基于城市交叉口的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究.pdf

1、車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（Vehicular Ad Hoc Network，VANET），簡(jiǎn)稱車聯(lián)網(wǎng)，作為一種由汽車組成的數(shù)據(jù)互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在交通安全、信息分發(fā)、社交娛樂(lè)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域中嶄露頭角，并且深受通信廠商，汽車廠商以及服務(wù)提供商的追捧。由于車聯(lián)網(wǎng)具有巨大的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益，其發(fā)展一直持續(xù)被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所關(guān)注，而汽車也將順勢(shì)成為第三大互聯(lián)網(wǎng)載體。在車聯(lián)網(wǎng)的大背景下，并結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“面向?qū)嶋H場(chǎng)景和用戶體驗(yàn)的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)

2、鍵技術(shù)研究”，本論文開展了一系列研究工作，旨在提出一種應(yīng)用于城市場(chǎng)景中的高效可靠的路由協(xié)議，為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)貢獻(xiàn)一份力量。本選題是車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，數(shù)據(jù)端到端的傳輸離不開路由技術(shù)，而且在車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益豐富，對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求越來(lái)越高的情況下，高效可靠的路由協(xié)議的支持顯得尤為重要，所以本課題具有一定的實(shí)際意義和研究?jī)r(jià)值。
　　VANET雖然是從一般的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network，MANET

3、）中發(fā)展而來(lái)，但是不同于一般的MANET，VANET中的節(jié)點(diǎn)是高移動(dòng)的汽車，從而所組成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟彩歉邉?dòng)態(tài)變化的。而傳統(tǒng)的MANET中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度不高，就路由技術(shù)而言，大多是采用基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)包分組的傳輸?；谕?fù)涞穆酚杀容^適合于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓淮蟮膱?chǎng)景。在VANET運(yùn)用較多的主流的路由協(xié)議是基于地理位置的路由，即網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不維持全局路由表，而是只保存周圍的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的地理位置等信息，有分組需要傳輸時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)獨(dú)立在鄰居

4、節(jié)點(diǎn)中尋找下一跳中繼節(jié)點(diǎn)?；诘乩砦恢玫穆酚赡軌蜉^好地適應(yīng) VANET的高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。后?lái)，為了適應(yīng)城市場(chǎng)景，學(xué)術(shù)界又提出了基于交叉口的路由，這類路由本質(zhì)上也是基于地理位置的，只不過(guò)在基于交叉口的路由中，數(shù)據(jù)分組在進(jìn)行長(zhǎng)距離端到端投遞時(shí)，優(yōu)先選擇位于交叉口處的節(jié)點(diǎn)，這樣使得分組的路由路徑更合理。
　　本論文研究的具體對(duì)象是車聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中基于交叉口的路由問(wèn)題。現(xiàn)有的基于交叉口的路由有著如下問(wèn)題：（1）在路口處，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)在選擇路段

5、時(shí)僅僅考慮了距離和車輛密度參量，事實(shí)上，對(duì)分組成功投遞影響很大的是網(wǎng)絡(luò)的連通性；（2）連通性的衡量不容易。
　　本文提出了一種隨機(jī)車流模型，并根據(jù)交通規(guī)律設(shè)計(jì)參數(shù)，從物理連通性的角度將該模型等效為一個(gè)排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)排隊(duì)論等理論基礎(chǔ)，在給定的假設(shè)條件下，推導(dǎo)出了單向道路上平均車間距的分布函數(shù)，以及平均車間距、車輛通信范圍對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的影響，并給出了數(shù)值結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果，我們又設(shè)計(jì)出了一種新的連通性感知路由（Connectivit

6、y-Sensed Routing，CSR），該路由算法充分考慮了路段連通性的因素對(duì)選路的影響，同時(shí)又兼顧了與之非耦合的距離參量。并通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)仿真驗(yàn)證了所提出的CSR算法的性能，以可接受的網(wǎng)絡(luò)開銷為代價(jià)，CSR在分組平均網(wǎng)絡(luò)投遞率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量性能方面，比現(xiàn)有的基于交叉口的路由算法性能要高出10％-30％。
　　在未來(lái)的研究工作中，車流模型仍然可以再進(jìn)一步優(yōu)化并改進(jìn)，未來(lái)將擴(kuò)展至雙向車道并加入交叉口的建模。另外，論文中關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)