車載物聯網技術探討

　　分布式數據管理是另一個車載網絡中具有挑戰性的問題。它包括數據復制、數據刪除、緩存管理等一系列問題。傳統的分布式數據管理假定在地理上分散的多臺服務器連接在同一網絡，這在車載自組織網絡中不再成立。從本質上講，人們可以把車載網絡看作一個巨大的分布式數據庫系統，其中每個車輛維護一個本地的數據庫。車和車間不定期交換數據，從而逐步更新全局數據庫系統。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一個相對一致的分布式數據庫。

　　4 車載物聯網中的信息傳播

　　本文認為車載網絡是一個以信息為中心的分布式系統，信息在網絡的不同位置生成、收集和發布。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。以信息為中心來發現系統需求十分重要。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域里將信息傳遞給一個或一組節點。信息傳播的目的地是網絡中的特定的單個節點或者一組指定的節點組，甚至可能是一組未知節點。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、數據緩存、數據融合等。

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

　　數據緩存和數據融合也是車載自組織網絡中熱門的研究方向。Zhao等人使用了定期廣播和緩沖的方法從數據中心分發信息到車載自組織網絡。根本上來說，它是一個從數據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據融合方案。該方案定義了一組地標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化信息融合。

　　在車載自組織網絡中，信息的傳播、緩存和融合都有過相應的研究。然而，在車載自組織網絡中，大多數類型的信息中并不包括任何目標車輛的先驗知識，因而容遲的數據傳播、數據查詢、數據緩存以及數據融合密切地聯系在了一起。任何車輛可能會產生并發出一個查詢，且希望其臨近車輛能盡快響應。

　　傳統的包路由已不能適應以信息為中心的應用，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據。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。在車載網絡技術市場化的初級階段，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。當制訂推模式的策略時，人們必須考慮到數據緩存和融合的潛在影響。人們可以利用啟發式的周邊信息(如行駛方向、速度、經常光顧的地方等)或社交網絡信息來預測和控制傳播。

　　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。在車載網絡技術市場化的初級階段，車輛很少有機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。

　　最近的一些研究關注于車載環境中的單跳通信性能。Bychkovsky等人研究了在公共Wi-Fi無線網絡中提高單跳通信的數據吞吐量的技術。他們進行了一系列的實地測試來調查在MAC握手、獲取IP地址、建立IP路由等時候可能的性能損失。Hadaller等人進行了以802.11協議為基礎的單跳通信的實驗，并提供了詳細的實驗分析。通過實驗，他們發現了一些現有無線訪問機制在數據吞吐量方面低效的根本原因。以上這些工作從底層協議(物理層、MAC地址、路由)的角度來分析和改進鏈路吞吐量。

　　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是協調本地車輛并幫助信息沿預定方向傳播。VADD是一種利用車流模式和道路拓撲來找到傳遞數據包的最優道路的轉發協議。MDDV利用車輛的流動性來幫助信息傳播。MDDV使周邊的車輛協作轉發數據包，以此來提高數據包轉發的可靠性。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。