智慧型運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)利用車用環境無線存取(Wireless Access in Vehicular Environments, WAVE)技術提供即時交通資訊及網路存取服務。為了提升通訊品質的穩定與可靠性，美國電機暨電子工程師學會(IEEE)發展IEEE 1609以輔助整體系統運作。
美國規範的專用短距通訊(Dedicated Short Range Communication, DSRC)技術是基於IEEE 802.11媒體存取控制層(MAC Layer)與IEEE 802.11a實體層(PHY Layer)並特別針對車對車(Vehicle-to-vehicle, V2V)和車對道路系統(Vehicle-to-roadside, V2R)所發展的短距離通訊服務。頻道操作於5.850M～5.925GHz頻段上，包含一個控制頻道與數個服務頻道，其中服務頻道的數量是根據頻道的頻寬而決定。
目前與WAVE技術相關的標準主要為IEEE 802.11p、IEEE 1609.3與IEEE 1609.4的規範。本文僅介紹IEEE 1609.4規格技術與其最新發展進度，並討論試驗版(Trial Use)標準與目前標準的差異。
圖1為WAVE系統的基本模型，區分成資料架構(Data Plane)與管理架構(Management Plane)，資料架構支援IP與非IP服務，例如IPv6和WAVE短訊息通訊協定(WAVE Short Message Protocol, WSMP)，這些資料經由IEEE 1609.4頻道協調機制與封裝後，透過指定的頻道與功率送出。而其管理架構中，以擴充媒體存取控制管理單元(MLMEX)作為其管理系統運作的樞紐，以協調上層與下層管理訊息的交換。為了能具體描述IEEE 1609.4主要的議題，本文將討論頻道協調(Channel Coordination)、頻道路由(Channel Routing)、資料傳輸優先權(User Priority)、多頻道同步(Multi-channel Synchronization)及頻道存取方法(Channel Access Schemes)。
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| 圖1 WAVE系統參考模型 |
設定優先等級
圖2為頻道協調的內部架構，說明頻道協調、頻道路由和資料傳輸的優先權。資料經過邏輯鏈結控制層(LLC)判斷資料的類別(Ether Type)後，根據頻道路由方法與參數，決定傳送的頻道與傳送的優先等級。透過內部競爭機制，選取傳送的資料。WAVE支援安全與非安全的應用層服務，例如車禍、壅塞與即時訊息傳送皆須考慮時間延遲，因此WAVE媒體存取控制層須要協調頻道存取的時間，考慮內部優先等級的設定，讓封包能在適當的頻道與切確的時間送出。
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| 圖2 頻道協調的內部架構 |
挑選多頻道存取方法
如圖3所示，頻道區間的起始為保護區間(Guard Interval)，其中包含頻道切換與同步所需時間。而每一個同步區間(Sync Interval)包含控制頻道區間(Control Channel Interval)、服務頻道區間(Service Channel Interval)與兩個保護區間，以交換各式訊息(管理、控制和資料)。WAVE設備須要接收時間廣播訊框(Timing Advertisement Frame, TA)，以校準其系統時間作為同步的依據。當時間同步後，系統即可在確切的時間進行多頻道切換方法。
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| 圖3 頻道區間示意圖 |
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| 圖4 頻道存取方法 (a)連續存取 (b)交替存取 (c)即刻存取 (d)擴增存取 |
WAVE服務廣播訊框(WAVE Service Advertisement, WSA)記載著服務提供者資訊，其中包含頻道的存取方法，因此使用者能決定其使用的頻道切換方法來進行資訊交換。而為了使多頻道操作更彈性，IEEE 1609.4提供四種頻道存取機制給使用者選擇(圖4)。
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必須遵循同步區間的時間週期性的切換於控制頻道與服務頻道。 |
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此方法可使服務存取的時間增加，以提高傳輸效能。 |
只有第一與第二種能符合最大時間延遲的要求，因為當應用層的資訊要求傳送封包有時效性，另兩種方法則不滿足此條件。
試驗版不同於標準
試驗版的規格內容與目前規格的差異如表1所示，將針對主要變動的系統參數、管理指令、封包格式及頻道存取方法說明。表1中說明試驗版決定成為WAVE設備，必須將能力資訊欄位的第十二個位元設定為真，而目前規格以儲存於系統資料庫中的dot11OCBEnabled參數作為判斷依據。針對訊息優先等級設計的競爭視窗(Contention Window)以及任意訊框間隔時間數量(AIFSN)有新的定義。為了能使系統在頻道切換與時間同步上更有效的管理，目前IEEE 1609.4的管理訊息也擴充媒體管理單元的指令。
WAVE系統的封包格式分為三類，分別為管理、控制和資料如表2所示，其中變動最多的是管理封包的格式。目前規格制定了時間廣播訊框，並將WSA的資訊放入製造商特別功能訊框(Vendor Specific Action Frame, VSA)，而試驗版的傳送服務提供資訊是藉由信標訊框(Beacon Frame)或是WAVE功能訊框(WAVE Action Frame)將WAVE資訊單元(WAVE Service Information Element, WSIE)依照順序排放。
最後，頻道存取機制的差異在於單一與多組WAVE通訊介面作為分類依據。單一介面的WAVE設備只能使用頻道連續存取及頻道交替存取的方法，當WAVE設備配有兩組以上介面的WAVE設備，將可以使用目前規格制定的四種頻道存取方法(表3)。
車載通訊領域扮要角
隨著規格制定日趨完整，車載通訊的技術逐漸成熟，IEEE 1609.4扮演著承先啟後的重要功能，完成將資訊傳遞與接收的重要任務。讓原本進行單向或雙向資訊傳輸互動的汽車環境，增加了多頻道存取功能，讓應用服務更多樣化，也使整體系統更加穩定與可靠。
(本文作者任職於資策會新興智慧研究所)