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)和交通運輸行業(yè)的迅猛發(fā)展，道路交通安全、城市交通擁堵等問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)運而生。車載網(wǎng)絡(luò)通過將無線通信技術(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輸?shù)挠行?。為了確保安全預(yù)警信息與車流擁塞信息能夠?qū)崟r、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，諸如高速移動性、網(wǎng)絡(luò)拓撲動態(tài)變化、車輛位置分布的隨機性、無線信道的衰落特性等，都嚴重影響著通信系統(tǒng)

2、性能，也對車輛間無線通信的可靠傳輸提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，分析網(wǎng)絡(luò)隨機特性與無線傳播環(huán)境等不同因素對車載網(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過程等數(shù)學工具，對高速公路場景下動態(tài)隨機的車載網(wǎng)絡(luò)進行理論建模，深入地分析了網(wǎng)絡(luò)拓撲變化、車輛移動特性、無線衰落信道以及用戶主觀行為等不同因素對車載網(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)計以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署提供了理論指導。本文主要工作如下:
　　1)本文根據(jù)車

3、載網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)傳輸?shù)男枨?，對高速公路場景下的無中心車載網(wǎng)絡(luò)進行建模，研究了網(wǎng)絡(luò)拓撲變化對持續(xù)連通性能的影響。基于車輛到達服從泊松過程的假設(shè)，本文得到了車間距離與車輛相對速度的分布特性，進而推導出通信鏈路持續(xù)連通概率，并將鏈路連通性能擴展到全網(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)點孤立概率的解析表達式。
　　2)受車輛移動特性與無線傳播環(huán)境的影響，通信車輛之間的無線鏈路容易被附近其他移動車輛所遮

4、擋。針對這一情況，本文采用存在車輛遮擋的無線信道模型，分析了車輛移動特性以及實際信道模型對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線信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移模型，本文推導出車間通信鏈路連通概率與任意車輛節(jié)點孤立概率的閉合表達式，并結(jié)合車輛節(jié)點的相對運動速度，得到了鏈路持續(xù)時間的分布特性，進而研究了無線信道參數(shù)、車輛移動特性以及相對運動情況對鏈路傳輸性能的影響。
　　3)針對駕駛員的主觀行為對車載網(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，采用能夠準確描述信道衰落特性的無線信道模型，分別針對當網(wǎng)絡(luò)中的干擾信號呈現(xiàn)獨立同分布以及獨立不同分布的兩種情況，推導出車間協(xié)作比例與鏈路連通概率之間的關(guān)系?；谒⒌姆治瞿Ｐ停疚姆謩e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、中繼車輛來提升車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能，針對基于基礎(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。本文采用基于實際測試的雙斜率分段路徑損耗模型，通過疊加無線信道的小尺度衰落特性，分析了中繼傳輸對基于基礎(chǔ)設(shè)施的車載通信信道容量以及鏈路連通概率的影響。基于隨機泊松點過程理論，本文分析了存在中繼車輛節(jié)點的車載網(wǎng)絡(luò)連通性，得到了中繼節(jié)點比例與全網(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，進而研究了中繼節(jié)點比例的配置