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標題: 車載物聯網中的信息傳播 [打印本頁]

作者: zhineng 時間: 2011-5-10 10:35 標題: 車載物聯網中的信息傳播

本文認為車載網絡是一個以信息為中心的分布式系統，信息在網絡的不同位置生成、收集和發布。人們可以把信息傳播分為兩個不同的層次：宏觀信息傳播和微觀信息傳播。以信息為中心來發現系統需求十分重要。表1列出了宏觀和微觀層次上主要的研究課題和及其代表性的工作。

　　4.1宏觀信息傳播

　　宏觀信息傳播指在一個特定的地理區域里將信息傳遞給一個或一組節點。信息傳播的目的地是網絡中的特定的單個節點或者一組指定的節點組，甚至可能是一組未知節點。宏觀信息傳播的目的是減少信息傳遞延時，減少傳遞開銷(包括存儲開銷和通信開銷)，并提高未來查詢的成功率(如果接收節點是事先未知的)。宏觀信息傳播的研究課題通常包括信息路由、數據緩存、數據融合等。

　　信息傳播可以建立在基礎設施之上，也可以不依賴基礎設施。Jedrzej等[10]提出建立于蜂窩網絡基礎設施上的P2P疊加網絡。車輛通過蜂窩網絡的基礎設施建立到互聯網的可靠鏈接，然后這些車輛之間可以以P2P疊加網絡的方式來實現非安全應用的信息共享、發現和交換。然而，由于基礎設施提供的服務通常是付費訂閱的方式，這實際上限制了消費者的數量。與基于基礎設施的網絡服務相比，相對廉價的自組織網絡方案顯得更有吸引力。另一方面，大多數的非安全應用沒有嚴格的實時性要求，因而，當前的一項研究熱點是以容遲的方式來實現車載自組織網絡的信息傳播。研究者提出了一些通用的容遲網絡路由協議，如流行性路由[12]。還有一些前攝的辦法，如文獻[13]、文獻[14]利用預知的地理位置、連接模式和可能的運動方向來幫助信息傳播。一些現有的容遲網絡(DTN)路由協議假定一個預定義源和目的地。如Small和Hass的研究[11]建立了監控野生鯨魚的DTN網絡。他們在鯨魚的背上安裝一個傳感器節點，鯨魚的運動信息就以容遲的方式一跳一跳地傳遞到接收站。

　　數據緩存和數據融合也是車載自組織網絡中熱門的研究方向。Zhao等人[15]使用了定期廣播和緩沖的方法從數據中心分發信息到車載自組織網絡。根本上來說，它是一個從數據中心到車輛的單向信息傳播。Lochert等人[21]提出了一個層次性的數據融合方案。該方案定義了一組地標來幫助計算旅行時間。他們還提出了一個路邊基站的部署算法來優化信息融合。

　　在車載自組織網絡中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應的研究。然而，在車載自組織網絡中，大多數類型的信息中并不包括任何目標車輛的先驗知識，因而容遲的數據傳播、數據查詢、數據緩存以及數據融合密切地聯系在了一起。任何車輛可能會產生并發出一個查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應。

　　傳統的包路由已不能適應以信息為中心的應用，人們需要建立一個全新信息路由模式。首先，需要定義信息路由的目的地。對大多數人而言，傳播的目的地是一個虛擬的概念。它受時間、空間和車輛的限制。換句話說，目的地包括的是所有滿足當時時空條件的車輛。有兩個基本的信息傳播模式：拉(Pull)模式和推(Push)模式。拉是指一輛車定期廣播它感興趣的查詢，并從鄰居車輛中獲取數據。推模式是指車輛有目的地把信息推入周邊的車輛，使得對此信息感興趣的用戶可以更方便地得到這些信息。在車載網絡技術市場化的初級階段，只有較少比例的車輛具備車載通信能力，通信僅限于一跳，因此推模式更為重要。當制訂推模式的策略時，人們必須考慮到數據緩存和融合的潛在影響。人們可以利用啟發式的周邊信息(如行駛方向、速度、經常光顧的地方等)或社交網絡信息來預測和控制傳播。

　　4.2微觀信息傳播

　　微觀信息傳播指涉及一跳或者幾跳的局部信息傳遞。在車載網絡技術市場化的初級階段，車輛很少有機會遇到其他車輛或路邊基站。所以，提高兩車相遇時信息傳播的效率十分重要。

　　最近的一些研究關注于車載環境中的單跳通信性能。Bychkovsky等人[3]研究了在公共Wi-Fi無線網絡中提高單跳通信的數據吞吐量的技術。他們進行了一系列的實地測試來調查在MAC握手、獲取IP地址、建立IP路由等時候可能的性能損失。Hadaller等人[4]進行了以802.11協議為基礎的單跳通信的實驗，并提供了詳細的實驗分析。通過實驗，他們發現了一些現有無線訪問機制在數據吞吐量方面低效的根本原因。以上這些工作從底層協議(物理層、MAC地址、路由)的角度來分析和改進鏈路吞吐量。

　　微觀信息傳播也涉及局部多跳通信。一般來說，本地多跳通信的主要任務是協調本地車輛并幫助信息沿預定方向傳播。VADD[9]是一種利用車流模式和道路拓撲來找到傳遞數據包的最優道路的轉發協議。MDDV[8]利用車輛的流動性來幫助信息傳播。MDDV使周邊的車輛協作轉發數據包，以此來提高數據包轉發的可靠性。Zhao等人[18]研究了如何以路邊基站作為中繼的方式來提高吞吐量。

　　由于兩車相遇時有效通信時間短暫，有效的信道資源管理是一個是十分重要的問題。Chang等人[19]提出了一種從路邊基站到過往車輛的下行調度算法。Zhang等人[20]提出了另一種同時考慮上行和下行請求的調度算法。Yu等人[17]研究了在路邊基站負載接近超負荷的情況下的請求許可控制問題。這些研究從不同的資源分配角度提高了路邊基站的訪問效率。

　　通常，微觀信息傳播的主要挑戰在于如何把下層條件(車輛移動性、無線信道、相對位置)和上層應用的需求聯系在一起。從上層的角度來看，容遲網絡的應用可以容忍一定的信息延遲和誤差。從底層的角度來看，移動性、信道和車輛位置卻可能在很短的時間內大幅變化。現有的工作研究了不同的網絡通信協議下的單跳問題，然而，仍然缺少一個上層和下層之間的有效聯系。這種聯系可以使人們能夠利用底層的苛刻條件，而不是受其限制。

　　當人們設計微觀信息傳播協議時，可以重點關注3個方面的問題：

　　(1)應用需求：容遲網絡的應用不一定需要一個可靠的鏈接，但是他們卻需要根據數據傳輸的重要性來安排數據的優先性。人們還希望能夠設定一個在傳播的過程中允許的信息丟失程度閾值。

　　(2)資源管理：主要問題包括如何調度低層資源(例如傳輸信道、傳輸速率等)，如何調度上層任務，如何分配資源以確保公平等。

　　(3)協作：人們可以利用多任務調度、轉發、中繼、多方網絡編碼等不同的技術來幫助在信號范圍內各車輛的互相協作，提高整體性能。
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