車載自組網(wǎng)的通信策略與協(xié)議技術(shù)研究.pdf

1、隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，交通安全已經(jīng)日益成為全球最關(guān)注的問題之一。結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與無線Ad hoc網(wǎng)絡(luò)特性，適用于道路交通系統(tǒng)的車載自組網(wǎng)（Vehicular Ad hoc Network，簡稱VANET）[1]在這種背景下應(yīng)運而生，其目的在于降低交通事故發(fā)生概率，減少事故傷害，并提高交通系統(tǒng)的運行效率。車載自組網(wǎng)可分為車與車的通信（Vehicle-to-Vechicle，V2V），以及車與路邊設(shè)施的通信（Vehicle-to-Roa

2、dside，V2R）[2]兩部分。由于車載自組網(wǎng)節(jié)點高速運動導(dǎo)致拓?fù)鋭討B(tài)變化迅速，使得通信鏈路時斷時續(xù)、網(wǎng)絡(luò)性能急劇下降，并且在交通事故發(fā)生時，傳統(tǒng)的802.11系列協(xié)議與傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在協(xié)議上均無法實現(xiàn)告警信息快速、遠(yuǎn)距離傳輸至目的地。因此，需要專門設(shè)計適用于車載自組網(wǎng)高速移動環(huán)境及特殊應(yīng)用場合的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　 本文著眼于車載自組網(wǎng)通信策略與協(xié)議技術(shù)，針對車載通信的四個關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。首先，針對車載自組網(wǎng)的車輛終端具有高

3、速移動性的特點，理論分析了各協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)吞吐表現(xiàn)；然后，借助定向天線指向性、高增益與空間復(fù)用的特點，提出了MAC協(xié)議的改進(jìn)算法以提高網(wǎng)絡(luò)容量；接下來，對于車輛節(jié)點密集區(qū)域的信道競爭接入問題，分析了基于Black-burst信號的優(yōu)先權(quán)接入算法；最后，針對車載自組網(wǎng)容延遲的特性，從路由協(xié)議上進(jìn)行了改進(jìn)，提出基于Kalman濾波器預(yù)測理論的路由算法，達(dá)到傳輸可靠性的保證。
　　 本文主要取得如下研究成果：
　　 1針對車載自

4、組網(wǎng)車輛終端具有高速移動性的特點，基于時隙ALOHA和預(yù)約ALOHA各自在車載自組網(wǎng)中的吞吐分析，提出一種在高速車輛運動環(huán)境下，適合節(jié)點移動的SR-ALOHA協(xié)議，采用動態(tài)切換協(xié)議的方法適應(yīng)速率變化帶來的通信鏈路時斷時續(xù)。使得車載自組網(wǎng)在速率變化的環(huán)境下協(xié)議具有較高的吞吐表現(xiàn)、較低的端到端傳輸延時。并通過仿真驗證了可行性。
　　 2定向天線可以提高無線信道的空間重用，它的指向性可以提高天線增益，擴展天線的信號傳播范圍并減少消息

5、傳輸至目的地所需要的跳數(shù)。借助定向天線相對于傳統(tǒng)的全向天線的這些優(yōu)勢，采用基于本地天線波束表機制的多信道改進(jìn)MAC協(xié)議，分析車輛密集環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)性能。測試結(jié)果證明，采用定向天線的車載自組網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)容量方面的性能表現(xiàn)優(yōu)于其他多信道MAC協(xié)議。
　　 3在基于上述定向天線實現(xiàn)遠(yuǎn)距離覆蓋的前提下，提出一種基于非線性Black-burst信道競爭算法的MAC協(xié)議，解決車載自組網(wǎng)多跳通信中如何選擇最遠(yuǎn)節(jié)點作為下一跳中繼的問題。該協(xié)議分為兩

6、種競爭方式：LBb和NBb，分別采用線性量化與非線性量化的方式分配競爭信道的時隙。分析比較了這兩種算法的復(fù)雜度與性能，仿真結(jié)果表明采用非均勻劃分的NBb算法相對于均勻劃分的LBb算法，具有更高的成功選擇概率、更少的迭代過程與開銷。
　　 4介紹了車載容延遲網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)，針對這種網(wǎng)絡(luò)間歇性連接的特點，分析得出使用節(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)的機制，保證了信息的可靠傳輸。提出的信息感知路由協(xié)議基于Kalman濾波器預(yù)測理論，采用本地歷史