般包括重复广播、合作式传递、发射功率自适应等。可靠性和可扩展性仍然值得进一步深入研究，特别是针对车辆安全系统的应用，因为最终用户对车辆安全系统要求很高。
(二)、应用层面临的挑战
在应用层，人们所面临的主要挑战是如何效地表示、发现、存储和更新整个网络的信息。
命名和寻址是车载网络的核心问题。如何有效地将真实世界的信息建立索引，以方便信息存储和传播，是一个有待研究的问题。本文认为寻址将采用混合型、多层次的方案，真实世界的环境信息将起重要作用。命名和寻址政策对系统中的其他协议，如路由和信息发现有重大影响。由于车辆的高移动性，另一个挑战是如何动态地将车辆的标签(ID)映射到基于位置的地址，如在基于位置的广播中，人们需要知道在某一区域内的所有车辆列表。这个问题对于整个混合网络体系都有非常重要的影响。本文认为可以在车辆以及路边基站上实现类似地址解析协议、反向地址解析协议(ARP，RARP)来帮助解决这个问题。
分布式数据管理是另一个车载网络中具有挑战性的问题。它包括数据复制、数据删除、缓存管理等一系列问题。传统的分布式数据管理假定在地理上分散的多台服务器连接在同一网络，这在车载自组织网络中不再成立。从本质上讲，人们可以把车载网络看作一个巨大的分布式数据库系统，其中每个车辆维护一个本地的数据库。车和车间不定期交换数据，从而逐步更新全局数据库系统。从全局的角度来说，不一致性不可避免。为此，一个研究问题是如何以最小的开销来维护一个相对一致的分布式数据库。
结论
车载物联网是一个具有巨大发展潜力的新兴领域。它能够使人们的日常生活更紧密地与计算机技术和互联网技术相结合，增强交通安全，提高城市交通效率，以及提供各种与位置相关的信息服务。近些年，车载物联网已经得到了学术界、工业界以及政府部门的高度重视，相关的工业、技术标准已提上制汀日程。然而，针对不同的应用和不同的环境，仍然有很多尚未妥善解决的问题。人们相信，在车载物联网领域，会看到更多更深入的研究，同时车载物联网技术将能够很快走出实验室，投入实际应用。#p#分页标题#e#
参考文献：
[1]王欲进，江发潮.车载网络的现状与发展[J].车辆与动力技术，2008(10).
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