劉 業(yè)，劉林峰

（1.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院，江蘇 蘇州215123；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 軟件學(xué)院，江蘇蘇州215123；3.南京郵電大學(xué) 計算機(jī)學(xué)院，江蘇 南京210003；4.陽立電子（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州215000）

0 引 言

人們對道路交通安全問題關(guān)注度持續(xù)上升，使得車聯(lián)網(wǎng) VANET （vehicular Ad hoc network）的研究［1－2］成 為 當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研究領(lǐng)域的熱點。近年來，車聯(lián)網(wǎng)的概念亦逐漸明晰，基于802.11p實現(xiàn)車車、車路互聯(lián)成為車聯(lián)網(wǎng)的新標(biāo)準(zhǔn)，成為智能交通系統(tǒng)ITS領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。本文首先界定了車聯(lián)網(wǎng)的概念，探討了基于802.11p的車聯(lián)網(wǎng)與前些年借助于成熟的2G、3G技術(shù)發(fā)展起來的車聯(lián)網(wǎng)之間的差異，總結(jié)了國內(nèi)外對于基于802.11p的車聯(lián)網(wǎng)研究的定位。為了對基于802.11p的車聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議研究中的關(guān)鍵問題進(jìn)行有序評述，提出了一種車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型，并以分層模型為線對VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的關(guān)鍵問題及其研究進(jìn)展進(jìn)行了述評。在此基礎(chǔ)上，分析出VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個切入點，并針對研究思路作出了一定的展望。

1 關(guān)于車聯(lián)網(wǎng)概念的界定

VANET網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)［3］是在車輛與車輛之間、車輛與路邊設(shè)施之間實現(xiàn)單跳或者多跳的無線通信，并能夠自組織地建立起一個臨時的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，通信內(nèi)容包括交通事故地理位置信息、車輛移動速度信息、車輛故障預(yù)警信息、道路擁塞狀況信息、以及其它應(yīng)用信息等等。比如：在實際應(yīng)用中，VANET網(wǎng)絡(luò)能夠傳遞緊急事故等實時信息來輔助駕駛員避免交通事故，能夠?qū)崿F(xiàn)道路行駛過程中的導(dǎo)航，保持警車或者救火車跟其它車輛節(jié)點的通信以讓出警車或者救火車的緊急安全通道，進(jìn)行交通信息的相關(guān)查詢，實現(xiàn)高速公路不停車?yán)U費(fèi)，實現(xiàn)交通信息廣播，實現(xiàn)車輛之間的語音視頻通信，以及車輛在局部城市范圍內(nèi)的無線調(diào)度等功能，使駕駛更加安全、高效、舒適。鑒于VANET網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景，ITS America協(xié)會的數(shù)十位學(xué)術(shù)界、工業(yè)界頂尖級專家在2008年12月向美國國會提交建議書［4］，呼吁國會資助并將基于 WAVE／802.11p的ITS系統(tǒng)的研究和部署，即將基于VANET網(wǎng)絡(luò)在智能交通領(lǐng)域的研究和部署，納入到美國基礎(chǔ)架構(gòu)的建設(shè)中來。

從我國的情況來看，隨著中國汽車車輛總數(shù)的增加，我國每年因交通事故死亡的人數(shù)在幾十萬人以上，并且呈逐年上升的趨勢，交通擁堵的現(xiàn)象也愈加嚴(yán)峻。我們認(rèn)為，事故報警及事故隱患預(yù)警信息在同一路段行駛的車輛之間是否能夠可靠地、快速地、無差錯地、時間可預(yù)測地傳輸是減少甚至避免交通事故的關(guān)鍵所在。早期的智能交通系統(tǒng)由于投入費(fèi)用代價昂貴等原因并沒有真正地部署起來，近些年來借助于成熟的2G、3G技術(shù)發(fā)展起來的智能交通系統(tǒng)在實現(xiàn)車車通信時存在傳輸緊急數(shù)據(jù)時延大，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用過高等不足，另外傳統(tǒng)意義上的智能交通系統(tǒng)都是以監(jiān)測為主的輔助交通管理方式，而VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在道路上動態(tài)地構(gòu)建出一個自組織、易部署、費(fèi)用低、開放的無線通信網(wǎng)絡(luò)，提供超視距范圍內(nèi)的車輛狀況、事故報警及預(yù)警等信息，可以將VANET網(wǎng)絡(luò)看成是一個新型的無線接入網(wǎng)，利用路邊單元將部分信息傳遞至Internet上，而在接入網(wǎng)的內(nèi)部則可以有效地傳遞不同服務(wù)質(zhì)量保證的應(yīng)用數(shù)據(jù)信息，及時有效地將事故、路況等警示信息在同一路段行駛的車輛之間傳遞，降低二次事故的發(fā)生，從而減少交通事故的危害，其進(jìn)展性研究成果的實用價值［5］是非常大的。可預(yù)測VANET技術(shù)成熟后，因其對行車便利性與安全性的改善，短期內(nèi)將成為機(jī)動車的標(biāo)準(zhǔn)配備，市場與經(jīng)濟(jì)效益看好。同樣考慮到車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景，2011年10月，中國首屆車聯(lián)網(wǎng)大會上，謝光選、何積豐等五位院士積極倡議在國內(nèi) “加快實施車聯(lián)網(wǎng)工程”。

2 車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

學(xué)術(shù)界最初提出VANET概念的想法是作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的衍生應(yīng)用，VANET網(wǎng)絡(luò)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議基本沿用了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)或者移動自組織網(wǎng)絡(luò) （mobile Ad hoc network，MANET）的相關(guān)協(xié)議。但是車輛高速移動的特點使得支持MANET網(wǎng)絡(luò)的ZigBee、Bluetooth等協(xié)議并不適用于VANET網(wǎng)絡(luò)，另外由于頻繁的通信間斷，AODV和DSR等路由協(xié)議也不再適合VANET網(wǎng)絡(luò)。國外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)近幾年來在VANET網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層／物理層的協(xié)議研究上逐步達(dá)成一致并取得了一定的突破，即基于802.11技術(shù)來開展研究，目前的標(biāo)準(zhǔn)802.11p協(xié)議［6－7］正處于草案完善過程之中，而對于 VANET網(wǎng)絡(luò)路由層、傳輸層、應(yīng)用層協(xié)議的研究工作［8－9］正處于起步階段，IEEE 1609工作組致力于該部分協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但只是提出了有利于互通性的接口規(guī)范以及一些技術(shù)指標(biāo)［10－13］，對于具體的可靠傳輸協(xié)議算法涉及不深。VANET網(wǎng)絡(luò)中如何保證傳輸協(xié)議的可靠性、實時性及公平性的相關(guān)研究是當(dāng)前熱點領(lǐng)域［14－15］。

在借鑒IEEE1609工作組的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)議棧WAVE的基礎(chǔ)上，圖1描述了車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型，同時圖中也給出了將增強(qiáng)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議可靠性、實時性及公平性所需要考慮的多方面因素放置在VANET網(wǎng)絡(luò)模型的不同層次予以解決的方案?？紤]到VANET網(wǎng)絡(luò)下層傳輸具有 “網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化快、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的傳輸鏈路壽命短”等特點，同時又要保證信息傳遞的可靠性與實時性的實際應(yīng)用需求，不能照搬TCP／IP分層模型每一層次的功能，必須要把差錯控制功能、擁塞控制等傳輸層功能下移。因為TCP／IP分層模型所遵循的端到端設(shè)計原則，由端系統(tǒng)進(jìn)行差錯控制，對于數(shù)據(jù)在可靠傳輸過程中的實時性無法保證。擬根據(jù)網(wǎng)絡(luò)鏈路實際的狀態(tài)，自適應(yīng)地考慮把差錯控制功能放在數(shù)據(jù)鏈路層抑或是傳輸層處理，即動態(tài)地決定是在VANET網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層LLC子層、網(wǎng)絡(luò)層、還是在傳輸層維持一定的網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)信息，其本質(zhì)是根據(jù)具體的車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，需要在VANET體系結(jié)構(gòu)的研究中引入了跨層設(shè)計的思想。

跨層設(shè)計與協(xié)議分層設(shè)計思想相悖，因為分層思想邏輯結(jié)構(gòu)簡單、各層功能相對獨立、易于實現(xiàn)和維護(hù)，但協(xié)議分層意味著每層的功能在其協(xié)議數(shù)據(jù)單元被傳到相鄰層之前就已完成，因此需要在每一層里分別進(jìn)行優(yōu)化，這顯然與數(shù)據(jù)操作所期望的高效性相悖。因此面對VANET網(wǎng)絡(luò)高出錯率的高速無線傳輸信道特性，跨層設(shè)計原則的引入是合時宜的。

車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的廣播協(xié)議用于傳輸控制信息，而在路由層展開應(yīng)用信息的傳輸，包括單播和組播的路由算法等研究內(nèi)容。廣播協(xié)議應(yīng)用于局部網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，在MAC層進(jìn)行協(xié)議開發(fā)，而路由層的單播／組播協(xié)議的研究則可應(yīng)用于整個車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)。部分研究者提出的分簇的組播協(xié)議，主要是考慮整個車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)范圍的具體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)男枨?，包括信息的可靠性，可達(dá)性，實時性等QoS特性。

圖1 車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型

3 VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究中的關(guān)鍵問題

由于作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的車輛運(yùn)動速度快，從而導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間傳輸鏈路壽命短，加上所基于的無線信道屬于開放的有損介質(zhì)，存在多普勒多徑衰落等現(xiàn)象，這些因素都難以保證VANET網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)目煽啃?，若是為了保證端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，通過傳統(tǒng)的在信源節(jié)點及信宿節(jié)點的對等端之間進(jìn)行滑動窗口等差錯控制的方式保證數(shù)據(jù)可靠性的同時，由于引入定時重傳等機(jī)制必然會引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸過程中的實時性不能得以保證，另外處于自組織管理模式下的車輛節(jié)點在數(shù)據(jù)發(fā)送時能否保證其數(shù)據(jù)發(fā)送方面的相對公平性也是在信息傳輸協(xié)議研究時需要考慮的一個重要因素。

將增強(qiáng)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性、實時性、公平性所需要考慮的多方面因素放置在VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型的不同層次予以解決，從VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的角度對VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議進(jìn)行研究有利于從宏觀上對需要解決的問題進(jìn)行把握。

結(jié)合車輛速度、道路形狀等信息來預(yù)測VANET網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓闆r，并利用VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮攸c，設(shè)計適用于不同交通通信場景的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、高效、快速的傳輸協(xié)議從理論［16］上來看是可行的，同時如何適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓目煽s放性也是有待解決的一個開放課題［17］。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，我們把適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓目煽總鬏攨f(xié)議的研究分解為對應(yīng)于3個層次的子問題來研究，如下文所述。

3.1 移動性模型

第一個子問題是VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性問題。VANET網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的動態(tài)性導(dǎo)致的VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪B通性問題是一個開放問題，在某些假設(shè)條件下也可建模成一個NP－h(huán)ard問題，這個領(lǐng)域還比較新，目前國外文獻(xiàn)中相關(guān)研究還不多［18－19］。在VANET網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的移動性模型與網(wǎng)絡(luò)連通性模型指的是同一個模型概念。

3.2 路由算法

第二個子問題是在VANET網(wǎng)絡(luò)連通性研究的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計適用于不同交通場景 （比如高速公路交通場景）的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠、高效、快速的傳輸。由于車輛高速移動的動態(tài)特性，在VANET的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中維護(hù)路由表是非常困難的，傳統(tǒng)的路由協(xié)議OSPF、RIP顯然不適合VANET網(wǎng)絡(luò)。目前國內(nèi)外研究團(tuán)隊針對VANET網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究已經(jīng)有了一定的深度，目前大致分為4類：

（1）基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議的研究。VANET網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的部分研究者認(rèn)為VANET是MANET在智能交通領(lǐng)域中的應(yīng)用，也具備MANET自組織、節(jié)點動態(tài)性、短距離通信等特點，因此直接將MANET網(wǎng)絡(luò)中成熟的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞腁ODV、DSR、OLSR協(xié)議經(jīng)過改進(jìn)后應(yīng)用于VANET網(wǎng)絡(luò)［20－22］，但是由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的高速動態(tài)性，端到端的路徑會經(jīng)常斷裂，并且路徑通常是在數(shù)據(jù)傳輸完之前斷裂，論文中的實驗效果并沒有考慮到這一假設(shè)，所以其實際效果并不好。

（2）基于節(jié)點相對位置的路由協(xié)議的研究。其主要思想是通過獲得源節(jié)點、相鄰節(jié)點以及目標(biāo)節(jié)點的相對位置信息來確定通信路徑。研究思路同樣是利用MANET網(wǎng)絡(luò)中典型的基于相對位置的GPSR協(xié)議經(jīng)過改進(jìn)后并應(yīng)用于VANET網(wǎng)絡(luò)［23］，其確定路徑的算法使用的是貪婪模式，相對過高的時延不適合傳輸緊急數(shù)據(jù)，信息傳遞時按照右手規(guī)則向前以直線的路徑逐段傳遞到目標(biāo)節(jié)點，當(dāng)將數(shù)據(jù)傳輸給相對位置在后面或者相對位置在前面一定范圍的車輛時，對于在彎道處的車輛就不能收到該信息。

（3）基于GPS系統(tǒng)及電子地圖的路由協(xié)議的研究。在VANET中，實際的場景是節(jié)點限制在道路上雙向移動。因此，借助于電子交通地圖、交通模型、車載導(dǎo)航系統(tǒng)GPS或北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等，設(shè)計出的VANET路由協(xié)議是比較有前景的研究方向［24－25］。但是，依靠節(jié)點集、道路集、彎道限制集以及電子地圖的全局拓?fù)湫畔⒋_定路由算法本身的復(fù)雜度，比如計算開銷與延遲等，將是一個難以突破的難點。

（4）基于分簇的路由協(xié)議的研究。這部分路由協(xié)議的研究思路同樣源于MANET分簇路由協(xié)議的改進(jìn)研究［26］，基于分簇的層次結(jié)構(gòu)能夠減少路由維護(hù)的代價，但在簇的形成過程中，如何有效地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)連通性的變化特征始終是分簇VANET路由協(xié)議設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)。加拿大維多利亞大學(xué)的Pan Jianping團(tuán)隊將分簇與信息分層網(wǎng)絡(luò)編碼相結(jié)合［27］，在信息傳輸?shù)目煽啃约皩崟r性保證方面取得了一定的成果。

在研究VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議時需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性。車輛是高速移動的，車輛密度超過一定閾值，某一路段的VANET網(wǎng)絡(luò)是連通的，而車輛密度低于一定閾值時，則是非連通的，VANET網(wǎng)絡(luò)在連通狀態(tài)與非連通狀態(tài)下不斷切換，其時間粒度是以分鐘為單位的，在這種情形下，可以考慮利用網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)以及節(jié)點位置預(yù)判信息對路由協(xié)議進(jìn)行研究。

3.3 擁塞控制

第三個子問題是VANET網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，若發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞，如何保證緊急數(shù)據(jù)的傳輸可靠性，而丟棄非緊急數(shù)據(jù)。在這種情況下，如何保證緊急數(shù)據(jù)在傳輸過程中的實時性和可靠性，而基于TCP／IP協(xié)議簇的擁塞控制機(jī)制顯然不適合VANET網(wǎng)絡(luò)，因為其數(shù)據(jù)是沒有緊急與非緊急的區(qū)分的。缺乏擁塞控制的傳輸協(xié)議可能會極大地影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目蛇_(dá)性及延時的可預(yù)期性。

3.4 國內(nèi)研究現(xiàn)狀評述

國內(nèi)在VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究還處在早期階段，比如在國內(nèi)有代表性的 《通信學(xué)報》、《電子學(xué)報》、《軟件學(xué)報》、《計算機(jī)學(xué)報》和 《計算機(jī)研究與發(fā)展》等一級期刊的正刊上，到目前為止針對VANET網(wǎng)絡(luò)的所有研究論文僅有7篇［19，28－33］，其中有3篇屬于介紹國外最新研究成果的綜述類文章，包括：清華大學(xué)課題組在參考文獻(xiàn) ［30］中，介紹了VANET網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用領(lǐng)域；武漢大學(xué)課題組［28］針對VANET網(wǎng)絡(luò)的傳輸控制協(xié)議對國內(nèi)外的研究成果進(jìn)行分析和比較；重慶大學(xué)課題組［31］則是對VANET網(wǎng)絡(luò)信息廣播方面的技術(shù)及發(fā)展方向進(jìn)行了綜述。其它4篇文章所反映的國內(nèi)在VANET網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的成果分別是：武漢大學(xué)課題組［29］從數(shù)據(jù)包差錯序列的角度研究了VANET網(wǎng)絡(luò)物理層無線信道的差錯特性；武漢大學(xué)另一課題組［19］對VANET網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)連通性進(jìn)行了研究，提出了一種用于高速公路場景中VANET網(wǎng)絡(luò)不存在孤立節(jié)點的概率分析算法，并明確給出了確保網(wǎng)絡(luò)中不存在孤立節(jié)點的節(jié)點間通信距離的閾值；中國科學(xué)院計算所課題組［33］借鑒P2P網(wǎng)絡(luò)的思想利用VANET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行協(xié)助數(shù)據(jù)下載，提出一種基于動態(tài)時槽的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助傳輸數(shù)據(jù)的方法；在VANET通信路由研究方面，湖南大學(xué)課題組［32］利用基于可變網(wǎng)絡(luò)編碼的路由方式，即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)，由信源車輛節(jié)點指導(dǎo)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的信息網(wǎng)絡(luò)編碼方式，最大程度確保信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量；吉林大學(xué)的課題組在VANET網(wǎng)絡(luò)安全方面做出了一定的有深度的研究。

在智能交通領(lǐng)域，從2010年底提出了車聯(lián)網(wǎng)的概念，其本質(zhì)也是車用自組網(wǎng)。目前國內(nèi)對VANET術(shù)語的中文翻譯包括：車載自組網(wǎng)，車用自組網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)等，目前尚未達(dá)成一致，屬于技術(shù)發(fā)展的早期。

4 VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個切入點及相關(guān)探討

目前在車用自組網(wǎng)研究領(lǐng)域存在的主要問題有：①節(jié)點移動性導(dǎo)致的VANET網(wǎng)絡(luò)連通性問題是個NP－h(huán)ard問題，由于VANET研究領(lǐng)域較新，尚缺乏有效的建模，而網(wǎng)絡(luò)連通性是數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議研究的基石；②缺乏有效的同時保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性及實時性的協(xié)議實現(xiàn)方法；③在數(shù)據(jù)傳輸過程中，對發(fā)生擁塞情形的考慮不足。

4.1 VANET網(wǎng)絡(luò)移動性模型的研究

鑒于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置特征滿足GI／D／∞的排隊模型，即車輛進(jìn)入VANET網(wǎng)絡(luò)服從泊松分布，節(jié)點之間的相對距離服從指數(shù)分布，以及車輛節(jié)點間的期望相遇時間服從指數(shù)分布，當(dāng)前多數(shù)研究者從排隊模型入手對VAENT網(wǎng)絡(luò)的連通性開展研究?？紤]到滲透理論在圖論中對1維、2維網(wǎng)圖的連通性的研究［34］已經(jīng)取得不少成果，可以考慮用滲透理論對VANET的網(wǎng)絡(luò)連通性 （包括1維，2維）及其連通度進(jìn)行研究。滲流是以概率分析為基礎(chǔ)對圖的各種模型進(jìn)行研究，主要探討的是各種模型的閾值問題。以高速公路交通場景的VANET網(wǎng)絡(luò)為例，車輛節(jié)點間的通信距離是存在限制的，基于802.11p技術(shù)的節(jié)點臨界通信半徑r為300米，假設(shè)某一路段長度為L，路段中有n個車輛節(jié)點，則連通半徑rc為L＊（logn）／n，若是連通半徑rc＜r，則可以保證1維VANET網(wǎng)絡(luò)的連通。將VANET網(wǎng)絡(luò)的連通性描述為滲流現(xiàn)象，其中車輛節(jié)點的高速移動性規(guī)律對VANET網(wǎng)絡(luò)連通性變化的影響將是難點。

4.2 路由協(xié)議的研究

在研究VANET網(wǎng)絡(luò)可靠傳輸協(xié)議時必須要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性，以高速公路場景為例，車輛是高速移動的，當(dāng)車輛密度超過一定閾值，某一路段的VANET網(wǎng)絡(luò)是連通的，而當(dāng)車輛密度低于一定閾值時，則是非連通的，VANET網(wǎng)絡(luò)在連通狀態(tài)與非連通狀態(tài)的切換在以分鐘為單位的時間粒度里也是經(jīng)常變化的，所以在對VANET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行分簇時，需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)連通性、維護(hù)開銷、車輛運(yùn)動軌跡、負(fù)載均衡等因素；在VANET網(wǎng)絡(luò)分簇簇頭的選取上，需要充分考慮簇頭節(jié)點在拓?fù)渲械奈恢?、車輛行駛軌跡等信息以進(jìn)行包括簇頭的切換、車輛節(jié)點所屬簇的切換等算法的設(shè)計研究。

在路由算法的設(shè)計中，還需引入簇間通信的最短時延及最短距離等指標(biāo)，這里需要說明的是：引入簇間通信最短距離指標(biāo)是車輛節(jié)點間利用數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議802.11p進(jìn)行通信存在通信距離有效范圍的限制，為了保證信息在通信過程中的連續(xù)性，需要對傳輸路徑進(jìn)行類似于3G網(wǎng)絡(luò)中的軟切換、更軟切換的預(yù)判切換機(jī)制的修正。另外，在真實的VANET網(wǎng)絡(luò)中，車輛節(jié)點具備較強(qiáng)的組移動特性，預(yù)判切換將充分考慮這個可能欠穩(wěn)定的組移動特性的因素。引入簇間通信最短時延指標(biāo)是因為一方面考慮所傳信息的時效性，另一方面是因為當(dāng)一個簇與另一個簇處于非連通狀態(tài)時，負(fù)責(zé)信息轉(zhuǎn)發(fā)的車輛節(jié)點需要暫存信息，等狀態(tài)由非連通轉(zhuǎn)成連通后繼而進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但暫存信息的時間是存在最短時間限制的，這個閾值的范圍是需要研究的。該部分研究的關(guān)鍵之處在于針對車輛運(yùn)動變化特征預(yù)判、網(wǎng)絡(luò)連通性變化預(yù)判的基礎(chǔ)上，完成基于分簇的可靠傳輸路由協(xié)議的設(shè)計。關(guān)于這里提到的暫存轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制實際上在稀疏密度的MANET網(wǎng)絡(luò)研究中已經(jīng)有學(xué) 者 提 過［35］。

4.3 擁塞控制機(jī)制的研究

由于VANET網(wǎng)絡(luò)的自組織特性，節(jié)點的擁塞控制機(jī)制必須由每一個節(jié)點自身來完成，缺乏擁塞控制的傳輸協(xié)議可能會極大地影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目蛇_(dá)性及延時的可預(yù)期性。將PSTN電信網(wǎng)中的控制與數(shù)據(jù)相分離的設(shè)計原則引入到VANET網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制中，提出一種有效的VANET網(wǎng)絡(luò)擁塞控制算法，以保證緊急數(shù)據(jù)在傳輸過程中的實時性和可靠性。換一種說法，即是采用預(yù)留控制通道及數(shù)據(jù)通道的形式來保證緊急數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，另外也結(jié)合傳統(tǒng)TCP協(xié)議中調(diào)整信源節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送速率的滑動窗口機(jī)制來進(jìn)行協(xié)同擁塞控制。

另外，在無線通信環(huán)境下，擁塞控制的發(fā)生，不定是真的發(fā)生了擁塞，也有可能是無線信道的不可靠造成了重傳計時器超時，此情形下的丟包行為將借鑒傳統(tǒng)無線TCP擁塞控制算法進(jìn)行研究。但如何判別此兩類情形將是研究難點。

5 結(jié)束語

基于802.11p的車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)是一項涉及道路交通、無線通信、自組織系統(tǒng)等多學(xué)科綜合性研究課題，因其對行車便利性與安全性的改善，近期愿景內(nèi)將成為機(jī)動車的標(biāo)準(zhǔn)配備，市場與經(jīng)濟(jì)效益看好，該領(lǐng)域的研究正成為業(yè)界備受關(guān)注的熱點。本文通過分析VANET網(wǎng)絡(luò)自組織、拓?fù)鋭討B(tài)性、節(jié)點運(yùn)動規(guī)律性等特點，在VANET網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通用模型的基礎(chǔ)上，將增強(qiáng)VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議可靠性、實時性及公平性所需要考慮的多方面因素放置在VANET網(wǎng)絡(luò)模型的不同層次予以解決；并以此分層為線索，對VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的關(guān)鍵問題的當(dāng)前研究進(jìn)展進(jìn)行了述評，給出了VANET網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議研究的幾個切入點，并做出了一定的討論。該領(lǐng)域的突破性研究進(jìn)展將有助于車聯(lián)網(wǎng)VANET網(wǎng)絡(luò)技術(shù)走向?qū)嵱?，具有很大的理論意義及應(yīng)用前景。

［1］Lochert C，Scheuermann B，Wewetzer C，et al.Data aggregation and roadside unit placement for a VANET traffic information system ［C］／／New York：Proceedings of the Fifth ACM International Workshop on Vehicular Inter－NETworking.ACM，2008：58－65.

［2］Definition of vehicular ad－h(huán)oc network.［EB／OL］.［2013－01－07］.http：／／en.wikipedia.org／wiki／Vehicular＿ad－h(huán)oc＿network.

［3］Toor Y，Muhlethaler P，Laouiti A.Vehicle ad hoc networks：Applications and related technical issues ［J］.Communications Surveys ＆Tutorials，IEEE，2008，10 （3）：74－88.

［4］ITS AMERICA ［EB／OL］. ［2013－01－07］.http：／／www.itsa.org／files／pdf／ITSAEconStimPelosi.pdf.

［5］Meghanathan N，Skelton G.Risk notification message dissemination protocol for energy efficient broadcast in vehicular ad hoc networks ［J］.IAENG International Journal of Computer Science，2010，37 （1）：1－10.

［6］Bilstrup K，Uhlemann E，Strom E G，et al.Evaluation of the IEEE 802.11p MAC method for vehicle－to－vehicle communication ［C］／／IEEE 68th VTS Vehicular Technology Conference，2008：1－5.

［7］P802.11p D11.0 ［S］.IEEE Unapproved Draft Std，IEEE Draft Standard for Amendment to Standard ［for］Information Technology－Telecommunications and Information Exchange Between Systems－Local and Metropolitan Networks－Specific Requirements－Part II： Wireless LAN Medium Access Control（MAC）and Physical Layer（PHY）Specifications－Amendment 6：Wireless Access in Vehicular Environments，2010.

［8］Ferreiro－Lage J A，Gestoso C P，Rubios O，et al.Analysis of unicast routing protocols for VANETs ［C］／／Valencia，SPAIN：Fifth International Conference on Networking and Services.IEEE，2009：518－521.

［9］Bi Y，Cai L，Shen X，et al.A cross layer broadcast protocol for multihop emergency message dissemination in inter－vehicle communication ［C］／／Cape Town，South Africa：IEEE International Conference on Communications.IEEE，2010：23－27.

［10］IEEE 1609.1 ［S］.IEEE Trial－Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments（WAVE）－Resource Manager，2006.

［11］IEEE 1609.2 ［S］.IEEE Trial－Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）－Security Services for Applications and Management Messages，2006.

［12］IEEE 1609.3 ［S］.IEEE Trial－Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）－Networking Services，2007.

［13］IEEE 1609.4 ［S］.IEEE Trial－Use Standard for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）－Multi－channel Operation，2006.

［14］Jakubiak J，Koucheryavy Y.State of the art and research challenges for VANETs ［C］／／Las Vegas，NV USA：5th IEEE Consumer Communications and Networking Conference.IEEE，2008：912－916.

［15］Ye F，Roy S，Wang H.Efficient data dissemination in vehicu－lar ad hoc networks ［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2012，30 （4）：769－779.

［16］Yang Q，Lim A，Agrawal P.Connectivity aware routing in vehicular networks ［C］／／Las Vegas：IEEE Wireless Communications and Networking Conference.IEEE，2008：2218－2223.

［17］Kosch T，Adler C J，Eichler S，et al.The scalability problem of vehicular ad hoc networks and how to solve it ［J］.Wireless Communications，IEEE，2006，13 （5）：22－28.

［18］Bako B，Weber M.Efficient information dissemination in VANETs［J］.Advances in Vehicular Networking Technologies，2011.

［19］XIONG Wei，LI Qingquan.Prerequisite to 1－connected vehicular ad hoc networks in highway scenarios ［J］.Journal of Software，2010，21 （11）：2906－2919 （in Chinese）. ［熊煒，李清泉.高速公路場景中車用自組織網(wǎng)絡(luò)1－連通的必要條件［J］.軟件學(xué)報，2010，21 （11）：2906－2919.］

［20］Abedi O，F(xiàn)athy M，Taghiloo J.Enhancing AODV routing protocol using mobility parameters in VANET ［C］／／Doha，Qatar：IEEE／ACS International Conference on Computer Systems and Applications.IEEE，2008：229－235.

［21］El－Nahas A.SR－V：A direction－based stable routing protocol for VANETs ［J］.Alexandria Engineering Journal，2009，48（5）：561－568.

［22］Laouiti A，Muhlethaler P，Sayah F，et al.Quantitative evaluation of the cost of routing protocol OLSR in a Vehicle Ad Hoc NETwork／／／ ［C］.IEEE Vehicular Technology Conference.IEEE，2008：2986－2990.

［23］Rao S A，Pai M，Boussedjra M，et al.GPSR－L：Greedy perimeter stateless routing with lifetime for VANETS ［C］／／IEEE 8th International Conference on ITS Telecommunications，2008：299－304.

［24］Biswas S，Tatchikou R.Vehicle－to－vehicle wireless communication protocols for enhancing highway traffic safety ［J］.IEEE Communications Magazine，2006，44 （1）：28－29.

［25］Ahammed F，Taheri J，Zomaya A，et al.VLOCI2：Improving 2Dlocation coordinates using distance measurements in GPS－equipped VANETs ［C］／／14th ACM International Conference on Modeling，Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems.ACM，2011：317－322.

［26］Maslekar N，Boussedjra M，Mouzna J，et al.A stable clustering algorithm for efficiency applications in VANETs ［C］／／7th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference.IEEE，2011：1188－1193.

［27］Zhuang Y，Pan J，Luo Y，et al.Time and location－critical emergency message dissemination for vehicular ad－h(huán)oc networks ［J］.IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2011，29 （1）：187－196.

［28］CHEN Lijia，JIANG Hao，WU Jing，et al.Research on transmission control on vehicle ad－h(huán)oc network ［J］.Journal of Software，2007，18 （6）：1477－1490 （in Chinese）.［陳立家，江昊，吳靜，等.車用自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸控制研究 ［J］.軟件學(xué)報，2007，18 （6）：1477－1490.］

［29］YANG Lintao，JIANG Hao，GUO Chengcheng，et al.A Markov－based packet－level error model for VANET and predicting ［J］.Acta Electronica Sinica，2009 （10）：2333－2337（in Chinese）.［楊林濤，江昊，郭成城，等.基于Markov鏈Packet－Level的VANET差錯預(yù)測模型及性能預(yù)估 ［J］.電子學(xué)報，2009 （10）：2333－2337.］

［30］CHANG Cuyu，XIANG Yong，SHI Meilin.Development and status of vehicular ad hoc networks ［J］.Journal on Communications，2007，28 （11）：116－126 （in Chinese）. ［常促宇，向勇，史美林.車載自組網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 ［J］.通信學(xué)報，2007，28 （11）：116－126.］

［31］LI Lijun，LIU Hongfei，YANG Zuyuan，et al.Broadcasting methods in vehicular ad hoc networks ［J］.Journal of Software，2010，21 （7）：1620－1634 （in Chinese）.［李麗君，劉鴻飛，楊祖元，等.車用自組網(wǎng)信息廣播 ［J］.軟件學(xué)報，2010，21 （7）：1620－1634.］

［32］LUO Juan，XIAO Yi，LU Zhen，et al.Network－coding based multicast routing in VANET ［J］.Journal of Computer Research and Development，2011，48 （9）：1616－1622 （in Chinese）.［羅娟，肖儀，盧真，等.基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播車載網(wǎng)路由算法研究 ［J］.計算機(jī)研究與發(fā)展，2011，48 （9）：1616－1622.］

［33］LIU Jianhang，SUN Jiangming，BI Jingping，et al.VANET cooperative downloading approach study based on dynamic slot［J］.Chinese Journal of Computers，2011，34 （8）：1378－1386（in Chinese）.［劉建航，孫江明，畢經(jīng)平，等.基于動態(tài)時槽的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法研究 ［J］.計算機(jī)學(xué)報，2011，34 （8）：1378－1386.］

［34］Kurrer C，Schulten K.Dependence of percolation thresholds on lattice connectivity ［J］.Physical Review E，1993，48（1）：614－617.

［35］Zhao Jing，Cao Guohong.VADD：Vehicle 2assisted data delivery in vehicular Ad Hoc networks ［J］.IEEE Transactions on Vehicular Technology，2008，57 （3）：1910－1922.