車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析與組網(wǎng)部署研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)和交通運(yùn)輸行業(yè)的迅猛發(fā)展，道路交通安全、城市交通擁堵等問(wèn)題逐漸引起人們的重視，在這種情況下，車載網(wǎng)絡(luò)(VANETs)應(yīng)運(yùn)而生。車載網(wǎng)絡(luò)通過(guò)將無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于車輛間通信，大幅度提高道路行車的安全性與交通運(yùn)輸?shù)挠行浴榱舜_保安全預(yù)警信息與車流擁塞信息能夠?qū)崟r(shí)、可靠地傳輸，車載通信系統(tǒng)的整體性能必須得到提升。而車載網(wǎng)絡(luò)的自身特性，諸如高速移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化、車輛位置分布的隨機(jī)性、無(wú)線信道的衰落特性等，都嚴(yán)重影響著通信系統(tǒng)

2、性能，也對(duì)車輛間無(wú)線通信的可靠傳輸提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，分析網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)特性與無(wú)線傳播環(huán)境等不同因素對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的影響具有重要意義。
　　本文采用概率論與隨機(jī)過(guò)程等數(shù)學(xué)工具，對(duì)高速公路場(chǎng)景下動(dòng)態(tài)隨機(jī)的車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行理論建模，深入地分析了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?、車輛移動(dòng)特性、無(wú)線衰落信道以及用戶主觀行為等不同因素對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的影響，為車載通信系統(tǒng)的上層協(xié)議設(shè)計(jì)以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署提供了理論指導(dǎo)。本文主要工作如下:
　　1)本文根據(jù)車

3、載網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)傳輸?shù)男枨螅瑢?duì)高速公路場(chǎng)景下的無(wú)中心車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜?duì)持續(xù)連通性能的影響?；谲囕v到達(dá)服從泊松過(guò)程的假設(shè)，本文得到了車間距離與車輛相對(duì)速度的分布特性，進(jìn)而推導(dǎo)出通信鏈路持續(xù)連通概率，并將鏈路連通性能擴(kuò)展到全網(wǎng)性能分析中，得到了網(wǎng)絡(luò)傳輸容量、全網(wǎng)連通概率、多跳通信中斷概率以及節(jié)點(diǎn)孤立概率的解析表達(dá)式。
　　2)受車輛移動(dòng)特性與無(wú)線傳播環(huán)境的影響，通信車輛之間的無(wú)線鏈路容易被附近其他移動(dòng)車輛所遮

4、擋。針對(duì)這一情況，本文采用存在車輛遮擋的無(wú)線信道模型，分析了車輛移動(dòng)特性以及實(shí)際信道模型對(duì)通信鏈路性能的影響。根據(jù)存在車輛遮擋的路徑損耗模型與無(wú)線信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，本文推導(dǎo)出車間通信鏈路連通概率與任意車輛節(jié)點(diǎn)孤立概率的閉合表達(dá)式，并結(jié)合車輛節(jié)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，得到了鏈路持續(xù)時(shí)間的分布特性，進(jìn)而研究了無(wú)線信道參數(shù)、車輛移動(dòng)特性以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況對(duì)鏈路傳輸性能的影響。
　　3)針對(duì)駕駛員的主觀行為對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的影響，本文建立了基于

5、車間協(xié)作通信的鏈路連通性能分析模型，采用能夠準(zhǔn)確描述信道衰落特性的無(wú)線信道模型，分別針對(duì)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的干擾信號(hào)呈現(xiàn)獨(dú)立同分布以及獨(dú)立不同分布的兩種情況，推導(dǎo)出車間協(xié)作比例與鏈路連通概率之間的關(guān)系?；谒⒌姆治瞿Ｐ?，本文分別在Nakagami與Rayleigh衰落信道下，得到了最優(yōu)協(xié)作比例與不同系統(tǒng)參數(shù)之間的數(shù)值關(guān)系。分析結(jié)論揭示了車間協(xié)作比例對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的影響，為車載網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與部署提供了理論依據(jù)。
　　4)本文借助路邊基礎(chǔ)設(shè)施和

6、中繼車輛來(lái)提升車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，針對(duì)基于基礎(chǔ)設(shè)施和中繼車輛的車載通信系統(tǒng)，提出了基于中繼傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)性能分析方法。本文采用基于實(shí)際測(cè)試的雙斜率分段路徑損耗模型，通過(guò)疊加無(wú)線信道的小尺度衰落特性，分析了中繼傳輸對(duì)基于基礎(chǔ)設(shè)施的車載通信信道容量以及鏈路連通概率的影響?；陔S機(jī)泊松點(diǎn)過(guò)程理論，本文分析了存在中繼車輛節(jié)點(diǎn)的車載網(wǎng)絡(luò)連通性，得到了中繼節(jié)點(diǎn)比例與全網(wǎng)連通概率之間的數(shù)值關(guān)系，考慮發(fā)射功率限制以及系統(tǒng)干擾因素，進(jìn)而研究了中繼節(jié)點(diǎn)比例的配置