研究動機

隨著無線通訊技術日趨成熟，希望藉由 VANET 的應用來交換或傳遞 交通訊息，提升交通安全或是減少塞車。其中以利用廣播技術來傳遞緊急 訊息給駕駛人，最被廣泛應用的一種方式，因為可以將重要的緊急訊息利 用廣播的傳輸方式很快地傳送給周圍所有的車輛得知。然而，廣播的這種 傳輸方式卻存在著以下幾個問題[7]：

(1) 沒有回覆 (Acknowledgement, ACK) 訊框 (frame)：發送訊息的 車輛無法得知其他車輛是否有成功接收此訊息，所以要發送訊息 的車輛只能藉由定期的不斷傳送該訊息，來確保周圍的車輛都能 成功接收此訊息，因而可能產生廣播風暴(broadcast storm)的問 題。

(2) 沒有要求傳送 (Request to Send, RTS) /允許傳送 (Clear to Send, CTS) 交換機制：將可能產生隱藏節點 (hidden terminal) 問題，

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使傳送可靠度降低，讓車輛無法成功接收訊息。

(3) 沒有自動重傳機制 (automatic retransmission)：當傳送失敗時，

沒有一個重傳機制來確保訊息一定能成功被接收。

除了上述的廣播風暴和隱藏節點問題之外，廣播技術還有其他必須 克服的無線傳輸問題[8]，例如：訊號干擾 (interference) 和封包碰撞 (collision) 等。所以緊急訊息的廣播在可靠度方面存在著很大的問題，尤 其是在市區環境中這些問題會更加嚴重。

即使改善了傳送的穩定度，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。因此，本研究提出 了一個應用在車載網路中緊急訊息的自適性廣播調控機制，用以將緊急訊 息廣播頻率做最佳化即時調控，讓所有需要接收到緊急訊息之車輛皆能即 時收到，以避開壅塞路段或危險發生，提供安全和舒適的車輛行駛環境。

圖 4 為緊急訊息之自適性廣播調控機制的場景，事故發源車輛 (Source Vehicle, SV) 將危險街道 (Warning Street) 的危險資訊向外廣播，讓所有在 危險區域 (Warning Zone) 中可能面臨危害的車輛，都能在還未進入到危險 街道前收到緊急訊息，而提前轉向，離開危險街道避免壅塞或危險。

SV

危險街道 (如:車禍、

危險路面或道路施工) 危險區域

圖 4. 緊急訊息之自適性廣播調控機制的場景

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本研究架構如下：在第二章將介紹目前既有的相關研究，包含各種的 廣播機制，以及適用於提高傳送可靠度之廣播機制。第三章將詳細介紹本 研究所提出的緊急訊息之自適性廣播調控機制，包含有緊急訊息之傳送範 圍，訊息廣播頻率與傳送可靠度關係的推導和訊息廣播頻率調控機制設計。

第四章將分析並討論緊急訊息之自適性廣播調控機制的模擬比較。第五章 則是結論。

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第二章 相關研究

如同前一章所提到的，一般的廣播機制先天上存在著一些問題，如：

無 ACK frame 機制、無 RTS/CTS 交換機制、無自動重傳機制。但是以廣 播技術來傳遞緊急訊息給駕駛人卻又是最有效的一種方式，因為可以將重 要的緊急訊息很快地傳送給周圍所有的車輛得知。因此，許多的學者開始 投入研究，改善具有缺陷的廣播機制，增加緊急訊息的傳輸效能，確保重 要的安全相關資訊能有效的傳送給所有需要的車輛，以提高車輛行駛的安 全性。

2.1 廣播機制總覽

為解決一般廣播機制存在的缺陷及盲點，相關的廣播機制陸續被提出，

以下為其分類：

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(Probability-based) [9-13]

重複次數為基礎

(Counter-based) [7]

涵蓋面積為基礎

(Area-based) [14]

距離為基礎

(Distance-based) [7] [11][12] [15]

無信標/

(Clustering-based) [16][19]

鄰居資訊為基礎

(repetition)機制 [28][29]

廣播風暴問題會帶來嚴重的封包碰撞問題，降低傳輸效能，甚至使車

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(2) 以重複次數為基礎的廣播機制：車輛則會根據所收到的重複訊息 數量來決定所收到的訊息是否進行重傳。

(3) 以 涵 蓋 面 積 為 基 礎 的 廣 播 機 制 ： 是 根 據 自 己 相 較 於 發 送 者 (sender) 所額外覆蓋的傳送範圍大小來決定是否重傳訊息。

(4) 以距離為基礎的廣播機制：是根據自己與發送者的距離來判斷是 否重傳訊息。

(5) 以位置為基礎的廣播機制：是判斷自己是否位於特定的位置上或 區域中，才能作重傳。

(6) 以叢集為基礎的廣播機制：藉由叢集的傳送特性，只須讓叢集首 (cluster head) 和叢集閘道 (cluster gateway) 來進行重傳即可。

(7) 以鄰居資訊為基礎的廣播機制：是利用收集相鄰車輛的各種資訊 來進行評估，並作為是否進行重傳的考量因素之一。

以上各種廣播機制，主要都是藉由單一或少數的轉送者 (forwarder) 來減少過多不必要的封包傳送，以降低網路負載。雖然這些方法可以降低 過多的封包之傳送問題，提升傳輸效能，但是仍存在著訊息無法成功傳送 的問題，無法保證傳送可靠度，車輛無法即時得知重要緊急訊息而可能面 臨到危害。

文獻[18][22-24]中利用不同的傳輸機制來解決隱藏節點的問題，例 如：

(1) RTS/CTS 交換機制：讓車輛在進行傳送訊息前，先進行 RTS/CTS 交換來預留頻寬，使車輛在真正進行傳送訊息時能成功，但是因 為傳輸前都必須做 RTS/CTS 交換，因此也相對地提高了傳送的 延遲時間，而緊急訊息的傳送必須符合即時性，因此此方法不適

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用於緊急訊息的傳輸。

(2) 忙線音 (Busy tone) 機制：利用兩個頻道 (channel) 分別傳送控 制 (control) 訊息和資料 (data) 訊息，來避免傳輸時的衝突或干 擾，但因為同時要使用兩個頻道，因此網路成本較高。

這些傳輸機制雖然可以避免傳送訊息時所受到干擾，但一樣存在著訊 息無發成功傳送的問題，無法保證傳送可靠度，也就是無法保證車輛行駛 的安全性。

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

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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

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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。

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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。

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。