时间：2023-09-08 09:29:15
序论：速发表网结合其深厚的文秘经验，特别为您筛选了11篇车载网络的特点范文。如果您需要更多原创资料，欢迎随时与我们的客服老师联系，希望您能从中汲取灵感和知识！
中图分类号：TP183 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）05-0109-01
由于网络信息化的快速发展，使得车载网络信息系统组成更加复杂，人们对于车载网络信息系统的故障诊断日益重视。建立准确、可靠、快速的故障诊断是完善车载网络信息系统性能的客观需求，也是技术发展的必然趋势。因此，故障诊断成为了车载网络信息系统研制工作中一个重要内容。
1 传统的故障树分析方法在故障诊断中的应用情况
故障现象与故障原因之间必然存在相应的因果关系，故障诊断就是根据该因果关系来进行推理与决策。
各种网络设备及网络系统的传统故障诊断大多采用故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）方法来进行故障诊断因果推理。故障树分析方法是一种从系统到分系统（部件），再到零件，按照逐层下降形式分析的方法。它从系统开始，通过逻辑运算符号绘制成一个逐渐展开的树形的分枝图，来分析故障事件（顶端事件）的概率，同时也可用来分析零件、分系统（部件）或子系统故障对于系统故障影响。
采用故障树分析方法来进行故障诊断推理时具备直接、明了、逻辑性强、基层维修人员易掌握的特点。但是故障树分析方法存在故障原因处理没有区分，断程序固化，没有突出各故障原因发生概率差异，无法体现其对系统故障的贡献大小，不能反映诊断成本、诊断时间等因素对系统故障产生的实际影响等不足。在诊断过程中，容易产生故障信息不确定性，而造成大型系统的故障搜索时间和空间显著增加。
2 基于故障树的贝叶斯网络进行故障推理原理
贝叶斯网络（Bayesian Networks，BN）是一种概率网络，贝叶斯网络是基于概率推理的数学模型，所谓概率推理就是通过一些变量的信息来获取其他的概率信息的过程，基于概率推理的贝叶斯网络是为了解决不定性和不完整性问题而提出的，它对于解决复杂系统的不确定性和关联性引起的故障有很大优势，在多个领域获得了广泛的应用。
建立贝叶斯网络模型是用它进行故障诊断的首要问题，它需要解决的问题包括网络节点的确定、节点间的有向弧连接关系、各节点的先验概率以及条件概率表的确定。文献给出了建立贝叶斯网络模型的一般步骤。
这种方法建立在模型建立者对系统比较了解的基础上，实施难度较大，限制了它的应用。在网络系统的故障诊断中，故障树分析和故障模式、影响及危害性分析是常用的方法。
贝叶斯网络和故障树具有很大的相似性。只是前者不仅承继了故障树的状态描述及推理方式，而且还具备描述事件多态性和故障逻辑关系非确定性的能力。
3 基于贝叶斯网络的故障诊断示例
某车载网络信息系统的无线通信系统故障树结构如图1所示。
与故障树中基本事件对应，以根节点X1代表电台天线，其状态分别为正常（0），信号不能发送等为故障（1）；X2代表中频板，其状态分别为正常（0），无输出等为故障（1）；其余以此类推。与故障树中顶端事件对应，以S1代表无线电台无法数据通信；S2代表X1与S3取或的逻辑结果；其余以此类推。建立的车载网络信息系统的无线通信系统贝叶斯网络结构如图2所示。
4 结语
本文在分析故障树分析方法的特点和贝叶斯网络在处理不确定性问题优点的基础上，提出了利用贝叶斯网络进行车载网络信息系统的故障推理应用。研究了基于故障树和故障模式、影响及危害性分析信息的贝叶斯网络模型建立方法，分析了贝叶斯网络的故障预测和推理原理，最后通过对于某型车载网络信息系统故障实例验证了上述方法的可行性和有效性。
中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.012
0 引言
车载网络（Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs）是支撑智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的关键技术，由具有无线通信能力的车辆节点或路边基础设施（Roadside Infrastructure Unit，RIU）构成。与传统移动自组织网络不同，车载网络管理的是公路上高速移动的机动车辆，网络拓扑随车辆移动动态变化，基于车载网络的交通应用对通信实时性要求较高。资源调度是提高车载网络数据吞吐量、降低数据传输时延的重要技术手段，是车载网络的重点研究内容。
为改进传统智能交通系统低效的通信模式，车载网络以更直接、高效的方式收集、传播和分发信息。资源调度是提高车载网络数据传输能力的重要技术手段，车载网络资源调度的主要挑战在于如何有效利用车载网络物理层条件（车辆移动性、车辆无线信道、车辆相对位置）满足应用层的需求。
Liu等人研究了如何利用RIU作为协作中继帮助车载网络车辆传输数据。Wu等人提出了一种从路边基站到行驶车辆的下行调度算法，对车载网络下行信道资源进行有效管理。Zhang等人提出了同时考虑上行和下行请求的调度算法。2013年Li针对WiMAX网络和WAVE网络中资源调度方式不同，提出一种基于反馈的两级资源调度机制。H.Ilhan等人提出了一种基于放大转发的自组织Ad Hoc网络的车载网络架构。M.Seyfi等人提出了一种两跳车载网络的中继选择策略。M.F.Feteiha等人提出了一种基于多天线放大中继的车载网络资源调度策略。Zheng等人基于图论提出了一种车辆与基础设施之间的链路V2I（Vehicle-to-Infrastructure）和车辆与车辆之间的链路V2V（Vehicle-to-Vehicle）并存的车载网络资源调度方法。文献[18]基于多选择的联合链路调度与资源优化方法。文献[19]基于LTE-Advanced架构提出了中继车载网络的一种传输方法。
这些研究从车载网络信道资源分配管理角度提高了路边基站的访问效率。不足之处在于，现有车载网络资源调度方法大多都基于车辆的瞬时状态，没有考虑车辆的移动性，难以准确刻画车载网络链路传输能力并充分发挥车载网络移动下的系统性能。
1 异构车载网络
如图1所示，一个典型的异构车载网络结构包含公路上高速行驶的车辆节点和RIU，所有的车辆都可通过V2I/V2V两种链路与RIU通信，进而接入Internet。同时，车辆与车辆之间通过V2V链路互相通信，共享路面信息。本文研究的异构车载网络由V2I（采用LTE-Advanced协议）和V2V（采用Dedicated Short RangeCommunication，DSRC协议）两部分链路组成；采用的调度算法是通过调度管理车载网络传输链路资源（V2I与V2V），帮助车载网络范围内各车辆互相协作，从而提高车载网络整体数据传输性能。
针对车载网络中网络节点是高速移动的机动车辆，本文提出了一种基于移动服务量的异构车载网络资源调度算法（Moble Services Resource Scheduling algorithm，MSRS）。MSRS算法中，由基站对两种网络资源进行统一调度。与现有算法（Achievable Rate-based Resource Scheduling algorithm，ARRS）使用车辆瞬时可达速率调度不同，MSRS算法首先依据车辆的运行轨迹计算调度周期内V2I和V2V链路移动服务量；根据V2I移动服务量分配车辆使用直接与基站通信还是通过协作转发车辆与基站通信；若车辆为协作通信方式，基站利用图论中的二分图最大权重匹配算法为车辆分配协作转发车辆，车辆作为二分图顶点、V2I和V2V链路为二分图边、V2I和V2V移动服务量为边的权重。MSRS算法为异构车载网络数据传输提供最大总吞吐量传输方案。仿真实验表明，与现有基于瞬时速率的资源调度算法相比，在不同车辆数量、车速、基站覆盖范围条件下MSRS算法都可以提供更高的数据吞吐量，与穷举资源调度算法相比，MSRS算法复杂度更低。
2 车载网络链路误差分析
车载网络中由于车辆快速移动，从而导致网络拓扑快速变化，节点间的通信链路质量变化也很快。采用基于瞬时可达速率的车载网络资源调度算法，为了适应网络的这种快变特点，必须缩短调度周期，不断计算并更新调度结果。这会带来调度计算和网络信令的开销大幅增长，降低车载网络有效传输能力。
如图2所示场景，V1远离RIU行驶，V2、V3与V1相对行驶靠近RIU。在图2（a）时刻车载网络进行资源调度，此时若采用传统的瞬时可达速率作为优化目标效用函数，由于V1此时离RIU近、信道条件好，则V3的最大可达速率策略为选择V1作为协作节点协助V3与RIU通信。图2（b）所示为调度周期结束时车辆的所在位置。比较图2（a）与（b）可以看出，由于V3与V1相对行驶且V1逐渐远离RIU，V3通过V1协助与RIU的可达速率不断减少，调度周期内V3获得的通信速率大大少于预期。可见，图2（a）调度获得的最优调度方案在实际运行时并不是最优方案，调度方案预期性能与实际效果有较大误差。
造成这种误差的原因是资源调度方案只考虑车载网络的瞬时静态可达速率状态，并以此为依据进行资源调度。而车载网络是不断运动变化的网络，节点相互位置动态变化，以静态方案规划动态变化的网络必然造成误差，难以达到最优配置网络资源的目的。为减少误差，现有资源调度方案大多通过增加调度频率、减少调度周期的方法减少网络在调度周期运行期间与方案规划时状态的差异。这种方法增加了通信开销，减少了算法有效持续时间，越来越不适应车辆密度越来越大、车速越来越快的现代交通网络。
因此，本文提出基于移动服务量的车载网络资源调度算法，通过计算调度周期内车辆能获得的移动服务量代替调度时的瞬时可达速率进行车载网络资源调度。该算法能反映调度周期内车辆位置变化带来的车辆可达速率改变，从而更精确的描述车载网络状态变化，减少车载网络资源调度算法在实际应用中出现的误差。
3 移动服务量
为设计更精确的资源调度方案，采用移动服务量代替瞬时可达速率，计算车辆在一个调度周期可以获得的移动服务量，从而更精确的描述车载网络链路状态，为更精确的资源调度方案设计打下基础。定义第k个调度周期可以获得的移动服务量为：
图7仿真车辆数目对MSRS算法的影响。20、40、60、80、100、120、140、160、180、200辆车辆随机分布在道路上，车辆最大时速35m/s，RIU覆盖半径500m，每种车辆数目进行200次实验取均值。从图7可以看出，十字路口场景下，无论车辆数目如何变化，MSRS算法相比ARRS算法所获得的资源分配方案更优，能使车载网络达到更大的数据吞吐量。
图8仿真车速对车载网络资源调度算法的影响。100辆车随机分布在道路上，RIU覆盖半径500m，车辆最大时速为22-52m/s，每种车速进行200次实验取均值。图8可以看出，十字路口场景下，无论最大车速如何变化，MSRS算法相比ARRS算法得出的资源分配方案更优，能使车载网络达到更大的数据吞吐量。随着最大车速增加，MSRS算法相对ARRS算法的总吞吐量也呈现不断增长趋势；在最大车速大于40米/秒后，MSRS算法相对ARRS算法的性能优势更明显，说明随着车速增加，车辆在一个调度周期移动的距离增大，ARRS算法描述车辆链路性能的误差也越大，因此MSRS算法相对ARRS算法的性能优势更加明显，MSRS算法更适合高速移动车载网络。
图9仿真RIU覆盖范围对车载网络资源调度算法的影响。100辆车辆随机分布在道路上，车辆最大时速为35m/s，RIU覆盖半径500-1500m，为每种覆盖半径进行200次实验取均值。
1、单片机局域网技术概述
单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，它将一个计算机系统集成到一个芯片内。20世纪80年代中期到90年代末，以微处理器为核心的单片机技术开始大规模应用在汽车领域。2000年以后，单片机控制技术在汽车轿车领域的应用逐渐普及，出现了以网络技术进行信息的传递与交换的局域网控制技术，其控制内容覆盖了发动机动力控制系统、车身控制系统、底盘控制系统。
2、故障类型
2.1 汽车电源系统引起的故障
车载网络系统的核心部分是含有通信Ic芯片的电控单元，其正常工作电压在10.5～15.0v之间。若汽车电源系统提供的工作电压低于该值，会造成一些对工作电压要求较高的电控单元暂时停止工作，从而使整个车载网络系统暂时无法通信。
2.2 节点故障
在网络覆盖的电控单元内，某些电控单元由于受到外界干扰，错误地向执行器发出指令，使一些执行器不能按照预先设计的控制机理正确动作。
2.3 链路故障
车载网络系统的链路（或通信线路）发生故障时，如通信线路短路、断路，以及由于线路物理性质引起的通信信号衰减或失真，都会引起多个电控单元无法工作或电控系统错误动作。
3、车载网络系统的故障检修
3.1 检修注意事项
（1）使用测试器时，其开放端子电压应为7V或更低。（2）在检查电路之前确保关闭点火开关，断开蓄电池负极电缆。（3）当插接器需要更换时，只能更换认可的电气插接器，以保证正确的配合，并防止线路中电阻过大。（4）动力系统电控单元对电磁干扰极其敏感。（5）为避免损坏线束插接器端子，在对动力系统电控单元线束插接器进行测试时，务必使用合适的线束测试引线。（6）不要触摸动力系统电控单元插接器端子或动力系统电控单元电路板上的锡焊元件，以防因静电放电造成损坏。（7）在利用电焊设备进行焊接时，必须从动力系统电控单元上拆下线束插接器。（8）确保所有线束插接器连接可靠。
3.2 自诊断功能
（1）采用CAN的车辆对诊断仪的要求。1）能够自动识别汽车电控单元的型号和版本。2）能够完全访问汽车电控单元上开放的存储资源。3）能够不失真地按照原厂要求显示从汽车电控单元上获取的数据。4）支持以下功能：读码清码；动态数据分析；执行元件测试。
（2）自诊断系统能识别的故障码。一条或两条数据线断路；两条数据线同时断路；数据线对搭铁短路或对正极短路；一个或多个电控单元有故障。
4、故障检修步骤与检测方法
4.1 故障检修步骤
（1）了解车载网络系统的结构形式。（2）了解该车型多路信息传输系统的特点。（3）了解车载网络系统的各种功能。（4）检查汽车电源系统是否存在故障，检查交流发电机的输出波形是否正常等。（5）检查汽车多路信息传输系统的链路是否存在故障。（6）检查是否为节点故障。（7）利用车载网络系统的故障自诊断功能。
4.2 故障检测方法
（1）检测电控单元的功能故障。（2）检测CAN数据总线故障。（3）检测电控单元故障。（4）检查车载网络系统的链路故障。（5）检查车载网络系统节点故障。（6）检查软件故障与电控单元编程。（7）检查故障码。（8）数据总数的波形检测。
5、总结
5.1 车载网络传输系统的节点故障
节点是车载网络传输系统中的电控模块，因此节点故障就是电控模块ECM的故障。它包括软件故障和硬件故障。软件故障即传输协议或软件程序有缺陷或冲突，从而使车载网络传输系统通信出现混乱或无法工作，这种故障一般成批出现，且无法维修。
5.2 汽车电源系统引起的故障
Abstract: with the rapid development of Internet of things, the car slide networking also presents a strong momentum of development. This article mainly from the car slide networking overview, cargo network in information dissemination, cargo car networking challenges and solutions in three aspects to explore the application and development of cargo car networking technology
Key words: the Internet of things; On-board network; technology
中图分类号：TN711文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
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。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。
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。
参考文献
doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.12.012 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）12-0055-04
引用格式：郭稳涛. 基于异构网络上下文感知垂直切换判决策略的研究[J]. 移动通信， 2016，40（12）： 55-58.
1 引言
随着汽车的普及，城市道路越来越拥堵。将车辆与道路信息进行联网形成车联网，能有效减少城市拥堵，无线通信技术的发展使得这一设想变为现实。然而车载移动终端处于运动状态，不可能长期处于一个独立的网络，因此车联网的发展趋势一定是多种网络并存的异构网络。为了保证车载移动终端在异构网络环境下服务的连续性，要求移动终端进行网络接入切换时必须做到无缝切换，所以在研究垂直切换技术时，解决问题的关键是切换时的时延，可选择一种合适的上下文感知垂直切换判决策略应用到切换当中，能够有效提高垂直切换的性能。
2 基于SCTP协议的垂直切换技术
2.1 SCTP协议
SCTP（Stream Control Transmission Protocol，流控制传输协议）是一种点对点、面向传输层的协议，它能够使两个端点之间的数据传送更加稳定、有序。SCTP在一定程度上是TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）的改进，它保留了TCP较为完善的拥塞控制，同时对TCP的不足之处进行了改进，如改单地址连接为多宿主（Multi-homing）连接等。
SCTP通信前必须建立通信关联，关联指的是两个端点之间的通信关系，任何时候两个端点之间只有一个关联，SCTP用传输地址唯一识别。但是SCTP的多宿主性允许每个端点有多个IP地址，通过IP关联，一个关联有多个实现路径。
SCTP关联示意图如图1所示：
2.2 mSCTP协议
SCTP协议与DAR扩展一起被称为mSCTP（移动SCTP），为了满足SCTP协议移动性的要求，IETF（The Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）专家对协议进行了动态地址扩展重置，使得SCTP协议满足点对点的移动性。
在mSCTP协议中，一个点可以同时绑定多个IP，能对IP地址进行动态删减或增加，当IP地址发生改变时，动态地告知关联的连接点。关联路径可以通过主路径和备选路径实现，通信一旦建立，只有一条路径即主路径，其余的路径则都是备选路径。主路径的IP为mSCTP协议通信服务，当这个主IP发生故障时，备选IP地址中信号最好的可作为此时的主IP继续完成数据传送。
从上述过程来看，在传输层垂直切换过程中，信号的强弱仍然是传统的判决策略选择依据。但是在异构网络环境下，来自不同的网络在物理层采用的技术不一样，导致信号的强弱也不一样，以信号的强弱作为垂直切换的依据显然不能满足异构网络的需求，基于上下文感知的垂直切换判决策略能够解决此类问题。
3 上下文感知切换判决策略
3.1 上下文感知的判决策略
上下文感知是无线网络通信的核心技术之一，控制系统能够根据上下文的环境变化随时调整自身行为，解放人对控制系统的管理，上下文感知是智能控制的有效实施途径。
在车联网环境下，车载移动终端、用户的需求喜好和不同网络的背景信息都是需要综合考虑的，基于上下文感知的判决策略能够有效解决上述问题。它包含自适应管理和上下文背景资料库两个主要部分。自适应管理负责垂直切换的判决，以上下文背景的变化为依据自适应调整切换执行过程；来自不同网络、不同层级的上下文背景信息则由上下文背景资料库负责收集和管理，同时上下文背景资料库对信息进行评估。在此基础上，终端位置的变化、网络QoS（Quality of Service，服务质量）都是评估对象，通过评估来判决切换的时间和切换的目标网络。
基于上下文感知的判决策略流程图如图2所示：
首先收集信息，包括车载终端信息、用户喜好信息和网络信息等，这些信息都是判决的依据；然后利用AHP（Analytic Hierarchy Process，层次分析法）和SAW（Simple Additive Weight，简单加权法）对收集的信息进行分析，在上下文背景信息库中进行查询，如果有相同的案例则直接进入切换过程，如果没有则采用层次分析法对当前的网络权值进行计算，针对用户的喜好信息，利用简单加权法分析后选择最适宜的网络进行切入；最后对通信连接进行垂直切换判决，同时对连接信息表进行维护，控制网络信息和移动节点。
基于上下文感知的执行流程图如图3所示：
3.2 层次分析法规范网络参数权值
层次分析法（AHP）是20世纪70年代由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂提出，它的特点是把复杂问题的关联因素进行层次划分，一般形成措施层、准则层和目标层等层次，然后对每个层次中的要素进行两两比较，形成重要性的定量描述，最后通过数学方法计算每层的重要性权值，把各层的结果求和得到总排序。本设计采用层次分析法（AHP）对网络进行判决，选择网络信号强度、网络延时和网络带宽3种关键因素参数作为分析依据，具体如下：
（1）建立层次结构模型。根据网络属性特点，将系统分为目标层、指标层和方案层。其中，把可选网络的权重作为目标层；指标层则包括网络信号强度、网络延时和网络带宽三个内容；把UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）、WLAN（Wireless Local Area Networks，无线局域网络）作为方案层。
（2）构造判断矩阵。把指标层网络信号强度、网络延时和网络带宽三个网络参数分别定义为a1、a2、a3，用1至9及其倒数标度的方法构造判断矩阵，其中网络参数变量的取值不同反映了车载移动终端对各要素重要性的认识。
（3）计算权值向量做出一致性判断。根据之前构造的矩阵计算其权值向量，判断矩阵的完全一致性，如果计算出矩阵不具有完全一致性，则需要重新构造矩阵，直至达到完全一致性，此时计算出来的权值向量就是相应的网络权重。
（4）得出不同网络的最终权值。各个可选网络的权值都可以通过矩阵计算的方法得到，然而不同网络的收费标准不一样，服务质量也不尽相同，这些原因都造成了用户对网络的选择有一定的主观性，所以层次分析法计算出来的权值也不能作为最终的切换依据，必须把用户的喜好等因素考虑进来，利用简单加权法对信息进行综合分析，最终得到每个不同网络的权值，然后再选择最优网络进行切入。
3.3 策略实现过程
本方案设计选择的异构网络环境为WLAN和UMTS两种无线网络重叠区域，当车载移动终端从WLAN网络区域驶入UMTS网络区域时，收集满足切换条件的各种信息，如网络信息、用户喜好等，采用层次分析法和简单加权法进行分析判决，看所处网络是否满足切换条件，一旦满足切换条件，则车载移动终端自动切换到最优目标网络。基于上下文感知的垂直切换过程具体如下：
（1）关联通信
车载移动终端作为移动节点，在WLAN网络中访问到接入点信号后分配IP地址，在WLAN网络中与通信对端建立SCTP关联，SCTP进行初始化，把分配的IP地址设置成主IP地址并进行通信。
（2）判决切换
车载移动终端在通信的过程中同时收集一些相关信息，然后在上下文信息库中查找，通过扫描看库中是否存在相同的判决和切换案例。如果发现有相同的案例，那么车载移动终端直接按照相同的切换过程进行切换；如果库中没有找到相同的案例，那么就要通过层次分析法和简单加权法进行分析、计算，最终得到综合权值，车载移动终端再根据权值结果在网络中选择最优的网络进行切入。切入后，再从最新的网络重新获得IP，通知SCTP协议栈，与现有的SCTP进行关联绑定，实现通信。
（3）新增IP关联
当车载移动终端从WLAN进入UMTS后，重新获得IP地址，把新的IP地址加入到自己的IP地址列表的同时，将参数的地址配置变化信息向通信对端发送，同时把新的地址信息进行关联，通信对端接收后向移动终端发送确认信息进行确认。
（4）重新关联通信
当车载移动终端继续向UMTS网络覆盖的区域移动时，由于先前的WLAN网络不能再用，需要把IP地址进行变更，从UMTS网络重新获得新的IP，将这个IP作为主IP进行通信关联，IP的更换过程通过移动终端与通信对端的应答实现，当新的IP关联形成之后，车载移动终端就能够在新的UMTS网络环境中进行新的通信。
（5）删除旧的IP
随着车载移动终端的继续移动，UMTS网络信号可能越来越弱甚至不能再用时，移动终端必须在IP地址列表中把在UMTS网络获得的IP地址进行删除，这一过程可以通过与通信对端的应答得以实现。当移动终端成功地从WLAN网络中接收到第一个数据包时，切换过程完成。当车载移动终端继续前进，进入到新的无线网络覆盖区域时，重复执行上述相同的切换过程。
4 结束语
本文通过对目前mSCTP协议进行修改，引入上下文感知的垂直切换技术，对车载移动终端、用户的喜好、通信网络等因素综合考虑，采取层次分析法和简单加权法优化判决策略，将垂直切换中的目标发现、判决决策和切换执行三个关键过程有效融合，对垂直切换的时延和吞吐量等问题进行了有效地改善，提高了异构网络中的垂直切换性能。
参考文献：
[1] 马彬，谢显中，廖晓峰. 车辆异构网络中预测垂直切换算法[J]. 电子与信息学报， 2015（4）： 874-880.
[2] 孟超，朱耀麟，丁淑雯. 模糊控制系统的垂直切换判决算法分析[J]. 重庆大学学报： 自然科学版， 2015（3）： 130-135.
[3] 潘d，张磊，刘胜美. 基于未来负载预测的无线异构网络自适应负载均衡算法[J]. 系统工程与电子技术， 2015（6）： 1384-1390.
[4] 银奕淇，张微，范双南. 异构融合机制下物联网联合垂直切换判决算法研究[J]. 福建电脑， 2013（6）： 7-9.
[5] 陶洋，谭鹏，乔会学，等. 一种基于业务切换的垂直切换判决算法[J]. 广东通信技术， 2013（10）： 35-41.
[6] 赵倩丽，曾兴斌，何加铭. 异构无线网络的自适应垂直切换判决算法[J]. 无线电通信技术， 2012（6）： 8-11.
[7] 李桥龙. 基于上下文传输的安全快速垂直切换优化[J]. 信息工程大学学报， 2012（4）： 443-447.
[8] 徐名海，王宇. 跨层协作的两级垂直切换判决[J]. 计算机应用研究， 2012（7）： 2579-2583.
[9] 郑玉甫，高平，蒋占军，等. 基于灰色系统理论的垂直切换预测模型研究[J]. 兰州交通大学学报， 2012（6）： 71-73.
1、汽车电子技术的发展历程
汽车电子技术在经历了零部件层次的汽车电器时代、子系统层次的单片机（汽车电脑）控制时代之后，已经开始进入汽车网络化时代，并向汽车信息化时代迈进。按照电子产品和电子控制系统的技术特点，可将汽车电子技术的发展大致可划分为四个阶段。
1.1 第一阶段―零部件层次的汽车电器时代
1965～1980年属于零部件层次的汽车电器时代。汽车发电机晶体管电压调节器和晶体管点火装置等开始装备汽车，而且电子控制装置又逐步实现了由分立元件向集成化的过渡。
这一阶段，装备汽车的其他电子装置还有转向系统电子式闪光器、电子控制式喇叭、电子式间歇刮水控制器、数字时钟及高能点火（HEI）线圈和集成电路点火系统等。
1.2 第二阶段―子系统层次的汽车电脑控制时代
1980～1995年属于子系统层次的汽车单片机（汽车电脑）控制时代。在这一时期，单片机（微处理器）在汽车上得到广泛应用，以单片机为控制核心，以实现特定控制内容或功能为基本目的的各种电子控制系统得到了迅速发展。进入20世纪90年代，出现全面、综合的电子控制系统。
电子控制技术在汽车上的广泛应用，不仅拓展了电子控制的功能和控制内容，提高了控制精度和汽车性能，而且也为汽车网络技术的发展奠定了坚实的基础。
1.3 第三阶段―整车联网层次的汽车网络化时代
1995～2010年属于整车联网层次的汽车网络化时代。采用先进的单片机技术和车载网络技术，形成了车上的分布式、网络化的电子控制系统。整车电气系统被连成一个多ECU、多节点的有机的整体，使得其性能也更加完善。
目前，世界主要汽车制造商生产的的多数汽车上均采用了以CAN、LIN、MOST、DDB等为代表的网络控制技术，将车辆控制系统简化为节点模块化。
在基于现场总线的分布式控制中，任何传统意义上的传感器和执行器都可以与同一现场的节点相组合，构成节点模块，汽车网络技术进一步优化了汽车的控制系统，极大地提升了汽车的整体控制水平。
1.4 第四阶段―以Telematics技术为代表的汽车信息化时代
2010年7月，国际Telematics产业联盟（ITIF）成立大会暨2010首届国际Telematics产业发展高峰论坛在广东佛山市隆重举行。以此为标志，2010年成为汽车信息化时代的发轫之年。
汽车网络技术是现代汽车电子技术的重要组成部分，也是现代汽车通信与控制的基础。伴随着汽车网络技术的日趋成熟，汽车电子技术开始向信息化时代迈进。网络化时代的汽车电子技术注重解决汽车内部各个系统之间的信息交换问题，而信息化时代的汽车电子技术则可以实现车内网络与车外网络之间的信息交换，全面解决人―车―外部环境之间的信息交流问题。
2、车载网络技术的发展趋势-Telematics
汽车技术的发展脚步远未停止，在主要以动力传动、车身控制、行驶安全性、多媒体传输为主要控制目标的汽车网络技术逐步完善、日趋成熟的同时，又开始向汽车信息化时代迈进。可以预见，在不远的未来，汽车将进入以Telematics技术为代表的信息化时代。
2.1 Telematics简介
Telematics是远程通信技术（Telecommunications）与信息科学技术（Informatics）的合成词，意指通过内置在汽车、航空器、船舶、火车等运输工具上的计算机网络技术，借助无线通信技术、GPS卫星导航技术，实现文字、图像、语音信息交换的综合信息服务系统。也就是说，Telematics技术整合了汽车网络技术（也包括其他移动运输工具内部的网络技术）、无线通信技术、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）卫星导航技术，通过无线网络，随时给行车中的人们提供驾驶、生活、娱乐所必需的各种信息。通常所说的Telematics就是指应用无线通信技术的车载电脑系统。Telematics是无线通信技术、卫星导航系统、网络通信技术和车载电脑的综合产物，被认为是未来的车载网络技术的发展趋势。
2.2 Telematics的功能
Telematics特点在于大部分的应用系统位于网络上（如通讯网络、卫星与广播等）而非汽车内。驾驶者可运用无线传输的方式，连结网络传输与接收信息与服务，以及下载应用系统或更新软件等，所耗的成本较低，主要功能仍以行车安全与车辆保全为主。
（1）卫星定位导航。
（2）紧急道路救援。行车过程中，如果发生车祸或车辆出现故障，驾驶员可通过Telematics系统的紧急呼叫按键，自动联系紧急服务机构（119、120等急救机构）或汽车服务站，以获得道路救援。
（3）汽车防盗及搜寻。通过GPS卫星定位技术确定失窃车辆的位置和行车路线，以便搜寻与追踪，追缴车辆并缉拿盗车贼。
（4）车辆调度管理。通过无线信息传输，实现运营车辆的调度管理。
（5）自动防撞系统。通过测距传感器或雷达，监测前、后车辆之间的车距，自动调用车载自适应巡航系统，使前、后车辆之间保持必要的安全距离。
（6）车况掌握。车辆性能与车况的自动监测、传输，进行多地、远程 “专家会诊”，指导车辆维修等。
（7）个人化信息接收与。收发电子邮件与个人化信息等。
（8）多媒体影音娱乐信息接收。高画质与高音质的视听设备、游戏、上网、个人行动信息中心、随选视频资讯等。
（9）车辆应急预警系统。当行驶中的车辆遇到紧急情况是，可以借助Telematics系统向外界发出应急申请，亦可接收来自道路交通管理部门的紧急情况警告及应急响应预案，确保行车安全和道路畅通。
2.3 Telematics系统的应用领域
Telematics系统在汽车上的布置可分为前座系统、后座系统与发动机系统三大子系统。
前座系统主要以行车安全、车辆保全、驾驶方便性与舒适性为主要目标。为了避免造成驾驶者分神，前座系统的信息输入方式主要采用语音输入或触摸屏（触控面板）；信息输出方式则为中尺寸面板（LCD或OLED）、语音输出或投射在汽车前挡风玻璃的抬头显示（Head-Up Display， HUD）等。为了避免造成驾驶者分神，前座系统的信息输入方式主要采用语音输入或触摸屏（触控面板）；信息输出方式则为中尺寸面板（LCD或OLED）、语音输出或投射在汽车前挡风玻璃的抬头显示（Head-Up Display， HUD）等。发动机系统主要是根据汽车电脑所收集的车况信息，进行车况诊断、行车效率最佳化、远程发动机调整或零件预定等。
从上述分析不难看出，Telematics技术基于GPS全球定位系统技术、GIS地理信息系统（Geographic Information System）技术、ITS智能交通系统（Intelligent Transport System）技术和无线通信技术。
3、结语
随着汽车电子控技术的发展，基于现场总线技术的车载网络系统已在汽车上得到了广泛的应用，并将不断地向汽车网络信息化逐步迈进。Telemetric技术的发展，体现了一个国家的综合科技实力，已经成为世界各国竞相研发的技术热点之一。
作为城市轨道交通建设重要组成部分的旅客资讯系统，是一套面向乘客的导乘信息、运营信息、公益商业广告、地铁服务宣传的数字媒体信息综合和管理的平台。南京地铁1号线在规划设计中并没有考虑该系统的建设，在l号线建设过程中，南京地铁公司从提高地铁运营和乘客服务水平，以及增加运营收人的角度出发，增加了该系统的建设。该系统主要分为车站和车载两个主要部分，本文主要介绍南京地铁1号线车载旅客资讯系统的设计与实现。
1 地铁车载旅客资讯系统的需求及特点
了车站旅客资讯系统的建设，并随着地铁工程进展实施完成。在地铁建设过程中，我们了解到车载旅客资讯系统的建设对提高地铁运营服务水平和运营收人也有着重要意义，决定增加该系统的建设。在该系统设计中，我们充分利用了已建系统的技术功能潜力，包括隧道泄漏电缆、各车站发射设备、数据传输通道(光纤、千兆以太网、SDH信道等)。根据南京地铁的实际情况，系统具备以下几个特点。
(1)可视性，车载旅客资讯系统要提供导乘信息和重要提示信息，所以要求具备良好的可视性，具备良好的实时视频播出效果，使旅客能在第一时间获得清晰的动态的音像信息，同时实现商业广告的播出。
(2)可控性，地铁导乘信息会经常根据地铁不同运营情况或突发事件进行调整，不同列车所播出信息不尽一致，所以本系统需具备控制中心和列车两级控制功能，对播出节目和信息进行切换。
(3)可扩展性，地铁往往分期、分阶段建设，最终形成由多条线路构成的地下轨道交通网络，因此要求旅客资讯系统具备较强的可扩展性。
2 车载旅客资讯系统实现技术比较
针对南京地铁车载旅客资讯系统的要求，在系统设计时主要存在两种技术实现方式，一种是基于网络流媒体技术;一种是基于数字视频广播(Digital Video Broadcast，简称DVB)技术。随着科学技术的发展，这两种技术也相互吸收对方的长处，不断打展各自的应用领域。
2.1 网络流媒体技术
网络流媒体技术是伴随着现代计算机技术、网络技术发展起来的，随着网络速度和计算机运算能力地不断提高，使得远程实时播放视频文件成为可能。在车载旅客资讯系统中，车载计算机通过无线以太网从远程服务器实时下载视频文件、播表、导乘信息、，经过软件对上述信息进行合成，再通过计算机的图形显示卡以VGA方式输出到终端显示屏上。采用这一技术方式好处在于:一是系统可控性强，可以根据不同列车来播放不同的节目、信息;二是可以充分利用已建好的车站旅客资讯系统的中央服务器、终端计算机和以太网传输平台，造价低廉。但是在系统设计时无线以太网传输技术水平还比较低，数据信息量少，更新效率较低，接收到的视频图像数据还达不到实时播放的效果。
2.2 数字电视广播技术
数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)是DVB一系列标准中较新的一个标准，用于地面开路数字电视系统，采用国际标准的MPEG-2编码，COFDM(编码正交频分复用)调制方式。在采用该技术的系统中，地铁列车在运行过程中连续不间断地接收到由泄漏电缆或地面发射基站发射的实时信号，通过数字机顶盒进行解码，并转换为模拟复合视频和音频信号，再经过视音频分配器输出到终端显示屏上。采用这一技术方式好处在于:一是系统实时视频节目播放质量高，新闻时效性高，娱乐性强;二是可利用己建好的地铁光纤网络和隧道信号泄漏系统。但是由于DVB-T是广播方式发送信号的，虽可以通过加扰器和CA(身份认证)卡做到针对某列车发送定制信息，但信息量小，且需要通过电视台发送，所以无法做到地铁信息实时远程播控。
3 车载旅客资讯系统的设计
我们根据以上两种实现技术方式的优缺点，为保证南京地铁在2005年9月正式通车时，车载视讯系统也能同步开通，确定了DVS-T的方案。而针对其方案的缺陷，我们通过在列车上增建一套播放控制设备来解决列车个性化信息播出问题。
1．2网络拓扑结构所谓网络拓扑设计是指依据所给定的信息流特性———通信业务量和终端节点的位置，确定中间节点的位置和网络节点之间连接的方式。最佳的网络拓扑设计是网络经济性的可靠保证，同时网络拓扑设计也将影响到网络的可靠性、链路的容量及分配、流量控制及网络延时等主要指标。针对应急通信领域垂直管理的工作特点，适合采用树形网络拓扑结构。在这种拓扑结构中，每个结点与其子结点有连接，并根据实际需要确定是否与同级其他子结点进行有限连接，在指挥调度过程中，通常每个机构听命于一个上级部门，涉及到同级子节点联合行动时，一般都由共同的上级单位负责协调，所以同级子节点直接通信的情况并不是很多，但是为了提高整个通信网络的抗毁能力，可以考虑将几个重点子节点进行同级有限连接。树形结构是天然的分级结构，与其他拓扑网络相比通信线路总长度短，成本较低，节点扩充灵活，寻径方便，便于管理。省级应急通信领域短波通信网由省级应急通信部门、市级应急通信部门和县级应急通信部门3层网络构成。整个短波通信网能够实现对全省地域的全部覆盖，必要时还能够与其他职能部门，以及周边省份的救援单位跨区联络，实现应急救援指挥无线通信逐级或越级的实时指挥调度。县区台、市台和省台之间在结构层次上形成短波树形拓扑结构通信网络。根据业务处理的需要，在同层次上还可组成网形拓扑结构，这样每个结构节点之间有多条路径可供选择，具有较高的可靠性，其网络拓扑结构示意图如图1所示。
2设备选型情况分析
针对短波通信系统网络的层次构成，在设备选型上，从实际需要出发，以设备功能先进性、稳定性为重，同时权衡设备的性价比，在满足系统功能需求的基础上，达到系统功能先进，运行稳定、易于操作、升级维护方便、兼容性好，性价比高。
2．1电台种类选型短波电台按用途和使用条件，分为固定式、车载式和便携式电台。固定式电台主要用于战略通信，通常组成发信集和收信集，其功率为数百瓦至数千瓦，甚至到数十千瓦，一般使用性能较好的大型天线;车载式电台用于组成指挥所通信枢纽或作移动通信使用，其功率为数十瓦至数千瓦，一般使用鞭形天线和双极天线;便携式电台主要用于保障战术分队的通信联络，具有体积小和重量轻等特点，一般采用鞭形天线，利用地波进行近距离通信，功率通常为数瓦至数十瓦。针对应急通信领域不同级别的特点和功能，建议采用如下方式配备短波电台设备:省级应急通信部门建议由125W或者400W固定基地站台、125W动中通车载台以及背负电台组成;在市级应急通信部门配备125W固定基地站台和背负台，实现全市范围的远距离报、话通信能力;在县应急通信部门配备背负台，能够实现对全县的覆盖，必要时可以装到通信车或者指挥车上进行通信。
2．2天线种类选型固定台建议采用全向三线基地宽带天线，可实现1500～2000km半径内的语音、报文传输，对全省的地级市和县实现无缝隙覆盖。全向三线基地宽带天线采用宽带匹配网络和加载技术，天线具有工作频带宽、电压驻波比小、辐射效率高、免天调等技术特点。全向三线基地宽带天线采用三线偶极结构，具有性能稳定、抗风能力强、不易损坏等特点。全向三线基地宽带天线根据不同的应用场景可以采用平拉方式架设或者倒V方式架设，平拉方式架设适用于固定台的远距离通信，倒V方式架设适用于固定台的中、近距离全向通信。固定台除了全向三线基地宽带天线外，也可使用高增益，低仰角对数周期天线(LP)，但天线价格昂贵。通信距离较长，在实践中100W短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高，也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。距离在600km以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。车载式和背负式短波电台根据电台的不同功能配备不同的电台天线，通常配置为车载鞭天线和便携天线杆等。
2．3其他考虑因素车载式和背负式短波电台建议选用具有双天线插口、能够实现一机多用(可用于基地、车载、背负等多种方式)的数字化背负电台，便于系统改造升级和节约以后的建设经费。在日常情况下配备双极或三线天线作为基地电台使用，与上级单位保持畅通;在紧急情况下可去掉基地天线接头，移至应急车或者通信车上配合车载天线作为车载电台赶赴现场并在行进中与上级单位保持畅通;当车载鞭状天线处于短波近距离通信盲区无法与指挥中心通信时，可利用电台的双天线插口临时架设简易固定天线实现无盲区通信;当道路中断，车辆无法继续前进，取下车载电台转作背负电台徒步到达救灾现场，即可在徒步行进中与上级单位保持畅通，也可在到达现场后临时架设简易天线作为现场通信中心(作为现场指挥部的现场通信保障手段)与上级单位保持畅通，将前端实时情况传回指挥中心，指挥中心给予相应的指挥调度，最大限度地保证人民生命财产安全。
3多网系融合设备的配备
为了解决短波通信网与其他通信的融合问题，同时提高整个短波通信网络的可靠性，必要时可以配备多网系融合设备，通过该设备可以将短波无线通信和有线通信、卫星通信及超短波通信等通信手段进行融合，通过其他制式的承载网络，实现对短波系统的延伸和扩展，从而可以大幅度提高通信效率。多网系融合系统通信示意图如图2所示。图2多网系融合系统通信示意图
4网络遥控设备的配备
图3远端架设电台示意图由于短波电台发射时有较强的辐射，严重时会对周围的人员和设备形成伤害，为了避免该情况的发生，必要时可配备网络遥控设备，如图3所示。通过该设备可以实现将短波电台及天线架设在远离指挥中心的地方，网络遥控转换设备与短波电台相连，同时通过通信传输光缆将控制信号和音频信号传输到指挥中心，操作人员可以在指挥中心对短波电台进行遥控操作，从而可以增加人员的安全性。
5短波通信网人员配备
针对目前应急通信部门工作人员的现状，需要配备短波通信网系统日常维护和操作人员，短波通信由于需要较高的操作和维护经验，只有专门从事该领域的工程师，才能够对系统较了解，鉴于这种情况，需要对整个通信网进行定期的维护和定期演习，使得操作人员对系统更加熟悉，经过长期的经验积累，才能够掌握短波通信领域的相关知识。
一、车载移动自组网简介
车载移动自组网是专门为移动车辆间通信而设计的自组织网络，它创造性地将adhoc自组网技术应用于车辆间通信。adhoc自组网是一种无线分布式结构，强调的是多跳、自组织、无中心、动态拓扑的概念。车载自组网的基本思想是在一定通信范围内的车辆可以相互交换各自的数据，并自动的连接建立起一个移动的网络，网络中所有结点的地位平等，无需设置任何的中心控制结点。网络中的结点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。每个节点的单跳通信范围有几百米到一千米，每一个节点（车辆）不仅是一个收发器，同时还是一个路由器，因此采用多跳的方式把数据转发给更远的车辆。
二、基本路由机制
通过对已有车载移动自组网路由协议的分析，可以发现表驱动、按需驱动及洪泛算法几乎是所有路由协议的基础，不同的协议在不同程度上采用了以上一种或几种算法。
表驱动路由协议的特点是网络中每个节点都维护一张路由表，记录本节点到网络中所有节点的最新路由信息；周期性广播路由更新分组，维持路由的有效性。按需驱动路由的特点是：只有节点有发送需求时才启动路由发现，只在通信过程中才维护路由，一旦通信结束就不再维护路由。
DSDV（Destination Sequenced Distance Vector Routing）是表驱动路由的典型代表协议，特点是采用目的节点序列号机制，始终选择最新路由，并避免路由环路。
DSR（Dynamic Source Routing） 协议是按需驱动路由的典型代表协议，特点是通过源节点广播路由请求分组RREQ和目的节点反向回复路由应答分组RREP完成新路由的发现过程，采用源路由机制所有路由信息都记录在RREQ和RREP中，避免了环路的产生。
AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing） 协议是结和表驱动和按需驱动的混合路由的典型代表协议，也是目前唯一被IETF作为MANET实验标准 （RFC3561） 的协议。AODV结合了DSR和DSDV的优点：路由建立过程采用了DSR协议中的RREQ-RREP方式，不同的是，采用了DSDV协议的逐跳机制，路由维护阶段采用了DSR的按需维护机制。
MFLOOD无线路由通讯协议是一种典型的泛洪路由协议。当节点需要发送数据包时，节点就向整个网络广播该数据包。分析洪泛路由的意义在于分析泛洪分组的效果和对网络性能的影响。
三、仿真性能比较
以下是对城市和郊区两种通信环境作简要的描述：
（l）城市环境：以北京的城市情况为例。密集繁多的城市建筑和绿化带使无线信号衰减明显，道路规划有明显的规率，且道路较为密集，同时车辆密度较大。正常情况下，受各路段限速规定和车辆密集度影响，车速大多在40km/ h-60km/h之间。
（2）郊区环境：以北京郊区的交通情况为例。郊区环境的路面比较宽敞，通常有多条行车道，行车环境比较优越，建筑和绿化带的影响也相对较小，车速大多在80km/ h-100km/h之间。
通过阅读大量仿真实验文献，可以发现：
在城市环境中，MFLOOD由于采用的是洪泛机制，所有节点都转发数据包，丢包率最低，在5%左右；AODV协议的表现要优于DS DV和DSR协议，丢包率多在20%；DSDV和DSR的丢包率太高，网络几乎不可用。
在郊区环境中，AODV和DSR的丢包率多在10%～30%；DSDV多在10%左右；当业务量和移动速度低时，DSDV几乎可以成功传输所有的数据包；洪泛协议在比较剧烈的网络场景中显示了较好的性能，但丢包极其严重。因此需要根据车辆密度、车速、车辆行驶路线分布、障碍物情况等选择不同的路由机制。
四、在人防应急移动指挥中的应用展望
目前在人防应急移动指挥中使用的联网信号传输方式主要有卫星、微波、3G及有线组网方式。
卫星组网需要所有接入网络的应急指挥车辆都配备静中通或动中通及卫星接收发射设备，在各种方式中资金投入最大，对车辆的负重及空间要求最高，且静中通设备只能在移动指挥车停车固定不动时才可联网，动中通设备目前价格昂贵，不适合每辆车都配备，同时卫星的使用也需要提前申请。
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）16-0044-02
Abstract： Vehicular Ad Hoc Networks （VANET） have broad prospect with two types of application in mind： driving safety and improve the efficiency of traffic. To date， the majority of VANET research efforts have relied heavily on simulations， due to prohibitive costs、complex technical problems and external factors influence of employing real world tested . The vehicles mobility has serious effects on the VANET topology， build the scene of can properly reflect the characteristic of the vehicle movement is particularly important. In this paper， we first present the classification of VANET mobile model， then， we discuss the architecture of real vehicle movement pattern.
Key words：VANET； Mobility Model； Traffic Simulator
1 概述
车载网络（Vehicular Ad Hoc Networks， VANETs）[1] 是移动自组织网络（MANET， Mobile Ad Hoc Networks）的一种，由兼具终端和路由功能的车辆节点，通过无线链路形成无中心、多跳、临时性自制系统，不仅突破了传统无线蜂窝网络的地理局限性，而且能更加快速、高效、便捷的灵活部署，同时可以提供强大的实时交通数据信息，改善驾驶员的安全驾驶环境，减少交通事故伤亡人数以及缓解交通拥塞。
由于在现实世界中评测VANET的性能面临耗资巨大等因素的影响，所以目前对于VANET的研究工作主要依赖于仿真。虽然，随着研究的不断深入，现今的车载网络仿真环境相比早期的随机移动、圆形通信区域以及无干扰环境已经有了非常显著的进步，但是面临的主要问题依然是如何更准确的反映现实世界中车辆的移动特性以及外界环境的影响。
现今的车载网络仿真，主要包含三大模块：移动模型、网络模型以及信号传播模型。移动模型作为车载网络仿真的关键组成部分之一，是真实车辆的运动描述，用以反映车辆节点的移动方式。本文论述了车载网络移动模型的发展历程和研究现状，对VANET移动模型分类进行分析，探讨了VANET移动模型存在的问题以及未来的发展前景。
2 移动模型概述
由于车辆的移动性对VANET的网络拓扑结构有着显著的影响，所以在车载网络仿真研究别需要能够反映车辆交通真实行为的移动模型。
在建立移动模型的早期，人们更偏好随机移动模型[2]，但是由于其随机性（比如方向）使随机移动模型难以模拟比较真实的车辆运动场景。后来研究人员引入地理空间约束，构建基于图的移动模型GBMM[3]（Graph-Based Mobility Model）。但是，GBMM中车辆节点的速度产生后恒定不变，无法体现车辆之间的对于速度的相互影响，基于此问题，Seakar等人提出移动模型FTM[4]（Fluid Traffic Model），控制车辆行驶速度随车流密度的增减做相应的变化。Bettstetter等人考虑到车辆的运动状态具有连贯性，提出了平滑移动模型SMM[5]（smooth mobility）。Trieber等人则综合考虑了车辆行驶状态以及车辆之间的交互影响，提出智能驾驶员模型IDM[6]（Intelligent Driver Model）。
现今，对VANET移动模型的构建主要基于IDM模型进行拓展。如交通仿真器VanetMobiSim，为了在岔路口附近获取更贴近真实的车辆驾驶行为描述，VanetMobiSim在IDM模型的基础上对达到岔路口的车辆进行交通规则约束，通过交通标志以及其他车辆状态控制车辆的行驶行为。
3 VANET移动模型分类
根据范围和特，通常将VANET移动模型分为5类[7]：随机模型、车流模型、交通模型、行为模型以及基于踪迹（trace）的模型。
随机模型：车辆的移动是随机的，车辆节点的方向、速率等参数从随机过程中采样。因为实现简单且容易再现结果，所以在车载网络发展初期作为仿真测试的主要选择。但是由于车辆的移动具有其固有特性，且受到道路约束以及交通规则的约束，所以目前已经很少采用随机移动模型对车载网进行车辆移动的建模。
车流模型：现实中的车辆移动受到多方面因素的影响，车流移动模型通过模仿自然现象，把车辆的移动性建模成车流，其研究方向主要从微观、宏观、介观三个方面进行考虑。微观建模主要反映车辆间交互影响（比如与前车需保持安全车距），典型的微观车流模型是车辆跟随模型（car following models， CFM）。宏观车流模型借鉴流体动力学的理论，可以反映车辆移动的总体特征，并极大地减少计算量。介观模型是对微观模型和宏观模型的折中。目前的车载网络路由协议仿真普遍选取微观车流模型。
交通模型：交通模型主要针对行驶至岔路口的车辆的交通规则执行。其运动模型主要分为旅途模型和路径模型。路途模型对当前位置与目的点位置的移动进行建模，而路径规划通常基于最优化函数，比如最短行驶距离，所需的行驶时间最短，或者相对而言最畅通的道路等，根据行驶状况建立可拓展的动态算法。目前对于路径选择，大多采用Dijkstra图算法。
行为模型：人类行为具有极大的复杂性，不会在所有情况下都遵循理想化的特定行为反应。根据人类行为理论构建的行为移动模型，除了考虑对刺激的响应模式和物理影响，也会考虑社会关联关系甚至人工智能的学习过程，以便更好的近似模拟人类的运动模式。缺点的计算量过大。
基于踪迹（trace）的模型：通过收集车辆运动轨迹信息，提取通用的运动模式。但是推测通用运动模式过程极为复杂，推测所基于的数据并不全面，且仅能提供粗粒度的移动性描述，这导致其结果应用范围并不广泛。
4 实际车辆移动模型架构
移动模型的性能主要取决于三个方面：车辆的移动模式、车辆间的相互影响以及对交通规则的执行。车辆的移动模式包括道路对车辆的约束，车辆的基本行驶速度、加速度，对到达目的地的路径选择等；车辆间的相互影响主要体现在前车对当前车辆速度影响，例如在车辆拥挤状态下，保持安全车距跟随前车行驶。而交通规则的执行主要是根据车辆所通过的岔路通灯信号或路标进行车辆行驶控制。为了创建更贴近真实车辆运动模拟器以适应特定的应用场景，研究者们提出了真实车辆移动模型的全功能概念视图，如图1所示。
在图1中，移动模型分为了两大主要模块：运动约束和交通生成器。运动约束由拓扑地图和交叉路口管理构成，体现了多车道车流、吸引点/排斥点以及道路障碍对车辆行驶速度的影响。其中吸引点指的是车辆移动至相似的目的点所在地，排斥点指的是车辆出发以相似的起点所在地。而交叉路口管理是对交叉路口的交通规则执行进行建模。交通生成器由车辆生成器和驾驶员生成器构成。车辆生成器定义了车辆的类型以及车辆生成的初始位置。驾驶员生成器主要体现驾驶员与环境之间的交互。时间模式主要用以描述不同时间段的车流密度，比如上下班高峰期道路拥挤状态或者凌晨道路车辆稀疏等状态。外部影响用以主动建模一些运动模式，比如交通事故，临时道路施工等。
5 探讨与展望
VANET作为一种新兴的技术，近年来广泛受到研究机构和企业的关注。目前，车载网络的发展还处于萌芽阶段，并没有形成完整的产业链条和业界标准，无论是软件还是硬件，各大汽车厂商各自为战，其技术研究成果仅加载在自家品牌的高级车辆，各品牌车辆之间的车载通信并不兼容，很难构建大规模，可多次重复的现实评测场景。VANET的性能评测依旧严重依赖于仿真测试。
对车辆移动模型的建模，其直接目标是对车辆移动性对车载网络和应用协议的评估。在现实环境中，高速行驶中的车辆的精确定位、对信号传输造成衰弱或阻断的无线通信障碍都是需要考虑的问题。对于车载网络仿真来说，移动模型是其关键组成部分之一，网络模拟以及信号传播控制之间的相互融合达到每个参数都能有效的影响其他组成模块的效果是车辆移动建模未来发展的方向。
6 总结
VANET的运动模式具有高移动性和自由度受道路约束等特点。对于车载网络的仿真测试，要求所使用的移动模型能够尽可能的反映真实情况的车辆运动模式。本文根据范围和特，探讨了VANET不同分类的移动模型特点，介绍了真实车辆运动模式应该遵循的架构，并简要讨论了目前VANET的发展状况以及未来可能的发展趋势。
参考文献：
[1] Hassanabadi B， Shea C， Zhang L， et al. Clustering in vehicular ad hoc networks using affinity propagation[J]. Ad Hoc Networks， 2014， 13： 535-548.
[2] 魏达，王沿锡，王健，等. 车载自组网移动模型综述[J].计算机学报，2013， 36（4）：677-700.
[3] Tian J，Hahner， Becker C，Stepanov I， Rothermel. K.Graph-based mobility model for mobile ad-hoc network simulation.Proceedings of the 35th Annual Simulation Symposium[C]. San Diego， California， USA. 2002. 337-344.
[4] Seskar T， Marie S， Holtzman J， Wasserman J. Rate of location area updates in cellular systems. Proceedings of the Vehicular Technology Conference[C]. Denver， CO， USA. 1992（2）： 694-697.
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0269-02
近年来，物联网受到社会各界的广泛关注，在世界经济发展的作用也日益凸显，发展物联网技术对促进社会经济进步具有一定现实意义。而M2M系统作为物联网的基础技术之一，对物联网不断完善能促进人类实现生活智能化目的。
1物联网的特征及M2M与物联网的特征
物联网的主要特征在三个层面得以体现：一是全面感知层面，主要是指将物体信息进行合理采集，如医院在对心脏病人进行远程监控的过程中，需要通过传感器、RFID、电子标签等技术来获取病人的各项生命指数信息，从而及时发现问题并予以解决；二是网络层面，在完成物体信息的采集后，应将信息安可靠的传递到目的地，这就需要各种网络、移动网络及IP网等对进行技术支持；三是应用层面，即对通信物体进行智能控制。在此过程中，需要对大量数据及信息予以分析处理，并从中提取可以满足各种新业务的有效信息。而M2M作为物联网的核心技术，就其功能与潜在用途而言，引起了整个物联网的产生，并成为目前物联网的主要发展形势。
2 M2M技术概况
1）M2M功能构架
M2M系统作为物联网的核心系统，主要体现三方面的相互通信，即人与人之间（McmtoMan）、机器之间和人与机器之间（MantoMachine，MachinetoMan）的通信，M2M系统还可将这些不同类型的通信技术进行有机结合。其中最能体现物联网特点的是机器之间的通信，而机器之间的通信更多的是IT机器设备通过无线移动通信进行与各种IT系统的通信。
M2M系统的结构框架图如图1所示。
如M2M系统结构框架图所示，M2M平台是将终端平台与无线设备、家庭智能化设备及其他M2M应用设备相连接，并使所有设备都具备网络通信能力，真正实现物联网通信体系在各行业的广泛应用。
2）M2M通信特点
M2M通信主要是以Internet作为核心网络，将不同形式的IP通过网络连接的方式实现IP终端互联的网络结构，是目前物联网中最具高效性的组合网络方式。M2M系统依据功能域的不同被划分为设备域、应用域和网络域，由于M2M系统具有如此明确的功能域区分，其通信特点主要展现在几种域之间的临界范围。具体而言，M2M系统通过各种智能终端将不同域的数据进行交互转换、资源共享、应用优化等，完成大数据与移动化的有效结合，从而充分发挥M2M系统的核心功能。
3M2M的发展现状
M2M是物联网目前最常见的应用形式，随着全球物联网的不断发展，M2M系统在国外已被广泛应用在各个领域。由于M2M的移动通信网络能有效实现远程的无线接人，且终端通信系统无需人工进行布线，同时还能为通信网络提供移动性的支持，这不仅能更好的节约成本资源，还能满足不同环境的通信需求。因此，M2M技术得到了与移动通信企业的广泛重视。但在我国，虽然M2M技术应用的起步较早，但仍处于发展阶段。在这种情况下，我国各行业积极参与到对M2M系统的技术研究中，目的是要不断开发M2M技术的应用市场，以促进物联网在我国的快速发展。
4M2M通信网络的优化
物联网的设备的布置方式大多为先放置部署后进行网络连接，但在物联网的相关节点缺乏人员管理，这就导致物联网设备难以实现远程签约信息和业务信息配置，且物联网设备会轻易被攻击者接触到，这些情况对物联网的安全在一定程度上产生了威胁，使物联网存在不稳定性。尤其在M2M设备使用移动网络时，会出现相关的覆盖问题，如处于劣势位置的移动网络超过位置较好的覆盖程度，或在较差的覆盖点，静止的M2M设备可能停止发送数据。因此，M2M通信必须进行相关优化。其优化方向可以分为五个类别：一是降低相关网络运营商的成本；二是为相关运营商提供M2M独有的增值服务；三是为与M2M运营程序相关的初始网络系统予以技术支持；四是降低M2M的高负荷，确保网络的连续性；五是在众多M2M设备连接个过程中提供明显的标识符与地址。
5M2M在物联网中的应用实践
M2M在现代社会的不同领域具有不同的应用价值，主要表现在智能抄表、智能交通、安防监控、车载及自动售贩机等方面。
1）智能抄表：M2M技术在智能抄表方面的应用是指电力局利用相关运营商提供的无线网络，在完成对居民小区的电表数据采集工作后，将这些电表数据通过无线网络传输到电力局的配电数据中心。此系统模式将电力局的配电中心与居民小区的电表数据采集点予以有效组合，实现二者之间的在线连接，不仅减轻电力局的实际工作量，也为居民提供了更加方便的现代化服务。
2）智能交通：M2M系统通过对GPS卫星定位系统、无线网络和车载终端等进行连接，通过视频或图形设备获取车辆相关的位置信息或速度信息，人们可以通过移动设备了解车辆实时状态，制定出行计划，同时对于运行车辆而言，也能获取准确路况信息，提前做好路线规划用。
3）安防监控：M2M系统在安防监控中的应用主要体现在信息采集和处理上。通常情况下，在图片或视频采集终端完成信息采集工作后，相关网络系统将信息传送至用户终端，这样用户就将以浏览网页的方式对信息进行远程关注。安防O控系统不仅能满足人们日常生活需求，也能为公安机关打击犯罪行为提供有力证据，保障社会秩序的安定和谐。
4）车载
车载系统是由移动车载终端、无线网络、管理系统、GPS卫星定位系统及用户终端等共同组成。车载GPS导航终端可以通过GPS模块对相应导航信息予以接收，同时还能对地图进行实时更新。而车载重点系统则课运用车辆信息采集设备对车辆基本信息进行采集并将信息传送至管理系统。这种无线模块的应用，可以实现车辆防盗系统与用户终端之间的信息连接。
5）自动售贩机
