三維街道場(chǎng)景和DSRC-mmWave通信場(chǎng)景中車輛路由協(xié)議的研究.pdf

1、車載自組織網(wǎng)絡(luò)作為城市智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，提供了車輛與車輛，車輛與路邊設(shè)施之間高效的網(wǎng)絡(luò)互連與通信服務(wù)。現(xiàn)有的車載自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用主要包括兩類:單個(gè)車輛與單個(gè)車輛的端到端數(shù)據(jù)交換服務(wù)以及單個(gè)車輛或路邊單元與多個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。其中，路由協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程以及應(yīng)用性能有著關(guān)鍵性作用，因此，本文將主要研究這兩類應(yīng)用中的路由協(xié)議。
　　目前大多數(shù)路由協(xié)議都針對(duì)簡(jiǎn)單的平面城市場(chǎng)景和單一頻段的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，通過(guò)考慮車輛的分布、

2、移動(dòng)性、街道連通性、無(wú)線鏈路狀態(tài)等因素來(lái)設(shè)計(jì)路由策略。然而，由于城市街道場(chǎng)景復(fù)雜多變（如街道拓?fù)渚S度從一維、二維到三維的變化）和數(shù)據(jù)傳輸規(guī)模與日俱增（如從傳輸簡(jiǎn)單位置及其他控制信息到大規(guī)模視頻流的變化），現(xiàn)有的車載自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議難以滿足當(dāng)下車輛網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)低延時(shí)、高吞吐量的服務(wù)要求。其中，復(fù)雜三維場(chǎng)景下的端到端路由問(wèn)題和DSRC-mmWave(5.9GHz和60GHz)混合通信下的傳輸調(diào)度問(wèn)題亟待解決。這兩個(gè)方向的最新研究分別面臨著車

3、輛空間分布不均勻、跨層傳輸代價(jià)高和毫米波鏈路波束賦形時(shí)延高、并發(fā)程度低等帶來(lái)的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，本文設(shè)計(jì)了三維街道場(chǎng)景下低延時(shí)的單播路由協(xié)議和DSRC-mmWave混合通信場(chǎng)景下高吞吐量的廣播路由協(xié)議:
　　(1)三維街道場(chǎng)景中端到端單播路由協(xié)議的核心問(wèn)題是如何在街道口選擇下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)方向（和如何在街道內(nèi)部選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)（包括同層鄰居和跨層鄰居）。傳統(tǒng)三維路由協(xié)議在進(jìn)行街道選擇時(shí)通過(guò)車輛數(shù)量或者密度來(lái)分析街道連通度，忽略了

4、不均勻的車輛分布對(duì)街道連通度帶來(lái)的顯著影響。本文不僅考慮了路段內(nèi)車輛的數(shù)量，還關(guān)注了車輛的位置分布狀態(tài)，根據(jù)空間分布參數(shù)設(shè)計(jì)了一種新的街道連通度和節(jié)點(diǎn)選擇權(quán)重評(píng)估方法?？紤]到跨層傳輸將引入比同層轉(zhuǎn)發(fā)更大的開(kāi)銷，本文設(shè)計(jì)了一種多層街道中各層連通質(zhì)量的合并規(guī)則，進(jìn)一步提出了一種基于空間分布的連通度感知路由協(xié)議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文所提協(xié)議能夠有效地提高端到端投遞率并降低傳輸時(shí)延。
　　(2)DSRC-mmWave混合通信場(chǎng)景中廣播路由協(xié)

5、議的核心問(wèn)題是如何選擇簇頭網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和如何進(jìn)行高效的毫米波鏈路傳輸調(diào)度。傳統(tǒng)的DSRC-mmWave混合通信傳輸方案僅通過(guò)低頻鏈路和中心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制消息和注冊(cè)消息的交換，且高頻率毫米波鏈路的調(diào)度由中心節(jié)點(diǎn)完成。由于在城市車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，車輛拓?fù)涓叨葎?dòng)態(tài)變化，毫米波鏈路切換復(fù)雜，以及頻繁地面臨節(jié)點(diǎn)密度較高的場(chǎng)景，這種集中式的調(diào)度方法并不適用。因此針對(duì)混合通信場(chǎng)景，本文設(shè)計(jì)了一種新穎的分布式廣播傳輸調(diào)度策略，根據(jù)速度、位置及節(jié)點(diǎn)度選擇簇頭，