车载自组织网络特点主要包括节点速度、运动模式、节点密度、节点异构性和可预测的运动性等。 1.节点速度在移动的车载自组织网络中最重要的特征就是节点的速度。车辆和道路两侧的路侧单元都可能成为节点。节点的可能速度在0~200km/h之间。对于静态的路侧单元或者车辆处于堵车路段时,其车速为零。在高速公路上,车辆的最高速度可能会达到200km/h左右。这两种极端情况对于车载自组织网络中的通信系统构成了特殊的挑战。当节点速度非常高时,由于几百米的通信半径相对较小,会造成共同的无线通信窗口非常短暂。例如如果两辆车以90km/h的速度朝相反的方向行驶,假定理论上无线通信范围为300m,通信只能持续12s。不过,同方向行驶的车辆,如果相对速度较小或者中等,则这些同向车辆间的拓扑变化相对较少如果同向行驶车辆的相对速度很大,那么收发机就得考虑诸如多普勒效应等物理现象。链路层难以预测连接的中断,容易导致频繁的链路故障。对于路由或者多跳信息传播,车辆间短暂的相遇以及一般的车辆运动导致拓扑高度不稳定,使得基于拓扑的路由在实际中毫无用处。节点速度很大时对应用程序的影响也很大,比如由于速度太快,导致即时环境变化太快,使得对环境感知的应用也变得困难。 在另外一种极端情况下,即节点几乎不移动,网络拓扑相对稳定。然而,车辆的缓慢移动意味着车辆密度很大,这会导致高干扰、介质接入等诸多问题。 2.运动模式车辆是在预定义的道路上行驶的,一般情况下有两个行驶方向。只有在十字路口时,车辆的行驶方向才具有不确定性。将道路分为高密度城市道路、高速公路和乡村道路三种类型。 (1)高密度城市道路 在城市中,道路密度相对较高,有大街也有小巷,许多十字路口将道路分割成段,道路两边的建筑物也会影响到无线通信,车辆的运
动速度较快。
(2)高速公路 高速公路一般是多车道的,路段也很长,并且存在出口和匝道。车辆的运动速度较快,行驶方向能够较长时间保持不变。
(3)乡村道路 乡村道路通常很长,十字路口比城市环境要少得多。在这种环境下,由于路面车辆过少,一般很难形成连通的网络。道路的方向变化频率明显高于高速公路。
这些运动场景造成了很多挑战,尤其是路由问题。城市场景下,交通流非常的无序,与此相反,高速公路上的车流却形成了另外一个极端,几乎整个运动都是处于一维情况。
3.节点密度除了速度和运动模式外,节点密度是车载自组织网络节点移动性的第三个关键属性。在共同的无线通信范围内,可能存在零到几十、甚至上百的车辆。假设在某四车道的高速公路上遇到交通阻塞,并且每20m存在一辆装备车辆,通信半径假定为300m,则在理论上其通信范围内有120辆车辆。当节点密度非常小时,几乎不可能完成瞬时消息转发。在这种情况下,需要更复杂的消息传播机制,可以先存储信息,并在车辆相遇时转发信息。这样可能导致一些信息被同一车辆重复多次。当节点密度很大时,情况则不同。消息只可能被选定的节点重复,否则会导致重载信道。节点密度与时间也相关。在白天,高速公路和城市中节点密度较高,足以实现瞬时转发,有足够的时间使路由处理分段网络。但在夜间,无论哪种类型的道路,车辆都很少。
4.节点异构性在车载自组织网络中,节点有许多不同种类。首先是车辆和路侧单元的区别。
而车辆可以进一步分为城市公交、私家车、出租车、救护车、道路建设和维修车辆等,并不是每辆车都要安装所有的应用。例如只有救护车需要安装能够在其行驶路线上发出警告的应用。对于路侧单元也类似,基于自身的能力,路侧单元节点可以简单地向网络发送数据,或者拥有自组织网络的完整功能。此外,路侧单元节点可以提供对背景网络的访问,如向交通管理中心报告道路状况。路侧单元与车辆节点不同,其性能较强。对于各种应用,它们不像车辆节点拥有相同的传感器,也不处理传递给驾驶员的消息,或者对车辆采取措施。路侧单元节点是静态的,与个人或者公司无关,不需要太多的信息保护。
5.可预测的运动性尽管车辆节点的运行规律比较复杂,但车辆的运动趋势在一定程度上仍然是可以预测的。在高速公路场景,根据车辆所处的车道、实时的道路状况以及汽车
自身的速度和方向就可以推测汽车在随后短时间内的运动趋势。在城市场景中,不同类型的车辆具有不同的运动趋势。公交车的行驶平均速度缓慢且具有间隔性静止状态,因此根据公交节点的速度大小和道路特点就可以推测出短时间内的运动趋势。
