車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探討

　　分布式數(shù)據(jù)管理是另一個車載網(wǎng)絡(luò)中具有挑戰(zhàn)性的問題。它包括數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)刪除、緩存管理等一系列問題。傳統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)管理假定在地理上分散的多臺服務(wù)器連接在同一網(wǎng)絡(luò)，這在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中不再成立。從本質(zhì)上講，人們可以把車載網(wǎng)絡(luò)看作一個巨大的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中每個車輛維護(hù)一個本地的數(shù)據(jù)庫。車和車間不定期交換數(shù)據(jù)，從而逐步更新全局?jǐn)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)。從全局的角度來說，不一致性不可避免。為此，一個研究問題是如何以最小的開銷來維護(hù)一個相對一致的分布式數(shù)據(jù)庫。

　　4 車載物聯(lián)網(wǎng)中的信息傳播

　　本文認(rèn)為車載網(wǎng)絡(luò)是一個以信息為中心的分布式系統(tǒng)，信息在網(wǎng)絡(luò)的不同位置生成、收集和發(fā)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(fā)現(xiàn)系統(tǒng)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(qū)域里將信息傳遞給一個或一組節(jié)點。信息傳播的目的地是網(wǎng)絡(luò)中的特定的單個節(jié)點或者一組指定的節(jié)點組，甚至可能是一組未知節(jié)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(jié)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(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)融合等。

　　信息傳播可以建立在基礎(chǔ)設(shè)施之上，也可以不依賴基礎(chǔ)設(shè)施。Jedrzej等提出建立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的P2P疊加網(wǎng)絡(luò)。車輛通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施建立到互聯(lián)網(wǎng)的可靠鏈接，然后這些車輛之間可以以P2P疊加網(wǎng)絡(luò)的方式來實現(xiàn)非安全應(yīng)用的信息共享、發(fā)現(xiàn)和交換。然而，由于基礎(chǔ)設(shè)施提供的服務(wù)通常是付費(fèi)訂閱的方式，這實際上限制了消費(fèi)者的數(shù)量。與基于基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相比，相對廉價的自組織網(wǎng)絡(luò)方案顯得更有吸引力。另一方面，大多數(shù)的非安全應(yīng)用沒有嚴(yán)格的實時性要求，因而，當(dāng)前的一項研究熱點是以容遲的方式來實現(xiàn)車載自組織網(wǎng)絡(luò)的信息傳播。研究者提出了一些通用的容遲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，如流行性路由。還有一些前攝的辦法，如利用預(yù)知的地理位置、連接模式和可能的運(yùn)動方向來幫助信息傳播。一些現(xiàn)有的容遲網(wǎng)絡(luò)(DTN)路由協(xié)議假定一個預(yù)定義源和目的地。如Small和Hass的研究建立了監(jiān)控野生鯨魚的DTN網(wǎng)絡(luò)。他們在鯨魚的背上安裝一個傳感器節(jié)點，鯨魚的運(yùn)動信息就以容遲的方式一跳一跳地傳遞到接收站。

　　數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)融合也是車載自組織網(wǎng)絡(luò)中熱門的研究方向。Zhao等人使用了定期廣播和緩沖的方法從數(shù)據(jù)中心分發(fā)信息到車載自組織網(wǎng)絡(luò)。根本上來說，它是一個從數(shù)據(jù)中心到車輛的單向信息傳播。Lochert等人提出了一個層次性的數(shù)據(jù)融合方案。該方案定義了一組地標(biāo)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(yōu)化信息融合。

　　在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應(yīng)的研究。然而，在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)類型的信息中并不包括任何目標(biāo)車輛的先驗知識，因而容遲的數(shù)據(jù)傳播、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)緩存以及數(shù)據(jù)融合密切地聯(lián)系在了一起。任何車輛可能會產(chǎn)生并發(fā)出一個查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應(yīng)。

　　傳統(tǒng)的包路由已不能適應(yīng)以信息為中心的應(yīng)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(shù)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(dāng)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(shù)據(jù)。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(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(dāng)制訂推模式的策略時，人們必須考慮到數(shù)據(jù)緩存和融合的潛在影響。人們可以利用啟發(fā)式的周邊信息(如行駛方向、速度、經(jīng)常光顧的地方等)或社交網(wǎng)絡(luò)信息來預(yù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場化的初級階段，車輛很少有機(jī)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(guān)注于車載環(huán)境中的單跳通信性能。Bychkovsky等人研究了在公共Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)中提高單跳通信的數(shù)據(jù)吞吐量的技術(shù)。他們進(jìn)行了一系列的實地測試來調(diào)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等人進(jìn)行了以802.11協(xié)議為基礎(chǔ)的單跳通信的實驗，并提供了詳細(xì)的實驗分析。通過實驗，他們發(fā)現(xiàn)了一些現(xiàn)有無線訪問機(jī)制在數(shù)據(jù)吞吐量方面低效的根本原因。以上這些工作從底層協(xié)議(物理層、MAC地址、路由)的角度來分析和改進(jìn)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(wù)是協(xié)調(diào)本地車輛并幫助信息沿預(yù)定方向傳播。VADD是一種利用車流模式和道路拓?fù)鋪碚业絺鬟f數(shù)據(jù)包的最優(yōu)道路的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。MDDV利用車輛的流動性來幫助信息傳播。MDDV使周邊的車輛協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，以此來提高數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的可靠性。Zhao等人研究了如何以路邊基站作為中繼的方式來提高吞吐量。