車載自組織網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)研究.pdf

1、車載自組織網(wǎng)絡(luò)（Vehicularad-hocnetwork，VANET）是智能交通系統(tǒng)研究領(lǐng)域中非常有前景的一個方向，已經(jīng)成為無線網(wǎng)絡(luò)和智能交通系統(tǒng)研究的一大熱點，受到眾多科研機構(gòu)和學(xué)者的重視。由于傳感技術(shù)的發(fā)展以及未來智能交通應(yīng)用的多樣性，VANET中信息量非常大，且各種信息的服務(wù)質(zhì)量需求迥異。例如，在防追尾警告、交叉路口碰撞預(yù)警等安全應(yīng)用中，需要可靠、及時地把消息廣播給相關(guān)的車輛，在商業(yè)電子廣告發(fā)布、停車位預(yù)訂、信息共享與查詢等非

2、安全應(yīng)用中，需要高效率地把消息傳輸?shù)教囟ǖ牡乩韰^(qū)域。所以，數(shù)據(jù)分發(fā)是VANET中一個十分基礎(chǔ)而又重要的問題。
　　 由于車輛節(jié)點高速移動、密度不均、通信場景復(fù)雜多變的特點，導(dǎo)致VANET的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高度動態(tài)、信道極其不穩(wěn)定和不可靠。在VANET中進(jìn)行穩(wěn)定高效的多跳數(shù)據(jù)傳輸是一個很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)并不適用于VANET。如何在VANET中提高網(wǎng)絡(luò)通信的性能，根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分發(fā)，保障網(wǎng)絡(luò)提供的

3、服務(wù)質(zhì)量，是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一直關(guān)注的研究熱點。
　　 針對VANET高度動態(tài)且不可靠的特點，本文既研究了緊急數(shù)據(jù)快速分發(fā)的廣播協(xié)議設(shè)計，同時也考慮了非緊急數(shù)據(jù)的高效率分發(fā)問題。本文的研究工作取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　 1、針對VANET拓?fù)淇焖僮兓?、信道質(zhì)量不穩(wěn)定的特點，提出了發(fā)送端指派的機會廣播協(xié)議SOBP(Sender-designatedOpportunisticBroadcastProtocol)，并推導(dǎo)了機會

4、廣播的期望重傳次數(shù)，引入重傳機制加強廣播傳輸?shù)目煽啃?，解決了VANET廣播中存在的兩個新問題:慢反應(yīng)問題和局部廣播風(fēng)暴問題。SOBP廣播數(shù)據(jù)時，根據(jù)VANET網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷罘植嫉奶攸c由發(fā)送端利用方向和距離作為度量，指定固定數(shù)目的候選轉(zhuǎn)發(fā)中繼并預(yù)先分配優(yōu)先級來控制轉(zhuǎn)發(fā)時機。仿真結(jié)果表明，SOBP固定了候選轉(zhuǎn)發(fā)中繼的數(shù)目，大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬，注入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量較少，成功解決了廣播風(fēng)暴問題以及慢反應(yīng)問題和局部廣播風(fēng)暴問題，提高了廣播信息分發(fā)的可靠

5、性。
　　 2、針對廣播時延要求嚴(yán)格的VANET安全應(yīng)用，提出了自適應(yīng)的多候選中繼機會廣播協(xié)議MCROB(MultipleCandidateRelaysOpportunisticBroadcast)。在分析機會廣播傳輸速度的基礎(chǔ)上，提出了新的候選轉(zhuǎn)發(fā)中繼選擇度量:期望傳輸速度ETS(ExpectedTransmissionSpeed)。分析并推導(dǎo)了數(shù)據(jù)包傳遞率PDR（PacketDeliveryRatio），根據(jù)PDR和ETS提

6、出了一個啟發(fā)式的優(yōu)先級調(diào)度規(guī)則來選擇候選轉(zhuǎn)發(fā)中繼集合。同時提出了一個自適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度和流量負(fù)載的候選轉(zhuǎn)發(fā)中繼協(xié)作時延估計算法，動態(tài)設(shè)定中繼節(jié)點重傳（或轉(zhuǎn)發(fā)）計時器。仿真分析表明，MCROB有效減少了廣播傳輸時延，性能優(yōu)于現(xiàn)有廣播協(xié)議，滿足廣播信息對實時傳輸?shù)男枨蟆?br>　　 3、針對VANET信道的不可靠和時延抖動敏感數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，提出了下三角的漸進(jìn)編碼方法，并在此基礎(chǔ)上提出了一種新的基于動態(tài)滑動窗口的網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸策略。該策略

7、的編碼窗口根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境動態(tài)滑動，利用隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)有效地提高了端到端的吞吐，同時利用下三角的漸進(jìn)編碼方法平滑了數(shù)據(jù)包在接收端的解碼時間間隔。仿真實驗表明，此傳輸策略比傳統(tǒng)的分代網(wǎng)絡(luò)編碼策略具有更高的吞吐量和更小的時延抖動，更適合流媒體等時延抖動敏感的數(shù)據(jù)流傳輸。
　　 4、針對VANET中基于區(qū)域位置的服務(wù)，提出了本地響應(yīng)服務(wù)LRS(LocalResponseService)的概念，并以此為基礎(chǔ)提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼

8、技術(shù)的區(qū)域數(shù)據(jù)分發(fā)策略。LRS的主要思想是服務(wù)區(qū)域內(nèi)的任意一個節(jié)點請求，都可以由其鄰居節(jié)點提供服務(wù)。該策略根據(jù)這個思想把待分發(fā)的內(nèi)容通過隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行編碼，使之具有無差異性和地位對等的特點，然后把這些數(shù)據(jù)隨機地分發(fā)到服務(wù)區(qū)域內(nèi)的各個移動車輛節(jié)點中并緩存以作回應(yīng)請求之用。為了計算響應(yīng)請求時所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，提出了鄰居數(shù)據(jù)有效性的概念來判斷一個節(jié)點是否是合格的服務(wù)節(jié)點，避免了無效傳輸，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。同時還提出了緩存數(shù)據(jù)更新策略，