车载移动异构无线网络架构及关键技术

车辆间特殊路由协议(PVRP)，搭建了系统测试平台进行了验证。密歇根大学郭锦华和向卫东教授开发了基于5.9 GHz的WAVE系统信道测试平台。

从车辆无线接入技术的角度，目前绝大多数的车辆移动通信网络研究基于IEEE 802.11的通信技术，但802.11具有覆盖范围小、车辆移动过程中需要频繁切换连接路边单元、服务质量（QoS）支持弱、无法对多媒体信息提供高质量支持的弱点[2-3]。为此，我们提出了基于IEEE 802.16（它具有覆盖范围广、QoS支持强的特点）的车辆通信网络的研究。文献[4-5]提出采用基于WiMAX（IEEE 802.16）的技术来为车辆及其内部所属用户的进行车载移动宽带无线接入，首次将WiMAX技术应用于车辆通信网络。该思想从本质上打破了IEEE 802.11一统车辆通信网络的格局，为车辆通信网络的发展和研究开辟了一个新方向。以IEEE 802.16技术标准为基础的宽带无线接入系统近年来广受市场关注，根据实际网络规划所得的结果，WiMAX基站在市区内合理的覆盖半径大约为几公里，可提供更高的数据传输速率和更广的覆盖范围。为了解决车内用户终端在高速移动情况下的宽带无线接入问题，IEEE 802.16标准制定组2006年3月成立基于IEEE 802.16j 的移动中继（MRS）工作小组，以研究采用MRS的可行性，想采用车载MRS站点为车内的群体用户终端提供宽带无线接入服务[6]。

现阶段，车载移动网络的研究热点主要集中在基于WAVE协议（IEEE 802.11p）的车辆通信多信道协调应用、组播路由管理，以及基于WiMAX协议（IEEE 802.16）的固定中继技术的切换、资源调度方面。

在基于WAVE协议的车辆与车辆之间自组织通信网络中，整个车辆网络的安全和非安全应用都在一个信道上完成，难以保证安全应用的QoS。因为大量的非安全信息可能导致网络拥塞，使安全消息无法有效传递，从而严重削弱VANET在主动安全方面的重要作用。采用多信道的媒体访问控制(MAC)机制是解决上述问题直接而有效的方法之一[7]。采用多个信道后，节点间可以使用不同的信道进行通信，接入手段更加灵活多变，可以获得优于单信道的网络吞吐量和时延特性。针对此情况，一般采用时隙间隔方法把时间交替分为控制间隔和数据交换间隔[8-9]。在控制间隔(CCH)所有节点跳到控制信道进行信道协商，在数据交换间隔(SCH)再跳到不同的信道进行数据传输。详细架构如图1所示。

WAVE协议中原有路由机制也不完全适合拓扑动态变化的车载通信网络。基于表驱动的先应式路由协议对于交通环境中事先不确定的节点无法协调，而拓扑结构的频繁改变严重影响了协议的性能；基于源驱动的反应式路由协议是需要发送报文时才建立路由，一段时间后将过期。这些路由协议随着通信跳数增加和车辆移动速度加快，建立路由的延迟相应增大，难以满足低延迟的安全应用，因此出现基于位置的组播路由[10-11]。组播路由的目标是将报文从源节点传递到位于关联区域（ZOR）内的所有节点。针对组播路由机制，提出了簇的概念，它将车辆网络组织成多个对等的单元（簇），从而提高移动环境下的可扩展性[12]。在VANET中采用分簇机制，簇内通信可以用于快速有效地传递安全相关的紧急消息，而簇间通信则用于传递需要跨越多跳到达更远区域的消息。这种基于分簇的路由方式既能提供消息的全覆盖，又能保证低的传输延迟，适合于在行驶途中分发各类紧急消息。未来将在车载网络的安全应用中利用分簇组播的路由概念，簇头作为协调者，一方面在簇内实时采集和分发安全警告消息；另一方面将处理过的安全消息转发给邻居簇头。

车辆与路边基础设施之间的通信仅仅适应车辆在低速行驶或者相对静止的环境下，车辆在高速行驶过程中无法提供与路边单元的基础设施进行长时间的信息交互。车载宽带无线接入中，在车内用户终端和路边基站之间引入车载MRS站点，以协调车内用户与基站之间的通信，基站和车内用户终端将通过MRS站点进行信令的交互，而不是两者间的直接通信。

在这种系统中，出现了分级调度和群组移动的概念。基站和车内用户终端间通过MRS进行信息交互，并且MRS从服务基站、车内用户从车载中继获取分配的资源，即为两级资源调度。同时，在引入MRS节点后对移动性管理提高了很多，中继节点可以将来自车内用户终端的具有相似QoS需求的同类型业务的通信链路进行捆绑，集中处理进行群组切换，减少了以往切换过程中每个终端用户和基站之间单独进行信令交互的过程。文献[13]提出了一种基于固定中继的两级资源调度机制，提高了系统吞吐量，降低了业务的丢包率和延时时间。文献[14]提出了多跳蜂窝网络中继辅助切换的技术，移动终