城市場景車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)單播路由機(jī)制的研究.pdf

1、近年來，車載通信成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)汽車間的無線通信可以給人們的生活帶來極大的便利。例如，在公路上行駛時，人們可以通過通信系統(tǒng)來了解路段的情況，根據(jù)是否發(fā)生事故或堵車來及時調(diào)整路線。同時交通系統(tǒng)也可以根據(jù)所收集到的車流量和路況信息，及時調(diào)整紅綠燈時間，使交通系統(tǒng)達(dá)到最高效率。從上述可以看出，引入車輛間無線通信技術(shù)可以極大地提高行車安全以及改善交通流量狀況。在車輛通信方面，移動自組網(wǎng)技術(shù)具有很多有利條件，例如在低延時、網(wǎng)絡(luò)健壯性以及

2、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等多個方面具有更大的優(yōu)勢。
　　 車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（VANET：Vehicular Ad Hoc Networks）是在配備無線網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的汽車之間形成的一種特殊的無中心移動自組織網(wǎng)絡(luò)，是目前MANET（MANET：Mobile Ad Hoc Networks）最具前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一。由于車載AdHoc網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)地位平等、自組織、無需事先布置網(wǎng)絡(luò)設(shè)施或中心控制節(jié)點(diǎn)，而且網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)高速移動會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化

3、等，作為車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一的路由算法在很大程度上決定了整個車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的性能。因此，如何設(shè)計(jì)出有效的路由算法從而保障信息及時、可靠地傳遞，一直是車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　 論文總結(jié)了作者在城市場景下車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中單播路由機(jī)制的主要研究工作，包括：提出了一種基于地理和交通信息的車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法；提出了一種基于競爭轉(zhuǎn)發(fā)的車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法；論文對基于競爭轉(zhuǎn)發(fā)的車載

4、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行了分析，給出了保證抑制策略以一定概率執(zhí)行成功的條件下，節(jié)點(diǎn)定時器參數(shù)的下限值；提出了稀疏車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中端到端時延計(jì)算公式，并提出了一種稀疏車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中時延參數(shù)計(jì)算評估算法DEA（Delay Evaluation Algorithm）用于衡量路由算法的時延性能的優(yōu)劣；論文對一維車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)若干連接特性進(jìn)行了分析；基于若干連接特性的分析，論文提出了一種城市場景下車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于

5、粒子群算法的服務(wù)節(jié)點(diǎn)部署方案，其中服務(wù)節(jié)點(diǎn)可以是節(jié)點(diǎn)輔助路由中的輔助節(jié)點(diǎn)，也可以是提供Internet接入的網(wǎng)關(guān)。對于上述協(xié)議和算法，均進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和性能分析。
　　 論文對研究過程中取得的主要創(chuàng)新工作進(jìn)行了詳細(xì)闡述。這些創(chuàng)新工作簡要?dú)w納如下：
　　 （一）基于地理和交通信息的路由算法。論文提出了一種基于地理和交通信息的車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法，該算法利用了實(shí)時的道路交通信息和車輛移動位置預(yù)測進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并采取暫

6、存轉(zhuǎn)發(fā)策略。該算法還能處理目的節(jié)點(diǎn)移動的情況。仿真結(jié)果表明該算法比類似算法具有更高的數(shù)據(jù)包遞交率和更低的時延。
　　 （二）基于競爭轉(zhuǎn)發(fā)的路由算法。論文提出了一種適用于城市場景的基于競爭轉(zhuǎn)發(fā)的車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法，摒棄了基于地理和交通信息的路由算法HELLO消息的使用，利用分布式的競爭策略根據(jù)鄰居節(jié)點(diǎn)所處的地理位置信息進(jìn)行下一跳節(jié)點(diǎn)的選擇。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)使用錨點(diǎn)路由，同時利用了道路交通信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息進(jìn)行錨點(diǎn)選擇。采取暫

7、存轉(zhuǎn)發(fā)策略處理網(wǎng)絡(luò)分割現(xiàn)象。仿真結(jié)果表明該算法比其他類似算法具有更高的數(shù)據(jù)包遞交率和較低的數(shù)據(jù)延遲。論文對城市場景下的基于競爭轉(zhuǎn)發(fā)的車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由算法進(jìn)行了分析，給出了保證抑制策略以一定概率執(zhí)行成功的條件下，節(jié)點(diǎn)定時器參數(shù)的下限值。仿真和分析結(jié)果的對比驗(yàn)證了分析的有效性。
　　 （三）稀疏車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中時延評價(jià)算法。網(wǎng)絡(luò)分割的情況下，節(jié)點(diǎn)使用暫存轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制提高數(shù)據(jù)包的遞交率。論文提出了稀疏車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中端

8、到端時延計(jì)算公式，并提出了一種稀疏車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中時延參數(shù)計(jì)算評估算法DEA（Delay Evaluation Algorithm）用于衡量路由算法的時延性能優(yōu)劣。算法以端到端時延最小化為目標(biāo)，以節(jié)點(diǎn)運(yùn)動過程中形成的相鄰關(guān)系為輸入，計(jì)算得出源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的具有最小時延的路徑以及最小時延值。DEA同時能夠應(yīng)用在運(yùn)動規(guī)律確定的車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行路由決策。
　　 （四）一維車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)若干連接特性分析。論文對節(jié)

9、點(diǎn)間距服從指數(shù)分布的車輛網(wǎng)絡(luò)中的連接特性進(jìn)行了分析，給出了（1）車輛i和車輛j之間的連接概率，（2）長度為L的區(qū)間上網(wǎng)絡(luò)連接概率，（3）位于0點(diǎn)的車輛通過多跳通信覆蓋地理點(diǎn)L的概率。蒙特卡羅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了論文分析的有效性。論文的結(jié)果可以用于車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中路由決策和節(jié)點(diǎn)部署。
　　 （五）基于連通性的車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)節(jié)點(diǎn)部署方案研究。車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中部署服務(wù)節(jié)點(diǎn)可以輔助路由或者提供Internet接入等服務(wù)。論