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| 編輯推薦： |
随着交通系统向着智能化不断发展，信息和通信技术在保障交通的安全、高效和节能，提高车辆舒适度，解决现有的交通瓶颈问题上起到了至关重要的作用。
本书从基本概念的概述到车载网络可靠实时通信，再到仿真、测试平台及应用演示，内容连贯，使读者能够快速掌握从物理层和MAC层到应用程序层的可靠实时车载通信的相关概念。
本书适用于智能交通系统和车载通信网络行业相关的研究人员和工程师学习参考，也可作为大专院校公路交通相关专业师生的参考书。
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| 內容簡介： |
随着交通系统向着智能化不断发展，信息和通信技术在保障交通的安全、高效和节能，提高车辆舒适度，解决现有的交通瓶颈问题上起到了至关重要的作用。本书以智能交通系统的车载通信网络为主题，提出设计和实现车联网的重要理论和算法。本书概述了与智能交通系统相关的概念、应用与结构；介绍了一种新兴的可见光通信在协同智能交通系统中的应用；针对车载通信网络的不同应用场景和存在的问题，系统地介绍了多种车载网络的通信协议，并针对其应用场景和仿真分析展开讨论；回顾了最新的保障车载网络安全的技术并讨论其发展和应用；提出了一种在基础设施支持下的车载网络容错体系架构；介绍了车辆在相邻路侧单元之间移动时通信的切换技术；为了获得车辆的流体动力学特性，提出了基于异构交通流的数学模型，模型中考虑了车辆之间安全距离和车辆长度变化的微观参数，能够针对不同的路况获取更真实的交通流状况；然后介绍了一个将事故检测算法与多模式警报发布集成于一体的应用程序。
本书适用于智能交通系统和车载通信网络行业相关的研究人员和工程师学习参考，也可作为大专院校公路交通相关专业师生的参考书。
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| 目錄：
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译者序
前言
第1章智能交通系统概论1
摘要1
1.1协同智能交通系统1
1.1.1综述1
1.1.2应用3
1.1.3结构5
1.2车辆通信标准9
1.3可靠的分布式实时系统和智能交通系统10
1.3.1分布式系统和智能交通系统10
1.3.2实时系统和智能交通系统11
1.3.3可靠性和智能交通系统12
参考文献13
第2章协同智能交通系统中的可见光通信15
摘要15
2.1引言15
2.2可见光通信架构和预期应用17
2.3ITS场景19
2.4ITS中可见光通信的研究与原型21
2.5标准化26
2.6可见光通信IEEE 802.15.7系统的ITS应用30
2.6.1可见光通信原型设计30
2.6.2可见光通信原型性能34
2.7结论37
参考文献38
第3章由路侧基础设施支持的确定性车载通信：一个案例研究40
摘要40
3.1引言40
3.2V-FTT协议分析44
3.2.1路侧单元覆盖面积44
3.2.2同步车载单元窗口长度46
3.2.3基础设施窗口长度48
3.2.4空窗期(FP)长度51
3.2.5同步车载单元窗口调整52
3.3最坏情况影响分析53
3.4V-FTT协议最坏情况延迟分析55
3.4.1上行链路时间(tV2I)55
3.4.2验证时长(tvalid)和调度时长(tschedule)58
3.4.3下行链路时间(tI2V)58
3.4.4事件检测到车载单元警告之间的最坏情况时长(tworst)59
3.5应用场景：A5——埃斯托里尔海岸公路61
3.5.1A5高速公路概况61
3.5.2在A5高速公路上V-FTT的可行性63
3.6结论66
参考文献66
第4章基于STDMA的基础设施车载网络调度算法68
摘要68
4.1车载网络68
4.2车载网络的MAC协议70
4.2.1基于基础设施TDMA的确定性MAC协议72
4.2.2空间时分多址74
4.3V-FTT协议概述75
4.4流量调度77
4.4.1问题陈述与系统模型77
4.4.2基本问题：单一RSU78
4.4.3实际场景：多个RSU80
4.5一种新型调度仿真器的开发83
4.5.1基于Matlab的V-FTT仿真器用户界面及输入83
4.5.2基于Matlab的V-FTT的仿真器输出85
4.6结论87
致谢87
参考文献87
第5章用于提高安全性的介质访问控制（MAC）技术90
摘要90
5.1引言90
5.2相关工作92
5.3改进后的MAC技术93
5.3.1TDMA和基础设施解决方案平台94
5.3.2基于V2V的解决方法102
5.4结论108
参考文献110
第6章基于聚类的VANETs确定性MAC协议112
摘要112
6.1引言112
6.1.1相关工作113
6.1.2VANETs网络中MAC层的要求115
6.2基于方向感知簇的MAC协议描述115
6.2.1簇头节点选择117
6.2.2基于DA-CMAC协议的调度119
6.2.3从未确定状态到簇成员的转换121
6.2.4从簇成员到网关车辆的转换122
6.2.5从簇头节点到簇成员的转换123
6.3仿真结果123
6.4结论126
致谢126
参考文献126
第7章可预测的车载网络128
摘要128
7.1引言128
7.1.1自稳定设计准则129
7.1.2章节安排130
7.2无线自组织网络中的自稳定MAC130
7.3自稳定端到端协议131
7.4自稳定组通信132
7.4.1基于基础设施的方案133
7.4.2基于无基础设施的方案133
7.5出现故障时的车辆协调133
7.6实例应用135
7.6.1支持功能135
7.6.2协同车辆功能136
7.7结论136
参考文献137
第8章基于基础设施的车载网络容错体系架构141
摘要141
8.1引言141
8.2车载网络的MAC层问题142
8.3容错技术144
8.3.1复制145
8.3.2失效静默模式146
8.4V-FTT中的容错机制147
8.5在V-FTT中实施失效静默150
8.5.1IT2S平台简介150
8.5.2失效静默RSU设计151
8.5.3失效静默执行实体155
8.6实验评价及结果156
8.7结论159
致谢159
参考文献159
第9章VANET系统中无缝连接和主动切换技术研究162
摘要162
9.1引言162
9.2切换过程细节163
9.2.1切换的一般特征163
9.2.2高级移交分类163
9.3NDT和TBVH在高移动环境中的应用165
9.4理想NDT与实测NDT的比较166
9.5Veins框架168
9.5.1仿真场景168
9.5.2仿真中检测范围的计算169
9.5.3仿真中成功接收数据包的计算170
9.5.4PHY层与信标大小关系的进一步研究171
9.6进一步研究174
9.6.1累积概率计算174
9.6.2基于累积概率的切换策略174
9.6.3重叠区域分析177
9.6.4信标成功接收概率的变化（ΔP）178
9.6.5下一步研究179
9.7试验台181
9.8结论181
参考文献181
第10章面向VANET连接分析的车辆移动性建模183
摘要183
10.1车辆移动模式对VANET的影响183
10.2考虑车辆密度的VANET连通性分析184
10.3VANET异构交通流密度估计的微观参数实现184
10.3.1异构交通流的阻塞密度计算185
10.3.2基于确定性流体动力学模型的异构交通流密度估算186
10.4高速公路交通流量数值分析188
10.4.1引入前方交通流对当前速度的影响193
10.4.2不同安全条件下交叉路口的异构交通密度估计193
10.5结论197
参考文献197
第11章HDy Copilot：用于事故自动检测和多模式警报发布的移动应用程序199
摘要199
11.1引言199
11.1.1车辆事故检测200
11.1.2eCall202
11.2相关工作204
11.3系统实现206
11.3.1界面设计208
11.3.2应用内核210
11.4系统验证217
11.4.1碰撞检测试验217
11.4.2翻车检测试验219
11.4.3鲁棒性测试221
11.5结论222
参考文献222
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| 內容試閱：
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交通系统正朝着智能交通系统(Intelligent Transportation Systems，ITS)的方向演变。近年来，我们在日常生活中愈发依赖道路交通，但与此同时也产生了诸多问题，例如，高速公路和城市中心的长期拥堵、能源浪费、二氧化碳排放及其对公共健康的影响，以及频发的交通事故。近期研究表明，将信息和通信技术融入车辆和交通基础设施，将彻底改变我们今天的出行方式。这种技术旨在实现一个在保障道路安全、提升交通效率和加强驾驶辅助方面推动一系列应用和用例的架构。这些应用将允许在车辆之间以及在交通基础设施和车辆之间传播和收集有用的信息，以协助驾驶员安全舒适地行驶。然而，实现车辆与交通基础设施之间可靠、可信赖和实时的通信仍然是一个严峻的挑战，只有解决了这些问题才能实现上述应用。
在理解可靠和实时通信对智能交通的重要性的基础上，本书提出了设计和实现车联网确定性机制的重要理论和算法。本书从基本概念的概述到车载网络可靠实时通信，再到仿真、测试平台及应用演示，内容连贯。本书的独特之处之一是介绍了车载网络的实时和可靠通信技术，这有助于在该领域工作的研究人员、工程师和学生掌握有关方面的知识。本书章节之间的层次关联结构，使读者能够快速掌握从物理层和MAC层到应用程序层的可靠实时车载通信的相关概念。
每一章的简要概述如下。
第1章介绍了ITS的概念、动机和应用。详细介绍了构成欧洲ITS通信系统的基本体系架构、通信实体和功能要素。此外，本章还分别对电气与电子工程师协会(IEEE)和欧洲电信标准协会(ETSI)开发的两种主要的车载通信系统协议体系结构进行了说明和比较。最后，对车载通信范围内的可靠实时通信进行了分析。通过引入IEEE 802157标准，对可见光通信（Visible Light Communication，VLC）的开发给予了特殊考虑，该标准定义了可见光个人区域网（Visible Light Personal Area Networks，VPAN）的物理层和MAC层服务。尽管可见光通信的实现和应用仍处于早期阶段，但一些研究团队仍在试图找出利用可见光通信实现高速传输数据和可靠链路的解决方案。
第2章主要展示了用于协同智能交通系统的可见光通信。介绍了可见光原型设计的实验研究在智能交通系统方面的应用，以低成本嵌入式系统作为目标平台，开发了基于IEEE 802157标准的可见光通信原型系统。
在车联网中，严格的实时性和安全保障通常难以实现，由于分布式算法的响应时间与系统动态性不兼容，在高速移动场景中更难保证实时性与安全性。除此之外，在某些场景中，IEEE 80211p MAC协议可能具有不确定性，可能会导致不安全的状况，因而需要一个实时、稳定和安全的可靠通信基础设施来支持安全事件的检测和安全警告的发布。
第3章提出了一种确定性MAC协议，即车辆弹性时长触发（Vehicular Flexible Time-Triggered，V-FTT）协议，它采用一主多从时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA），其中路侧单元(Road-Side Unit，RSU)作为主控单元来调度车载单元(On-Board Unit，OBU)的传输。其提出通过量化高速公路中的基础设施部署而分析提出了V-FTT协议，特别是定义了单个路侧单元的一般性覆盖范围以及两者之间的间距。
在第4章中对车载网络的MAC协议进行了全面的介绍，特别是针对基于基础设施STDMA的确定性协议。此外，还提出了一种基于V-FTT协议的无线车载通信安全信息调度协议。
第5章对基于IEEE 80211p/WAVE标准的MAC协议的有效性进行了全面的研究，以及时地传递安全消息。还介绍了基于基础设施的MAC协议的诸多方面，以及在特定场景中安全核心消息所需的详细特性和有限时延的MAC协议。除了V2I或I2V通信，在某些情况下，还需要完全依赖V2V通信来传播安全消息。因此，本章还提出了一种适用于无法访问基础设施或不在路侧单元覆盖范围内的信息传输方法。
在第6章中提出了一种基于方向感知簇的车辆自组织网络（Vehicular Ad- Hoc Networks，VANET）多信道MAC协议，在该协议中，反向行驶的车辆可能会导致较短的通信周期。本章详细阐述了如何建立簇，如何根据连接的相邻节点个数、平均速度偏差和相邻节点与自身平均距离的资格函数选择簇头节点。本章还介绍了基于方向的集群和多信道介质访问控制（Direction-Based Clustering and Multi-Channel Medium Access Control，DA-CMAC）协议，该协议旨在通过按移动方向将时隙分为两组来减少信道中的访问和合并冲突。
第7章介绍了关于可预测车联网的工作，以提供可靠性和可预测性。本章展示了用于无线移动自组织网络的MAC协议如何从定时故障和消息冲突中恢复，并且在不需要外部参考的情况下以分时的方式提供可预测的调度表。此外，还介绍了移动自组织网络和车联网如何模拟虚拟节点以及使用组通信来模拟复制状态机。由于高速移动和高密度的车辆环境，车联网经常面临可扩展性问题。这导致了端到端之间的高延迟和高丢包率，削弱了车辆通信的可靠性。
第8章提出了一种容错架构，以提高基于基础设施的车联网的可靠性。路侧单元和回传网络的存在增加了一定程度的确定性，可通过提供全局知识和支持无冲突确定性MAC协议的运行来增强实时性和可靠性。
第9章探讨并
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