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1、摘要车载自组织网络(VANET：vehicular ad hoc networks)是由车载节点、路边通信基础设施和服务器组成的自组织无线多跳网络。与传统的基础设施网络相比，车载自组织网络具有成本低、容易部署和操作的优势。另外从技术角度来看，车载自组织网络能够方便地为临近车辆建立实时或者非实时的短距离通信。车载自组网能够通过车辆信息（如车速、位置和方向等）以及路况信息（如拥塞情况、交通指示灯信息和道路实时状态等）的交互，提高车辆通行效率及安全性。车载自组网主要应用于智能交通系统中的安全预警、协助驾驶、分布式交通信息发布、基于通信的车辆控制及办公与娱乐化等方面。本文主要从车载自组织网络的背景、结
2、构介绍、重难点和研究现状以及应用领域对VANET进行综述。关键词：VANET 车载通信 路由协议目录一、 背景及意义41.1 研究背景41.1.1 国际动态41.1.2 国内动态41.2 研究意义41.2.1 降低事故率41.2.2 提高交通系统效率41.2.3 开发跨领域应用4二、 网络结构与通信方式52.1 车载自组网络结构52.2 车载自组网通信方式5三、 路由协议563.1 单播路由协议73.1.1 平面路由协议73.1.2 基于分簇的路由协议73.2 广播路由协议83.3 地理组播路由协议83.4 路由协议小结8四、 车载自组织网络相关技术784.1 物理层标准84.2 MAC层99
3、五、 车载自组网络特点及研究难点105.1 车载自组网特点105.1.1 优点105.1.2 缺点105.2 研究难点11六、 应用领域10116.1 主动安全应用126.2 公共安全应用126.3 改善驾驶应用126.4 电子商务与移动娱乐应用12七、 结语13八、 参考文献13一、 背景及意义1.1 研究背景随着机动车的广泛发展，车联网发展迅速。其中，作为车联网的一个分支，车载自组织网络技术已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。11.1.1 国际动态2003年,美国的联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。在该年的汽车通信标准化会议上，各国专家提出的车用自组织网络技术有望
4、将交通事故带来的损失降低50。2004年2006年，MobiCom专门召开了3次专题研讨会讨论VANET。2005年,欧洲成立了车辆间通信联盟(Car2Car communication consortium)。日本也通过了两个车辆间通信标准。具体的研究项目有欧洲多国合作开展的Fleenet项目、德国的“Network on Wheels”、日本JSK领导的“Association of Electronic Technology for Automobile Traffic and Driving”，“Group Cooperative Driving”、美国的VII、美国马里兰州立大学的T
5、rafficView项目、法国多个研究机构合作开展的CIVIC等。1.1.2 国内动态在国内，一些研究机构和大学对车载自组网MAC协议进行了研究，不过更多是在军事领域进行研究。解放军信息工程大学提出了一种移动自组织络新型MAC协议BR-TDMA,该协议采用分布式控制，支持分组突发业务和资源预留的实时业务，对网络规模不敏感，较好地解决了隐藏、暴露终端等问题。郑州解放军信息工程大学提出了一种新型的用于自组网车载通信系统的MAC协议CCR-ALOHA。该协议采取竞争与预约相结合的分配方式，并将用于预约的控制时隙和业务时隙相分离，能够提供可靠的单跳广播信道和高效的多跳广播服务，平时分组时延较小，具有较
6、好的可扩展性。目前，VANET的研究主要涉及网络架构，物理层技术，媒体访问机制，路由协议，安全技术等。1.2 研究意义1.2.1 降低事故率车载自组网通过提供车辆之间的通信从而实现信息共享。它创造性地将自组网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围捏获得其他车辆的状况信息和实时路况信息。通过车辆信息（如车速、加速度、位置和方向等）以及路况信息（如交通拥塞情况、交通指示灯信息和道路实时状态等）的交互，提高车辆通行效率及安全性1。1.2.2 提高交通系统效率随着车载自组织网络的发展，越来越多的车辆会具备通信和信息处理的能力，这使分布式的交通控制成为可能。车辆可以通过分布式的协调、同步等，实现
7、对道路资源的合理分配，从而控制车辆安全、高效地行驶，大大推动智能交通系统的发展2。 1.2.3 开发跨领域应用目前,商业与娱乐是无线通信应用最多的领域,该领域的应用关注客户消息的传输、车辆自动化或电子支付业务,如下载音乐、车队管理、车辆自身程序、电子付款、停车收费或道路不停车收费等。二、 网络结构与通信方式2.1 车载自组网络结构车载自组网组成部分：车、设施（包括路边基站、信号灯等）、卫星（提供GPS定位服务）、互联网（实现部署功能）等。图1显示了车载自组网的模型示意3：图 1：车载网络结构图 卫星通信系统分别为车载自组网提供全球定位服务(GPS，global positioning syst
8、em)和数字多媒体服务(DMB，digital multimedia broadcasting)。车与车通信使车辆之间能够通过多跳的方式进行自动互联，这好比车与车之间能够像人一样互相交谈，起到提高车辆运行的安全和疏导交通流量等作用。车载自组网除了可以单独组网实现局部的通信外，还可以通过路灯、加油站等作为接入点的网关(gateway)，连接到其他的固定或移动通信网络上，提供更为丰富的娱乐、车内办公等服务。VANET 网络可能被通信运营商、内容服务商、政府机构部署，或者由他们联 合部署，构成一个混合架构的无线通信网络。根据欧洲车载通信联盟（C2C-CC） 的定义，VANET 的架构已被拓展到更广泛
9、的范畴，分为车内通信（In-vehicle domain）、车间通信（Ad-hoc domain）和车路通信（Infrastructure domain） 三个域。车内通信（In-vehicle）是车载单元（OBU）与用户终端之间的通信， 用户终端可以是某种具体设备，也可以是集成于 OBU 的虚拟模块，连接方式可以 有线或无线的。车间通信（Ad-hoc domain）包括 OBU 之间的通信（V2V）以及 OBU 与 RSU 之间的通信（V2R），通信方式可以是单跳也可以是多跳的。车路通信 （Infrastructure domain）是 OBU、RSU 与基础设施之间的通信，如 Satell
10、ite、Hot Spot、3G、4G 等，完成接入互联网的功能。对于 RSU 来说，连接可以是有线的。2.2 车载自组网通信方式车载自组网是运行于道路上的新型移动无线自组织网络，可以实现车与车（V2V，vehicle to vehicle）和车与设施（V2R，vehicle to roadside facilities）间的单跳或多跳无线通信。车载自组网基本思想是车辆与车辆或车辆与外界在一定的通信范围内的信息交互。如图2所示，车辆在建立连接后，会自组织的建立起一个临时移动通信网络。其中，车载终端设备既作为信息采集节点，又作为信息转发节点，即中继节点，将其他车辆传输过来的信息以多跳的方式传输至后
11、续车辆节点或者路边信息手机设备。通常,由于采用802.11系列协议，单个车辆节点的单跳范围只有几百米，可以看作一个移动的WLAN网络4。图 2：两种通信方式三、 路由协议5车载自组网的路由协议研究是个热门课题。由于车载自组网的网络拓扑变化频繁、链路不稳定，路由技术是车载自组网技术的重大挑战之一。很多研究机构和公司对车载自组网的路由算法进行了研究，并提出了许多车载自组网路由协议算法。这些算法大部分来自于移动自组网路由算法，但是又很好地解决了移动自组网路由算法无法适用于车载环境下的缺陷。路由协议是两个通信实体间进行通信和信息交流的标准。它分为路由建立、路由选择和路由维护三个部分。路由建立是指根据网
12、络和节点信息而生成的路由路径；路由选择是根据需求和算法对已建立的路由进行选择；路由维护是指对选定的路由路径进行维护，在发生路径断裂的情况下，采取一定的恢复策略进行路由恢复。路由选择算法是为转发节点寻找下一转发路径，成功将消息发送到目的节点。它分为两个步骤：第一，为源节点选择到达目的节点的路径，在不同节点运行路由选择算法并在节点间交换信息；第二，将消息发送到目的节点，消息包括每个节点存储的路由表和路由表动态更新。理想的路由算法应该具备准确、简单、自适应和最优的特点。总的来说，车载自组网路由协议算法一般分为三种：单播路由算法、广播路由算法和地理组播路由算法。其中单播路由算法是车载自组网路由协议算法
13、中重要组成部分，它是端到端路由，也就是点对点路由。它是以研究数据包如何从源节点到达目的节点为目的。本文着重介绍单播路由算法，单播路由算法应用前景十分广泛。广播路由算法是一对多路由，源节点周围都是目的节点，源节点需要把数据包传播到周边的所有节点。地理组播路由算法是将一定区域的所有节点作为目的节点，源节点需要将信息传播到一定区域内的所有节点，这个区域称之为相关区域。3.1 单播路由协议单播路由协议可分为基于拓扑的路由协议、基于地理位置的路由协议和基于分簇的路由协议三种。如果单播路由协议根据是否分级来分，可以分为平面路由协议和基于分簇的路由协议。平面路由协议的主要思想是车载自组网中的节点没有进行分级
14、，节点间是平等的，任何节点之间都可以直接互相通信。平面路由协议根据是否需要节点的位置信息来选择路由路径来分，可以分为基于拓扑的路由协议和基于地理位置的路由协议两种。基于拓扑的路由协议的主要思想是根据网络的拓扑结构和链路信息来做出路由规划，并不需要节点自身的位置信息和移动速度信息。而基于地理位置的路由协议则不需要路由表或存储路径，而是充分利用定位服务获得的位置信息和速度信息，为数据转发选出更好更有效的路由路径。这种路由协议能够更好的适应网络大小和拓扑结构的变化。基于分簇的路由协议将节点分级节点分为簇首节点、普通节点和网关节点。在簇内，普通节点只能与簇首节点进行通信，而簇与簇之间是通过网关节点来通
15、信的。基于分簇的路由协议的出现主要是为了充分利用网络带宽，并且能够适应网络的大规模化。3.1.1 平面路由协议平面路由协议分为基于拓扑的路由算法和基于地理位置的路由算法。由于车载自组网可以看作是一种极其特殊的移动自组网，因此移动自组网的路由算法也可以应用到车载自组网上。而基于拓扑的路由算法恰恰是从移动自组网的基于拓扑的路由算法中演变过来的。具体有PRAODV算法、DAODV算法、PAODV算法、VPRP算法、ROMSGP算法。目前，基于拓扑的路由算法主要是根据经典的基于拓扑的路由算法和进行改进。由于定位系统的普及，每个车辆节点都装有，能够获得节点的位置和速度方向信息。在车载自组网中，车辆节点根据获得的地理位置信息进行路由规划。由于基于地理位置的路由算法在无线传感网络和移动自组网中都表现的很好，研究机构开始将它应用到车载自组网中，渐渐地成为了车载自组网的主流路由算法，甚至于在基于拓扑的路由算法中都引入了位置和速度方向信息。具体有基于地理位置的贪婪路由算法GPSR、延时容忍路由算法、服务质量路由算法。3.1.2 基于分簇的路由协议与平面路由算法不同，基于分簇的路由算法能适应网络的大规模性，能够减少车载自组
