車載網絡安全應用無線接入技術的通信協議

車載網絡安全應用無線接入技術的通信協議

國家公路交通安全管理局（NHTSA）分析顯示，通過部署基于無線接入技術的車載網絡安全應用，可以避免80%的碰撞事故。基于無線接入技術的汽車網絡安全應用，通常通過將每個節點（汽車或路側單元）的安全信息傳輸到周圍所有節點來實現。傳輸的安全信息包括周期性安全信息和驅動性安全信息兩種。其中，周期性安全信息由節點按照預設的時間間隔發出，而驅動性安全信息則在汽車緊急制動或檢測到路面損壞的情況下發出。這些安全信息在傳輸過程中若出現故障或延遲，則將導致安全應用的性能下降。對此，介紹了無線接入技術常用的通信協議，并給出了一種性能更可靠的通信協議，同時通過仿真進行了驗證。

無線接入技術常用的通信協議包括IEEE 802.11p協議和移動網絡（蜂窩網絡）協議，最為常用的為IEEE 802.11p協議。但是，該協議在相鄰兩個節點同時向其它節點傳輸安全信息時，將會在其它節點處產生沖突，使其它節點只能接收一個安全信息，屬于一種單通道通信協議。而移動網絡（蜂窩網絡）協議由于使用的頻段較低、成本較高，因而歐洲電信標準研究所（ETSI）和美國聯邦通信委員會（FCC）均明確表示不會采用該協議。針對IEEE 802.11p協議存在的問題，研究給出了一種時分多址（VeMAC）協議，該協議為相鄰的節點分配不同的時間間隙，并允許以分布式的方法進行每個節點的確定，同時采用時分多路訪問（TDMA）技術來支持兩種安全信息的傳輸。通過利用網絡模擬器（NS-2）和微觀汽車交通模擬器（VISSIM）對IEEE 802.11p協議和VeMAC協議的性能進行仿真。仿真選擇了3種不同的行駛場景：滑鐵盧大學道路行駛、加拿大安大略省401公路部分路段行駛和該路段上緊急停車。仿真將3種場景的錄像輸入到VISSIM中，生成一個汽車跟蹤文件，之后將該文件輸入到NS-2中，記錄兩種協議下兩種安全信息傳輸的準確率和延遲。仿真結果顯示：①IEEE 802.11p協議在3種場景下傳輸周期性安全信息的準確率分別為84.4%、77.15%和77.03%，傳輸驅動性安全信息的準確率分別為78.79%、67.30%和67.47%；②VeMAC協議在3種場景下傳輸周期性安全信息的準確率分別為99.79%、99.67%和99.62%，傳輸驅動性安全信息的準確率分別為100%、98.92%和98.03%；③VeMAC協議在3種場景下的延遲大約為50ms，顯著低于安全應用要求的100ms，而IEEE 802.11p協議產生的延遲則高于100ms。

刊名：IEEE Networkse（英）

刊期：2016年第5期

作者：Hassan Aboubakr Omar et al

編譯：陳丁躍