提高傳送可靠度之廣播機制

第二章相關研究

2.2 提高傳送可靠度之廣播機制

為了使車輛都能成功接收所需的緊急訊息，因此有了以下兩種機制，

來解決可能有車輛因為某種因素而無法成功接收到重要訊息的問題。如同表 1 中用以解決傳送失敗時的回復機制，分別為：

(1) 回覆訊框 (ACK frame) 機制：若車輛有成功接收到訊息，則回傳一個 ACK 資訊給發送者，讓發送者可以知道已經有哪些車輛已經收到訊息，還有哪些車輛還未收到訊息，以調整傳送之方式，

使還未接收訊息的車輛可以確實地收到所需資訊。[18][25]中是讓下一個訊息轉送者在收到發送者傳送來的訊息後，就會回覆一個 ACK 資訊給發送者，讓發送者知道訊息有成功被傳遞下去，

否則，發送者若沒有收到 ACK 資訊，則會在超過一個特定時間後進行重傳訊息，以避免訊息沒有成功被傳送到。在[14]中指出 ACK 資訊夾帶在定期發送的信標訊框中，因此每輛車皆可以知道自己周圍的車輛是否有收到還未過期的緊急訊息，若還未收到，

則會決定自己是否要重傳該訊息給它。另外在[26][27]中則是將

收到過的訊息的識別碼 (identifier) 記錄在信標訊框中，所以一樣可以藉由定期傳送的信標來得知周圍的車輛是否已經收到過緊急訊息，若還未收到，則決定是否要將該訊息重傳給它。

(2) 重複傳送 (repetition) 機制：藉由讓事故發源車輛重複傳送訊息給周遭所有的車輛，以確保所有可能進入危險街道的車輛都能有很高的機率接收到該緊急訊息。[28]中使用一個傳送頻率下降演算法 (rate decreasing algorithm) 將原先設定好的傳送頻率定期減小，以減少多餘的訊息傳送和傳輸延遲。但是此演算法並不能因應車流的變化，做一個最佳化傳送頻率的調整，來適應不同的交通情況。[29]中則是考慮頻道錯誤率 (channel error rate) 造成周遭車輛可能無法接收到訊息的可能，並利用重複多次傳送來提高訊息被接收的機率。但是此方法只有考慮事故發源車輛的周圍車輛是否能成功接收到訊息，並沒有考慮到所有可能會經過危險街道的車輛，是否都能成功接收到該緊急訊息。

即使提高了傳送的成功機率，讓每次傳送訊息時都能有好的接收程度，

但也不能保證車輛在可能遇到危害前，就一定能接收到緊急訊息來避開危險。也就是說，訊息必須要能做到即時傳達才有意義。而如果要讓傳輸符合即時性，最常見且有效的做法就是調整傳送頻率。[28]中就是採用定期減小傳送頻率，來減少多餘的訊息傳送，降低網路負載。在 [30][31]或 DSRC 標準的緊急訊息傳輸中，都是將安全相關的訊息傳送頻率訂為至少每秒需傳送 3 次，也就是平均至少在 300 毫秒 (ms) 的時間內就需要再傳送一次訊息。若事故發源車輛傳送緊急訊息之頻率夠快時，雖然訊息的傳送可以符合傳送即時性，但是卻會使得該區域網路負載過大，造成該區域

訊號干擾嚴重；而傳送訊息之頻率過慢時，車輛無法即時接收緊急訊息，

可能使車輛面臨危害前都沒有收到緊急訊息。

因此，不論傳送頻率過快或是過慢，最後都將導致傳送效能大幅下降而使得緊急訊息無法成功傳送，提高車輛觸發危害的可能，而有人員生命安全的疑慮。本研究中所提出的自適性廣播調控機制就是採用重複傳送機制的方式，並且計算了一個最適合當下交通環境的最佳重複傳送次數與傳送頻率，讓所有需要接收緊急訊息的車輛皆可以即時且正確地收到，而且不會造成網路負載過重的情形。

第三章

緊急訊息之自適性廣播調控機制

在這一章中將介紹如何求得最適宜的廣播頻率，讓廣播頻率不會過快而使網路負載嚴重，也不會過慢而使訊息無法即時傳送到需要的車輛，使所有可能進入危險街道的車輛都能在還未進入前都收到緊急訊息，而提前預警來避免可能造成的危害。並且加入了一個動態即時調控機制，使得此自適性廣播頻率可能適應於各種交通情形，不管車流量如何變化，都能使訊息即時且成功的傳送至所有需要接收該訊息的車輛。首先在第 3.1 節中將說明緊急訊息傳輸範圍的定義，也就是可能會接觸危害的車輛之範圍。

而如何將廣播頻率做最適宜的調整則是在第 3.2 節中做說明。最後是在第 3.3 節中說明如何動態即時調控這個自適性廣播頻率。

3.1 緊急訊息傳輸範圍之定義

這裡需定義適當的緊急訊息傳輸範圍，避免影響其他不必要的車輛，

只針對那些可能會接觸到危險的區域中的車輛來傳輸。根據[33]中指出，

車輛急煞、交通訊號異常、車子相撞、道路異常等交通事件，在發送緊急

訊息的合理範圍是數百公尺到一公里內。因為我們所討論的環境是在市區 街道，所以可能接觸到危害的區域應訂為危險街道向外延伸 k 個路口的範 圍 (k∈Ζ)。若只向外延伸一個路口 (即 k = 1)，則會因為危險區域範圍過 小，使車輛必須在極短時間內就要收到緊急訊息才能避開危險街道，因此這樣的設定是不合理的。如圖 5 所示，若將危險區域定義為危險街道向外 延伸兩個路口的範圍 (即 k = 2)，則車輛在經過危險街道外圍一條街道的時 間內，若能收到由事故發源車輛所傳來的緊急訊息，就可以在還未進入危險街道前的路口中做轉向，來避開危害發生。而若將危險區域訂為危險街 道向外延伸三個以上之路口 (即 k ≥ 3)，則會影響其他不一定會進入危險 街道之車輛。所以在此我們將危險區域定義為危險街道向外延伸兩個路口 的範圍，即 k = 2 的情形。因為只有在進入這個危險區域的車輛才有可能 會接觸到危險，若在此危險區域中的車輛若能即時收到緊急訊息，則也能在還未進入危險街道前轉向，來避開可能面臨的危害。而此危險區域也就是緊急訊息傳輸範圍，如此可以減少過多不必要的訊息傳送，也可以不打擾其他可能不會面臨危害的車輛，而且在危險區域中的車輛也能在收到緊急訊息後做轉向，來離開壅塞或危險的街道，以免造成危害。

危險區域

危險街道(如:車禍、

危險路面或道路施工)

圖 5. 危險街道向外延伸兩個路口的危險區域範圍

3.2 訊息廣播頻率與傳送可靠度關係的推導

在這一節中將說明如何使傳送頻率做最適宜調整。首先定義兩個前提假設：

(1) 在長時間觀測下，車輛是呈現均勻分布。

(2) 因為訊息的傳送相對於車輛的移動是瞬間完成的，所以可合理假設，在訊息傳送時，車輛是靜止的。

接著利用車輛在某街道的所有可能分布情形，估計平均每次傳送訊息時，車輛可能無法成功接收到訊息的機率 (P_dis)。圖 6 就是以危險區域中的一個街道為例，做的一些假設與定義：

 街道長為L_street

 將街道切割為寬度是 5 公尺 (大約一個車身的長度)，長度是原路 寬寬度的小區塊，假設共有 m 個區塊

 l代表車道數，也就是一個區塊可以容納的車輛數目

 傳輸半徑為 R，令 R = a × 5，則d =  ^a ^{，表示傳輸半徑內可} 以涵蓋的區塊個數

 n 代表街道中所有的車輛總數

圖 6. 對街道的一些假設與定義

因此可知，如果在街道中一處有連續大於等於d 個區塊之中，沒有任何車輛時，則訊息將無法傳遞下去，也就是訊息不連接 (disconnect)，而無法將訊息成功傳送到後方車輛。而P_dis就是統計所有車輛可能分布的情形之

3.3 訊息廣播頻率調控機制設計

因為車輛無法成功接收到事故發源車輛所傳送的緊急訊息之機率 (P_dis) 是利用該街道的車輛可能的分布情形來計算的，所以當該街道的車輛密度改變時，P_dis也會因此而改變。而P_dis的改變也會影響事故發源車輛的重複傳送次數，以及傳送頻率。因此，為了使本機制可以適用於真實的市區環境，車流是隨時間產生變化的，本研究提出了一個動態即時調控機制。此傳送頻率的即時調控機制是利用一種竊聽 (overhearing) 的方式來完成的。

本研究的廣播機制是採用簡單的泛洪 (flooding) 傳輸方式，即任何收到傳送者傳來的訊息之接收者，只要是第一次收到此訊息，則會重傳 (rebroadcast) 該訊息給周圍的車輛，否則不會進行重傳，並且會丟棄 (drop) 該訊息封包。所以事故發源車輛可以利用聽取附近周圍車輛的重傳次數，

得知其周圍車輛個數，也就是其傳輸範圍內的車輛密度。因為兩個相鄰之街道的車輛密度是相似的，因此，可利用事故發源車輛周遭之車輛密度來推測危險區域中街道的車輛密度，再藉由危險區域之街道的車輛密度推算出危險區域中車輛無法成功接收到事故發源車輛所傳送的緊急訊息之機率 (P_dis)，進而計算出所需的重複傳送次數，以及傳送間隔時間。而因為

v T = L

^street

r I = T

(8)

(9)

重複傳送次數是建立在平均一車經過危險區域之街道時，事故發源車輛所需重複傳送的次數，讓任一車在經過危險區域之街道時，能至少收到一次緊急訊息。所以應該以平均一車經過危險區域之街道的時間為單位，動態調整因車輛密度產生變化，所需不同的重複傳送次數及傳送間隔時間。事故發源車輛調控廣播頻率之步驟如下：

前置作業：事故發源車輛在廣播訊息後，會等待 100 毫秒 (ms) 來統計所聽取到的重複傳送次數，即一種竊聽機制，並將重複傳送次數做為其周遭相鄰的車輛數。

步驟 1. 首先，事故發源車輛會以 1 赫茲 (Hz, 即每秒發送一次訊息) 頻率廣播緊急訊息 5 次，並統計此 5 次的周遭相鄰車輛數，

將總數取平均後，成為實際的相鄰車輛數 (B)。

步驟 2. 以 B 值推算危險區域之街道的車輛數 (n) 為 B R L_street

2 × ，R 為

事故發源車輛的傳輸距離，而將 n 值帶入公式 (4)、(5) 和 (6) 中則可計算出P_dis。

步驟 3. 將P_dis代入公式 (7) 可求出要達到P_t_arg_et的傳送可靠度所需的

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