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(多图) 车载移动异构无线网络架构及关键技术

同济大学 刘富强 单联海?? 2010年06月22日 ?? 收藏0

  计算机技术、通信技术和微电子技术的迅速发展,以及三者之间的相互渗透和融合奠定了通信网络技术的应用,推动了社会信息化的发展。近年来,车辆的爆发式增长和无处不在的信息需求也日益将通信网络和车辆紧密结合起来。人们在车辆移动过程中的通信服务需求日益增大,车载移动网络的研究已成为世界瞩目的焦点,同时也促进了车辆向智能化、网络化方向的发展。

  传统的车辆通信网络通常只是针对于公路计费等用途设计的封闭式通信网络,新近的发展使得车辆网络支持车间自主通信从而互通安全信息。由于在网络架构方面的缺陷,现有的系统只能对高速行驶中的车辆提供局部区域内的信息交互。新一代车载网络将提供普适服务,包括:各种车辆安全消息传输、智能交通信息业务、多媒体数字业务等。因此在新一代车载移动网络中如何在保证车辆间安全信息互通的基础上,实现车辆与智能交通控制中心进行实时数据服务(如提供路况信息,基于位置信息的地图下载服务等),以及车内用户宽带无线接入互联网从而获取多媒体娱乐、资讯信息等成为车载移动网络研究中一个非常重要和迫切的课题。针对此情况,文章提出了异构无线网络融合式的车载移动网络架构,主要是基于车辆环境下无线接入(WAVE)(IEEE802.11p)的车辆自组织通信技术和基于全球微波接入互操作性(WiMAX)(IEEE802.16e)的车载宽带无线接入技术,并对其相关关键技术进行了探讨和研究。

  1车载网络通信的研究现状和发展趋势

  近几年来,车辆通信网络逐渐成为智能交通系统(ITS)领域中的热点问题。各国都致力于把先进的通信技术应用到车辆交通系统中,使其更加安全、智能和高效。车辆自组织网络(VANET)可以实现移动过程中车辆之间(V2V)的通信,以及低速移动或者静止时车辆与路边基础设施之间(V2I)的通信,能为车辆提供多种安全应用和非安全应用。2004年,IEEE成立了IEEE802.11p工作组以制定IEEE802.11在WAVE的版本,并以IEEE1609系列协议作为上层协议,从而形成车辆无线通信的基本协议构架[1]。美国伊利诺伊大学UrbanaChampaign分校NitinVaidya教授为首的团队开发了多信道测试的无线Mesh网络测试台。UCLA教授G.Pau提出了车辆间特殊路由协议(PVRP),搭建了系统测试平台进行了验证。密歇根大学郭锦华和向卫东教授开发了基于5.9GHz的WAVE系统信道测试平台。

  从车辆无线接入技术的角度,目前绝大多数的车辆移动通信网络研究基于IEEE802.11的通信技术,但802.11具有覆盖范围小、车辆移动过程中需要频繁切换连接路边单元、服务质量(QoS)支持弱、无法对多媒体信息提供高质量支持的弱点[2-3]。为此,我们提出了基于IEEE802.16(它具有覆盖范围广、QoS支持强的特点)的车辆通信网络的研究。文献[4-5]提出采用基于WiMAX(IEEE802.16)的技术来为车辆及其内部所属用户的进行车载移动宽带无线接入,首次将WiMAX技术应用于车辆通信网络。该思想从本质上打破了IEEE802.11一统车辆通信网络的格局,为车辆通信网络的发展和研究开辟了一个新方向。以IEEE802.16技术标准为基础的宽带无线接入系统近年来广受市场关注,根据实际网络规划所得的结果,WiMAX基站在市区内合理的覆盖半径大约为几公里,可提供更高的数据传输速率和更广的覆盖范围。为了解决车内用户终端在高速移动情况下的宽带无线接入问题,IEEE802.16标准制定组2006年3月成立基于IEEE802.16j的移动中继(MRS)工作小组,以研究采用MRS的可行性,想采用车载MRS站点为车内的群体用户终端提供宽带无线接入服务[6]。

  现阶段,车载移动网络的研究热点主要集中在基于WAVE协议(IEEE802.11p)的车辆通信多信道协调应用、组播路由管理,以及基于WiMAX协议(IEEE802.16)的固定中继技术的切换、资源调度方面。
在基于WAVE协议的车辆与车辆之间自组织通信网络中,整个车辆网络的安全和非安全应用都在一个信道上完成,难以保证安全应用的QoS。因为大量的非安全信息可能导致网络拥塞,使安全消息无法有效传递,从而严重削弱VANET在主动安全方面的重要作用。采用多信道的媒体访问控制(MAC)机制是解决上述问题直接而有效的方法之一[7]。采用多个信道后,节点间可以使用不同的信道进行通信,接入手段更加灵活多变,可以获得优于单信道的网络吞吐量和时延特性。针对此情况,一般采用时隙间隔方法把时间交替分为控制间隔和数据交换间隔[8-9]。在控制间隔(CCH)所有节点跳到控制信道进行信道协商,在数据交换间隔(SCH)再跳到不同的信道进行数据传输。详细架构如图1所示。

详细架构


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车载网络? 多信道调度? 群组切换? 异构无线网络?

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