日本

日本車路整合發展概況中，車路互動應用以Smartway 為服務核心。日本推動 Smartway 主要目標是建立一個車路之間能互相溝通的交通環境，利用車路之間的 溝通協調，有效避免並降低意外事故發生。相關服務包括：前方路況資訊與障礙 物通知、合併道路切入輔助資訊、行車安全與導航地圖整合資訊、停車場管理、

無線網路接取等項目。

Smartway 計畫之目的在於整合日本各項 ITS 之功能(尤其 VICS 與 ETC)及建 立車上單元之共同平台，使道路與車輛能藉由 ITS 資訊的雙向傳輸而成為聰明道 路(Smartway)與聰明車輛(Smartcar)，期望 2010 年於全日本普及。2009 年起將於 日本三大都會區進行實驗。而 Smartway 與 VICS、ETC 相互關係之說明圖如圖 2-5 所示，日本希望能發展一個共用的資通訊平台的基礎架構，透過此架構可以提 供各種不同的 VICS、ETC 或 ITS 服務。故其發展方向為能透過一個智慧型車載 (OBU)元件:如車載機或智慧型手機，經由無縫隙通訊網路(或 DSRC)提供各種不同 的車路整合服務訊息給用路人。

資料來源：99-TDB001 車路整合系統發展趨勢與 ITS 節能減碳關聯之研究

圖2-5 Smartway 與 VICS、ETC 關係圖

日本國土交通省道路局網(http://www.mlit.go.jp/road/road_e/kc2 _evolution.html) 在 ITS 車路通訊之間的發展，除原有 Vehicle Information and Communication System(VICS)系統發展架構外，於 2009 年開始將 5.8 GHz 的 DSRC 功能服務導入 OBU 中，並於 2011 開始在路側建置具 5.8 GHz 通訊功能的 ITS Spot，如圖 2-6 所 示。藉由ITS Spot 及 OBU for ITS Spot 設置實現車與路間通訊，以提供傳輸 ITS 基礎道路資訊中需要較大頻寬的資訊服務。

資料來源：http://www.mlit.go.jp/road/road_e/03key_challenges/2-4.pdf

圖2-6 日本未來交通資訊管理服務系統架構圖

ITS JAPEN 中的車路整合策略：日本發展經驗(V2I Strategy: Experiences in Japan Bridging Tokyo and Detroit)中主要討論協同系統(Cooperative systems)的發展 與佈署、交通資料蒐集和ITS 綠色安全(ITS Green Safety) 三個項目。與本案相關 的為交通資料蒐集。

根據圖 2-7 說明傳統的交通資訊系統利用固定式偵測器蒐集資訊並傳送至交 通控制中心，經過資料分析與處理後再回傳至路側設備，其缺點為資料來源較少，

資料蒐集僅有部分設有偵測器的點位，其他未設置偵測器的地點，則無即時資料 可發布給使用者。

移動式偵測系統則利用車對路及相關基礎設施之通訊方式，蒐集各方交通資 訊，優點為能建置更精確、更完善之交通資訊平台，透過交通資訊匯集與分析，

開發智慧化交通控制系統。

資料來源：European ITS Communication Architecture Overall Framework，2010

圖2-7 Big Data 應用於車路整合系統概述

2.1.4 國內車路整合應用發展

運研所於100 年 i3 travel 愛上旅遊計畫提出創新(innovative)的思維與理念，智 慧化(intelligent)的資訊與服務，旅遊與生活樂趣的 i3 Travel 理念。並以國內目前最 熱門的國家風景區－日月潭國家風景區為對象，透過「資訊整合」與「主動服務」

概念，提供即時的適地性(LBS)交通旅遊資訊、優質的無縫公共運輸服務。

因應日月潭平常日交通順暢，僅國定假日或週末假期壅塞之情形，配合日管 處舉辦大型活動時，提供行動式交通管理資訊發布系統功能，規劃資訊發佈之路 側設備，進行情境設計、規劃資訊發布CMS 顯示內容。其所構建既有交通管理示 範系統架構圖如圖2-8。包含運研所主機與相關交控中心(高速公路局、公路總局、

公路總局埔里工務段、南投縣交控中心)進行資料蒐集、運研所主機進行交通管理 策略與控制模式運作、資料發布至交控中心等項目，並依據分析選擇適當的路側 設備進行資料蒐集與協調控制。系統內部架構規劃內容包含交通資料蒐集、交通

管理策略與控制模式資料處理(資訊產生)以及資訊發布等三大部分。 Web Service 介面

記錄協控策略

人、車輛與路側設施之間的相互通訊技術，除GPRS/3G 的廣域網路外，尚包含近 場通訊技術，如Wi-Fi(IEEE 802.11b&g)通訊技術。

目前國內近場通訊技術並非僅有 Wi-Fi，尚有藍芽(IEEE802.15.1)，且 Wi-Fi 及藍芽常見於各種手機、電腦產品及生活運用中，於市場上的普及性高。因此本 案將以Wi-Fi 及藍芽為主要應用。以下將針對運作機制及理論適用範圍簡要說明介 紹。

2.2.1 Wi-Fi

Wireless Fidelity(簡稱 Wi-Fi)泛指符合 802.11、802.11a、802.11b 和 802.11g 無 線通訊標準製作出的WMAN 通訊器材。802.11 是由 IEEE 所制定的無線通訊標準。

Wi-Fi 的設置至少需要一個 Access Point 和一個或一個以上的 Client。AP 每 100ms 將 SSID(Service Set Identifier)經由 Beacons(信號台)封包廣播一次，Beacons 封包的傳輸速率是1 Mbit/s，並且長度相當的短，所以此廣播動作對網路效能的影 響不大。Wi-Fi 規定的最低傳輸速率是 1 Mbit/s，所以確保所有的 Wi-Fi client 端都 能收到這個SSID 廣播封包，Client 可以藉此決定是否要和這一個 SSID 的 AP 連線。

使用者亦可設定要連線到哪一個SSID，以進行雙向通訊。

Wi-Fi 直 連 ( 英 語 ： Wi-Fi Direct) ， 之 前 曾 被 稱 為 Wi-Fi 點 對 點 (Wi-Fi Peer-to-Peer)，是一套軟體協定，讓 Wi-Fi 裝置可以不必透過無線網路基地台 (Access Point)，以點對點的方式，直接與另一個 Wi-Fi 裝置連線，進行高速資料 傳輸。

Wi-Fi Direct 具備直接點對點簡易快速連接的特性 Wi-Fi Direct 是一種架構在 既有 Wi-Fi 802.11a/b/g/n 規格基礎的軟體層協定，它無須硬體實作，只需要既有

Wi-Fi 晶片供應商提供 Wi-Fi Direct 驅動程式，以軟體的功能疊加上去即可。其特 點在於：1.隨時直接連線，不需要無線存取點(Wi-Fi AP)。2.自動搜尋裝置，無須 輸入SSID。3.使用 WPS 執行編碼過的安全設定。4.類似藍牙一樣容易配對及連線。

Wi-Fi Direct 跟既有 Wi-Fi 基礎架構的裝置相容，不僅可使用標準的 Wi-Fi 協定 (801.11a/b/g/n)，Wi-Fi Direct 可以連接非 Wi-Fi Direct 的裝置，也可以連接網際網 路與Wi-Fi 裝置；所有既有的 Wi-Fi 裝置只要更新支援 Wi-Fi Direct 功能的驅動程 式或工具程式，都能啟動並應用Wi-Fi Direct 連接；像博通(Broadcom)以及其他無 線晶片供應商，會提供跨作業系統的Wi-Fi Direct 驅動程式。

Wi-Fi Direct 將進一步驅動下一代 Wi-Fi 標準─802.11ac，與既有的 Wi-Fi 基礎 架構相容，使用的頻譜為 5.15~5.3Ghz，2013 年審核通過。傳輸速率提高到 3.2Gbps，較 802.11n 的 450Mbps 快上 6 倍之多，涵蓋面也更加寬廣，比既有的 ad-hoc 模式更快，同時也支援 WPA2 加密機制，最大傳輸距離 200 公尺，最大傳輸速度 250Mbps，支援一對一以及一對多模式。

2.2.2 藍芽(Bluetooth)

藍芽的運作原理是在 2.45GHz 的頻帶上傳輸作業，除了資料傳輸之外，也可 以傳送聲音。每個藍芽技術連接裝置都具有根據IEEE 802 標準所制定的 48-bit 地 址；傳送方式可以分成一對一或是一對多來連接，藍芽的傳輸範圍在10 公尺到 100 公尺左右，採用每秒1600 次跳頻展頻技術，同時可進行雙向通訊。

藍牙4.0 技術通訊協定包含許多特性及優點，表 3-1 將逐一說明細部內容。

表2-3 藍牙 4.0 技術通訊協定說明

項目 說明

速度

支持 1Mbps 數據傳輸率下的超短數據包，最少 8 個 位元，最多 27 個。所有連接都使用藍牙 2.1 加入的 減速呼吸模式(sniff subrating)來達到超低工作循環。

跳頻 使用所有藍牙規範版本通用的自適應跳頻，最大程度 地減少和其他2.4GHz ISM 頻段無線技術的串擾。

主控制 更加智慧化，可以休眠更長時間，只在需要執行動作 的時候才喚醒。

延遲 最短可在3 毫秒內完成連接設置並開始傳輸數據。

範圍 提高調變功率，最大範圍可超過100 米。

健壯性 所有數據包都使用24-bitCRC 校驗，確保最大程度抵 禦干擾。

安全 使用 AES-128 CCM 加密算法進行數據包加密和認 證。

拓撲

每個數據包的每次接收都使用 32 位尋址，理論上可 連接數十億設備；針對一對一連接優化，並支持星形 拓撲的一對多連接；使用快速連接和斷開，數據可以 再網狀拓撲內轉移而無需維持複雜的網狀網絡。

資料來源：EE Times 圖2-9 Bluetooth 4.0 技術的核心架構圖

Bluetooth 4.0 技術的核心架構可以參考上圖所示，圖中左半部為傳統的標準藍 牙 技 術 BR/EDR 架構，而圖中右半部則是在此版本中新增加的低耗電單工 (Bluetooth Low Energy, BLE)架構，此外最為特別就是圖中間部分的 Dual-Mode 雙 工架構。雙工架構就是將BR/EDR 架構以及 BLE 單工架構一起結合施行的模式，

在此雙工模式下系統會根據當時的環境隨時切換使用不同的傳輸方式，因此理論 上可以達到系統優化以及節省耗電量的目的。此雙工模式的架構等於是將不同的 藍牙技術相互結合(例如 v2.1+EDR 或是 v3.0 高速藍牙)，用戶或是裝置可以自由切 換運行高速傳輸模式或是低耗電的運作方式。因此單工的低耗電模式就適合應用 在需要長時間連接但是不會時常傳輸數據的裝置上，而一般在PC 及手機等不同裝 置間的數據傳輸則是較適合使用雙工模式來做運行。簡單來說新的BTv4.0 技術除 了可以讓傳統標準藍牙技術、高速藍牙技術以及低耗電藍牙技術單獨運行之外，

更能夠彼此共同運用而達到"三位一體"的操作模式。

2.3 號誌控制邏輯

2.3.1 電腦號誌控制策略

交通控制號誌因應科技發展與社會需求而改變，從早期的定時控制系統演變 至今日的電腦化號誌控制系統，並輔以偵測器以及各式通訊設備加強整體系統的 即時處理功能，使得動態車流資訊與其控制概念得以引進於號誌控制策略當中，

過去十幾年間也發展出多種不同型態之號誌控制邏輯及系統。

號誌控制邏輯國內外較為廣泛應用的包含以下五種(交通部運輸研究所，

1986a；1986b)：

1.定時號誌控制(Pretimed or fixed-time signal)

為最早普遍採用之號誌控制，根據歷史調查資料，將一天分成固定數時 段，以經驗法則或各種既有時制運算公式或藉時空圖繪製，或以離線運作之 套中軟體等方式運算一天中不同時段之最佳時制，由交控中心將時制計劃傳 送至路口號誌控制器，使之依照設定時間進行號誌控制。定時控制之基本要 素包含固定週期、固定時相長度以及時相數。

其不需要設置偵測器，並且容易與街道上或同一地區的號誌配合連鎖，

其不需要設置偵測器，並且容易與街道上或同一地區的號誌配合連鎖，