智能交通系統(tǒng)的基本工作原理

1、第二章第二章 智能交通系統(tǒng)的基本原理智能交通系統(tǒng)的基本原理第一節(jié) 數(shù)據(jù)獲取原理 基于道路的數(shù)據(jù)源（感應(yīng)線圈、遠程微波雷達監(jiān)測、基于圖像處理的視頻監(jiān)測） 基于車輛的數(shù)據(jù)源（自動車輛識別AVI、浮動車） 車輛定位信息（車輛定位技術(shù)AVL：4種技術(shù)）第二節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸原理第三節(jié) 信息利用和信息控制原理第二節(jié) 智能交通系統(tǒng)中的信息傳輸原理 現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)概述現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)概述現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)是指以數(shù)字技術(shù)為核心構(gòu)成的各種現(xiàn)代通信系統(tǒng)，包括：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字移動通信系統(tǒng)、數(shù)字微波通信系統(tǒng)等。數(shù)字技術(shù)的優(yōu)點：1）便于存儲、（計算機）處理 2）便于交換和傳輸3）便于組成多路通信 4

2、）便于組成數(shù)字網(wǎng)5）便于設(shè)備小型化、微型化 6）抗干擾性強光纖通信技術(shù)概述概述所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信的目的。光通信采用的載波位于電磁波譜的近紅外區(qū)，頻率非常高（10141015Hz），因而通信容量極大。現(xiàn)在，光纖通信的新技術(shù)仍在不斷涌現(xiàn)，諸如頻分復(fù)用系統(tǒng)、光放大器、相干光通信、光孤子通信的發(fā)展，預(yù)示著光纖通信技術(shù)的強大生命力和廣闊的應(yīng)用前景。 光纖通信技術(shù) 光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如下圖所示。由光發(fā)射機、光纖和光接收機組成。光纖通信技術(shù) 光纖通信的特點光纖通信的特點 優(yōu)點：優(yōu)點： （1）通信容量大）通信容量大 （2）

3、傳輸損耗低、通信距離長）傳輸損耗低、通信距離長 （3）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，適應(yīng)能力強）不受電磁干擾，通信質(zhì)量高，適應(yīng)能力強 （4）體積小、重量輕、便于施工和維護）體積小、重量輕、便于施工和維護 （5）主要原材料）主要原材料SiO2來源豐富，潛在價格低廉來源豐富，潛在價格低廉 缺點：缺點： 需要光需要光/電和電電和電/光變換部分；光變換部分； 光直接放大難；光直接放大難； 電力傳輸困難；電力傳輸困難； 彎曲半徑不宜太小；彎曲半徑不宜太小； 需要高級的切斷接續(xù)技術(shù)；需要高級的切斷接續(xù)技術(shù)； 分路耦合不方便。分路耦合不方便。光纖通信技術(shù)光纖通信的應(yīng)用光纖通信的應(yīng)用長途干線網(wǎng)和局間中繼網(wǎng)得到普遍

4、的應(yīng)用，如光纖在公用電信網(wǎng)間作為傳輸線。局域網(wǎng)中的應(yīng)用。有線電視干線網(wǎng)越來越多地采用光纖傳輸系統(tǒng) 。作為危險環(huán)境下的通信線。諸如發(fā)電廠、化工廠、石油庫等場所。應(yīng)用于專網(wǎng)。光纖通信主要應(yīng)用于電力、公路、鐵路、礦山等通信專網(wǎng)。衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼轉(zhuǎn)衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)站而實現(xiàn)多個地球站之間的通信，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為衛(wèi)星通信發(fā)站而實現(xiàn)多個地球站之間的通信，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。設(shè)在空間用于中繼轉(zhuǎn)發(fā)的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。系統(tǒng)。設(shè)在空間用于中繼轉(zhuǎn)發(fā)的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。衛(wèi)星通信技術(shù)空間分系統(tǒng)主要指通信衛(wèi)

5、星，普通的通信業(yè)務(wù)室在通信衛(wèi)星和通信地球站之間完成的，由發(fā)端地球站、上行傳輸路徑、通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、下行傳輸路徑和收端地球站組成。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成衛(wèi)星通信技術(shù) 衛(wèi)星通信不僅應(yīng)用于傳輸電話、電報、傳真、數(shù)據(jù)等，而且特別適用于民用廣播電視節(jié)目的傳送。衛(wèi)星通信技術(shù)1.要有高可靠、長壽命的通信衛(wèi)星。2.靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。3.靜止衛(wèi)星通信具有較大的信號傳輸延遲和回聲干擾。4.存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。存在的問題和缺點存在的問題和缺點移動通信概念移動通信概念移動通信是指通信的雙方，至少有一方在移動中進行信息的交換。這里的信息應(yīng)包括：數(shù)據(jù)、語音、文字、圖像、視頻或多媒體信息。這里的雙方應(yīng)包括人

6、與交通工具之間、人與機器之間或人與人之間移動通信圖移動通信圖活動的人固定點數(shù)字移動通信技術(shù)每一個基站都有一個由發(fā)信功率與天線高度所確定的地理覆蓋范圍，由多個覆蓋范圍區(qū)組成全系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)市話局移動 交換中心(MSC)基站BSBS(BS)MSMS無線小區(qū)移動臺移動網(wǎng)（PLMN）“有線”市話網(wǎng)（PSTN）中繼線數(shù)字移動通信技術(shù)移動通信系統(tǒng)的組成數(shù)字移動通信技術(shù) 公眾移動通信公眾移動通信自20世紀70年代以來，公眾移動通信在這個階段上又可分為第一代移動通信系統(tǒng)（以模擬技術(shù)為主，如TACS、AMPS等），第二代移動通信系統(tǒng)（以窄帶數(shù)字技術(shù)為主，如GSM、IS54-DAMPS和IS95-CDMA）和正日趨

7、統(tǒng)一成熟的第三代移動通信系統(tǒng)IMT-2000 。階段代表技術(shù)技術(shù)特點功能實現(xiàn)1代AMPS模擬技術(shù)頻分復(fù)用模擬話音2代GSM數(shù)字蜂窩時分復(fù)用數(shù)據(jù)率：9。6Kb/sHSCSD可實現(xiàn)57Kb/s25代GPRS通用分組數(shù)字蜂窩數(shù)據(jù)率：115Kb/s數(shù)據(jù)在線連接3代W-CDMA（歐，日）CDMA2000（美）TDSCDMA（中）碼分多址寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)率：2M/s、384Kb/s、114Kb/s數(shù)據(jù)在線連接寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高帶寬是高帶寬是3G移動通信系統(tǒng)最直觀的標(biāo)志。移動通信系統(tǒng)最直觀的標(biāo)志。3G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定移動網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定移動網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持同的數(shù)據(jù)傳輸速度，在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中都能夠分別支持

8、至少的數(shù)據(jù)傳輸速度，在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中都能夠分別支持至少2Mbps、384kbps以及以及144kbps的傳輸速度，使得移動多媒體業(yè)務(wù)真正成為可能。的傳輸速度，使得移動多媒體業(yè)務(wù)真正成為可能。專用短程通信技術(shù) 專用短程通信(Dedicated Short Range Communication,簡稱DSRC)是一種高效無線通信技術(shù)，它可以實現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像、語音和數(shù)據(jù)實時，準(zhǔn)確和可靠雙向傳輸，將車輛和道路有機連接 DSRC是基于長距離RFID射頻識別微波無線傳輸技術(shù)。 1998年，我國交通部ITS中心向交通部無線電管理委員會提出將58GHz頻段(5.7955.815GHz：下行鏈路500

9、Kbps,上行鏈路250Kbps)分配給DSRC技術(shù)領(lǐng)域。專用短程通信技術(shù) 車載環(huán)境無線接入(WAVE)是下一代專用短距通信(DSRC)技術(shù)，能夠提供高速的車到車(V2V)和車到基礎(chǔ)設(shè)施/中心臺(V2I)數(shù)據(jù)傳輸，主要可以用于智能交通系統(tǒng)(ITS)，車輛安全服務(wù)以及車上因特網(wǎng)接入。 WAVE 系統(tǒng)工作于5.8505.925 GHz，采用OFDM傳輸技術(shù)，能夠達到627 Mbit/s的信息傳輸速率。在WAVE系統(tǒng)中，一個路側(cè)單元(RSU) 可以覆蓋方圓 1000 英尺。WAVE系統(tǒng)基于IEEE 802.11p協(xié)議，此協(xié)議目前仍在積極開發(fā)之中。專用短程通信技術(shù) DSRC結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系 DSRC有

10、車載單元(OBU, On Board Unit)、路旁單元(RSU, Roadside Unit)、專用短程通信協(xié)議及后臺計算機組成。（1）車載單元目前國際上使用OBU種類很多，主要差異集中通信方式和通信頻段不同。主要應(yīng)用電子自動收費系統(tǒng)，OBU從最初單片式電子標(biāo)簽，發(fā)展到了目前雙片式雙片式IC卡卡 加加CPU單元單元，IC卡存儲帳號、余額、交易記錄和出入口編號等信息，CPU單元存儲車主、車型等有關(guān)車輛物理參數(shù)并為OBU和RSU之間高速數(shù)據(jù)交換提供保障。 （2）路側(cè)單元RSU指安裝車道旁邊或車道上方的通信及計算機設(shè)備，其功能是與OBU完成實時高速通信，實施車輛自動識別、特定目標(biāo)檢測及圖像抓拍等

11、，它通常由設(shè)備控制器、天線、抓拍系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及其他輔助設(shè)備等組成。 （3）專用通信鏈路下行鏈路下行鏈路：從RSU到OBU，采用ASK調(diào)制，NRZI編碼方式數(shù)據(jù)通信速率50OKbit/s。上行鏈路上行鏈路：從OBU到RSU，RSU天線不斷向OBU發(fā)射5.8GHz連續(xù)波，其中一部分作為OBU載波，將數(shù)據(jù)進行BPSK調(diào)制后又反射回RSU。上行數(shù)據(jù)本身也是BPSK調(diào)制 ，載頻為210MHz 專用短程通信技術(shù) DSRC系統(tǒng)通信方式系統(tǒng)通信方式主動式：主動式：這種系統(tǒng)中路旁單元RSU和車載單元OBU均有振蕩器，都可以發(fā)射電磁波。當(dāng)RSU向OBU發(fā)射詢問信號后，OBU利用自身電池能量發(fā)射數(shù)據(jù)給RSU，主

12、動式DSRC技術(shù)中OBU必須配置電池。 被動式：被動式：RSU發(fā)射電磁信號，OBU被激活后進入通信狀態(tài)，并以一種切換頻率反向發(fā)送給RSU，被動式DSRC技術(shù)中OBU電源配置可有可無。 通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 調(diào)頻廣播通信在調(diào)頻廣播通信在ITS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 許多國家的城市都在自己的市區(qū)范圍內(nèi)建立起了以交通行業(yè)為主許多國家的城市都在自己的市區(qū)范圍內(nèi)建立起了以交通行業(yè)為主要服務(wù)目標(biāo)的交通廣播臺，向出行者和駕駛員提供實時的交通信要服務(wù)目標(biāo)的交通廣播臺，向出行者和駕駛員提供實時的交通信息，在節(jié)省投資的前提下取得良好的效果。息，在節(jié)省投資的前提下取得良好的效果。 通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

13、 無線尋呼在無線尋呼在ITS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 個性化交通信息的提供。個性化交通信息的提供。用戶可以通過多種途徑（電話或網(wǎng)絡(luò)）用戶可以通過多種途徑（電話或網(wǎng)絡(luò)）向?qū)ず糁行奶峤蛔约旱恼埱螅A(yù)訂自己所需的信息，尋呼中心通向?qū)ず糁行奶峤蛔约旱恼埱?，預(yù)訂自己所需的信息，尋呼中心通過交通信息網(wǎng)站獲得信息，就可以在特定的時刻向用戶提供他們過交通信息網(wǎng)站獲得信息，就可以在特定的時刻向用戶提供他們所需要的交通信息。所需要的交通信息。 貨物運輸信息管理。貨物運輸信息管理。公司總部可以通過廣域?qū)ず艟W(wǎng)向位于全國各公司總部可以通過廣域?qū)ず艟W(wǎng)向位于全國各地的公司所轄運輸車輛提供貨物信息，合理組織公司貨運資源，地的公司所轄

14、運輸車輛提供貨物信息，合理組織公司貨運資源，與移動通信相比這是一種比較經(jīng)濟的信息提供手段。與移動通信相比這是一種比較經(jīng)濟的信息提供手段。 增值服務(wù)。增值服務(wù)。通過軟件的設(shè)計，尋呼系統(tǒng)還可能用于實現(xiàn)加油付費、通過軟件的設(shè)計，尋呼系統(tǒng)還可能用于實現(xiàn)加油付費、自動售貨支付等業(yè)務(wù)的功能。自動售貨支付等業(yè)務(wù)的功能。通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 移動通信在移動通信在ITS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 用作信息查詢及發(fā)布的工具。用作信息查詢及發(fā)布的工具?？梢苑奖愕貙崿F(xiàn)與可以方便地實現(xiàn)與WEB網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，因此可以向使用者提供豐富的交通信息查詢、發(fā)布服務(wù)。因此可以向使用者提供豐富的交通信息查詢、發(fā)布服務(wù)。 用

15、作數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩?。用作?shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健？梢杂米鞯缆窋?shù)據(jù)采集后向交通中心的傳可以用作道路數(shù)據(jù)采集后向交通中心的傳輸途徑，甚至可以用作各個管理中心之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。輸途徑，甚至可以用作各個管理中心之間的實時數(shù)據(jù)傳輸。 用作調(diào)度指揮的手段。用作調(diào)度指揮的手段。由于由于GPRS既可以作為語音傳輸?shù)耐ǖ酪布瓤梢宰鳛檎Z音傳輸?shù)耐ǖ酪部梢宰鳛閿?shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，因此，可以方便地實現(xiàn)移動體（車輛可以作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，因此，可以方便地實現(xiàn)移動體（車輛駕駛員）與控制中心的話務(wù)、數(shù)據(jù)連接，可以完成調(diào)度控制中心駕駛員）與控制中心的話務(wù)、數(shù)據(jù)連接，可以完成調(diào)度控制中心對自己所轄車輛的調(diào)度指揮功能，兼以實現(xiàn)車輛導(dǎo)航功能。

16、對自己所轄車輛的調(diào)度指揮功能，兼以實現(xiàn)車輛導(dǎo)航功能。 通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用 DSRC在在ITS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 車-路通信主要面向非安全性應(yīng)用，以ETC系統(tǒng)為代表。它是一種應(yīng)用于公路，大橋和隧道的電子自動收費系統(tǒng)。車輛經(jīng)過特定的ETC車道，通過車載OBU與 路側(cè)RSU的通信，不需停車和收費人員采取任何操作的情況下，能自動完成收費過程。ETC系統(tǒng)能大大提高高速公路的通行能力，提高服務(wù)水平，簡化收費過 程，節(jié)約成本。 如右圖，除了已經(jīng)比較成熟的ETC系統(tǒng)外，還可以用在電子地圖的下載和交通調(diào)度等。路邊的RSU接入后備網(wǎng)絡(luò)與當(dāng)?shù)氐慕煌ㄐ畔⒕W(wǎng)或因特網(wǎng)相連，通過OBU與RSU的通信來獲得電子地圖

17、和路況信息等，從而可以選擇最優(yōu)路線，能夠緩解交通擁堵等。 通信技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用DSRC在在ITS中的應(yīng)用中的應(yīng)用 車-車通信方式主要用于車輛的主動安全方面。據(jù)世衛(wèi)組織統(tǒng)計全球每年有120多萬人死于交通事故，每年交通事故造成的經(jīng)濟損失高達5180億美元。將 DSRC技術(shù)應(yīng)用于交通安全領(lǐng)域，能夠提高交通的安全系數(shù)，作用是減少交通事故，降低直接和非直接的經(jīng)濟損失，以及減少地面交通網(wǎng)絡(luò)的擁塞。 當(dāng)前面車輛檢測到障礙物或車禍等情況時，它將向后發(fā)送碰撞警告信息，提醒后面的車輛潛在的危險。另一情形為，在路邊緊急停車的車輛向靠近自己的車發(fā)送警告消息，提醒它們不要進入危險區(qū)域。車-車通信的應(yīng)用還包括轉(zhuǎn)

18、彎速度控制、車隊管理和安全超車等。Telematics Telematics一詞是由Telecommunication與Informatics所組成，“Telematics”是以無線語音、數(shù)字通信和基于衛(wèi)星的GPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過汽車交換信息的技術(shù)，通過定位系統(tǒng)和無線通信網(wǎng)，向駕駛員和乘客提供交通信息、應(yīng)付緊急情況的對策、遠距離車輛診斷和互聯(lián)網(wǎng)(金融交易、新聞、電子郵件等)服務(wù)。 核心核心是結(jié)合通訊與信息技術(shù)，以汽車為主體與外界環(huán)境資源，如資訊、多媒體內(nèi)容之間單向或雙向互動傳輸。 車輛遠程信息服務(wù)系統(tǒng)、車輛資(訊)通信系統(tǒng)概念概念Telematics 主要功能包括：主要功能包括： 衛(wèi)星定位：基

19、于GPS與路線咨訊，做出路況知道與路線指引。 道路救援：當(dāng)發(fā)生車禍或車輛故障時，通過SOS按鍵自動聯(lián)絡(luò) 求援。 汽車防竊：通過衛(wèi)星定位提供失竊車輛的搜索與追蹤。 自動防撞系統(tǒng)：通過雷達感應(yīng)車與車之間安傘行駛距離。 車況掌握：實現(xiàn)車輛性能的自動檢測與維修診斷。 個性化資訊接收：收發(fā)電子郵件與個人定制咨詢。 多媒體娛樂資訊接收：高音質(zhì)與高清晰度的視聽設(shè)備、游戲機、個人行動咨詢中心、隨選視訊等。Telematics的主要應(yīng)用仍然集中在行車安全與車輛保全方面。的主要應(yīng)用仍然集中在行車安全與車輛保全方面。Telematics Telematics的雛形：車輛監(jiān)管系統(tǒng)的雛形：車輛監(jiān)管系統(tǒng) 在車輛監(jiān)管系統(tǒng)中

20、，在被監(jiān)控的車輛上裝上自動車輛定位設(shè)備(AVL)，AVL設(shè)備接受GPS衛(wèi)星信號，并根據(jù)GPS的定位原理完成對車輛的自動定位；AVL上的通信單元完成調(diào)度信息的接受和車輛狀態(tài)信息的發(fā)送；同時AVL設(shè)備與車輛的各種設(shè)備互聯(lián)，對車輛進行營運和安防監(jiān)控。定位跟蹤信息和通訊信息通過GSMGPRS公網(wǎng)的短消息信道和語音倩道傳輸，在調(diào)度中心的監(jiān)視終端采用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)把監(jiān)控目標(biāo)顯示在可視化的電子地圖上。根據(jù)監(jiān)視終端的顯示信息，調(diào)度中心操作人員就可以安排調(diào)度工作。Telematics Telematics技術(shù)的演進技術(shù)的演進如果以通信的角度來做區(qū)分，我們大約可以將Telematics系統(tǒng)分為三代：第

21、一代第一代 Telematics (V2Null)為獨立運作之系統(tǒng)，如獨立導(dǎo)航系統(tǒng)缺乏或僅有少部分無線通信功能第二代第二代 T e l e m a t i c s ( V 2 I - v e h i c l e - t o -infrastructure)透過手機向駕駛傳遞應(yīng)用服務(wù)以GPS為基礎(chǔ)提供駕駛行車安全及支持汽車本身應(yīng)用之服務(wù)(如防盜) 如GM公司O n S t a r , K D D I公司G-Book，裕隆 TOBE等第三代第三代Telematics (V2X vehicle-to-any)V 2 V ( v e h i c l e - t o -v e h i c l e ) 、

22、V 2 R ( v e h i c l e -t o - R S U ) 、V 2 P ( v e h i c l e - t o -person)等 無線寬帶多樣性應(yīng)用服務(wù)支持行車安全/預(yù)警，效能與殘障輔助第二代Telematics由于有了雙向的溝通， 便導(dǎo)入了TSP (Telematics Service Provider)；第三代Telematics引進了V 2 V 與V 2 P ， 有更多樣性的通信可能，則超越了TSP中央控管模式，進入了Ad-Hoc 網(wǎng)通信。將來更可能引出P2P (peer-to-peer)通信，以及Web2.0之行車應(yīng)用情境。TelematicsGM公司公司O n

23、S t a rTelematics Ad hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是一個沒有有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動網(wǎng)絡(luò)。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點都是由移動主機構(gòu)成的。該類型的網(wǎng)絡(luò)最初是應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，為了在戰(zhàn)場環(huán)境下分組無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的通信。還可用于災(zāi)難救助和臨時通信。 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)性是Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的重要特點。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通信的核心問題在網(wǎng)絡(luò)通信效率和節(jié)點能量消耗之間的合理平衡。 由于網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點沒有當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的先驗知識，通常在需要通信時才開始發(fā)現(xiàn)路由。常見的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由方式有主動構(gòu)建路由表、按需構(gòu)建路由，面向流的路由和適應(yīng)性路由等。典型的按需構(gòu)建路由協(xié)議有無線

24、自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由協(xié)議。Telematics 多跳無線網(wǎng)絡(luò)多跳無線網(wǎng)絡(luò) 在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個移動主機在彼此的通信覆蓋范圍內(nèi)時，它們可以直接通信。但是由于移動主機的通信覆蓋范圍有限，如果兩個相 距較遠的主機要進行通信，則需要通過它們之間的移動主機的轉(zhuǎn)發(fā)才能實現(xiàn)。因此在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，主機同時還是路由器，擔(dān)負著尋找路由和轉(zhuǎn)發(fā)報文的工作。在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個主機的通信范圍有限，因此路由一般都由多跳組成，數(shù)據(jù)通過多個主機的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達目的地。故Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)也被稱為多跳無線網(wǎng)絡(luò)。 Telematics 車載自組織網(wǎng)絡(luò)車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET) 隨著信息通信技術(shù)的進一步發(fā)展

25、，如何通過日益發(fā)達的無線通信網(wǎng)絡(luò)來提高汽車道路安全就成為業(yè)界所關(guān)注和產(chǎn)生濃厚興趣的問題。基于此，車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)的概念應(yīng)運而生。 車輛自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GPS)和無線通信網(wǎng)絡(luò) ，為處于高速運動中的車輛提供一種高速率的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)，進而可為車輛的安全行駛、計費管理、交通管理、數(shù)據(jù)通信和車載娛樂等提供一種可能的解決方案。Telematics 車輛自組網(wǎng)與傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)相比較，具有車輛高速行駛、信道快速衰落、多普勒效應(yīng)嚴重、網(wǎng)絡(luò)拓撲變化快等特征，這些也都是當(dāng)前無線移動通信面臨的主要難題。 VANET的應(yīng)用可以分為兩大類：一類主要解決行車安全，稱之為安全應(yīng)用；另一類主要提供增值

26、業(yè)務(wù)，如滿足乘客在車環(huán)境中的娛樂等功能，稱之為用戶應(yīng)用。車載自組織網(wǎng)絡(luò)車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)Telematics VANET相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(同DSRC系統(tǒng)架構(gòu))Telematics VANET相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)2 物理層技術(shù) 由于車載自組網(wǎng)獨特的性質(zhì)，決定了其對物理層的要求比較苛刻：要求在高速移動的環(huán)境下具有較強的頑健性，減少因高速移動引起的信號突變所帶來的影響，尤其是在高速下產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)等的影響；支持高速率傳輸，提供多跳連接（甚至是在節(jié)點密度比較小的情況下）,保證足夠的信息交互；而且對于安全報警信息延遲要非常小，支持突發(fā)性數(shù)據(jù)流, 保證其實時性；與MAC 層協(xié)議接口相匹

27、配；另外，需要工作在無需授權(quán)的頻段內(nèi)，以保證其應(yīng)用普及。 目前國外所應(yīng)用的車載自組網(wǎng)系統(tǒng)所采用的物理層技術(shù)主要是基于802.11(Wi-Fi) 標(biāo)準(zhǔn) 和UTRA-TDD(TD-CDMA)技術(shù)。相比而言802.11b 的性能要差很多，但是由于802.11b 無線模塊目前應(yīng)用普及、價格便宜、實現(xiàn)簡單，而且工作在2.4GHz 的免費頻段等特 點，廣泛被科研實驗所采用；而UTRA-TDD 技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜，造價較高，還有一些非技 術(shù)因素阻礙其應(yīng)用。這2 種技術(shù)各有長短。Telematics VANET相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)3 媒體訪問機制車載通信是在高速行駛的汽車上實現(xiàn)通信，要求移動和漫游的能力，以及高效、安全

28、的切換技術(shù)。無線環(huán)境下MAC層的接入方式主要可劃分為基于競爭的共享介質(zhì)方式和基于調(diào)度的獨享介質(zhì)方式兩大類?；诟偁幍姆绞街校湫偷挠蠧SMA/CA協(xié)議，比較適用于分布式的網(wǎng)絡(luò)?；谡{(diào)度的獨享介質(zhì)方式需要有中心控制節(jié)點參與信道的劃分，比如FDMA、TDMA、CDMA等方式。總之，在VANET網(wǎng)絡(luò)中，單純的基于競爭或者基于調(diào)度的MAC協(xié)議，或者僅僅是簡單地把兩種方式進行復(fù)合使用，都不一定能獲得好的效果。Telematics VANET相關(guān)技術(shù)相關(guān)技術(shù)4 路由技術(shù)VANET中的路由技術(shù)是為了解決如何在發(fā)送端車輛和接收端車輛之間尋找一條路徑從而確保通信的進行。被動型的路由協(xié)議是當(dāng)有數(shù)據(jù)包需要傳輸時才尋

29、找并發(fā)現(xiàn)路徑。主動型的路由協(xié)議的節(jié)點則是通過定時發(fā)送包含拓撲信息的控制信息來時刻保持一個正確的路由表。針對VANET網(wǎng)絡(luò)的特點，提出了地理位置路由算法用以減少節(jié)點的路由數(shù)目。實際上，在地理位置路由協(xié)議中，協(xié)議根據(jù)被傳送包的目的節(jié)點的地理位置決定轉(zhuǎn)發(fā)的路徑。一個中繼節(jié)點只需知道它自己的位置、目的節(jié)點的位置以及它的下一跳節(jié)點的位置。地理位置路由協(xié)議不要求保持整個顯式路由，而只需知道前一跳、自己及后一跳的位置，即使是動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它也具有良好的傳輸范圍。由于能夠通過全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS)知道車輛的位置，因此地理位置路由在VANET網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用具有很大潛力。地理位置路由協(xié)議還能優(yōu)化從源節(jié)點到目

30、的節(jié)點的路由選擇通路。 5 安全技術(shù)VANET網(wǎng)絡(luò)的研究才剛剛開始，其應(yīng)用前景廣闊。網(wǎng)絡(luò)的研究才剛剛開始，其應(yīng)用前景廣闊。 VSC(Vehicle Safety Communications)計劃計劃 2 0 0 2 年， 7 家汽車制造商： B M W 、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan、Toyota以及VW，與美國運輸部 (U.S. Department of Transportation，USDOT)合作，共同評估通信機制-尤其是“專用短距離通信”(Dedicated Short Range Communication，DSRC)，亦稱為“車用環(huán)境無線接入”(

31、Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE)，對于行車安全效能的幫助與提升。這些單位共組“車輛安全通信聯(lián)盟”(Vehicle Safety Communications Consortium，VSCC)來執(zhí)行為期2.5年(2002.52004.12) 的VSC計劃，針對行車安全的應(yīng)用情境及系統(tǒng)功能定義進行研究與評估其主要目的為： 評估以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用對于車輛事故降低能帶來的效益 對于選定之行車安全應(yīng)用，明確地定義出其通信需求 與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展組織合作，確認DSRC是否能符合行車安全應(yīng)用的需求 研究影響DSRC于行車安全應(yīng)用的技術(shù)議題 評

32、估以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用，于布建時的可行性 評估DSRC是否能符合安全應(yīng)用的需求研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用VSC(Vehicle Safety Communi- cations)計劃計劃該計劃特別針對“哪些行車安全應(yīng)用可藉由車輛與外界的通信來達成或加強”這個議題，進行了詳盡的研究，并從超過75的應(yīng)用提案中，匯整出34個與行車安全有關(guān)、11個與行車安全無關(guān)的應(yīng)用，其中與行車安全有關(guān)的應(yīng)用情境描述如表1所示。研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用 VSC(Vehicle Safety communications)計劃計劃 該計劃以美國境內(nèi)的輕型交通工具 (

33、light-duty vehicles)為對象，以“預(yù)估實施時間”、“預(yù)估實施效益”、“預(yù)估市場普及率”以及“通信模式”等原則，對表1中的應(yīng)用情境做進一步評估，以找出“哪些以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用具有最高的可能效益”，如表2所示。VSC(Vehicle Safety Communi- cations)計劃計劃對這3個近程 (near-term)及5個中程 (midterm)的行車安全應(yīng)用，該計劃進一步以“通信類型”、“傳輸模式”、“更新速率”、“允許延遲”、“傳送/接收數(shù)據(jù)”、“最大通信范圍”等項目做為指針，進行通信需求分析(如表3所示)。針對上述8項行車安全應(yīng)用，該計劃得到以下初步的分析結(jié)

34、果： 傳遞信息的封包非常精簡， 大小約在200500 bytes左右 (不考慮數(shù)據(jù)安全機制所帶來的額外負擔(dān)) 最大通信范圍介于50-300m 大部分的應(yīng)用采用單向 ( o n e - w a y ) 、單點對多點( p o i n t - t o - m u l t i p o i n t ) 的廣播(broadcast)機制 大部分的應(yīng)用采用周期性(periodic)的數(shù)據(jù)傳輸模式 (除了Emergency Electronic Brake Lights與Pre-Crash Sensing以外) 大部分的應(yīng)用允許100m/sec左右的延遲時間 (除了Pre-Crash Sensing以外)研

35、究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用 VSC(Vehicle Safety communications)計劃計劃這計劃同時檢視多種無線通信技術(shù)，評估它們是否能滿足這些行車安全應(yīng)用的通信需求。這些通信技術(shù)除了5.9GHz DSRC之外，還包括2.5G3G數(shù)字式蜂巢系統(tǒng) (Digital Cellular System)、藍牙(Bluetooth)、數(shù)字電視 (Digital Television，DTV)、高空平臺 (High Altitude Platforms)、IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)絡(luò) (Wireless LAN，WLAN)、全國差分衛(wèi)星定位系統(tǒng) (Nationw

36、ide Differential Global Positioning System，NDGPS)、雷達 (Radar)、免鑰匙遙控入車(Remote Keyless Entry，RKE)、衛(wèi)星數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng) (Satellite Digital Audio Radio Systems，SDARS)、地面數(shù)字廣播 (Terrestrial Digital Radio)、雙向衛(wèi)星 (Two-Way Satellite)與超寬帶 (Ultra-wideband，UWB)結(jié)果顯示：只有結(jié)果顯示：只有DSRC能夠滿足指定行車安全應(yīng)用的所有需求。能夠滿足指定行車安全應(yīng)用的所有需求。研究熱點：Telem

37、atics于行車安全的先進應(yīng)用EEBL(Emergency Electronic Brake Lights)計劃計劃基于V S C 計劃的研究結(jié)果， V S C C 中的6 個成員：BMW、DaimlerChrysler、Ford、GM、Nissan以及Toyota，決定自行發(fā)展并評估一個以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用。他們選擇EEBL做為目標(biāo)，原因是EEBL是一個近程可以實現(xiàn)的V2V應(yīng)用。在整個計劃的期間(2005.62006.3)，EEBL計劃的主要重點在于： 發(fā)展該應(yīng)用的使用概念、系統(tǒng)與通信需求 建立一個通用的EEBL信息集 (message set)以展示應(yīng)用的互操作性 (interope

38、rability) 執(zhí)行共通的工程測試 (engineering tests) 提供研究成果供業(yè)界參考 做為日后V2V行車安全應(yīng)用的發(fā)展參考為此，EEBL計劃著重于發(fā)展此應(yīng)用所需的信息協(xié)議 (message protocol)何時傳送信息，與信息內(nèi)容(message content)信息中必要的信息。其中，三種信息協(xié)議被用來進行評估：周期性信息 (10Hz)、事件驅(qū)動性信息 (如觸動煞車時所引發(fā)的信息)以及結(jié)合兩者的混合性信息；另外，一種共通的信息格式也被制定出來研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用EEBL(Emergency Electronic Brake Lights)計劃

39、計劃在EEBL計劃中，他們成功地實作出“路徑預(yù)測”(path prediction)的應(yīng)用決定傳送信息車輛(transmitting vehicle)是否與接收信息車輛 (receiving vehicle)位于同樣的路徑上。這功能與“自適應(yīng)行駛控制”(Adaptive Cruise Control，ACC)所需的路徑預(yù)測機能類似，但藉由V2V通信可將此信息整合至傳輸信息之中，能更有效地提升路徑預(yù)測的準(zhǔn)確性 (參考圖 3)。這是第一個開發(fā)成功的V2V應(yīng)用，并且在參與廠商的車輛上獲得互操作性的實證。之后，相關(guān)研究成果也轉(zhuǎn)移至“自動車工程師學(xué)會”(Society of Automotive Eng

40、ineers，SAE)，做為發(fā)展DSRC Message Set Dictionary (J2735) 的基礎(chǔ)。研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用 CICAS-V(Cooperative Intersection Collision Avoidance System-Violations)計劃計劃CICAS計劃是美國一個主要的政府與業(yè)界合作提案，目的在于發(fā)展與布建“協(xié)同式”(cooperative)的V2I系統(tǒng)，用以提升路口的行車安全。它是USDOT于”汽車基礎(chǔ)設(shè)施整合聯(lián)盟”VII計劃中的一項提案，主要進行三種提升行車安全的研究： CICAS-Violation (CICAS-

41、V)當(dāng)駕駛?cè)丝赡苓`反路口交通信號時，藉由車內(nèi)裝置警告駕駛?cè)说囊环N系統(tǒng) C I C A S - S t o p S i g n A s s i s t( C I C A S - S S A ) 一種動態(tài)信息號 (Dynamic Message Sign)系統(tǒng)，當(dāng)主要道路的車流間距過小，提醒次要道路的駕駛?cè)擞谶M入交會處要小心 CICAS-Signalized Left TurnAssist (CICAS-SLTA)一種動態(tài)信息號系統(tǒng)或車內(nèi)裝置，提醒駕駛?cè)擞谛盘柭房谧筠D(zhuǎn)時要小心研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用CICAS-V(Cooperative Intersection Coll

42、ision Avoidance System-Violations)計劃計劃車輛與路口皆配置有DSRC，當(dāng)車輛接近路口時，車輛可以得知前方路口是具有CICAS-V功能，并自DSRC一服務(wù)頻道取得路口圖資、定位校正等信息；接著車輛便可將自己定位于所取得的路口圖資之上 (可以精準(zhǔn)定位到車道)并取得前方路口信號的狀態(tài)。根據(jù)所得到的信號狀態(tài)，車輛可以提供警示給駕駛?cè)?；而車輛本身也可以提供信息給路口，如果有違反交通號志情事發(fā)生的話。CICAS-V的通信基本概念如圖4所示。研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用VSC-A(Vehicle Safety Communications-Applic

43、ations)計劃計劃在2006，VSC 2中的5位成員：Mercedes-Benz、Ford、GM、Honda以及Toyota，向USDOT提出一個為期3年(2006.122009.11)的計劃 (時程表如圖5)，其目的在于：發(fā)展與測試以通信為基礎(chǔ)的行車安全應(yīng)用，來決定5.9 GHz DSRC結(jié)合車輛定位結(jié)合車輛定位是否能提升自主性的車輛安全系統(tǒng) (autonomous vehicle based safety systems)并創(chuàng)造新的行車安全應(yīng)用。Only a small percentage of crashes is not relevant to vehicle locations

44、Active SafetyDriver AssistanceTraffic EfficiencyCommercial / Infotainment(source: general motor) GPSDGPS station3GDSRCDSRCDSRCDSRCRTCM,3GRTCM,3GDSRCRSURSUTraffic centreAbsolute and relative positioningAccuracy (RMS)CommunicationsCurrentProblemsCostRTK(L1/L2)Absolute5-10cmRelative5-10cmI2V: 3G1 HzV2V

45、:dsrc10 HZTimelinessRobustness reliabilityIntegrity10 k in futureDGPS(L1)Absolute1-2 mRelative5-10cmI2V: 3G1HzV2V:dsrc10HzTimelinessRobustnessReliabilityIntegrity1kIn futurePrecision GNSS can contribute significantly to the solutions, along with wireless communications and precise roadmaps.研究熱點：Tele

46、matics于行車安全的先進應(yīng)用未來的展望未來的展望先進車輛安全應(yīng)用技術(shù)是屬于“智能型運輸系統(tǒng)”(Intelligent Transportation System，ITS)的一支，其重點在于發(fā)展智能型輛(Smart Car)。在汽車電子技術(shù)的長年發(fā)展下，在被動式安全、主動式安全等領(lǐng)域已經(jīng)有許多很好的成果；而隨著無線通信技術(shù)的成熟發(fā)展，各國紛紛致力于Telematics相關(guān)技術(shù)研發(fā) ，期以多元化的車輛通信機制，帶動更多先進行車安全應(yīng)用，來提升現(xiàn)有行車安全系統(tǒng)的功能，并改善整體的交通運輸環(huán)境。研究熱點：Telematics于行車安全的先進應(yīng)用在可預(yù)見的將來，車載Telematics系統(tǒng)將會更有效

47、地結(jié)合各式感測機能、車輛通信網(wǎng)絡(luò)(V2V、V2R、V2I等)以及后端平臺與應(yīng)用(如導(dǎo)航、車隊管理、遠程診斷等)，創(chuàng)造更具有智慧的車輛與行車環(huán)境，以提供用路人(包括駕駛、乘客與行人)一個優(yōu)質(zhì)的V2X愿景(如圖所示)ITS通信選擇 考慮ITS應(yīng)用的通信準(zhǔn)則包括帶寬（頻帶寬度或位速率）、通信距離（可穩(wěn)定傳送信號的最大距離）、覆蓋區(qū)域（可穩(wěn)定傳輸信號的最大區(qū)域）、延時（信息傳輸時間，包括鏈路協(xié)議建立時間）、方向性（單向和雙向）及移動性的需求等參數(shù)。所有已有或待建的基礎(chǔ)通信設(shè)施（固定或移動）都應(yīng)該可以一定程度地服務(wù)于ITS。 ITS數(shù)據(jù)通信成本通常隨帶寬增長而增長，帶寬決定了某個時刻可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量。

48、稀疏的數(shù)據(jù)，比如從交通傳感器得到的交通數(shù)據(jù)，只需帶寬相對較低的有線（如電話線）或無線（如無線分組）通信，因為它們在單位時間只包含相對較少的數(shù)據(jù)位。相比之下，動態(tài)視頻圖像在單位時間包含大量的信息比特，需要帶寬的通信介質(zhì)（如同軸電纜和光纖）進行傳輸。 第三節(jié) 智能交通系統(tǒng)中的信息控制和信息利用原理 首先，幫助用戶作一個明智和協(xié)調(diào)的決策； 第二，支持道路設(shè)施端的交通控制； 第三，車輛端的車輛駕駛輔助； 最后，車輛和道路設(shè)施間協(xié)調(diào)功能。 決策支持和交通控制 在基礎(chǔ)設(shè)施一側(cè)，通過入口匝道信號燈的綠燈時間周期限制通過車輛的數(shù)量，匝道控制器控制進入高速公路的車流量，其目的是保持車輛密度在飽和交通流以下，同時保證有足夠的車輛間