车载网络安全应用无线接入技术的通信协议

车载网络安全应用无线接入技术的通信协议

国家公路交通安全管理局（NHTSA）分析显示，通过部署基于无线接入技术的车载网络安全应用，可以避免80%的碰撞事故。基于无线接入技术的汽车网络安全应用，通常通过将每个节点（汽车或路侧单元）的安全信息传输到周围所有节点来实现。传输的安全信息包括周期性安全信息和驱动性安全信息两种。其中，周期性安全信息由节点按照预设的时间间隔发出，而驱动性安全信息则在汽车紧急制动或检测到路面损坏的情况下发出。这些安全信息在传输过程中若出现故障或延迟，则将导致安全应用的性能下降。对此，介绍了无线接入技术常用的通信协议，并给出了一种性能更可靠的通信协议，同时通过仿真进行了验证。

无线接入技术常用的通信协议包括IEEE 802.11p协议和移动网络（蜂窝网络）协议，最为常用的为IEEE 802.11p协议。但是，该协议在相邻两个节点同时向其它节点传输安全信息时，将会在其它节点处产生冲突，使其它节点只能接收一个安全信息，属于一种单通道通信协议。而移动网络（蜂窝网络）协议由于使用的频段较低、成本较高，因而欧洲电信标准研究所（ETSI）和美国联邦通信委员会（FCC）均明确表示不会采用该协议。针对IEEE 802.11p协议存在的问题，研究给出了一种时分多址（VeMAC）协议，该协议为相邻的节点分配不同的时间间隙，并允许以分布式的方法进行每个节点的确定，同时采用时分多路访问（TDMA）技术来支持两种安全信息的传输。通过利用网络模拟器（NS-2）和微观汽车交通模拟器（VISSIM）对IEEE 802.11p协议和VeMAC协议的性能进行仿真。仿真选择了3种不同的行驶场景：滑铁卢大学道路行驶、加拿大安大略省401公路部分路段行驶和该路段上紧急停车。仿真将3种场景的录像输入到VISSIM中，生成一个汽车跟踪文件，之后将该文件输入到NS-2中，记录两种协议下两种安全信息传输的准确率和延迟。仿真结果显示：①IEEE 802.11p协议在3种场景下传输周期性安全信息的准确率分别为84.4%、77.15%和77.03%，传输驱动性安全信息的准确率分别为78.79%、67.30%和67.47%；②VeMAC协议在3种场景下传输周期性安全信息的准确率分别为99.79%、99.67%和99.62%，传输驱动性安全信息的准确率分别为100%、98.92%和98.03%；③VeMAC协议在3种场景下的延迟大约为50ms，显著低于安全应用要求的100ms，而IEEE 802.11p协议产生的延迟则高于100ms。

刊名：IEEE Networkse（英）

刊期：2016年第5期

作者：Hassan Aboubakr Omar et al

编译：陈丁跃