環境架構與做法步驟

本論文所提出之作法是建立在以群集為基礎的環境上，如[7]、[9]，如圖 3-7 所示，在本論文所提出之作法的架構中，讓群集與群集交換訊息時使用 CH178 通道，群集內交換頻率使用訊息時使用 CH172 通道，CH 會利用從 CM 蒐集到的鄰居頻率表統計自己群集內各個頻率的使用數量，並且透過 CH178 通道將這些資訊與別的群集的 CH 做交換，並將蒐集到的多個群集通 道使用資訊統計成如圖 3-6 的頻率使用表（標記了全域的各個頻率使用數量），

透過如[7]、[9]的 CFP 時段，週期性的廣播給群集內的車輛，車輛間也會透 過 CFP 時段得知各自 2-hop 鄰近車輛頻率的使用狀態，如圖 3-6 的鄰居頻率 表，透過這兩個資訊，車輛在傳送非即時訊息時，可以挑選到不會發生資料 碰撞且對整體頻率配置最緊密的頻率。

圖 3-6 頻率使用表與鄰居頻率表

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圖 3-7 群集間通訊與群集內通訊通道的使用

圖 3-8 是本論文所提出之作法在 CH 與 CM 的做法步驟，我們的時槽規 劃如[7]將 frame 分成 CFP 與 CP 區，並且每台車會在 CFP 區中佔有一個保 留時槽，做法步驟如下：

 CH

1. CH 在 CFP 時段蒐集群集內每台車週期廣播的鄰居頻率表，並統計出目 前自己群集內各個頻率的使用數量。

2. CH 會將頻率使用數量的資訊，透過 CH178 與別的群集的 CH 做交換。

3. CH 將別的群集與自己群集的各個頻率的使用數量，統計成頻率使用 表。

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率表，發現 B 節點正使用綠色頻率。因此，C 節點可選頻率包含黑、紅 色頻率，但假設 C 節點最終隨機選用紅色頻率。

但是，不難發現時間 3 的時候，若 C 節點選用黑色頻率，可以使得頻率 使用效率提高，我們提出的複合式頻率配置比分散式的頻率配置節省了頻率 的使用，使頻率的配置更加緊密。因此，我們所提出之複合式頻率配置設計，

在頻率配置時 CM 會透過 CH 所廣播的頻率使用表挑選最佳頻率，以使得系 統頻道使用率提高。換句話說，在時間 3 的時候，CM 透過 CH 所廣播的頻 率使用表，得知黑、綠色頻率各使用 1 次，而紅色頻率為 0 次。由於對於 C 節點而言，黑、紅色頻率為可用頻率，而黑色頻率使用次數（1 次）大於紅 色頻率使用次數（0 次）；根據我們所提出之複合式頻率配置設計，C 將挑選 黑色頻率，讓整體的頻率使用更有效率。

本論文所提出之作法透過群集中的首腦蒐集多個群集的頻率使用資訊，

並週期性的廣播給自己群集內的 CM（成員車）知道，讓 CM 可以在挑選傳 輸非即時訊息的使用頻率時，能夠挑選到對整體車隊而言最有效率的頻率。

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圖 3-9 通道配置說明範例

- 31 - 與 RR-ALOHA[5]、VeSOMAC[6]做比較。

4.1.1 平均緊急安全訊息的延遲

圖 4-1 是根據[6]的環境來進行模擬，表 4-1 是圖 4-1 使用的參數，每個 frame 切成 100 個時槽，每台車的通訊範圍是 300m，不斷開的車隊長度是 50 台車，車間距離是 25m~45m 的均等分布，模擬的結果如圖 4-1，其中縱 軸是平均訊息的傳遞延遲並以時槽個數來作單（Average Message Delivery Latency（slot）），橫軸是車輛的名稱（ID of Vehicle），分別對應地理位置 由 0 開始的第一台車到不斷開車隊中的最後一台車，a 線是[6]的做法，b 線 是本論文所提出之作法，由圖 4-1 中可以看出，本論文所提出之作法在平均 緊急安全訊息的延遲上，明顯優於[6]的做法，這是由於[6]利用車輛前後次 序來調整保留時槽，但並沒有考慮到透過轉傳車來安排的概念，因此[6]的時 槽並沒有最有效率的排列，造成緊急安全訊息的平均延遲較大。

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表 4-1 圖 4-1 之模擬參數表

不斷開的車隊數量 50

車間距離 25m~45m 的均等分布

通訊範圍 300m

時槽數量 100

圖 4-1 本論文所提出之作法與 VeSOMAC[6]比較：a 線 VeSOMAC[6]，b 線是本論文所提出之作法

表 4-2 圖 4-2 之模擬參數表

不斷開的車隊數量 隨機數量

車間距離 平均值為 50m 的指數分布

通訊範圍 200m

時槽數量 30

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圖 4-2 本論文所提出之作法與 RR-ALOHA[5]，VeSOMAC[6]比較：a 線 RR-ALOHA[5]，b 線 VeSOMAC[6]，c 線本論文所提出之作法

圖 4-2 是使用與[6]不同的網路環境所進行的模擬，參數如表 4-2，每個 frame 切成 30 個時槽，每台車的通訊範圍是 200m，車間距離是平均值為 50m 的指數分布，縱軸與橫軸同圖 4-1，[5]的做法是 a 線，[6]的做法是 b 線，本 論文所提出之作法是 c 線，由圖中可以看出本論文所提出之作法的平均延遲 是最低的。

4.1.2 車間距離對作法的影響

在圖 4-2 中，每條線幾乎近似於一條直線，其各自的斜率也可以被推算 出來，為了探討車間距離對各個做法平均延遲的影響，我們利用這些直線的 斜率來做比較，圖 4-3 所使用的參數如表 4-3，我們將[5]、[6]與我們提出的 做法的斜率（平均訊息延遲/車輛 ID）相對於車間距離的結果來做比較，其 中縱軸是斜率（Slope），橫軸是車間距離（Inter-vehicle spacing），一般來

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說，當車間距離越大，斜率也會跟著變大，如 a 線和 c 線，但是 b 線卻反而 變小，這是由於 b 線的時槽排列是按照車輛前後的相對位置，當車間距離夠 大時，在後方的車會正好相近於自己的轉傳車，因此，如圖 4-3 所示，b 線 與 c 線會隨著車間距離的增加逐漸地接近。

表 4-3 圖 4-3 之模擬參數表

不斷開的車隊數量 80

車間距離 平均值為 50m 的指數分布

通訊範圍 200m

時槽數量 30

圖 4-3 本論文所提出之作法與 RR-ALOHA[5]，VeSOMAC[6]比較：a 線 RR-ALOHA[5]，b 線 VeSOMAC[6]，c 線本論文所提出之作法

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（Blocking Probability），橫軸是1/β（m）所對應的數值，紅線是隨機挑選通 道的做法（random），藍線是本論文所提出之做法（proposed），可以明顯的

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圖 4-4 ρ=8

圖 4-5 ρ=10

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圖 4-6 ρ=12

圖 4-7 ρ=14

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圖 4-8 ρ=16

4.2.2 改善幅度

圖 4-9 顯示了本論文所提出之作法相對於不使用全域資訊隨機選擇通道 的做法在不同交通量（ρ）的改善幅度，其中縱軸是改善幅度（Improvement），

橫軸是1/β（m）所對應的數值，可以發現當 ρ 越小時，改善幅度會越大，

這是因為當ρ 越小時，會有更多的通道申請機會發生，如此一來，本論文所 提出之作法擁有更多的機會利用頻率使用的全域的資訊來挑選較好的道。

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圖 4-9 不同交通量的改善幅度

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第五章 結論

在本論文中，我們提出的緊急安全訊息快速傳遞的機制，可以使行駛中 的車輛發生事故時，能更快速的通知後方車輛，並且可以避開隱藏節點的問 題，使緊急安全訊息的傳遞更有保障，從模擬結果中，我們與現有的做法進 行比較，本論文所提出之作法使用指定車與轉傳車的方式來調整時槽，可以 明顯的提升緊急安全訊息的傳遞速度。

在非即時訊息多通道配置上，我們利用群集的方式，蒐集全域的資訊來 幫助車輛挑選對整體車隊效率最高的通道，可以使通道配置更為緊密有效率，

從模擬的結果也可以看出，本論文所提出之作法可以有效提升通道的使用效 率。

在未來，我們希望能整合緊急安全訊息的傳遞與非即時訊息通道的配置，

建構出一個完整的車載網路架構，不僅可以有效利用通道來傳遞非即時訊息，

也可以保障緊急安全訊息快速的接收與轉傳。

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參 考 文 獻

[1] 姚昌廷，“車載網路合作式碰撞預防效能分析與改善機制之研究”，國立 台灣師範大學應用電子工程系，碩士論文，民國 99 年

[2] ASTM E2213-03, “Standard Specification for Telecommunications and Information Exchange between Roadside and Vehicle Systems – 5 GHz Band Dedicated Short Range Communications (DSRC) Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) Specifications,” ASTM Int’l., July 2003.

[3] Daniel Jiang and Lothar Thiele, “5.9GHz Dedicated Short Range Communication Design of the Vehicular Safety Communication Architecture”, Master's Thesis, 2005.

[4] N. Wisitpongphan and O. K. Tonguz, “Broadcast Storm Mitigation Techniques in Vehicular Ad Hoc Networks”, IEEE Wireless Communications, December 2007, pp. 84-94.

[5] Flaminio Borgonovo, Antonio Capone, Matteo Cesana, and Luigi Fratta, “ADHOC MAC: A New MAC Architecture for Ad Hoc Networks Providing Efficient and Reliable Point-to-Point and Broadcast Services,” Wireless Networks, Vol. 10, No. 4, July 2004, pp. 359—366.

[6] Fan Yu and Subir Biswas, “Self-Configuring TDMA Protocols for Enhancing Vehicle Safety With DSRC Based Vehicle-to-Vehicle Communications,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 25, No. 8, October 2007.

[7] Ahmed Ahizoune, Abdelhakim Hafid, Racha Ben Ali, “A Contention-Free

Broadcast Protocol for Periodic Safety Messages in Vehicular Ad-Hoc Networks,”

IEEE 35th Conference on Local Computer Networks (LCN), 2010,pp. 48—55.

[8] Bai S., Z. Huang, D. Kwak, S. Lee, H. Oh and J. Jung, “Vehicular Multi-Hop

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Broadcasting Protocol for Safety Message Dissemination in VANETs”, IEEE Vehicular Technology Conference, 2009, pp. 1-5.

[9] Xi Zhang, Hang Su and Hsiao-Hwa Chen, “Cluster-Based Multi-Channel Communications Protocols in Vehicle Ad Hoc Networks,” IEEE Wireless Communications, Oct. 2006, pp. 44—51.

[10] Jihene Rezgui, Soumaya Cherkaoui, Omar Chakroun, “Deterministic Access for DSRC/802.11p Vehicular Safety Communication,” Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), July 2011,pp. 595—600.

[11] 胡鈞祥，“車載通訊安全技術”，電通通訊季刊，pp. 40—45，2008 年第 3 季，2008 年 9 月

[12] 林睿源，“高速公路環境下之聰明車用網路資料散佈機制”，國立臺灣大 學，碩士論文，2007 年 6 月

[13] 郭任傑，“車用無線隨意網路中無連接式來源路由機制之研究”，國立臺 灣科技大學，碩士論文，2006 年 1 月