CN1705954A - 增强型移动通信设备和交通应用 - Google Patents

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Abstract

增强型移动通信设备直接经过无线媒体以ad－hoc模式与其它增强型移动通信设备通信。该设备发送和接收数字数据分组。根据发送者和接收者位置动态定制用于发送数字数据分组的网络传输参数以便增加收到分组的概率。可以改变分组长度。发送分组的次数可以根据无线媒体中的活动性而改变。定期尝试发送并根据无线媒体中的活动性而调整传输周期。在交通应用中，分组包括交通工具交通拥堵更新信息。设备维护交通数据库和地图数据库。与其它设备交换交通拥堵更新信息。根据交通数据库的分析，计算通过地图从设备的源点或当前位置到目的地的路线。

Description

增强型移动通信设备和交通应用
相关申请数据
本申请要求2002年10月14日提交的，名为“Ehanced mobilecommunication device，and transportation application thereof”的美国专利申请No.10/272,039的优先权日期。
背景技术
ad-hoc(特设)无线网络是不需要系统管理的自由形成和解除形成的网络。ad-hoc网可以是移动、独立的或与其它网络，诸如广域网或Internet连网。在无线区域网中通信的ad-hoc无线设备能够检测其它ad-hoc设备的存在、与其它设备建立通信链路并发送诸如分组化的数字数据的信息。ad-hoc网基本上是无体系结构的，因为在网络中不需要固定的无线电基站、线路或路由器。在相互通信的过程中，ad-hoc设备可以采用许多不同的分组路由方法在ad-hoc移动网中的移动主机之间路由无线数字分组。
部分由于其在诸如掌上型计算机、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机以及Internet移动电话的设备中的不断增长的使用的一个无线联网协议是IEEE802.11。IEEE802.11标准指定两种操作模式：接入点提供无线站和有线传统体系结构之间的链路的基础架构模式，以及没有接入点的ad-hoc模式，以及其中，所述站促成网络的分布式管理和控制。
配置成在基础架构模式中运行的配备有802.11的设备特别适合于存在接入点、移动设备的密集度相对低并且移动设备正缓慢移动或静止的办公室、家庭、或咖啡馆的环境。例如，在咖啡馆或办公室中安放的移动设备，诸如膝上型计算机可以当设备的用户访问其它设备或其它网络，诸如Internet时进入无线网络并保持长时间不动。基于位置和环境的移动业务是另一种基础架构模式应用。例如，大型购物中心内的用户能获得他感兴趣的产品的最低价格。或者，美术馆的用户当她靠近观看艺术品时，可在她的PDA上自动接收有关该艺术品的更详细信息。
在具有高密集度的移动设备，和/或移动设备以高的相对速度移动的环境中，无线网络的操作相对更有挑战性。
发明内容
通过介绍，优选实施例提供一种增强型移动通信设备。还提供移动通信设备的交通应用。移动通信设备直接经过无线媒体以ad-hoc模式与其它移动通信设备通信。移动通信设备包括构造数字数据的分组的应用。连接部件响应该应用连接到无线媒体。发送部件响应该连接部件而经过无线媒体发送数字数据分组。接收部件感应无线媒体中的活动性，以及还从其它移动通信设备接收数字数据分组。根据特征化发送和接收设备的位置的位置数据，定制在发送分组过程中使用的一个或多个网络传输参数。该应用构造具有有限和可变长度的分组以便增加当发送时其它移动通信设备收到该数字数据分组的概率。该应用进一步通过使连接部件和发送部件尝试发送数字数据分组多次以及可变次数，来增加接收的概率。该多次和可变次数根据无线媒体中的活动性而改变。该应用还使得移动通信设备定期发送数字数据分组，并根据无线媒体中的活动性而改变传输周期。
在交通应用中，由应用部件构造的数字数据分组包括交通拥堵更新数据。移动通信设备进一步包括交通数据库、地图数据库和移动性模块，诸如全球定位系统接收机，用于确定设备的位置和速度。交通网络包括多条路和多个交通工具，每个交通工具包括移动通信设备，以及每个交通工具穿过交通网络从当前位置到达目的地。每个移动通信设备当它们在相互的通信范围内通过时，发送和接收交通拥堵更新数据。每辆交通工具本地分析交通拥堵更新数据、交通数据库和地图数据库。交通拥堵更新数据存储在交通数据库中。该应用进一步包括交通工具导航应用。交通工具导航应用通过分析交通拥堵更新数据和交通数据库，以及地图数据库，预测交通流量并估计交通模式。交通工具导航应用根据交通拥堵信息、预测的交通流量和估计的交通模式，计算交通工具从其源点或当前位置到目的地的路线。
通过一般介绍已经提供上述段落，以及它们不应当用来缩小下述权利要求书的范围。现在将参考附图描述优选实施例。
附图说明
图1是增强型交通网络。
图2是移动通信设备。
图3是移动通信设备的交通应用。
图4是用于移动通信设备的内部网络协议栈。
图5是用于交通工具移动性模块的有限状态机。
图6是用于交通工具应用模块的有限状态机。
图7是用于交通工具接口模块的有限状态机。
图8是用于媒体访问控制器的有限状态机。
图9是具有穿过该网络的二十五辆交通工具的交通网络。
图10示出交通网中的交通工具9、11和13的运动。
图11是示出交通网中的交通工具9的速度与时间的图。
图12是示出交通网中的交通工具11的速度与时间的图。
图13是示出交通网中的交通工具13的速度与时间的图。
图14是示出交通工具13穿过交通网时发送和接收的分组/秒的图。
具体实施方式
移动ad-hoc设备能自动地识别其它兼容ad-hoc无线设备的存在并与其通信。例如，当两个或多个人参加会议时，他们可以形成ad-hoc网以便在他们的无线ad-hoc模式使能的PDA或膝上型计算机之间交换数据。在另一应用中，用户的ad-hoc设备与家用无线设备通信以便开门、开灯和打开家用音频和视频设备单元，调整加热和冷却设定等等。这些应用类似于自发形成的网络，以及移动设备仅需要发送少量数据以便执行该应用。
另一移动ad-hoc应用是车对车移动通信，由此车内的ad-hoc移动通信设备将允许与其它汽车形成和解除形成ad-hoc无线网。这些网络能用来向汽车操作员发送警告消息，包括交通事故警告、交通拥堵、天气预报、途中的应急交通工具等等。
与上述其它例子不同，车对车移动通信呈现相当大的挑战，因为存在于交通工具中的通信设备相对于彼此移动特别快。例如，当一些交通工具相互极接近地在相同方向上在高速路上行驶时，其它一些正在相反方向上移动。如果交通工具以60mph行驶，移动设备相对于彼此以120mph行驶。除了802.11的相对有限范围外，该相对速度仅呈现在其内建立通信链路并以可靠方式发送和接收信息的非常小的通信窗口。典型地，使用802.11的室外通信的范围在0.5和1英里之间。在上述实例中，对于正以相反方向移动的交通工具，这转变成10和30秒之间的通信窗口。另外，由于小的窗口，在设备超出相互的范围前，仅可以发送非常小量的数据。另外，在具有配备802.11设备或无线电设备的许多交通工具的交通网中，在任何特定时刻，在相互的范围内存在成百或上千无线电设备。除了建立链路和发送数据的极其短的窗口外，当前ad-hoc移动协议通常不适合于处理这种高密集度无线电设备。
在当今汽车中发现的一个更流行设备是全球定位系统(GPS)导航设备。几个制造商提供GPS导航设备，该设备提供从由纬度和经度表示的基本位置、速度和方向、到目的地的详细驾驶方向的各程度的信息。例如，Garmin StreetPilot III提供覆盖在地图上的实时位置信息。实例性设备，诸如StreetPilot III还通过从设备发出的可听或可视命令，提供到目的地的途中的实时行驶方向。
典型地，导航设备包括接口端口，诸如串行或通用串行总线(USB)端口，用于连接到外部计算或存储设备，诸如膝上型计算机。另外，设备还可以包括非易失性存储介质，诸如可移动闪存。使用端口和存储卡将地图和计划路线下载到设备上。地图，诸如城市和州际图、地形图、消遣图等等存储在可移动存储器，诸如CD-ROM盘上。基于GPS导航设备的限制和用户的喜好和需求，通过接口端口，或通过将所需地图数据放在闪存卡上并将卡插入GPS导航设备中，可以将CD-ROM盘上的一些或全部地图数据放在GPS导航设备上。另外，考虑诸如感兴趣的区域和喜好道路的变化，可以结合地图使用膝上型计算机或其它计算设备来计划路线。一旦计划完路线，则以上述指定的方式将行程数据下载到GPS导航设备。
当在汽车中使用并下载适当的地图数据时，GPS导航设备，诸如StreetPilot III可以向去往目的地途中的汽车驾驶员提供实时驾驶指令。典型地，在行程的开始或行进中，汽车驾驶员输入期望目的地，或从下载到设备的预先计划的路线中选择。GPS导航设备通过使用位于设备或交通工具中的GPS传感器，定期检查汽车的位置。该位置与下载的地图上的位置相关联，以及将实时行驶方向转发给汽车驾驶员。在汽车偏离计划路线的情况下，GPS导航设备可以基于地图上所指出的交通工具的当前位置和可用路线，重新计算出到目的地的新路线。
计算到目的地的路线有许多方法。最常用的方法在基于距离的最短路径选路范畴下。在基于距离的最短路径选路中，基于将绝对距离用作比较度量的算法来选择路线。然而，该路径可能不是最快的路径。由于各个路径的速度限制不同，根据所采用的路径，交通工具达到其目的地可能花费更多时间。为了提供更好的全面路线选择，一些先进图形信息系统(GIS)数据库或地图包括诸如速度限制的信息。可使用该附加信息结合绝对距离，基于整个估计延迟来选择到目的地的最短路线。
如上所述的GPS导航设备无法考虑计划路线中的当前交通状况，诸如拥堵、封路、事故等等。因此，尽管在到目的地的途中可用不拥堵的另一路线，很可能GPS导航设备将计划一条路线并发出使汽车进入塞车中心的指令，仅仅因为那条路线在地图上看起来最短或最快。为了试图避免拥堵地区从而最小化驾驶时间，汽车操作员必须依赖于不完整或延时的无线电报道，或依赖于给定该地区的交通图和行驶日子的时刻的直觉，并因此调整他们的路线。通常当汽车操作员意识到他们将要遇到交通拥堵地区或其它不期望的交通状况时，采用另一路线已太迟，交通工具及其所有者必须仅仅坐在车中，浪费可贵的行驶时间和燃料。
已经建议了各种系统将交通状况发送给汽车操作员以便更好避免有关地区或道路，并因此计划行程。然而，所有这些系统除了无线电新闻报道、中央数据库、路边传感器和环境传感器外，至少部分依赖于外部通信网络来感知和共享交通信息。用于路边交通工具通信的一个标准是IEEE1455。美国专利6,252,544描述了一种用于向汽车操作员输出诸如恶劣天气环境状态、交通拥堵、结构、雷达测速器等等的移动通信设备。该移动通信设备至少部分利用各种交通工具传感器雷达检测器、安全警告系统、光学系统、路边通信系统、远程数据库等等来发送和接收环境事件并将那些事件预先通知汽车操作员。在美国专利No.5,732,383中描述的另一系统描述了一种基于蜂窝电话使用活动性来估计交通状况的方法。这些和其它系统的缺点在于，需要外部交通报告系统以及各种传感器和通信系统来精确地报告状况。
美国专利6,101,443描述了一种响应道路交通信息而计算迂回路线的系统。该系统还依赖于外部道路交通信息报告系统。其它系统，诸如美国专利5,610,821试图向交通工具分配路线来维护最佳交通系统稳定性。但是这些系统至少部分依赖于路边天线和集中的数据库和计算机以便全局计算用于网络中的所有交通工具的路线。美国专利4,350,970也描述了一种用于交通管理的方法，包括用于汽车交通的选路和信息系统，其使用分别位于道路附近的发送路线信息的静止选路站。
因此，目前存在增强型移动通信设备的需要，其能够在快速移动和高密度网络，诸如汽车交通网中操作。另外，目前存在增强型汽车导航系统和交通网的需要，其能在交通网中的交通工具之间发送交通状况和交通拥堵信息，而不需要现有技术的外部天线、外部无线电设备和其它路边和集中的设备。还需要用于分析交通拥堵信息和计划通过交通网的路线的系统和方法。
图1示出增强型交通网10。该交通网包括多个配备移动通信设备的交通工具100和可选地不具有通信设备的多个交通工具110。在图1中，交通工具100和110是汽车并穿过交通网10中的道路网络。道路可以是城市街道、乡村街道、州际高速公路或适合于汽车行驶的任何其它道路网络。汽车可以是能在道路上行驶的任何其它类型的交通工具。应理解到，当使用术语“配备交通工具”时，具体指与交通工具一起行驶的移动通信设备，而不是交通工具、交通工具类型或交通工具所采用的交通模式。同样地，交通工具不仅可以包括汽车，而且可以包括摩托车、自行车、人、动物、飞机、水上交通工具，以及能运输人和物品的任何其它系统。
配备交通工具100访问无线通信网络120。通信网络120允许直接的交通工具对交通工具通信。如在此所使用的，直接的交通工具对交通工具通信，或直接通信泛指包含至少两辆车或通信设备之间的通信，由此，由另一交通工具或通信设备直接接收从一辆车或通信设备发送的信息，而不使用转发器、基站、上变频器、下变频器、中间放大器、辅助天线、辅助通信系统等等。最好，网络是以ad-hoc模式操作的无线网络，诸如IEEE802.11或Wi-Fi(无线-保真度)通信网络，但也可以是能直接交通工具对交通工具通信，以及能发送和接收数字数据的其它类型的无线网络。未配备交通工具110不访问通信网络120，由此不能与任何配备交通工具110通信。
交通网10中的每个配备交通工具110配备有移动通信设备101。图2更详细地示出了配备交通工具100的本地移动通信设备20。该移动通信设备20如何安装在每个交通工具内并不重要。例如，移动通信设备20可以在制造交通工具期间安装，或可以是交通工具内的另一系统的子系统组件，或可以是交通工具子系统和外部设备的任意组合。或者，移动通信设备20可以是在交通工具制造后置于交通工具内的自带外部单元，诸如与由Garmin生产的当前GPS绘图系统公用。另一可能性是移动通信设备20是不永久地固定到交通工具内或周围的点，而是当需要时临时带入交通工具内的便携式手持单元。或者，移动通信设备可以包括经由诸如串行、并行、光学、无线等等的接口相互通信的两个或多个子系统设备。
移动通信设备20包括处理器210、与处理器210通信的无线收发信机240以及与处理器210通信的存储器260。存储器包括当在处理器上执行时使处理器执行应用程序250的可执行代码，以及媒体访问控制器(MAC)270，两者相互通信。移动通信设备20可以可选地包括与处理器通信的移动性模块200。媒体访问控制协议270是允许有效使用共享媒体，诸如无线媒体120的过程集。MAC协议可以包括执行每分组发射机功率控制的能力，其能增加分组无线电的承载能力。另外，MAC还可以包括作为收发信机240或处理器210的一部分的硬件，由此MAC270经由处理器210，将信号发送到收发信机240。应用程序250可以包括许多类型的应用程序，诸如下面将论述的交通工具导航应用程序。存储器260也可以包括附加组件，诸如地图数据库220和交通数据库230，两者均可以由应用程序250访问。应用程序的其它实例是网页浏览应用、电子邮件应用、音频娱乐应用、视频娱乐应用、交通工具对交通工具声音通信应用、安全警告应用和基于位置的信息应用。
尽管移动通信设备20的组件示出为单独和不同组件，实际上，根据分层观点，可存在更多或更少数目的组件，只要保持组件之间的功能关系。例如，地图数据库220和交通数据库230可以驻留在同一物理设备上，尽管从功能上存在两个不同的数据库。或者，可以在多个物理存储器间分布存储器260的内容。
移动性模块200可以包括能确定移动通信设备20的位置和速度的GPS位置传感器或接收机。如在此所使用的，GPS位置传感器还包括多于一种类型的GPS位置传感器，以及多个GPS位置传感器与电子设备耦合以便调节并输出由GPS位置传感器接收的信号，以及提高来自传感器200的读数的精确度。这种GPS位置传感器可广泛地获得。如果移动性模块不直接输出速度，与移动性模块200合作提供一种通过多个时间和位置样本来确定车速的方法。可以使用其它方法来确定速度，诸如通过采样用来在交通工具的速度计上指示速度的速度传感器。尽管这可以提供极其准确的速度读数，不一定将附加传感器引入系统中，以及实际上便携式非永久GPS导航设备20临时位于交通工具中是不可能的。当前的GPS接收机可以提供具有少于30米精确度的位置坐标。由此，能非常精确地确定移动通信设备或交通工具的速度，因为GPS接收机通常每1秒刷新它们的位置信息。
处理器210可以是能够高速处理数据的任何现代的微处理器或微控制器。处理器210也可以是用户定制的处理器。诸如由Garmin和其它公司所制造的许多现代GPS绘图系统包含可被适当地调整用于移动通信设备20的微处理器。地图数据库220、交通数据库230、应用程序250和MAC270可以驻留在与处理器210物理分开的存储器中，或集成存储器，诸如与处理器210集成的存储器中。存储器可以采用SRAM、DRAM、FLASH RAM、磁性存储器、光学存储器和许多其它类型的现有存储器的形式，以及存储器部分或整体固定或可移动。期望，但不一定，至少部分存储器是非易失性的，以便当从移动通信设备210去除电源时，存储器中的至少一些内容仍然完整。
无线收发信机240最好包括根据IEEE802.11标准操作的无线发射机和无线接收机，以及最好以ad-hoc模式操作。如上所述，收发信机240还可以包括附加组件，用于根据由处理器210执行的MAC代码270，确保可靠的MAC协议操作。
移动通信设备20可以包括与如上所述的GPS绘图设备类似的附加元件。这些特征的一些包括但不限于数据端口，诸如USB、串行和IEEE1394端口，以便从外部计算设备上载地图和数据以及程序代码和从它们下载地图和数据以及程序代码、可移动数据卡、外部或内部扬声器和显示单元、用户接口单元，诸如键盘、开关、触摸屏和语音识别单元，以及附加固定和可移动存储设备。另外，移动通信设备可以包括也称为蓝牙的IEEE802.15端口。经由无线个人区域网，蓝牙端口允许移动通信设备与交通工具内的其它蓝牙设备和系统进行无线通信。通常，上述附加元件与处理器210通信，如由图2的端口和接口模块280所示。
如果应用程序250是交通工具导航应用，每个交通工具100的本地移动通信设备20还包括地图数据库220和交通数据库230，两者均存储在存储器260中。交通数据库包括从交通网中的其它交通工具接收的交通拥堵信息。简单地说，通过地图数据库分析交通数据库，以便估计交通流量、预测交通图并确定路线。下面将描述交通拥堵信息的详细情况以及交通数据库及其分析。
地图数据库220可以包括城市、城镇、公路和局部道路图，以及商业和居民街道的详细图。另外，地图数据库20可以包括诸如饮食和饮酒、寄宿、有吸引力、娱乐、购物、应急服务等等的兴趣点。地图通常在CD-ROM上可获得，并经由与能读取CD-ROM并将地图数据发送到设备20的外部设备的有线或无线接口置于移动通信设备20上。地图也可被置于可移动存储器上，诸如FLASH RAM或经由端口或接口280发送到设备20。Garmin MapSource是可以与移动通信设备20使用的CD-ROM地图的实例。
在交通工具导航的交通应用中，配备交通工具100和可选地未配备交通工具110穿过交通网10中的道路从它们的当前位置到目的地。简单地说，当配备交通工具在相互的范围内通过时，它们部分或全部发送和接收交通拥堵信息，或交通数据库。交通工具相互直接通信。与地图数据库和交通数据库一起分析交通拥堵信息，并根据该分析，每个配备交通工具本地计算从源点或当前位置到目的地的路线。根据所接收的交通拥堵信息的分析，以及交通数据库和地图数据库的分析，每辆车本地定期发送交通拥堵信息。
在应用中，参考图3，在初始化步骤300之后，每个配备交通工具本地的每个移动通信设备为空闲301，保持直到收到交通拥堵信息302-310，或发送交通拥堵信息312-320为止。在收到包括交通拥堵信息的数据分组302后，下面将描述其细节，确定当前位置和速度304。接着，分析交通拥堵分组、交通数据库、地图数据库和当前位置，并估计交通流量306。基于分析和估计，计算从步骤304中所确定的当前位置到目的地的路线308。而且，根据步骤306中的分析，存储交通拥堵分组310。返回到初始化步骤300，初始化发射频率定时器，接着是空闲步骤301。定时器控制多频繁地发送交通拥堵信息。初始化定时器使得每隔一秒尝试发送。从空闲301，一旦发送频率定时器已过或届满，校查每秒接收的交通拥堵分组的数量312。接着，根据步骤312，调整发送频率定时器314。下面，将描述调整的细节。在此之后，分析交通和地图数据库316，构造交通拥堵分组318并发送交通拥堵分组320。
交通拥堵有两种分组格式。信标服务表(BST，beacon servicetable)包括有关当前交通工具的实时和历史数据。交通工具服务表(VST，vehicle service table)包括与BST相同的字段，并另外包括从其它交通工具接收的数据和信息。附加数据的一些或全部可以驻留在交通数据库230中。当内容包括有关交通拥堵和交通流量的信息时，BST和VST以及包括它们的数据在此也被称为交通拥堵更新数据、交通信息、交通拥堵更新信息或交通拥堵信息。
如参考步骤300、301、312和314简单所述，定期发送BST和VST。发送周期可变并根据周围交通工具的密度而变化。在缺省的情况下，交通工具以每1秒1个BST的发送频率发送BST。当交通工具从周围交通工具收到BST时，改变其发射频率。如果交通工具每秒收到多于10个BST，则将发射频率减半，例如每2秒1个BST。根据Fibonacci数列设置发射频率，即对于每秒接收30、40、50、60、70、80、…个BTS，将发射频率设置成每3、5、8、13、21、34、…秒1个BST。
通过如上指出的调整发射频率来维护无线网络的稳定性。当媒体的使用超出约40％至50％时，在802.11网络中出现带宽饱和。饱和是最佳使用媒体的点，但是在这种情况下，即使网络中最轻微增加无线通信量也会使网络进入不稳定状态。上述自适应BST发射频率方法在略低于饱和的水平确保稳定的网络操作，同时提供缓冲器用于增加的或突然的无线网络通信量。
下面以标准ANSI C格式示出BST和VST的结构。附加到BST和VST分组的列表包括交通工具路线表(VRT，vehicle route table)项。VRT项包括基于每段的交通流量信息。下面指出，BST包括VST结构加上VRT结构的一项，作为res_vrt_lptr列表的一部分。VST与BST相同，但包括另外的VRT项作为res_vrt_lptr列表的一部分。可以使用源编码技术来实质上减小BST和VST的大小。用于BST和VST的下述定义提供了一种可能的实现方案。
{
char      vehicle_id[16]；   /*交通工具名*/
double    begin_coo_x；      /*段起始x坐标*/
double    begin_coo_y；      /*段起始y坐标*/
double    end_coo_x；        /*段结束x坐标*/
double    end_coo_y；        /*段结束y坐标*/
int       weight；           /*合计结果*/
char      vehicle_dir[4]；   /*交通工具方向*/
double    avg_speed；        /*平均交通工具速度*/
double    max_speed；        /*最大交通工具速度*/
double    min_speed；        /*最小交通工具速度*/
double    sample_period；    /*以秒为单位的采集周期*/
double    timestamp；        /*创建该项时的时间*/
｝VRT；
typedef struct
{
int       app_id；          /*应用标识符(RO)*/
char      vehicle_id[16]；  /*交通工具名*/
double    vehicle orig_x；  /*交通工具起始x坐标*/
double    vehicle_orig_y；/*交通工具起始y坐标*/
double    vehicle_dest_x；/*交通工具目的地x坐标*/
double    vehicle_dest_y；/*交通工具目的地y坐标*/
double    GPS_lat；       /*GPS纬度*/
double    GPS_long；      /*GPS经度*/
double    GPS_alt；       /*GPS高度*/
char      GPS_dir[4]；    /*GPS交通工具方向*/
double    GPS_speed；     /*GPS交通工具速度*/
double    signature；     /*Data完整性签名*/
List*     res_vrt_lptr；  /*具有所选VRT元组的列表*/
}VST；
BST用作向其它交通工具通告发射交通工具的状态以及与其它交通工具共享基本位置和路由信息的信标。BST作为信标不应当与通常视为的802.11信标相混淆。802.11信标仅用于无线电同步目的，以及不包括BST的信息。
BST是规则发送的分组，并包括本地信息。BST或信标信息随交通工具在交通网中的位置改变而改变。VST用于交通工具之间的更先进的对话，并包括根据分析步骤316的信息。例如，当本地交通工具从远程交通工具收到BST时，BST可以包括有关与本地交通工具的轨迹或目的地相符或部分重叠的轨迹的信息。然后，本地和远程交通工具中的应用程序构造包含相关交通数据的VST(316，318)，并导致VST的发送(320)。
根据所接收的分组的分辨率和定时，可存在包括带有基本上相同的时间戳但不同位置的信息的分组。参考上述VRT结构，发送时间戳作为变量“timestamp”的一部分。根据分析(306，316)，将这些项识别为不同的配备交通工具100。识别交通网10内的不同配备交通工具100的另一方法是向每辆车分配一个唯一的ID与其它交通信息一起发送那个ID，如由上述vehicle_id[16]字段所示。在步骤310中，在交通数据库中不存储重复项，因此是否存储接收的分组至少部分基于步骤306中的分析。
分析交通数据库230和地图数据库220以便确定当前和历史交通流量(306)。另外，使用交通预测和交通估计技术来估计未来的交通状况。交通预测使用当前交通数据来预测很可能是交通工具路线的一部分的段或道路上的速度。交通估计使用当前数据和历史信息来更精确地计算未来到达高速公路的某一段时的车速。最大似然估计用于交通预测和估计。最大似然估计对本领域的普通技术人员来说是公知的。可以与本发明一起使用的其它已知方法是使用Kalman滤波器的顺序估计和预测，以及使用自回归处理来预测偏差。
应用程序250将存储在交通数据库230中的BST和VST信息与地图数据库220中的道路和路线相关联，并进一步执行用于交通流量估计和预测的附加计算(306)。例如，在同一道路或路线上在大约同一时段聚集的缓慢移动的交通工具的密集度指示那条道路或路线上交通拥堵。另外，如果在特定路线或道路上行驶的交通工具的平均速度甚低于在地图数据库中表示的速度限制，或用于那个时段的历史平均速度限制，可能存在交通拥堵。相反，如果平均速度高于预期的，则该道路相对移动畅通。如果在感兴趣的道路或路线上，对于预期行驶时间存在多于历史预期的交通工具，以及如果那些交通工具的平均速度处于或高于速度限制，或那个路线或道路在估计行驶时间期间的平均速度，则存在高交通密度但畅通交通流量。
另外，应用程序可以包括安全警告应用，诸如碰撞警告应用，其识别可由于交通工具前的事故或其它危险交通状况的突然交通流量变化。如果本地交通工具前的远处交通工具具有低于10mph的平均速度(speed_remote)，以及如果本地交通工具速度(speed_local)和平均远程交通工具速度之间的差值至少为本地交通工具速度的50％，即(speed_local-speed_remote)/speed_local＞0.5以及speed_remote＜10，则本地交通工具上的应用程序识别到危险的交通状况。如果交通工具在道路上，但速度为0，即未移动，该应用还可以发出安全警告。根据步骤316、318和320，这些警告能发送到其它交通工具。本领域的技术人员将意识到结合每个配备交通工具100本地的地图数据库220，能由交通数据库230计算许多其它交通流量。包括上述分析仅是如何实现的例子，而不打算以任何方式或形式限制本发明的范围。
如下面更详细所述，应用程序可以包括用于路线计划的交通工具导航应用。交通工具导航应用根据数据库的分析，计算配备交通工具从源点或当前位置到目的地的路线(308)。通过采样移动性模块200的输出，定期确定当前位置(304)。可以经由移动通信设备20的可听或可视接口280，将路线和其它信息发送给配备交通工具100的操作者。可视显示器可以例如示出一个地图，该地图表示具有当前交通状况的图形覆盖的感兴趣的局部区域。彩色可以表示拥堵信息。例如，蓝色可以表示道路畅通，桔红色可以表示道路上存在中等交通量但少量拥堵，以及红色可以表示严重交通拥堵或安全警告。本领域的技术人员将意识到有许多发送各种计算结果的方法。
在配备交通工具正移动或静止时，能执行交通拥堵信息交换、交通数据库交换和上述计算。例如，在一种情况下，配备交通工具100可以位于车库中，以及与在放入车库的配备交通工具的通信范围内经过的其它移动配备交通工具100交换拥堵信息。另外，能将交通数据库230加载到与配备交通工具分开的远程或固定计算设备，以及离线移动通信设备执行交通流量估计和预测以及路线计划，然后下载回配备交通工具100本地的移动通信设备。然后，汽车操作者能在行程的开始选择各个目的地，利用预先计算的路线以及至目的地的途中转发给驾驶员的驾驶方向。在到目的地的途中，可选地进行路线调整，如下所述。
路线计划
在此使用的术语“路线计划”广泛地定义为包含通过由地图数据库220所表示的交通网10内的道路网络，查找从当前位置到目的地的路径的方法。
包括交通工具导航应用的应用程序250为配备交通工具100计算到目的地的路线。简单地说，该应用程序计算通过地图数据库所指出的交通网的段或道路从移动通信设备的源点或当前位置到目的地的第一路线。当交通工具改变位置并移过网络时，在配备交通工具中创建并交换交通数据库时，以及当交通流量发展时，应用程序可以计算通过交通网的另外的路线。
有许多计算从给定段或道路的网络的源点到目的地的路线的方法。最常用的方法，如上简单所述是最短路径选路。几乎所有的选路算法基于最短路径树(SPT，shortest path tree)方法。该算法基于贪欲，即，每当必须做出路线确定时，选择最佳可能路线。该类算法也被称为广度优先搜索。也可以使用被称为深度优先搜索的另一类算法。以其最简单的形式，交通工具可以使用基于距离的最短路径选路来计算到目的地的最短路线。
然而，当单独使用距离作为用于确定路线的比较度量时未使用地图数据库和交通数据库中可用的有用信息，诸如路段速度限制、路段拥堵等等。通过使用基于动态改变和时间可变路段价值函数的最短路径算法，能以实时方式做出基于交通数据库、交通流量预测和估计结果以及地图数据库数据的智能路线决定。也可以单独或组合使用其它类型的算法，诸如遗传算法、动态编程和最短路径算法的各种自适应。
许多上述算法日常用来为在道路网上行驶的交通工具计算从源点到目的地的路线，以及用于提供驾驶方向。在联机Internet绘图服务，诸如Mapquest、Yahoo!的Maps,Vicinity Corporation的Mapblast以及Microsoft的Expedia使用这种算法的实例。能在GPS绘图设备，诸如Garmin StreetPilot III和MapSource CD-ROM的Garmin系列上找到所实现的使用算法的其它实例。然而，应注意到这些服务和产品的任何一个均不能基于通过感兴趣的地图的基于实时和预测交通流量来提供主要或候补路线。它们所提供的最好结果是基于路线长度和路段速度。
加权图是其中地图中的每条道路或表示道路的交叉点的段被指定一个数字权重或价值的图。指定到每个段的权重是道路上车速限制的函数。在基于距离的最短选路中，仅使用道路的长度来计算从源点到目的地的路径。在基于延迟的选路中，对每个段计算长度与速度之比并用作计算从源点到目的地的最佳可能路线中的价值函数。有关此的变化允许用户指定选择某些道路用于行驶，而与权重和算法无关。在一个实施例中，用于每条道路或段的权重是该道路上的车速限制、对于道路上的估计行驶时间道路上的估计交通密度以及对于道路上的估计行驶时间道路上的估计平均车速的价值函数。在价值函数中可使用另外的变量，诸如最大和最小速度以及交通密度、密度和速度的标准偏差以及许多其它统计分析的结果。
通过应用更完善的价值函数，其部分是交通数据库230中的数据的函数，能发现从交通工具的当前位置到目的地的更明智的替换路线，并转发给交通工具的驾驶员。可以不仅基于在当前行驶时间的交通状况如何，而且还基于以后当交通工具到达感兴趣的道路时那些道路上的交通状况将如何来计算这些路线。另外，因为在至目的地的途中，在整个行驶中不断更新交通数据库230，定期执行交通数据库230的分析，以及选路算法根据发展的交通状况，定期校验从当前位置到目的地的当前路线仍然有效。如果不，计算从当前位置到目的地的新替换路线，并将命令转发给汽车操作员以便避开交通拥堵地区。
当选择当前路线的替换路线时，考虑交通网的效率和稳定性。总是选择替换路线是不利的。如果所有驾驶员被引向同一替换路线，则作为避开当前拥堵地区的努力的结果，会形成新的交通拥堵地区。这一般被称为过调节效应。避免不稳定和过度拥堵的一种方法是估计替换路线的端-到-端延迟，如果端到端延迟为少于第一或当前路线的端到端延迟1分钟或更多，以及如果替换路线的端到端延迟至少短于第一路线10％，那么选择替换路线。使用利用当前和历史交通图以及交通图的概率模型的另外的方法用来进一步减小过调节效应。
如果汽车操作员偏离所选路线，即交通工具从发出其驾驶方向的当前路线转向，则如上所述计算新的路线。除了从当前位置到目的地的最快路线外能实现许多其它目的。例如，一些目的是：交通工具将避开交通拥堵地区，最小化行驶所花的时间长度，最小化行驶距离，在到目的地的途中交通工具被路由通过最佳道路，以及在到目的地的途中，路由交通工具经过感兴趣的地理地区。
除优点外，GPS导航设备20安放在单个交通工具上，交通网本身作为一个整体以更有效的方式作用。尽管配备交通工具可能行驶避开交通拥堵地区的从当前位置到目的地的路径，如上所述的交通数据的动态和分布属性以及计算试图创建基本上平均分布交通工具交通并畅通流动的交通网。另外，如果确实出现交通拥堵地区，则替换路径的动态和临时重计算试图用来比通常更快地疏散交通拥堵。因此，单个交通工具以及穿过交通网的所有交通工具不管其是否配备移动通信设备，燃油消耗均趋向于被最小化。
AD-HOC应用和媒体访问
如上所述，利用ad-hoc媒体访问控制器的应用，诸如ad-hoc802.11家庭应用均不非常适合于高密度、高速应用，诸如如上所述的交通网应用。下面描述用于移动通信设备20的应用和媒体访问控制器。该应用程序和媒体访问控制器能用在许多不同高密度和高速ad-hoc移动网环境下。
在图2的移动通信设备20中实现该应用程序和媒体访问控制器，其中该应用为应用程序250以及该媒体访问控制器为媒体访问控制器270。图4示出用于移动通信设备的内部网络协议栈。参考图4和图2，vehicle_mobility模块30对应于移动性模块200。vehicle_mobility模块30与对应于应用程序250的vehicle_application模块32通信。vehicle_mac36对应于媒体访问控制器270。vehicle_mac36与包括两个单独的模块，vehicle_receiver_0和vehicle_transmitter_0的收发信机模块38通信。收发信机模块38对应于收发信机240。最后，vehicle_interface34充当vehicle_application模块32和vehicle_mac36之间的接口。vehicle_interface34提供各种接口以便于vehicle_application32和vehicle_mac36之间的通信。vehicle_interface34包括分布在移动通信设备20的移动性模块200、处理器210、存储器260和收发信机240间的各种软件和硬件。vehicle_interface34在图4中被示为单独模决。用于分层和模拟目的，并将根据图2的移动通信设备的具体软件和硬件实施选择而改变特定功能。
图4的网络协议栈还提供用于模拟移动通信设备的框架。使用OPNET(OPNET Technologies Inc.的商标)网络模拟器及可用于模拟器的相关库来构造和执行模拟。简单地说，计算机模拟对于多个交通工具的每一个穿过交通网中的路径从当前位置到第一目的地的交通网建立模型。每个交通工具包括由图4的协议栈建模的移动通信设备，在下文中也被称为节点模型。在模拟中，模拟用于无线局域网的ad-hoc模式IEEE802.11标准。
在图5中示出了用于模拟vehicle_mobility模块30的状态机。vehicle_mobility模块以与上述参考图2的移动通信设备20的移动性模块200和应用程序250相同的方式，向vehicle_application模块32提供位置信息。vehicle_mobility模块30的操作以初始状态开始，其中进行所有初始化。一旦从初始状态转变到转变状态，则进行交通工具位置和速度的首次更新。在模拟时间0，发生从转变到空闲的状态转变。移动性模块保持空闲模式直到更新位置和速度更新，在此时，发生从空闲到位置并返回到空闲的转变。每辆车定时器向移动性模块发信号以便每0.2秒更新位置和速度信息，尽管能改变该时间。当vehicle_application模块32信号告知需要替换路线的路线重计算或计算时，发生从空闲到dyn_spt并返回到空闲的转变。上述详细地描述了路线重计算。在dyn_spt状态内，基于从vehicle_application模块32内接收和处理的交通拥堵信息的预期延迟，实施诸如上述最短路径算法的算法。在dyn_spt状态下运行的函数可以是图2的移动通信设备的应用程序250的一部分并被示为移动性模块的一部分用于模拟目的。
在图6中示出了vehicle_application有限状态机。该状态机以发生所有一次初始化的初始状态开始。在初始化之后，发生从初始状态到关状态的转变。根据模拟定时器，发生从关状态到开状态的转变。在开状态下，应用程序构造数字数据分组。分组由有限和可变长度构成。分组的有限和可变长度属性显著地增加了其它移动通信设备收到数字数据分组的可能性。由于与其它快速移动交通工具建立数据链路并发送数据的短机会窗，接收概率的任何增加是有利的。在可用窗内，太大长度的分组将被不完整或有错误地接收。太短长度的分组将不能承载足够的数据以传送包含在BST或VST中的位置和速度信息。802.11标准指定2304字节的最大分组长度。
应用模块还采用多发送机制用于增加接收的概率。该多发送机制使得多次且可变次数地发送数字数据分组。多次发送的分组大小和频率根据链路质量和来自MAC和收发信机的其它统计而改变。通常，当链路质量下降时发送更少分组。基于通过大多数商业上可获得的802.11无线电的设备驱动器获得的统计，确定信道或链路的质量。一些统计是所接收的信号强度指示器(RSSI)、信噪(SNR)比，以及信干(SIR)比。根据五种不同信道质量分类：优秀、非常好、好、比较好和差来调节分组长度。当信道质量相对于802.11规范优秀时，除了由该规范强加的以外，没有最大分组长度限制。当信道质量从优秀降到非常好、好、比较好和差时，降低分组的最大长度以便使误码率(BER)维持在接收机可接受的范围内。
对于为最频繁出现的链路类型的好的链路质量，应用模块将用于单个发送的分组长度限制为从约800位至1200位，包括正常802.11通信所需的头部位。对于其中发送分组n次的多传输，可选地增加分组长度，并被限制为从约800+n*400位到约1200+n*400位。
所发送的重复分组的数量部分依赖于应用。对更重要的应用，诸如上述安全告警应用、紧急应用和记帐应用，可以发送非常多的重复分组，诸如5。对其它应用，诸如交通拥堵更新和基于位置的信息，可以发送较少数目的重复分组，例如多至3。
模拟表示，在具有在相互范围内的1至10个配备交通工具的交通网中，通过采用上述详细方法，接收概率增加1O％至20％。进一步的模拟表示，在具有超出10个配备交通工具的拥堵情况下，接收概率平均显著增加超出20％。当阻碍或限制无线电通信的大且高的目标以及不同形式的无线电干扰被引入通信网络时，该增加更加显著。
应用模块包括调整移动通信设备试图连接到无线媒体并发送分组的频率的发送定时器。发送定时器的周期是可变的。这在参考上述有关BST、VST和发射频率的论述详细地描述过。典型地，初始地构造定时器使得每一秒进行发送分组，或进行同一分组的多次发送的尝试。发送定时器利用由媒体访问控制器收集的许多统计来改变发射尝试的频率。发送定时器通过简单增加-多次减少方法(SIMD)调整使移动通信设备连接到无线媒体的频率。根据SIMD，随接收的无线电业务量减少和增加，上调和下调发送定时器。如上所述，如果移动通信设备接收的分组数量随时间减少，则使发送定时器的周期变小使得移动通信设备尝试更频繁地发送分组。如果移动通信设备接收的分组数量随时间增加，则使发送定时器的周期更大使得移动通信设备尝试不太频繁地发送分组。
转回到图6，当接收分组时，发生从开状态或关状态到rx_packet状态的转变。在rx_packet状态下，如上所述提取、处理、分析和存储诸如BST和VST数据的分组内容。
图7示出vehicle_interface模块有限状态机。在初始状态进行初始化，然后转变到init2状态，其中进行其它初始化。有两个初始化状态以避免模拟中的同步问题。然后转变到等待状态然后至空闲。一旦来自应用层的分组到来，则转变到app_layer_arrival状态，将分组转发到vehicle_mac层，以及状态转变回空闲。类似地，一旦来自vehicle_mac层的分组到来，则发生转变到mac_layer_arrival，分组被发送到vehicle_application，以及状态转变回空闲。
参考图8，示出了用于vehicle_mac36的有限状态机。状态机实施IEEE802.11媒体访问控制协议以及包括大多数与在用于模拟802.11ad-hoc MAC的OPNET模拟工具库中提供的相同的代码。修改MAC的源代码部分以便支持ad-hoc广播性能、数据速率调整、分组排队以及信道活动监视。
当应用模块生成分组以及准备发送分组时，接口模块发信号给MAC以向分组分配广播地址作为目的地地址。当发送广播分组与单播分组时，802.11遵循不同媒体访问过程。当广播分组时，在MAC层不存在分组的分裂。因此，由应用模块控制所有分组长度控制功能，如上所述。另外，基于动态数据速率算法，基于如在802.11规范中定义的链路质量，调整传输数据速率。可用于在此使用的标准802.11a的数据速率为9、12、18、24、36、48和54Mbps(每秒兆位)。可用于802.11b的数据速率为1、2、5.5和11Mbps。
在该特定媒体访问控制器实现中，能在由MAC维护的传输队列中存储至多一个分组。由于应用程序产生实时位置和速度更新，由应用程序生成的最后一个分组盖写先前生成的未发送的分组是有利的。在重的网络负担状况下，由此上百个交通工具竞争访问无线媒体是可能的，在发送分组前经过数秒也是可能的，进一步突出了发送的分组包括当前和相关数据的重要性。
媒体访问控制器的进一步的增强允许监视低级无线电统计，诸如信息活动性，其包括诸如RSSI、SNR和SIR的信息。媒体访问控制器增强还包括监视正确接收并转发到应用模块的分组的数量的能力。媒体访问控制器模块还收集有关在收发信机接收和处理的冲突分组、错误分组和噪声的附加信息。动态数据速率算法使用这些统计来修改收发信机处的传输数据速率。应用模块或应用程序还访问这些统计以便做出上述许多决定，诸如发送多少次分组和构成多大的分组。
再参考图8，两个初始化状态init和bss_init提供初始化功能，然后转变到空闲状态。这些状态以及所述的下述状态均根据IEEE802.11标准进行操作。如果在监视媒体时，即包括802.11ad-hoc网的无线频率，确定媒体为空闲，以及存在将发送的分组，则发生从空闲状态转变到延迟状态。MAC保留延迟状态十或几十毫秒级，在此期间继续监视媒体并延迟分组发送。一旦退出延迟状态，则转变到bkoff_needed状态，在此期间确定是否需要退避操作以避免争用无线媒体，如果确定媒体忙，即有至少一个其它通信设备正在争用或使用媒体则需要退避操作。如果在该状态下计算的退避持续时间不为零，也要求退避操作。退避持续时间表示对应于争用窗中的时隙的数，被称为争用窗口间隔。802.11规定了具有32个时隙，0至31的争用窗口。根据是否发生碰撞，时隙数目根据二进制指数方法(32，64，128，...)增至1024。即使在延迟状态期间媒体空闲，也计算退避持续时间。
如果媒体忙或退避持续时间不为0，则状态转变到退避状态，在此期间执行退避操作。在退避状态下，将退避计数器设置成从争用窗口间隔中选择的数，以及每当检测到媒体空闲等于一个时隙的周期，则将退避计数器递减1。当退避计数器达到零时，如果媒体空闲MAC会尝试发送分组。由于随机选择退避时隙的数量，将大大地减少在下次尝试访问媒体期间存在冲突、或争用媒体的概率。
如果不需要退避操作，从bkoff-needed转变到发送，在此期间发送分组。在发送后，状态转变到frm_end以表示一个完整的转变。然后，状态机返回到空闲状态。在该实施中不使用wait_for_frame状态。当分裂分组时使用该状态。如上所述，应用模块构成压缩和有效的分组，在将分组发送到MAC模块之前，执行所有必要的分组长度调整。
示例性结果
使用图9所示的模拟器来创建规划或模拟情形。图9的示例性规划包括四条交叉高速公路F1、F2、F3和F4，每条具有约15英里的端到端长度。F2和F4具有65mph的速度限制。F1和F3具有25mph的速度限制。在该特定模拟中，有25个配备交通工具在高速公路的末端成群出发。在F1的一端的交通工具组为7、9、11和13，以及在F1的相反端的交通工具为8、10和12。交通工具0、2、4和6在F2的一端，以及交通工具1、3和5在F2的相反端。交通工具14、16、18和20在F3的一端，以及交通工具15、17和19在F3的相反端。交通工具21和23在F4的一端以及交通工具22和27在F4的相反端。
一旦开始模拟，交通工具无阻碍地通过高速公路，在高速公路上转向，改变它们的速度，以及在到它们的目的地的途中，横穿到其它高速公路，而与其它交通工具无关。除了由它们正行驶的高速公路强加的交通工具速度限制外，交通工具也可以根据许多分布，诸如恒定、均匀、随机、Gaussian、重尾等等独立地调整它们的速度。用于该情形的目的地是每辆车启动时的高速公路的相对端。
该模拟器模拟移动通信设备与每辆车一起行驶，移动通信设备广播和接收交通拥堵更新数据，分析数据和链路统计、计算路线，或者如上所述操作。该模拟还包括实际数字地形高度数据的地形图。在图9的例子中，地图表示北部California的20×20英里地区。布满该图的数字表示定义实际地形高度的等高线。地形对于模拟交通工具之间的无线电波的传播很重要，因此能在逐个交通工具的基础上执行精确的路径损耗计算。
图10示出在模拟中25个工交通工具的三个沿高速公路的运动。注意到未预设路径。相反，每个交通工具至少部分基于从周围交通工具接收的交通拥堵信息来进行选路确定。另外，注意到精确地模拟无线媒体，以及在任何时间，几辆车可能竞争访问媒体。尽管在该模拟中仅检验三辆车，但所有25辆车同时移过交通网，以及所有交通工具独立地作出选路决定。
在整个模拟持续时间内，其表示30分钟，交通工具9单独在高速公路F1上行驶，如可由具有标签“交通工具9”的箭头看出的。交通工具9配置成仅基于最短路径选路算法来进行选路决定。如此，交通工具9不尝试横穿至任何其它高速公路，即使它们不太拥堵且具有更高的速度限制。图11示出在整个模拟中交通工具9的速度并表示交通工具9以高速公路F1的速度限制的最大速度25mph行驶，直到在大约时间85它到达其目的地为止。还示出了交通工具9的平均和最小速度。
在图9中用标有“交通工具11”的箭头示出了交通工具11穿过交通网时的进度。还参考图12，其绘制了交通工具11的速度与模拟时间。交通工具11采用基于诸如上述的动态段成本分配的O-D(原点-目的地)选路算法。参考这些图，交通工具11通过在F1上以25mph的最大速度行驶开始，直到它在大约时间6到达F1和F3的交叉点。基于接收的交通信息，以及在交通网的当前地图上，交通工具11驶上F3并以更高平均速度和最大速度65mph开始行驶，如图12中所示的尖峰可以看出。交通工具11继续在F3上，同时继续从范围内的其它交通工具接收交通拥堵更新，直到它达到F2和F3的交叉点为止。在该例子中，来自附近交通工具的交通拥堵信息触发交通工具11的选路算法以便特征化F2为比替换路线更差的路线。在F2和F3的交叉路口，交通工具11调头返回到F3，直到在大约时间11到达F3和F1的交叉点。然后，交通工具11继续在F1上以最大速度25mph行驶直到在大约时间80到达其目的地。
交通工具13采用基于段成本的O-D选路算法，该段成本是基于道路网中的每段的距离和速度比而预先计算。交通工具13在与交通工具11相同的路径上开始，穿过F1至F2。但在F2和F3的交叉点，交通工具13基于事前计算和固定的段延迟，确定F2是用于行进的较佳选择。参考图10和表示交通工具13的速度的图13，交通工具13继续在F2上行驶，然后，在F4上以最大速度65mph行驶，直到在大约时间46到达F4和F1的交叉点。在该交叉点，交通工具13继续在F1上以最大速度25mph行驶，直到在大约时间77到达其目的地为止。
图14示出在整个模拟中，由交通工具13发送和接收的分组/秒。注意，活动性特别用于所接收的业务。接收的分组增加直到在大约时间17交通工具13到达F2和F3的交叉点为止，然后交通工具13继续下降。然后，接收的分组从最大约7.5分组/秒下降到约1和5分组/秒之间，表示更加稀少分布的交通工具，在此之后，改变接收的分组活动性。
上述仅是一个示例性情形，以及根据上述论述，仅用来示例说明交通网中，交通工具之间的一些交互作用和操作。如所示和所述，上述移动通信设备可与相互通信范围内的上千个其它移动通信设备进行操作，同时相对于彼此以高速行驶。注意到仅非常小百分比的交通工具需要配备移动通信设备来实现移动通信设备和交通应用的许多好处。需要配备以实现基于拥堵信息的实时交通工具选路的交通工具的精确百分比主要依赖于周围环境，以及在指定位置处的交通工具密度。例如，对于郊外环境下的市郊主干道，仅需要道路上以及相互通信范围内的0.1％这样低的百分比的交通工具为配备交通工具。即使在那个百分比，也能识别交通拥堵并转发到其它接近的配备交通工具。
数据库管理
实施各种技术来保持交通数据库及时和关联，并有效利用存储器。下文是设计成限制通信设备中所需的存储量、降低由通信网络上的移动通信设备占用的带宽需求，并有助于确保交通数据库保持稳定的数据库管理技术的列表。下述任何或所有数据库管理方法可以单独使用或与任何其它方法结合，以及可以使用在此未提及但本领域技术人员公知的方法。一些方法是：
1)可使用压缩技术以便在发送到其它配备交通工具之前，减小交通数据库的大小。例如，当表示或发送地图信息时，大多数商业上可获得的GIS系统采用各种空间压缩算法以避免冗余。交通信息图可构造成利用一些相同压缩技术的现有GIS图上的覆盖层。
2)在经由VST或BST交换数据库项前，但在至少两个配备交通工具之间建立通信后，协商交换交通数据库的哪些部分。例如，能根据时间戳和仅那些最新的项存储交通数据，然后发送协商的时间。另外，可以根据位置和根据一般地理地区或网格组成的存储项，存储交通数据库。在协商阶段，可请求和发送来自地理地区或网格的特定项。
3)可以整理交通数据库以便清除比某些日期或时间周期更旧的项。或者可以整理数据库以便如果图中指出的地区最近未被行驶，则删除对应于最近未行驶地区的那些交通项。另外，可以丢弃对应于感兴趣的地理地区外的地区的数据库项。
4)在接收和发送交通数据库项期间，可使用加密以便有助于确保不泄密通信。本领域的技术人员很好理解加密。通过使用证书认证(CA)或小型卡闪卡来实现板上密钥分配和管理，以及以规则间隔存储验证/加密密钥。
5)可以维护双交通数据库，它们中的一个为已知稳定数据库。使用第一稳定数据库，而第二数据库接收交通更新。如果新更新的数据库不稳定，即，其不能达成用于交通流量估计、预测和路线确定的好的解决方案，则使用第一稳定数据库直到通过后续BST和VST更新，更新后的数据库被修复或变为稳定，此时，第二更新后的数据库代替第一数据库。许多商业上可获得的数据库系统提供消除或降低不稳定状态的机制。
在因为在交通网中有太少配备交通工具，或因为太少交通工具在通信范围内，而不能创建稳定交通数据库的情况下，仅由地图数据库计算路线。
除了交通工具导航应用外可以用许多其它方法使用通信设备。在所述应用的一个方面中，设备构成用于交换交通拥堵信息或交通数据库的BST和VST。该应用能调整用于构成包括其它数据，诸如数字化语音数据和音频数据的分组。也可以由通信设备构成和接收告警和应急报警数据，例如来自紧急交通工具，诸如救护车的广播警告。还可以构成包括Internet数据和电子邮件数据的分组。通常，增强型移动通信设备提供用于在快速移动和高密度ad-hoc网中发送和接收这些和其它类型的数字数据的平台。
期望将上述详细描述的说明书理解为示例说明本发明能采用选择的形式，而不是限定本发明。仅下述权利要求，包括所有等效意图定义了本发明的范围。

Claims (38)

1.一种包括多个交通工具的交通网中的增强型交通网方法，该方法包括：
在位于第一交通工具上的第一移动无线设备和位于第二交通工具上的第二移动无线设备之间建立直接的ad-hoc无线网络连接；以及
根据特征化第一交通工具的位置和第二交通工具的位置的位置数据，动态地定制第一移动无线设备的网络传输参数，以增加第二移动无线设备经过ad-hoc无线网络连接收到第一移动无线设备所发送的分组的概率。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述网络传输参数包括分组长度。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述网络传输参数包括可容许分组长度范围。
4.如权利要求3所述的方法，其中，可容许分组长度范围约为800至1200位。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述网络传输参数包括发送分组的次数。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述网络传输参数包括定义分组传输之间的间隔的分组传输周期。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述位置数据包括表示第一移动无线设备周围的移动无线设备的密度的参数。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述网络传输参数包括传输调度参数。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：定制传输调度参数以避免与其它无线连接争用。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过分析表示第一交通工具的全球位置和第二交通工具的全球位置的卫星信号，确定所述位置数据。
11.如权利要求1所述的方法，其中，所述位置数据包括第一交通工具和第二交通工具的相对位置。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括：检测在其上建立ad-hoc连接的无线媒体的链路质量，并根据检测的链路质量来定制网络传输参数。
13.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
在第一移动无线设备处接收交通拥堵更新数据；以及
采用所述交通拥堵更新数据和存储的地图数据来确定第一移动无线设备从源点到目的地的第一路线。
14.如权利要求13所述的方法，其中，确定第一路线的步骤包括：根据交通拥堵更新数据来估计交通图。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括：根据交通拥堵更新数据，确定从源点到目的地的替换路线。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：比较第一路线的端到端延迟与替换路线的端到端延迟。
17.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据位置数据，生成对第一移动无线设备的用户的用户安全警告。
18.如权利要求1所述的方法，进一步包括：确定第一移动无线设备的速度，并经过ad-hoc无线网络连接发送第一移动无线设备的速度。
19.如权利要求1所述的方法，进一步包括：经过ad-hoc无线网络连接发送交通拥堵数据。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述交通拥堵数据包括信标服务表和交通工具服务表。
21.一种用于在包括多个交通工具的交通网中进行通信的移动无线网络设备，该设备包括：
无线网络收发信机，用于建立至至少一个其它移动无线网络设备的直接ad-hoc无线网络连接；以及
连接到所述无线网络收发信机的处理器，配置成根据特征化移动无线网络设备的位置和至少一个其它移动无线网络设备的位置的位置数据，动态地定制移动无线网络设备的网络传输参数。
22.如权利要求21所述的设备，进一步包括连接到处理器的移动性模块，用于接收特征化移动无线网络设备的位置的卫星生成的第一位置数据。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述处理器配置成从无线收发信机接收特征化至少一个其它移动无线网络设备的位置的第二位置数据。
24.一种用于经过无线媒体以ad-hoc模式直接与其它移动通信设备通信的移动通信设备，所述移动通信设备包括：
应用部件，用于构造数字数据分组；
连接部件，响应所述应用部件，用于连接到所述无线媒体；
发送部件，响应所述连接部件，用于经过所述无线媒体发送所述数字数据分组；以及
接收部件，与所述连接部件通信，用于检测所述无线媒体并从其它通信设备接收数字数据的分组；
其中，所述应用部件构造具有有限和可变长度的分组以便当由所述发送部件发送时，增加其它移动通信设备收到数字数据分组的概率。
25.如权利要求24所述的发明，其中，所述连接部件包括：
延迟部件，用于延迟分组的发送；以及
退避部件，响应所述延迟部件，用于执行退避操作以避免争用无线媒体。
26.如权利要求24所述的发明，其中，所述应用部件进一步包括多发送部件，用于通过使所述连接部件和发送部件发送数字数据分组多和可变次数，来增加其它移动通信设备收到数字数据分组的概率。
27.一种交通网，包括多条路线和多个交通工具，每个交通工具穿过交通网从当前位置到目的地，其中，至少一些交通工具包括本地交通数据库、交通工具导航方法，该方法包括：
(a)在交通网中的至少一些交通工具之间直接发送交通数据库；
(b)对于至少一些交通工具，每个交通工具本地分析每个交通工具本地的交通数据库，以及
(c)对于至少一些交通工具，每个交通工具根据(b)中的分析，本地计算从当前位置到目的地的路线。
28.如权利要求27所述的发明，进一步包括：对于至少一些交通工具，在每个交通工具本地提供行驶方向，使得至少一些交通工具穿过(c)中计算的路线。
29.如权利要求27所述的发明，进一步包括重复步骤(a)、(b)和(c)。
30.一种用于第一交通工具穿过包括多辆交通工具的交通网中从当前位置到第一目的地的路径的交通应用方法，该方法包括：
(a)在第一交通工具处，从交通网中的多辆交通工具的至少一个其它交通工具定期接收拥堵更新信息；
(b)定期在第一交通工具本地确定第一交通工具的当前位置；
(c)定期在第一交通工具本地分析交通拥堵更新信息、交通数据库和地图数据库；
(d)基于(c)中的分析，确定穿过交通网从第一交通工具的当前位置到第一目的地的路线；以及
(e)将交通拥堵更新信息存储在交通数据库中。
31.如权利要求30所述的发明，其中，从多个交通工具的至少一辆其它交通工具直接接收所述交通拥堵更新信息。
32.如权利要求30所述的发明，进一步包括：在第一交通工具本地定期将至少一些交通数据库直接发送到至少一辆其它交通工具。
33.如权利要求30所述的发明，进一步包括：在第一交通工具本地直接向至少一辆其它交通工具发送包括在(b)中确定的位置的交通拥堵信息。
34.如权利要求32所述的发明，进一步包括改变传输周期。
35.如权利要求30所述的发明，其中，发送和接收步骤进一步包括根据802.11标准发送和接收。
36.如权利要求30所述的发明，其中，如果在至第一目的地的途中第一目的地被第二目的地取代，则根据步骤(a)至(c)确定到第二目的地的路线。
37.如权利要求30所述的发明，进一步包括：根据步骤(a)至(c)计算到第一目的地的替换路线。
38.一种包括多辆交通工具的交通网中的增强型交通网方法，该方法包括：
(a)从交通网中的多辆交通工具的至少一辆其它交通工具定期接收交通拥堵更新信息；
(b)定期分析所述交通拥堵信息、交通数据库和地图数据库；
(c)基于(b)中的分析，确定穿过交通网从源点至目的地的路线；以及
(d)将交通拥堵更新信息存储在交通数据库中。
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