VANET 簡介

於 VANET 環境中依通訊距離可分為主要四種通訊類型，為：車內通訊、車間 通訊、車外通訊、車路通訊，圖 1 為各類通訊之應用示意圖[19]。下列為四種通訊 模式相關類型[19]。

(1) 車內通訊：Bluetooth (BT)、Ultra-wideband (UWB)等。

(2) 車間通訊：Microwave、Infrared、Dedicated Short Range Communications (DSRC)等。

(3) 車外通訊：3G、3.5G、Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)、GPS 等。

(4) 車路通訊：Microwave、Infrared、DSRC 等。

於上述四種通訊模式中模式通訊距離最短的為車內通訊模式，其主要提供於車 輛內部空間中車載裝置間的使用，如，OBU、行動設備等，涵蓋範圍約一至數十米 左右。車外通訊則為車輛與外界的通訊設備進行通訊，其通訊距離為最長且可於較 高的移動速度狀態下進行通訊，主要於行動通訊與地理定位，如 3G、GPS 所使用，

涵蓋範圍可達數公里至數百公里左右。車間通訊與車路通訊主要為相同的技術應用 於不同的情境模式下，通訊涵蓋範圍約為數百公尺至一公里左右。

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圖 1 各應用於 VANET 通訊系統之示意圖[19]

於 VANET 通訊模式又以車輛間相互傳遞訊息之車間通訊(V2V)及車輛與路邊基 礎設施通訊的車路通訊(V2I)兩種為主，其中 V2V 應用模式為雙向的點對點傳輸，可 用於車間緊急訊息交換，如防撞訊息等，為即時性較高之應用。而 V2I 則為車輛於 定點下向 RSU 取得資料，如電子道路收費系統 (Electronic Toll Collection, ETC)、

資訊下載等。

此外，依據不同實體介質的穿透力及其傳輸速率其傳輸效能，其涵蓋範圍將會 有所不同，如，微波(Microwave)、紅外線(Infrared)、無線電(Radio frequency)等。

8 11b: 11Mbps 11a: 54 Mbps

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IEEE 802.11p 是由 IEEE 802.11 標準針對車用行動通訊網路所延伸擴充而來的 通訊協定，於車用電子中的無線通訊系統使用，提供 ITS 與智慧型車輛(Smart Car) 等相關應用，其中以車輛間的車間通訊及車輛與路邊基礎設施通訊的車路通訊為主 要通訊模式，而與 RSU 主要以 5.9 GHz 頻段進行資料數據的交換。此外，應用層 面部分則是由 IEEE 1609 標準基於 IEEE 802.11p 通訊協定所制定的，主要目的即 為提供 OBU 中的行車資訊，例如，引擎、傳動系統、煞車等，與 RSU 進行溝通。

例如，資源管理、安全機制控管、頻道切換、電子收費皆由 IEEE 1609 系列標準 [2][3][4][5]各司其職。圖 2 為 WAVE 之架構圖[4]。

圖 2 WAVE 架構圖[4]

IEEE 1609.1 主要功能為資源管理。此標準制定用於 WAVE 環境中的無線存取 方式，允許應用程式與 OBU 和 RSU 之間的通訊，目的是引導資料的交換。Resource manager (RM) 制 訂 於 IEEE1609.1 中 ， 使 遠 端 應 用 程 式 Resource manager application (RMA)，透過 RSU 上的 RM 與 OBU 上的 Resource command processor

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(RCP)進行通訊。而 RM 主要的目的就是引導 RMA 與 RCP 間的資料交換。藉此標 準的建立，使得 WAVE 能建立完全互通(Complete interoperability)的通訊環境，使 得 OBU 與 OBU 之間或 OBU 與 RSU 之間可以有效的互相通訊。

IEEE 1609.2 其前身為 IEEE 1556 標準，主要負責 IEEE 1609 標準中的安全機 制。目標在定義安全訊息格式、處理 WAVE 系統中的安全訊息、定義 WAVE 管理訊 息與加密方法、以及安全訊息例外處理。

IEEE 1609.3 主要定義在網路層與傳輸層的 WAVE 網路服務，可對應至 OSI 網路模型第三層、第四層。在 WAVE 環境提供高品質的通訊服務，規範了 WAVE system address、routing services、IPv6 與 WSM 的服務，而制定目的在於定址與 路 由 的 服 務 。 WAVE 的 管 理 機 制 是 由 IEEE 1609.3 中 的 管 理 實 體 層 WAVE management entity (WME)負責，所有的應用程式要使用 WAVE 做為傳輸媒介時，

都必頇先向 WME 進行註冊。

IEEE 1609.4 專門負責頻道切換。WAVE 系統特點在於同一傳輸媒介可在不同 的頻道切換，以達到不同應用之需求。因此 IEEE 1609.4 提供頻帶的協調與 MAC sublayer 的管理功能，如:頻道路由、使用者優先權、頻道協調、MSDU 傳輸等，大 致上是以 IEEE 802.11 MAC layer 功能為主進行改進。

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2.2 IEEE 802.21 簡介

IEEE 於 2004 年 2 月成立 IEEE 802.21[6]工作小組，並稱之為 MIH，主要提供 三種服務，分別為媒介獨立事件服務(Media Independent Even Service, MIES)、媒 介獨立命令服務(Media Independent Command Service, MICS)及媒介獨立信息服 務(Media Independent Information Service, MIIS)，利用此三種服務於 802 系列與 非 802 系列網路中提供有效的行動管理，其主要堆疊架構如圖 3 所示[6]。MIHF(MIH Function)主要將資料連結層(Data Link Layer, Layer 2)的底層網路相關訊息提供給 上層網路堆疊使用，上層使用者藉此獲得這些資訊後便能更輕易且有效率的存取不

Layer 3 higher Mobility Protocol (L3MP)

Network 1

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(1)媒介獨立事件服務(MIES)

MIES 主要提供 MAC 與 PHY 底層資訊給上層的 MIHF 與 MIH 使用者，如，連 結性質與特徵、連結狀態改變等，如圖 4[6]所示。MIH 使用者可透過 MIHF 與遠端 MIHF 連結取得連結事件(link events)與相關訊息遠端網路狀態。如圖 5 所示[6]。

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) MIHF

MIH Events

Link Events

圖 4 連結事件與 MIH 事件[6]

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) MIHF

MIH Events

Local Entity

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) Remote MIH Events MIHF

Link Events

Remote Entity

圖 5 遠端 MIH 事件[6]

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本地端與遠端皆可藉由 MIES 偵測底層特性的改變及初始事件，其中主要提供 五種類型的連結事件，說明如下：

a. 網路媒介存取控制層與實體層的狀態改變事件(MAC and PHY state change events)：當 MAC 與 PHY 層的狀態改變時所發出的訊息，如，

連結事件(Link UP)。

b. 連結參數事件(Link parameter events)：當連結層的參數改變時，此事件 將提供連結參數改變狀況，如，連結參數報告(Link Parameters Report)。

c. 預測性事件(Predictive events)：透過連結層的特性進行預測並傳送通 知，如，即將離線事件(Link Going Down)。

d. 連結換手事件(Link handover events)：將發生於第二層的換手資訊傳送 給上層，如，發起換手連結事件(Link Handover Imminent)、完成換手連 結事件(Link Handover Complete)。

e. 連結傳輸事件(Link transmission events)：提供傳輸狀態的相關訊息給上 層，可藉此對緩衝區(buffer)進行有效的管理以改善資料遺失的情況。

(2)媒介獨立命令服務(MICS)

透過執行 MICS 管理和控制下層的鍵結情況，其命令由上層往下層傳送，與 MIES 相似，來自不同網路層的資訊也分為連結命令(link command)及 MIH 命令(MIH command)。MIH 使用者產生 MIH 命令傳送給 MIHF，其中 MIH 命令可分成本地端

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與遠端兩種類型，圖 6 為 MIH 使用者傳本地端的命令至 MIHF 協定堆疊[6]；圖 7 則為 MIH 使用者傳送遠端的 MIH 命令給遠端相對應的 MIHF 協定堆疊[6]。

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) MIHF

MIH Command

Local Entity

Link Command

圖 6 連結命令與 MIH 事件[6]

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) MIHF

MIH Command

Local Entity

MIH User (L3 and above)

Lower Layer (L2 and below) Remote MIH Command MIHF

Link Command

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(3)媒介獨立信息服務(MIIS)

MIIS 主要可以收集並且取得在臨近網路的訊息，並將資料提供給上層作為換手 的依據，為的是讓處於異質性網路中的行動節點或是 MIH 使用者能夠觀察整體網路 狀況，以增進網路的選擇或換手上的效率，其中，MIIS 常駐於行動節點或網路之中。

MIIS 包含三類不同類型的信息元件(Information Elements, IEs)，透過這些信息元件 能夠讓網路選擇者達到更智慧的換手決定。IEs 區分如下：

a. 通用信息與存取網路具體的信息(General Information and Access Network Specific Information)：用來描述不同網路，例如網路服務提供者(Internet Service Provider, ISP)、不同的 ISP 網路存取費用、漫遊許可、安全性以及 服務品質等資訊。

b. 接取點的具體信息(PoA Specific Information)：包含 PoA 的位置及位址資 訊、PHY 層及 MAC 層的參數又或者是傳輸速率等訊息。

c. 其它訊息(Other Information)：由供應商或網路所具體的定義其他信息。

此外，MIIS 最大的功能是可提供臨近內候選異質網路資訊，幫助上層可針對這 些資訊進行有效的移動管理並執行無縫式換手。

MIH 使用者藉由 MIHF 提供上述三種服務，可輕易的取得所需的資訊並維持網 路連線，更提供快速且有效的換手程序，使無線行動網路的行動管理躍進一步，對 於無線行動網路整體效能提升助益匪淺。

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2.3 車載行動管理相關研究

VANET 的發展促使相關的研究因應而生，如：由傳統無線網路中的路由演算法 演變而成車間路由決策、有效的傳送訊息以降低交通事故、車輛快速移動下如何有 效存取網路等相關應用。在 VANET 中因為網路拓樸會動態的改變，因此在封包路 由上是一大挑戰，車輛的移動速度、方向皆會影響車間路由。其中[8][9][10][11][12]

皆針對車載網路特性提出有效的路由方法。

在 VANET 中，處於對向車道的車輛因行駛方向相反，故連線很快就會中斷，

反之，同向車輛間將會因為行駛於同方向並以相似的速度前進，可維持較長時間且 穩定的連線，因此選擇相同行進方向的臨近節點進行傳輸，對連線通訊上會是較佳 的決策，在[8]中依據車輛的行駛方向將車輛分群，各群被分配在專屬的單位向量中，

以此建立有效且穩定的通訊，但此方法較適合在十字路口當中，無法適用於所有路 況。另外在[9]中透過車輛間的速度向量來得知兩車的行進方向是否為同向，以決定 較為穩定的路由，但由於 VANET 與傳統的位置路由最大的差異在於車輛的移動是 頻繁且隨機的，此方法未針對目的地節點的位置加以考量，如此可能導致無效或錯 誤的路由規劃。針對上列問題，[10]作者結合上述方法並修改為更適用於 VANET 網 路中的路由決策(Position-based Directional Vehicular Routing, PDVR)，透過方向 及速度向量計算傳送端(forwarding)與目的端(destination)間的角度以決定相同方向 之下一端點(next-hop)，藉此可確保封包有效且正確的傳送並減少路由控制封包量

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(control overhead)。車間路由至目前仍然廣受探討與研究，於[11]中提出一可靠的 廣播路由方法叫 RB-MP，此方法依據臨近車輛的移動方向進行分類並有效的運用位 置與速度資訊與臨近車輛維持與建立路由，最後透過車輛間角度的計算選出預廣播 的節點。上述方法可有效且可靠的傳送封包增進封包延遲時間。[12]中提出於車載網 路交叉路口中廣播時，可能面臨到傳送給行駛於反方向之車輛，如此將浪費資源亦 會對整體傳輸造成影響，因此，該作者提出以車輛的相關資訊，如位置、行駛方向 等，作為方向廣播的依據，於多種案例路口中計算車輛與中繼車輛的角度並加以判 斷是否為對向車輛與選擇合適的廣播中繼車輛。

上列相關研究中主要探討於 VANET 中 V2V 傳輸模式下的封包傳輸路由機制，

藉由車路的特性，運用位置、速度等資訊進行有效的封包路由與廣播。然而，希望 於 V2V 傳輸模式下進行有效的路由，需考量是否臨近所有車輛皆願意開放各自 OBU 提供其它車輛作為中繼跳點(Relay node)，若並非所有駕駛皆願意裝載 OBU 並提供 中繼傳輸，加上隱私與安全性上的考量等。此外，由於車子的移動是非常頻繁且隨

藉由車路的特性，運用位置、速度等資訊進行有效的封包路由與廣播。然而，希望 於 V2V 傳輸模式下進行有效的路由，需考量是否臨近所有車輛皆願意開放各自 OBU 提供其它車輛作為中繼跳點(Relay node)，若並非所有駕駛皆願意裝載 OBU 並提供 中繼傳輸，加上隱私與安全性上的考量等。此外，由於車子的移動是非常頻繁且隨