研究背景

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第一章 緒論

1.1 研究背景

科技日益進步，而車輛也成為了人類日常生活中不可或缺的交通工具，不論是平日上下 班通勤，或是假日出遊與購買生活必需品等，都需要仰賴車輛所帶來的便利性。但隨著 人口急速地成長，有越來越多的人駕駛車輛，導致許多國家都開始面臨非常嚴重的交通 壅塞問題，不但造成經濟上嚴重的損失，也產生許多時間上不必要的浪費。根據最新的 研究結果指出[1]，美國在2011 年時，駕駛人員因為交通壅塞的主因，總計白白地耗費 了29 億加崙的汽油以及55 億小時的駕駛延長時間，而其經濟損失總額更高達1210億美 元(其中並未包括錯失重大會議以及較長運送時間所造成的成本損失)，同時也額外排放 出560億磅的二氧化碳，造成環境的污染。因此，如何透過有效的方法來預先得知發生 壅塞的路段，進而協助駕駛人員即時作出反應以迴避壅塞路段，減少經濟損失與環境污 染，正是各個國家十分關切的議題。

近年來許多車輛已具備車用導航系統，甚至智慧型手機安裝電子地圖軟體(例如 Google Map等)後，透過全球衛星定位系統(Global Positioning System, GPS)以及電子地圖 (如圖1)，就可以幫助駕駛人員了解目前所在經緯度位置，再透過先前所記錄的位置座 標，即可計算出車輛於當前行駛路段的行車速度以及方向。因此，車輛裝備車用導航系 統後，如果能將這些交通資訊透過無線傳輸傳遞出去，以有效率且精確的方式進行彙 整，也就可以讓駕駛人員得知目前各路段的交通路況。

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圖 1：GPS 導航系統與電子地圖

就 台 灣 而 言 ， 目 前 的 車 用 導 航 系 統 皆 已 結 合 調 頻 副 載 波 即 時 交 通 資 訊 廣 播 (RDS-TMC)[2]，可接收警察廣播電台全省8個發射站以FM廣播所送出的數位路況訊息，

其內容包含了全省23縣市、高快速公路、省道即時通報事件資訊、高快速公路壅塞(60 公里/小時以下)速率資訊與天氣資訊等，因此當有發生重大事故時，便可透過既定好的 事件對照表(Event table)與位置對照表(Location table)，以告知所有車輛該路段路況相關 訊息。

另外Google Map也透過由第三方以及Android手機的使用者所分享的資料來顯示即 時路況資訊(如圖2所示)。其中第三方的資料可能是由政府單位所提供的交通資訊，而 Android手機的使用者，只要開啟全球定位系統(GPS)以及無線傳輸功能(Wi-Fi、WiMAX 或3G等)後，並允許Google Map存取該手機的位置資訊，就可以將目前所在位置、速度 及方向等資訊，分享給Google作運用，

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圖 2：Google Map 路況資訊圖

上述兩者皆可傳遞路況資訊，但調頻副載波即時交通資訊廣播(RDS-TMC)目前尚未 建置完全，其路況內容僅包含高速公路、快速道路及省道等重要道路路況，並無法普及 至市區內所有道路，並且事件表內容某部分僅顯示事件名稱(如火燒車、車輛拋錨及施 工等)，無法顯示該路段車速如何，也無法讓駕駛人員作為路徑是否需重新規劃的判斷 依據。而Google Map可以顯示大量的即時路況資訊，但同時也需要大量的運算與網路資 源，方能將如此龐大的路況資訊進行彙整，以供其他使用者進行運用。因此本研究利用 車輛與車輛間相遇的機會，將彼此間所擁有的路況資訊內容以無線網路傳輸的方式進行 交換，僅須利用車輛的網路傳輸資源以及運算資源，便可獲得準確的路況交通資訊。

目前GPS導航系統均已具備無線網路的資料雙向傳輸能力，因此可藉由車間通訊系 統(Inter-vehicle Communications)，將路況交通資訊在車輛與車輛(Vehicle-to-Vehicle, V2V)或車輛與道路系統之間(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)互相傳送[3, 4, 5]。而因為車輛 一直保持在持續移動的狀態下，形成許多不連續的網路，因此無法以傳統連接性網路來

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進行通連，所以車間通訊系統的部分我們採用DTN(Delay-Tolerant Network)耐延遲網路 技術，相較於傳統連接性網路而言，其差異在於來源端與目的地端節點間不具有固定以

目前DTN(Delay-Tolerant Network)耐延遲網路的應用如下：

1. 外太空通訊(Outer space communication)：

衛星傳輸是短期欲達成的目標，行星之間傳輸則為未來的長程目標，衛星傳輸在現 今已經有一些可行的技術，而DTN容許長時間延遲和高錯誤機率的性質，適用於外太空 傳輸。美國國家航空暨太空總署 (NASA) 已於2011年啟用的Inter Planetary Internet Project 就是這個應用的實際案例[7, 8]。

2. 戰區、災區的通訊網路(Battle filed networks)：

以往Mobile Ad Hoc Network(MANET)的研究應用，常被設定在無建置基礎建設或基 礎建設已遭受損壞的戰區、災區環境中，然而在這樣的環境下，由移動式節點所組成的 許多互不相連的網路區塊，可能會因為移動式節點的移動性與無線傳輸範圍的限制等因 素，造成不同的網路區塊之間無法互相通訊的情況，此時若能利用DTN節點的移動性，

以及機會網路最重要的傳輸機制儲存並轉送(store-carry-forward)訊息交換機制，即能應 用於戰區、災區環境[9, 10]。

3. 開發中國家或偏遠地區網路傳輸(Developing Regions Networks)：

開發中國家或偏遠地區的網路基礎建設通常未臻完善，勢必有許多地區的連外網路 不發達，甚至是沒有網路可言，這時候DTN的作用和優勢就可以被突顯出來，雖不能提

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4. 野生動物追蹤(Wildlife Tracker)：

野生動物的移動行為沒有固定路徑，僅能在特定地點找到牠們，例如水源、巢穴等，

在這些野生動物的身上裝置省電、無須額外設定的GPS收發器後，研究人員便可藉由裝 置之間的資料交換資訊，來分析出野生動物的活動範圍、不同物種間的互動及遷徙等關 係，相關的研究如美國普林斯頓大學的ZebraNet Project[12, 13]。

耐延遲車載網路(Vehicular Delay-Tolerant Networking-VDTN)為一種在DTN移動節 點上的應用，藉由車輛間機會式的相遇來交換訊息，而耐延遲車載網路(VDTN)主要應 用在交通狀況監控、碰撞避免偵測、緊急訊息的傳播等，因此透過耐延遲車載網路 (VDTN)，就可讓行動節點(車輛)間攜帶與交換訊息。

而本研究主要探討在一般市區地域內，透過本研究所提出的路況交通覺知路由協定 (Road Traffic Awareness Routing Protocol-RTARP)，讓車輛節點以有效率的方式進行路況 交通資訊的交換。