總結

整理並總結現行警告訊息廣播機制之特點及可改進處。

2.1 車載無線網路簡介

由於無線網路技術的快速發展與無線網路技術的成熟，無線網路已成為人們生活中密不可 分的角色。為了讓行駛在公路上的車輛能夠獲得更多即時的資訊及確保駕駛與乘客的安全，各 國研究單位也正努力研究發展車載無線網路。車載無線網路主要是藉由安裝無線通訊設備於車 輛上，車輛與車輛之間就可以相互通訊並自組成無線通訊網路，彼此間相互交換重要的道路資 訊，並利用這些資訊避免道路上的危險事件，降低事故發生的機率以維護駕駛、乘客及財產的 安全。

車載無線網路主要有三種架構：第一種架構為單純的車輛與車輛之間通訊的網路 (V2V)；

第二種架構是在有線及無線的骨幹上通訊，可以當作為 WLAN，如車載網路；第三種架構是 一個混合型的架構，車輛與車輛之間可以透過 single-hop 或 multi-hop 通訊，車輛也可以透過 single-hop 或 multi-hop 的方式與路邊設備(Road-Side Unit，RSU)通訊 (V2R)，且車輛可以不必

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長時間依賴於一個固定的路邊通訊設備。依 C2C-CC [12]參考架構可區分為三個主要部分，如 圖 2-1 所示。

圖 2-1：車載無線網路

在車載 in-vehicle domain 中，可由 On-Broad Unit (OBU)及一個或多個的 Application Units (s) (AU)組成，安裝在車輛中的 OBU 是具有無線與有線能力的通訊設備，AU 具有運算能力可同 時執行一個或多個應用程式，且 AU 會利用 OBU 的通訊能力傳送或接收相關的應用服務。另 外，在 ad-hoc domain 中，則是由多輛裝配有多個 OBU 的車輛與固定在路邊的通訊設備 (Road-Side Unit，RSU)通訊並組成無線通訊網路；不同於 MANET，在車輛多個 OBU 中至少 有一個 OBU 包括近程無線通訊設備專用道路安全，而多個 OBU 與多個 RSU 可視為 ad-hoc 網 路的節點，分別為動態與靜態的節點。RSUs 可以透過基礎設施(infrastructure)連接到網際網路 (internet)。此外，RSUs 也可以藉由 single-hop 或 multi-hop 的通訊，傳送訊息提供服務或改善 道路的安全。而在 infrastructure domain 中分成兩種類型，RSU 及 hot spot，OBU 可以透過 RSU 或 hot spot 連接到網際網路(internet)。

美國電子電機工程協會(IEEE)整合標準，使標準能夠符合車載環境，讓標準能在車載網路

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環境下順利運作。主要為了滿足車載網路的三項條件，第一個條件是為了提供車輛與車輛 (V2V)、車輛與路邊設備(V2R)之間的無線通訊協定及提供車載無線網路環境下的相關應用，

諸如行車導航、警告訊息通知、商業或廣告服務、交通管理等行車相關的廣泛應用；第二項條 件是由於車載無線網路可能受到極端環境下的影響(例如：高速移動環境、建築物遮蔽、天氣 因素)，導致車載無線網路中斷或不能正常運作；第三個條件是為了統一車載無線網路技術的 標準，使各家車廠開發出的車用通訊設備能夠相互溝通。因此，美國電子電機工程協會(IEEE) 與各國政府、車廠及電信商共同研究並制定出 IEEE 1609 系列技術標準。IEEE 1609 標準包含 了 IEEE 1609.1、IEEE 1609.2、IEEE 1609.3、IEEE 1609.4。IEEE 1609 系列標準的各個功能如 下所示：

(1) IEEE 1609.1：

負責資源管理，諸如應用程式、RSU 及 OBU 之間的資源管理。

(2) IEEE 1609.2：

負責管理資料的安全，諸如資料傳輸的加密及解密，確保資料在傳輸過程的機密性，

防止資料遭到竊取。

(3) IEEE 1609.3：

提供了網路層與傳輸層的服務，如同 OSI 第三層與第四層的架構，負責資料傳輸、路 由及定址等服務。

(4) IEEE 1609.4：

負責多頻道操作 (multi-channel operation)，提供不同的 WAVE 之間的控制頻道 (CCH) 及服務頻道 (SCH)的切換，以確保訊息能夠在共同的通道內交換。

圖 2-2 為整個 WAVE 的系統架構，WAVE 系統架構主要分成兩大區塊，圖中左邊的區塊為 date plane，包含了 WSMP (Wave Short Message Protocol)、WAVE MAC 及 WAVE PHY；另一個 在右邊的區塊為 management plane 是由 WME (WAVE Management Entity)所組成。WAVE 也支

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援了車用無線存取環境短訊息協定 (WSMP)與網際網路協定 IPv6。WSMP 可用來提升 WAVE 的資料傳輸效率，WSM 則是可以用來切換傳輸頻道 (CCH 或 SCH)，另外，它也允許應用程 式控制實體層(PHY)，包括切換發送頻道、調整傳輸功率等。此外，WSM 內所夾帶的 Provider Service Identifier (PSID)可提供 receiver 判斷訊息是要送往哪一個 application。PSID 是由 IEEE registration authority 所管理，每一個 PSID 分別代表著不同的服務類別。而 IPv6 也被允許存取 一般的網路與應用程式，不過它只能在服務頻道(SCH)上使用。

圖 2-2：IEEE 802.11p/1609 協定架構

車載網路所使用的標準為 IEEE 802.11p (又稱 Wireless Access in the Vehicular Environment，

WAVE )，IEEE 802.11p 標準是由 IEEE 802.11 系列標準擴充延伸而來，主要是為了讓標準更適 應於車載無線網路環境，以更符合智慧型運輸系統 (Intelligent Transportation System，ITS)相關 的應用。應用的層面包含車輛與車輛(Vehicular-to-Vehicular：V2V)之間以及車輛與路邊設備 (Vehicular to Roadside Unit：V2R)之間的通訊，所採用的是短程通訊系統 (Dedicated Short-Range Communications，DSRC [13][14])，所使用的頻寬為 5.9GHz (5.85-5.925GHz)。在 75MHz 的頻 寬中，頻段以每 10MHz 為一個單位切割成 7 個頻道；所切割的頻道依序分別為 172、174、175、

178、180、182、184，其中有 6 個頻道 (頻道 172、174、175、180、182、184)為服務頻道 (Service

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Channel，SCH)，提供駕駛或乘客存取車載無線網路相關的應用服務；頻道 178 為控制頻道 (Control Channel，CCH)，Control Channel 是用來傳送安全性相關的應用，以提供駕駛及乘客 在道路上的安全；頻道 172 及 184 為公共安全專用服務頻道，頻道 172 主要的功能為車輛與車 輛之間的公共安全專用服務頻道，頻道 184 主要的功能為交叉路口公共安全專用服務頻道；另 外，頻道 174 及 176 為中距離公共安全及私用共享服務頻道；最後兩個頻道 180 及 182 為短距 離公共安全及私用共享服務頻道。而在車載無線網路中，安全訊息相關的應用主要都是利用 Control Channel 來傳送；假設 Control Channel 因為使用率高而繁忙，則改由 Service Channel 來傳送警告訊息，以確保安全性相關的警告訊息能夠盡快的送出。

由於車載無線網路所使用的環境與設備上的差異，因此車載無線網路與一般無線網路、無 線感測網路(Wireless Sensor Network，WSN)、移動型網路(Mobile Ad-hoc Network，MANET) 等無線網路的特性上略有差異，我們將車載無線網路的特性及可能面臨的挑戰整理如下：

車載無線網路的特性 [15]：

(1) 無電力使用的限制 (unlimited transmission power)：

相較於一般的無線終端節點，諸如筆記型電腦、PDA、無線感測器( wireless sensor )等 無線終端設備，車輛能夠自發產生電力供應資料傳輸與資料運算。因此，電源管理不是車 載無線網路所考量的重點。

(2) 更高的運算能力 (higher computational capability)：

與一般體積較小的設備相比較，車輛具有較高的運算能力。因此，能夠提供較多樣性 及複雜的應用程式運算。

(3) 路徑的可預測性 (predicable mobility)：

相較於移動型網路(MANET)，車載無線網路中的車輛是行駛在固定的道路上，而這些 道路受限於地形的影響及 GPS (Global Positioning System)設備的使用。因此，車輛的行進

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路線會比 MANET 網路容易預測。

車載無線網路可能面臨的挑戰 [16][17]：

(1) 潛藏巨大的規模 (potentially large scale)：

由於車輛能夠任意的穿梭行駛在道路上，網路拓樸會在城市街道上任意延伸。因此，

網路拓樸的範圍可能無限制的擴張。

(2) 較高的移動性 (high mobility)：

車輛會因為不同的移動場景而有不同的行車速度，其車速差距可能達到每小時幾十至 幾百公里。

(3) 片段性的網路拓樸 (partitioned network)：

由於交通場景的不同與車輛移動的行為，這將導致網路拓樸頻繁的分割(partitioning) 與合併(merging)。在節點密度較稀疏的環境下可能造成某些節點被孤立在外，這將導致資 料在傳輸時發生中斷的問題。

(4) 動態的網路拓樸與連通性 (network topology and connectivity)：

由於車載網路環境中的節點會任意的移動，這可能造成節點頻繁的進入或離開網路拓 樸，網路拓樸會隨之快速改變，導致節點與節點之間的通訊時常發生中斷或重新連結的情 況。

車載無線網路的應用與服務分可為兩大類，安全性相關的應用(safety-related applications) 與非安全性相關的應用(non safety-related applications)。安全性的應用必須提供即時性的訊息傳 輸，目的是確保駕駛及乘客的安全，降低意外事故發生的機率；非安全性相關的應用則是提供 駕駛及乘客舒適性的商業應用，提高駕駛及乘客行車上的舒適性。其相關的應用服務整理如 下：

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(1) 安全性相關的應用 (safety-related applications)

‧ 危險事件的警告：

當車輛發生危險事件(例如：碰撞、濃霧警報、落石警告)時，車輛會立即散播警告訊 息，通知後方車輛立即做出適當的反應(例如：閃避、煞車、改道)。這能夠提供駕駛較多 的反應時間閃避危險事故，降低另一起事故發生的機率並確保用路人的安全。而這種危急 事件的警告訊息，在車載無線網路中擁有較高的傳輸優先權，確保警告訊息能即時散播到 危險的區域。

(2) 非安全性相關的應用 (non safety-related applications)

‧ 舒適性及娛樂服務：

車載無線網路也能夠提供商業性的服務，諸如網頁瀏覽、閱讀電子郵件、查詢地圖資 訊、多媒體影音、博弈娛樂及線上遊戲。讓使用者在車上也能夠享受多媒體語音服務並且 隨時得知外界的資訊，這不僅能夠提高駕駛的便利性也能夠增加乘客的娛樂性。

2.2 現行警告訊息廣播機制的作法及觀念

在安全性相關的應用(safety-related applications)中，主要是藉由車載無線網路的能力，讓 行駛在道路上的車輛遇到危險事件 (例如：車輛碰撞、道路施工、落石警告、濃霧警告、障礙 物警告)時，能立即廣播警告訊息，通知後方陸續進入危險區(risk zone)的車輛，協助車輛或駕 駛提早做出適當反應 (例如：閃避、變換車道、減速、開啟霧燈)，這不僅可以降低駕駛或乘 客傷亡的機率，也能夠減少財產的損失並提高公路的安全性。

目前警告訊息的散播方式都是藉由廣播來達成，然而藉由廣播的方式散播警告訊息可能會 造成訊息多餘的問題，更嚴的情況可能導致廣播風暴的問題，廣播風暴可能導致訊息傳輸延遲 時間過長(high transmission latency)、訊息碰撞(packet collision)、訊息遺失(packet loss)，這些都

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是必須克服的問題，否則將降低警告訊息系統的效率及可靠度。

目前警告訊息的散播機制分為兩種類型，第一種類型為不需安裝 GPS 設備的警告訊息廣 播機制，第二種為需安裝 GPS 設備的警告訊息廣播機制。若車輛裝備 GPS 設備，則車輛就能 夠藉由 GSP 設備取得精確的位置資訊，並透過精確的位置資訊來提高警告訊息散播的效率，

以避免警告訊息多餘的廣播。以下我們將分別介紹裝配 GPS 設備與無裝配 GPS 設備的警告訊

以避免警告訊息多餘的廣播。以下我們將分別介紹裝配 GPS 設備與無裝配 GPS 設備的警告訊