車聯(lián)網(wǎng)中的路由技術(shù)研究.pdf

1、車聯(lián)網(wǎng)將先進的通信技術(shù)應(yīng)用于交通系統(tǒng)，利用車車、車路、路路通信，為用戶提供了安全、便利和娛樂等多類型服務(wù)，因而受到各界的廣泛關(guān)注、推動了智能交通系統(tǒng)的快速發(fā)展。在車聯(lián)網(wǎng)眾多技術(shù)中，路由技術(shù)負(fù)責(zé)為分組尋找從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸路徑，對車聯(lián)網(wǎng)性能有著重要影響。當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)中使用最廣泛的是地理路由技術(shù)。這種技術(shù)利用GPS、hello算法和地理位置服務(wù)系統(tǒng)分別收集本節(jié)點、鄰節(jié)點和目的節(jié)點的位置信息，并基于本地存儲的節(jié)點位置信息進行獨立的路由判決

2、。地理路由不需要路由的建立和維護過程，因而更適用于高動態(tài)的車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。
　　然而，當(dāng)前車聯(lián)網(wǎng)中的地理路由技術(shù)多是針對二維平面場景設(shè)計。但實際的車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境包括了橋梁、隧道等三維場景。三維場景的存在造成車聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點分布由平面轉(zhuǎn)為多層分布結(jié)構(gòu)；三維場景對無線信號的遮擋影響了節(jié)點的無線傳輸范圍和通信模型；三維場景的特殊層次結(jié)構(gòu)導(dǎo)致現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)中面向二維平面場景設(shè)計的移動模型、系統(tǒng)模型均不再適用。節(jié)點分布、傳輸范圍、移動模型和系統(tǒng)模型的變化，

3、直接導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)中現(xiàn)有地理路由技術(shù)在三維環(huán)境下性能下降。
　　針對這一問題，本文以車聯(lián)網(wǎng)中地理路由技術(shù)為核心、以三維場景為關(guān)注點，首先提取并分析車聯(lián)網(wǎng)中的典型場景及相關(guān)特征，建立車聯(lián)網(wǎng)三維場景基本分析模型；在此基礎(chǔ)上，針對鄰節(jié)點位置獲取精度和開銷的折中問題，分析并設(shè)計自適應(yīng)的hello算法；在車聯(lián)網(wǎng)的典型場景中，利用隨機分析方法研究現(xiàn)有地理路由技術(shù)的性能；基于分析結(jié)論，提出面向三維場景的地理路由解決方案。本文的主要研究和貢獻包含以下

4、四個方向：
　　（1）車聯(lián)網(wǎng)三維場景的分析模型方向。針對現(xiàn)有模型不適用于車聯(lián)網(wǎng)三維場景的問題，分析、提取車聯(lián)網(wǎng)基本場景特征，在此基礎(chǔ)上建立車聯(lián)網(wǎng)三維場景基本分析模型。特別地，利用隨機分析方法，推導(dǎo)出道路寬度特征對車聯(lián)網(wǎng)路由性能的影響，并給出其可忽略門限，從而建立基本道路模型；利用戶外傳輸實驗，揭示三維場景中道路層特征對無線傳輸范圍的影響及其嚴(yán)重性，從而建立基本通信模型；基于VanetMobiSim平臺設(shè)計并搭建車聯(lián)網(wǎng)面向三維場景的

5、事故驅(qū)動移動模型。
　　（2）車聯(lián)網(wǎng)中鄰節(jié)點位置發(fā)現(xiàn)方向。針對現(xiàn)有hello算法在高動態(tài)的車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下不能自適應(yīng)的調(diào)整鄰節(jié)點列表精確性和開銷間的折中問題，利用隨機分析手段，推導(dǎo)影響鄰節(jié)點列表精確性的關(guān)鍵因素（即hello消息的發(fā)送間隔和超時時間）與本地鄰節(jié)點列表變化率的關(guān)系表達式；基于推導(dǎo)結(jié)果，提出基于本地鄰節(jié)點信息的自適應(yīng)hello方法，利用已獲取的信息（即本地鄰節(jié)點列表的變化率），自適應(yīng)地調(diào)整本節(jié)點的hello發(fā)送間隔和超時時

6、間，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化；利用NS-2.34網(wǎng)絡(luò)仿真平臺仿真實現(xiàn)所提出的hello算法和三個對比算法，結(jié)果證明所提hello算法對鄰節(jié)點列表精確性和開銷間的處理更適用于車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。
　　（3）車聯(lián)網(wǎng)三維場景現(xiàn)有地理路由性能分析方向。基于所提出的車聯(lián)網(wǎng)基本場景，即二維單車道、二維多車道和三維多車道場景，利用更新理論和所建立的基本分析模型分析現(xiàn)有地理路由性能；證明地理路由的多跳步進長度間的相關(guān)性，并給出多跳路由步進長度間可近似獨立無關(guān)

7、的充分條件；基于證明結(jié)論，計算地理路由在三種基本場景下的路由長度相關(guān)的度量參數(shù)；討論三維場景對地理路由影響，并給出設(shè)計建議。
　　（4）面向車聯(lián)網(wǎng)三維場景的地理路由技術(shù)設(shè)計方向。針對現(xiàn)有地理路由技術(shù)在三維場景中跳數(shù)增大、投遞率降低的問題，基于更新理論分析現(xiàn)有路由性能下降原因，基于此提出面向三維場景的地理路由技術(shù)。特殊地，設(shè)計新的網(wǎng)絡(luò)連通性評估方法以應(yīng)對三維場景中交叉路口路由問題；設(shè)計貪婪機會轉(zhuǎn)發(fā)策略，通過提高同層鄰節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)概率以