大規(guī)模VANET數(shù)據(jù)傳輸策略的研究.pdf

1、作為移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network，MANET）在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用，車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）可以融合并實(shí)時(shí)傳輸車輛上的多種傳感器數(shù)據(jù)，為未來(lái)智能交通系統(tǒng)(Intelligent TransportationSystems，ITS)的發(fā)展提供重要的基礎(chǔ)性支撐。VANET變革了傳統(tǒng)交通系統(tǒng)中車輛和道路之間無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交互的現(xiàn)狀，基于車與車、車與路之間的無(wú)

2、線通信，實(shí)現(xiàn)了車與路的協(xié)同運(yùn)行，可以有效地提高交通運(yùn)行效率、車輛安全性和駕駛舒適度。近年來(lái)，VANET相關(guān)研究逐漸受到國(guó)內(nèi)外眾多研究者的重視，并已成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和智能交通系統(tǒng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
　　在VANET中，可靠的路由協(xié)議是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸?shù)幕A(chǔ)，也是各種智能交通應(yīng)用得以順利實(shí)施的先決條件。在城市道路交通環(huán)境中，VANET通常覆蓋大范圍的地理空間并包含海量的車輛節(jié)點(diǎn)，具有大規(guī)模VANET的特點(diǎn)。在此情形下，節(jié)點(diǎn)數(shù)目龐大、

3、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)及分布不均引起的網(wǎng)絡(luò)高度分割、通信場(chǎng)景復(fù)雜多變等特點(diǎn)使得傳統(tǒng)路由協(xié)議往往存在丟包率高、路由開(kāi)銷大等不足之處，難以有效滿足不同智能交通應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃孕枨?。因此，針?duì)大規(guī)模VANET的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可靠的路由協(xié)議對(duì)VANET及其應(yīng)用研究具有重要的意義。
　　本文以城市道路交通環(huán)境下的大規(guī)模VANET為研究背景，在路段車間無(wú)線通信（Inter-vehicle Communication，IVC）連通性建模方法研究的基礎(chǔ)上，提

4、出通信小區(qū)的概念以實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模VANET的簡(jiǎn)化和解耦，分別針對(duì)路網(wǎng)中無(wú)RSU部署和有RSU部署兩種情形，設(shè)計(jì)了基于通信小區(qū)的大規(guī)模VANET數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。具體研究工作包括:
　　1、在大規(guī)模VANET中，路網(wǎng)拓?fù)渲械淖匀宦范问浅休d運(yùn)動(dòng)車輛和通信鏈路的基本單位?；诖耍U述了路段IVC物理連通性和邏輯連通性建模方法，重點(diǎn)提出了基于仿真分析與數(shù)據(jù)挖掘相結(jié)合的邏輯連通性研究方法。論文以AODV協(xié)議為例，在不同的交通狀態(tài)參數(shù)下對(duì)路段的邏輯

5、連通性進(jìn)行仿真研究，并對(duì)主要影響因素進(jìn)行了分析。分別利用非線性回歸和極限學(xué)習(xí)機(jī)方法對(duì)路段IVC邏輯連通性進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)在不同道路交通狀態(tài)參數(shù)下對(duì)路段邏輯連通概率的準(zhǔn)確估計(jì)。
　　2、根據(jù)火規(guī)模VANET中路段IVC連通性的宏觀分布特征，提出了一種新的通信小區(qū)結(jié)構(gòu)。論文創(chuàng)新性地將網(wǎng)絡(luò)中具有較高連通性的相鄰路段集合所組成的地理區(qū)域定義為通信小區(qū)。通信小區(qū)為大規(guī)模VANET提供了一種宏觀的網(wǎng)絡(luò)性能刻畫(huà)方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模VANET

6、的簡(jiǎn)化和解耦，為通信問(wèn)題的建模分析提供了一種新思路。同時(shí)，論文還提出了一種基于分水嶺算法的通信小區(qū)自動(dòng)劃分方法。
　　3、在通信小區(qū)結(jié)構(gòu)劃分的基礎(chǔ)上，針對(duì)大規(guī)模VANET中傳統(tǒng)AODV協(xié)議開(kāi)銷大、分組投遞率低等特點(diǎn)，提出了一種基于關(guān)鍵通信小區(qū)限制廣播的改進(jìn)AODV協(xié)議。通過(guò)選擇具有較高連通性的關(guān)鍵通信小區(qū)組成限制廣播區(qū)域，將AODV協(xié)議路由建立限制在特定的地理范圍內(nèi)，從而有效減小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，減少路由請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)傳

7、輸效率。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)AODV協(xié)議相比，所提出的改進(jìn)協(xié)議在分組投遞率和路由開(kāi)銷方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　4、城市路網(wǎng)中的車輛分布具有不均衡的特點(diǎn)，因此，不同的RSU位置部署方案會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體性能產(chǎn)生一定的影響。根據(jù)路網(wǎng)拓?fù)浜蛙囕v分布特性，提出了一種基于最大連通概率的RSU位置優(yōu)化部署策略。利用膨脹染色算法對(duì)RSU最小覆蓋區(qū)域進(jìn)行劃分，進(jìn)一步建立了車輛與距離最近的RSU通信時(shí)網(wǎng)絡(luò)的平均連通概率模型。將RSU位置部署問(wèn)題視為組合

8、優(yōu)化問(wèn)題，并利用智能算法進(jìn)行求解。與均勻分布和熱點(diǎn)分布相比，本文提出的RSU位置部署策略有效提高了網(wǎng)絡(luò)連通性。
　　5、在路網(wǎng)中部署RSU的基礎(chǔ)上，對(duì)通信小區(qū)的劃分問(wèn)題進(jìn)行了解析，提出了一種基于通信小區(qū)和RSU輔助轉(zhuǎn)發(fā)的大規(guī)模VANET數(shù)據(jù)傳輸策略。車輛與RSU之間利用基于通信小區(qū)限制廣播的改進(jìn)AODV協(xié)議建立鏈路，而不同RSU之間則借助骨干網(wǎng)進(jìn)行通信。所提出的數(shù)據(jù)傳輸策略將無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)限制在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)所在通信小區(qū)之內(nèi)，極大