車載自組織網絡中信標消息傳輸機制研究.pdf

1、車載自組織網絡作為無線通信技術在交通領域中的最新應用，受到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。在智能交通系統(tǒng)中，車載自組織網絡技術被認為是實現(xiàn)交通安全保障、提高交通效率、解決能源和污染問題的關鍵技術之一。車載自組織網絡中的一種最基本、最重要的消息類型被稱為信標消息。信標消息承載了節(jié)點的行駛狀態(tài)和通信狀態(tài)，所有車輛節(jié)點和路邊設備節(jié)點通過周期性的信標消息傳輸建立彼此之間的聯(lián)系，形成車載自組織網絡。由于車載自組織網絡具有節(jié)點密度變化大、網絡拓撲變化快

2、、無線信道質量變化多樣等特點，導致實時可靠的信標消息傳輸難以得到保證，直接影響了車載自組織網絡的整體服務質量。針對這一問題，研究者們進行了廣泛的研究，通過尋找合適的優(yōu)化依據和優(yōu)化方法，努力提高信標消息傳輸性能。然而已有的關于信標消息傳輸機制研究，往往僅針對車輛與車輛通信這種單一情況，很少考慮車輛分簇或者有路邊設備參與等網絡環(huán)境。此外，如何優(yōu)化信標傳輸機制以快速響應車輛密度的大幅度變化，如何優(yōu)化路邊設備的信標消息傳輸能效，以及如何改善已有

3、信標消息傳輸機制優(yōu)化方法的滯后性等，也是目前亟待解決的問題。本文針對上述內容，對車載自組織網絡中信標消息傳輸機制進行了深入的研究，主要內容及創(chuàng)新點包括:
　　1.在分簇車載自組織網絡環(huán)境中，對信標消息傳輸機制的優(yōu)化依據進行研究，設計了一種簇成員數(shù)量快速評估方法，實現(xiàn)對簇成員數(shù)量是否低于閾值的快速判斷。認識到已有的數(shù)量評估方法是通過查詢簇成員列表實現(xiàn)的，這種方法耗時較長且不適用于車輛密度較高的環(huán)境，無法滿足信標消息傳輸機制優(yōu)化的需求

4、。本文提出了一種基于競爭的時隙占用方法，有效提高簇成員數(shù)量評估效率。具體而言:1）介紹了通過時隙占用方法實現(xiàn)節(jié)點數(shù)量評估的基本原理和特點，給出了時隙占用方法的參數(shù)選擇過程，并分析了所提方法的有效性和準確性，參數(shù)選擇結果驗證了所提方法的高效性;2）在所提方法的基礎上進一步提出了一種改進的簇成員數(shù)量快速評估方法，通過適時進行評估過程中斷，實現(xiàn)評估效率的再次提升;3）分析了信道狀態(tài)對所提兩種數(shù)量評估方法的影響，證明了在非理想信道條件下，通過合

5、理的參數(shù)選擇，所提方法依然能夠保證其有效性、準確性和高效性。
　　2.在有路邊設備的車載自組織網絡環(huán)境中，對信標消息傳輸機制的優(yōu)化方法進行研究，設計了一種考慮能效的路邊設備信標消息傳輸機制優(yōu)化方案。傳統(tǒng)的信標消息傳輸機制要求路邊設備周期性的廣播信標消息，然而當車輛密度較低時，周期性的廣播往往因為沒有車輛接收而意味著能量的浪費。在實際道路上，車輛的到達是服從一定規(guī)律的，如何優(yōu)化信標消息發(fā)送間隔，平衡能量消耗與得到一次有效消息傳輸機會

6、所需時間之間的關系，成為一個值得研究的課題。具體研究包括:1）利用最大似然法實現(xiàn)車輛到達規(guī)律的馬爾科夫模型建模，并基于中心極限定理分析了觀測樣本數(shù)量與模型建立準確度之間的關系;2）利用所得模型分析了信標消息發(fā)送間隔與獲得一次有效消息傳輸機會所需時間之間的關系，給出了不同初始狀態(tài)下信標消息發(fā)送間隔的優(yōu)化方法;3）基于Sigmoid函數(shù)設計了路邊設備的滿意度函數(shù)，分析了系統(tǒng)參數(shù)對滿意度函數(shù)的影響，綜合考慮各指標的滿意度，實現(xiàn)了最優(yōu)信標消息發(fā)

7、送間隔的求解。
　　3.在車載自組織網絡中，對信標消息傳輸機制的優(yōu)化依據和優(yōu)化方法進行研究，設計了一種基于短期交通狀態(tài)預測的信標消息傳輸機制優(yōu)化方案。認識到現(xiàn)有優(yōu)化方案通常是根據已有數(shù)據來對未來的信標消息傳輸機制進行優(yōu)化。對于拓撲結構快速變化的車載自組織網絡，這種優(yōu)化方案是相對滯后的。本文提出了一種基于短期交通狀態(tài)預測的自適應信標消息傳輸機制，有效改善了信標消息傳輸性能。方案設計過程中充分考慮了車輛節(jié)點對信道資源利用的公平性。具體