车载移动异构无线网络架构及关键技术

摘要:传统的车辆通信网络通常只是针对于公路计费等用途设计的封闭式通信网络，新近的发展使得车辆支持车间自主通信从而互通安全信息。但是由于在网络架构方面的缺陷，现有的系统只能对高速行驶中的车辆提供局部区域内的信息交互，无法实现车辆与智能交通控制中心进行实时数据服务和接入宽带无线网络。文章提出了基于车辆环境下无线接入(WAVE)（IEEE 802.11p）和全球微波接入互操作性（WiMAX）（IEEE 802.16e）融合的车载移动异构无线网络体系，建立了新型车载异构网络通信架构及体系模型，并分别对WAVE网络中的多信道自适应协调机制和分布式多信道调度算法和基于移动预测的路由及服务质量、WiMAX网络中的群组切换机制和两级资源调度等关键技术进行了研究和探讨。

关键字:车载网络；多信道调度；群组切换；资源分配

英文摘要:Traditional vehicular networks have been mainly designed for use in specialized local scenarios, such as Electronic Toll Collection (ETC). New vehicular networks, however, can support safe message communication using self-organized ad-hoc technology. Currently, vehicular networks only provide communication for mobile terminals in a vehicle cluster because of the limitations of network architecture. The vehicle cannot carry out information exchange with an Intelligent Traffic System (ITS) controlling center, nor can it access broadband wireless. This paper proposes a novel heterogeneous vehicular wireless architecture based on WAVE（IEEE 802.11p） and WiMAX（IEEE 802.16e）technology, and constructs a new network infrastructure and system model. Finally, some key technologies are discussed: adaptive multi-channel coordination mechanism and scheduling algorithm for WAVE, and group handover scheme and two-level resource allocation algorithm for WiMAX networks.

英文关键字:vehicular networks; multi-channel scheduling; group handover; resource allocation

基金项目：国家高技术研究发展计划（“863”计划）资助项目（2007AA01Z239）；上海市科委重大科技攻关项目（No.07dz15006_2）

计算机技术、通信技术和微电子技术的迅速发展，以及三者之间的相互渗透和融合奠定了通信网络技术的应用，推动了社会信息化的发展。近年来，车辆的爆发式增长和无处不在的信息需求也日益将通信网络和车辆紧密结合起来。人们在车辆移动过程中的通信服务需求日益增大，车载移动网络的研究已成为世界瞩目的焦点，同时也促进了车辆向智能化、网络化方向的发展。

传统的车辆通信网络通常只是针对于公路计费等用途设计的封闭式通信网络，新近的发展使得车辆网络支持车间自主通信从而互通安全信息。由于在网络架构方面的缺陷，现有的系统只能对高速行驶中的车辆提供局部区域内的信息交互。新一代车载网络将提供普适服务，包括：各种车辆安全消息传输、智能交通信息业务、多媒体数字业务等。因此在新一代车载移动网络中如何在保证车辆间安全信息互通的基础上，实现车辆与智能交通控制中心进行实时数据服务（如提供路况信息，基于位置信息的地图下载服务等），以及车内用户宽带无线接入互联网从而获取多媒体娱乐、资讯信息等成为车载移动网络研究中一个非常重要和迫切的课题。针对此情况，文章提出了异构无线网络融合式的车载移动网络架构，主要是基于车辆环境下无线接入(WAVE) (IEEE 802.11p)的车辆自组织通信技术和基于全球微波接入互操作性（WiMAX）(IEEE 802.16e) 的车载宽带无线接入技术，并对其相关关键技术进行了探讨和研究。

1 车载网络通信的研究现状和发展趋势

近几年来，车辆通信网络逐渐成为智能交通系统（ITS）领域中的热点问题。各国都致力于把先进的通信技术应用到车辆交通系统中，使其更加安全、智能和高效。车辆自组织网络（VANET）可以实现移动过程中车辆之间（V2V）的通信，以及低速移动或者静止时车辆与路边基础设施之间（V2I）的通信，能为车辆提供多种安全应用和非安全应用。2004年，IEEE成立了IEEE 802.11p工作组以制定IEEE 802.11在WAVE的版本，并以IEEE 1609系列协议作为上层协议，从而形成车辆无线通信的基本协议构架[1]。美国伊利诺伊大学Urbana Champaign 分校Nitin Vaidya教授为首的团队开发了多信道测试的无线Mesh网络测试台。UCLA教授G.Pau提出了