外文翻译-智能车系统的支持：需求和研究方向

河北科技师范学院本科毕业论文外文翻译智能车系统的支持：需求和研究方向院 （ 系 、 部 ） 名 称 ：专 业 名 称 ：学 生 姓 名 ：学 生 学 号 ： 指 导 教 师 ：2015 年 01 月 15 日河北科技师范学院教务处制智能车系统的支持：需求和研究方向摘要近年来随着无线局域网技术的出现，许多令人激动的应用正变成现实。其中之一便是智能汽车或者称为自动汽车汽车可以将乘客送到目的地且不需要驾驶员。对于此功能，自动汽车必须能可靠并及时地与其它车辆相互配合。一种符合逻辑的解决方法就是使用现有实时组通信技术，但是现有的技术更多以静态网络为核心进行设计的。特别是，自动汽车应用中组成员是动态程度更大。在这篇论文中我们大概地描述适于这些移动应用新需求的组通信。这样的组通信必须考虑到该组的成员彼此接近。在都柏林大学圣三一学院，艾诺斯（Anois）项目，目前正在开发这样的一组通信系统解决这些由于流动性出现的新的要求。1 介绍近年来随着无线局域网技术，如电气和电子工程师协会（IEEE）802.11 标准，许多令人激动的应用正逐渐变得可以实现。其中之一的智能汽车或者自动汽车，如字面意思，用户只需设定目的地，就坐后汽车便能将用户送达目的地。通常不止一辆交通工具在街道或高速公路上行驶，解决这个问题一开始就采取假设有一队相同行驶方向的自动车辆。这些同向车辆通常有二到二十辆，最初行驶在被现有车道隔离的自己的车道上。最近的研究已可以让汽车以85km/h 的速度在圣地亚哥的高速路上行驶。对于自动交通工具的实现，它们的配合需要通信的支持。这种配合将会由每一辆自动车辆来决定。这些决定需要依靠现有车辆的已经有效的集成控制系统来实现，比如引擎管理模块和车闸单元模块。目前已将障碍预警系统集成到车辆的巡航控制系统中，成为了现在车辆的特征。比如宝马的电子助手系统使用摄像机拍摄道路的数字化图像，使汽车保持在自己的车道上行驶。还有梅赛德斯-奔驰的车距控制系统会当汽车前方有交通障碍时自动刹车。它使用雷达扫描前方 150 米约横跨三条车道，根据情况进行车距控制。自动交通工具系统引出了一些有趣的新问题。最明显的问题是车辆之间的避让冲突。当车辆避免碰撞和加入或离开一个车队时，同方向车队的车辆之间的配合以及不同方向车队的车辆间的配合是另一个问题。这些问题需要实时检测其它车辆和障碍，及时地在车队及车辆间传递信息，并管理车队中的成员。自动车辆或车队还需要结合现有的交通管理系统提供协调交通信号灯来优化道路的交通系统。解决这些问题还需要解决无线网络的相关特性，比如变化的比特错误率和端到端传输延迟等。通过上述讨论，分布式系统的研究人员可能会将车队逻辑对应为抽象组。现有的实时组通信技术可以应用于解决自动车辆和类似的问题。然而，在试图解决这些问题时，发现现有的实时通信技术还有一些不足之处。在下一节，我们再讨论现有实时组通信技术具体的不足，和自动汽车系统对组通信系统提出的特殊的新要求。第三节，我们讨论艾诺斯（Anois）项目所支持的像自动汽车系统这类应用需求发展的方法。最后在第四节，讨论目前艾诺斯（Anois）项目的状况和未来的发展方向。2 需求近年来为允许自动汽车和车队成为现实，安全是一个关键的因素。首先组通信系统是假设为静态网络拓扑的，特别是实时的组通信协议都依赖于底层的网络或网络的特性进行可预测和可靠的通信。现有的实时系统通常在主机系统中假设一个固定的最大隶属度模型。该模型不能应用于自动汽车，因为车辆运动的动态度较高。所以新的组成员管理技术须适合于这类动态应用的要求。对于稳定的自动车辆控制，车辆必须每 20 毫秒更新它的加速度和速度。所以一个 20 辆车的车队的每一个成员，至少每毫秒发送一个信息，提醒其它成员将会出现的障碍。车队前方的车辆必须通知其它成员在明确的时间点进行避障操作。由于车辆的流动性和避障失败的可能，所以车队中没有能确定正确成员的车辆。这意味着车队成员需要考虑最近的成员和行驶方向上其它车队的成员。车队中也存在自动车辆的加入与离开的配合问题。加入与离开要在一定的时间内完成，而该时间界限与车队的行驶速度有关。加入车辆就需要知道车队的位置和离它最近的车队成员。除上述要求之外，还要求车队之间也能相互避免碰撞。这就需要车队间能相互通信。为实现该要求，车队必须要知道一定时间范围内的附近的其它车队，并能相互配合以避免碰撞。车队之间的配合需要某种无线通信方式。视线通信机制不被采用是由于两车队可能到达在建成区的交界处。早期的 WaveLAN 研究表明，由于它的带宽最大为 2Mb/s，不能胜任该要求。最近 WaveLAN 的一个版本增加带宽到 11Mb/s，进一步增加了可能，从而提高了它应用到自动车辆的可能性。总而言之，一个自动车辆系统需要有时间限制的通信，动态组成员管理，实时发现其他自动车辆以及知晓附近其它车队成员的能力。3 艾诺斯（Anois）架构艾诺斯（Anois）架构采用分层的方法开发变化组应用。顶层显示的是移动性和组通信需求应用区域。这些应用程序将建立易于使用的基于事件的编程范式提供一对多异步通信。基于事件编程的好处在于它不需要事件产生者知道有关于事件需求者的数量和/或位置。比如，在自动车辆系统的一个“障碍物告警“事件会从车队前面的车辆通知到车队的其他成员。然而，这一事件的传播需要被限制在一个与障碍物位置明确的距离内。基于事件通信层依赖于实时组通信层。该层将建立在顶层的有线和无线网络技术，互相提供一个基于该车队附近成员的车队成员抽象，和车队成员的行驶方向。这一附近其它车队的成员的概念将建立在一组可能使用全球定位系统或三角测量技术得到的物理位置。继续以“障碍物警告”事件为例，该事件的产生者将包括它的当前位置作为信息的一部分发送给其它成员。此消息的传播会考虑事件生产者的位置。由于一些成员可能已经通过障碍，而另一些人则没有， “障碍物警告”事件可能导致一个车队的分裂。实时组通信层除了给加入和离开本车队的成员提供原始信息外，还需要提供可靠的且有时间限制的成员之间的通信。4 移动组通信4.1 无线网络移动性引入了新的问题到实时组通信领域。组成员管理方法变化取决于组成员的动态性。在讨论这些问题前，先特别参考电气和电子工程师协会（IEEE） 802.11 标准，进行一些无线网络的特点的讨论。无线网络技术分为三个不同的领域：无线局域网络（WLAN） ，无线城域网（WMAN）和无线广域网（WWAN） 。最后两个类型由于其有限的带宽和延迟，且要求它们通过一个固定的基站，在同一区域的两个移动主机之间的通信，这对于自动车辆系统是不切实际的。目前正在使用的许多无线局域网技术或已提出的IEEE 802.11 无线局域网（WLAN）的标准正被广泛使用。在 IEEE 802.11 标准中，两种不同类型的网络是可以共存的。第一种是基础设施的网络，移动主机移动到外地时，可以与连接到的第一个基站进行通信。基站是由一些骨干网络相互连接，通常使用 IEEE 802.11 或其他网络技术。基站路由数据包，将为其他移动主机确定正确的基站，然后将消息转发到目的移动主机。网络的第二类型是一种点对点网络。这类网络与基础设施网络的区别是没有固定的基站。系统中的每个节点都有移动的可能且移动主机路由数据包是由其他移动主机提供。IEEE 802.11 使用两种访问无线介质访问协议。第一种，用于基础设施的网络，需要一个固定的基站向移动主机轮流发送检测数据。第二种采用CSMA/CA 机制，既可以用在基础设施也可以用于点对点网络。有可能会产生隐藏终端问题。这是当两个移动主机，彼此在自己的覆盖区域外，希望将消息发送到另一台在两个覆盖区域重叠中的主机。如果消息同时发送，然后每个消息将发生冲突，在重叠覆盖区的主机会检测出他们的邮件已损坏。克服这个问题的方法之一是基站轮询移动主机在其覆盖区域是否有数据要发送。这意味着基站知道在其覆盖区域的数量和移动主机的身份，且该检测可以进行。这个方法已被证明表现不佳。最近的研究已经看到了一个实时介质访问协议在 802.11 上的发展。4.2 艾诺斯项目状况目前克里斯蒂安（Cristian）的多容错同步原子广播协议已使用朗讯（Lucent）WaveLAN 科技作为基础网络科技。这是对目前项目的评价。克里斯蒂安指出该协议需要每个主机可以通过其他主机连接到独立的通信网络，每个主机的时钟使用同一个同步算法同步。该协议通过一个已知的时间延迟交付每个原子广播，来容忍一个已知的故障数。 等于从一台主机发送一个消息给其他人的时间减去一个已知的时间常数。此外，该同步算法的精度依赖于时钟同步算法计算时所需时间间隔。目前正在开展的时钟同步算法的计算和超时时间间隔的评价目标是，系统中的每个主机传递消息的正确率和两个或以上主机间传递消息的一致率。时钟同步算法的精度也将被评估。从这个评价中我们希望能从一个更深入的角度了解，现有的实时组通信协议面向移动性和无线网络时的问题。这将使我们能够开发针对这些问题的扩展。总结在本文中，我们回顾了一些实时组通信在移动环境应用中需要解决的问题。我们提出了基于邻近的组成员的组成员彼此管理的一种新方法。译文出处System Suppor