车载自组网(VANET)通信模型分析
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摘要：车载自组织网络是专用移动自组织网络中研究和应用最活跃的领域之一，它是未来构建智能交通系统的主要载体，同时也是建设“信息地球”、“智慧城市”的重要组成部分。本文从分析车载自组织网络特有的网络特性出发，提出了五种基本通信模式，为车载网络的研究和应用提供了参考依据。
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0033-01
1 引言
车载自组织网络（Vehicular Ad hoc Network，VANET）简称为车载自组网，它是一种将网络节点建立在汽车和道路基础设施上的分布式、动态变化的自组织通信网络。其基本原理是运用车载传感器和GPS卫星定位系统，借助蜂窝移动通信网络、无线广域网（WLAN）等无线通信技术，将车辆状态、性能、地理位置、路况等信息集中、转发和使用，提高道路交通效率与驾驶安全性、舒适性。
2 网络特性
VANET以汽车这种特殊装备构成的自组织网络节点，具有不同于其他类型移动自组织网络的特性。
（1）拓扑结构：节点速度快慢不等，在节点间较高的相对速度下，数百米有效无线传输距离可提供的通信窗口很短，网络拓扑结构变化快，数据链路中断频繁。（2）移动形态：车辆节点的移动路径主要受制于道路，因此道路的数量和布局复杂程度，在一定程度上影响着网络性能。（3）节点密度：节点密度较低时，消息需要被多次储存和转发，延迟比较严重。节点密度很大时，会造成无线通信信道干扰，增加网络开销。（4）节点异质性：节点可以是家用汽车、公交车、出租车，或者是路边辅助基站，不同类型节点有不同的应用程序和权限。
3 基本通信形式
在研究了VANET中不同应用程序中数据的传输特点后，可以将所有传输方式抽象为五种基本形式。
3.1 信标
（1）通信目标，不断更新的相邻节点之间的信息，提供自身最新的状态数据，如位置、速度、车辆状况等。（2）通信机制，消息以数据链路层广播的形式发送给所有可接受范围内的相邻节点。通信方式一般是单跳，消息接收后不再被转发。（如图1）（3）数据内容，通常是随车传感器监测数据产生。（4）服务质量，大部分应用程序要求消息延迟达到中等水平。（5）应用实例，车辆转向与并线辅助，车距安全预警等。
3.2 地理广播
（1）通信目标，较大范围的传递即时消息。（2）通信机制，节点通过数据链路层广播发送消息到有效传输范围内的相邻节点，每个在接受范围内的节点接收到消息后不改变消息内容，并继续向外广播传递（如图2）。（3）数据内容，发送节点监测并产生。（4）服务质量，由于基于事件触发的性质，往往需要较低的延迟尽快将消息传递。（5）应用实例，施工区域警告，紧急停车交通信号，道路交通事故等。
3.3 单播
（1）通信目标，消息通过网络传递到某个特定节点。（2）通信机制，数据包以一个单跳方式，或者通过多个节点以多跳方式传递到某个特定节点或特定目标区域（如图3）。（3）数据内容，消息包含着由发送节点设置的内容的，在路由过程中不做任何修改。（4）服务质量，信息传递及时性要求较低，可以承受较高的传输延迟和数据重发。（5）应用实例，导航地图更新，电子支付，音乐下载等。
3.4 高级广播
（1）通信目标，持续在车辆之间传递信息，能够桥接网络分区并优化信息。（2）通信机制，在综合考虑各种参数来确定何时重新发送消息时，高级广播通常使用单跳广播方式、储存转发方式多次发送消息（如图4）。（3）数据内容，不改变原始信息内容，但消息关联性的内容可能会被附加到消息中。（4）服务质量，信息传播的广泛性和时间的稳定性更为重要，信息延迟要求较低。（5）应用实例，异常的交通和道路信息等。
3.5 信息聚合
（1）通信目标，多节点基于同一事件发送消息时，接收节点将数据聚合，减少通信开销。（2）通信机制，核心技术是一个不断学习更新的知识库，新接受的消息与已融合的消息再次融合并创建新的本地消息。（3）数据内容，消息内容来自多个节点并聚合成为一个消息。（4）服务质量，一般不用于时间敏感的应用，对传输延迟要求较低，对信息传递质量及收敛性要求高。（5）应用实例，基于车辆发出的交通道路预警，智能交通流量控制等。
4 结语
VANET应用的多样性使得许多应用程序不再沿用传统形式的传输信息，而需要广播通信和更先进的信息传播策略。在本文中，我们提出了五种基本通信模式，几乎涵盖了当前所有VANET应用程序通信的基本特征，将应用程序和通信模式之间进行了紧密耦合，将讨论的焦点转移到一个更加一体化的系统架构，使通信机制设计思路更加清晰，也为实现量身定制的安全和隐私的解决方案提供了基本框架。
参考文献
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