車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)媒體訪問控制與信息廣播技術(shù)研究.pdf

1、車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛之間相互通信，并且提供安全相關(guān)業(yè)務(wù)來減少交通事故，以及多媒體業(yè)務(wù)來向用戶提供信息、娛樂服務(wù)，近些年已經(jīng)逐漸成為無線通信領(lǐng)域研究熱點。作為智能交通系統(tǒng)(ITS)不可或缺的一部分，車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠完全以自組織、分布式的方式運行，并且不需要路邊無線通信設(shè)備的介入。但是，由于車輛的高速移動、拓?fù)涞目焖僮兓⒙愤吇A(chǔ)設(shè)備的缺失、以及惡劣的數(shù)據(jù)通信環(huán)境，使得車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)無線資源分配面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。此

2、外，多跳無線傳輸面臨媒體訪問控制(MAC)層的暴露終端、隱藏終端、公平性、可靠性問題，以及網(wǎng)絡(luò)層的廣播風(fēng)暴問題，使得車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)難以滿足各種業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，例如，安全相關(guān)的業(yè)務(wù)需要快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而多媒體業(yè)務(wù)需要高的吞吐量以及公平性。因此，設(shè)計高效的通信協(xié)議以滿足車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中各種業(yè)務(wù)QoS需求是迫切需要的。本文的研究成果總結(jié)如下:
　　(1)設(shè)計多信道令牌環(huán)媒體訪問控制協(xié)議MCTRP。

3、　　當(dāng)節(jié)點密度增高時，傳統(tǒng)的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)采用的IEEE802.11協(xié)議分布式管理功能(DCF)使得數(shù)據(jù)幀碰撞不斷增加，延長了數(shù)據(jù)信道訪問時間，因而DCF難以保證車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中對時延有嚴(yán)格要求的安全類業(yè)務(wù)QoS需求。盡管目前許多研究工作致力于減少安全信息的信道訪問延遲，但是這些工作往往以降低信道利用率為代價，難以同時保證多媒體業(yè)務(wù)高吞吐量與安全業(yè)務(wù)低延遲。本文針對車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)特點和應(yīng)用業(yè)務(wù)QoS需求，設(shè)計了一種多信道令

4、牌環(huán)媒體訪問協(xié)議MCTRP。該協(xié)議采用IEEE802.11p的多信道結(jié)構(gòu)，通過自適應(yīng)的令牌環(huán)管理以及動態(tài)的信道調(diào)度，車輛能夠被組織到工作在不同信道的令牌環(huán)。此外，本文建立了馬爾可夫鏈數(shù)學(xué)模型來動態(tài)跟蹤環(huán)內(nèi)節(jié)點數(shù)量的變化，并且以此為基礎(chǔ)來分析MCTRP的性能，例如，平均環(huán)建立延遲、安全消息延遲、環(huán)的吞吐量等。最后，本文做了大量仿真實驗來驗證數(shù)學(xué)模型，并與其它MAC協(xié)議作了性能比較。數(shù)學(xué)分析與仿真結(jié)果表明，MCTRP能夠快速、有效地傳遞安全

5、消息，進(jìn)一步提升多媒體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)吞吐量，滿足了車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)不同業(yè)務(wù)的QoS需求。
　　(2)提出基于地理位置的單路由判據(jù)多跳廣播協(xié)議PMBP。
　　為了讓車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)距離節(jié)點能夠盡快地接收到安全類信息，本文提出了一種基于地理位置的多跳廣播協(xié)議(PMBP)來快速廣播安全消息，從而實現(xiàn)車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的輔助駕駛。PMBP在MAC層采用跨層的方法，在信息傳播方向上選擇傳輸距離范圍內(nèi)最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點作為中繼節(jié)

6、點，從而使得安全消息能夠以最快速度傳遞到遠(yuǎn)處節(jié)點。此外，本文建立了數(shù)學(xué)模型來分析PMBP的性能，例如，單跳內(nèi)接收節(jié)點數(shù)量、端到端延遲、廣播節(jié)點與接收節(jié)點的比例等。相對于IEEE802.11 DCF的廣播機(jī)制，PMBP能夠克服多跳信息廣播所面臨的諸多難題，例如，信息冗余、鏈路的不可靠性、隱藏終端、廣播風(fēng)暴等問題，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。
　　(3)設(shè)計基于信道質(zhì)量、移動速度、以及地理位置的多路由判據(jù)多跳廣播協(xié)議CLBP
　　車

7、載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，惡劣的通信環(huán)境、信號的路徑衰落、以及車輛的快速移動，使得數(shù)據(jù)幀的誤包率大大提高。發(fā)送節(jié)點往往因為沒有收到確認(rèn)信息而不斷重傳數(shù)據(jù)幀來增加信息的可靠性，從而延長了鏈路層的傳輸時間。因此，對于多跳信息廣播，當(dāng)信道質(zhì)量較差時誤包率較高的遠(yuǎn)距離鄰居節(jié)點并不是理想的中繼節(jié)點。為了適應(yīng)車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)物理信道特點，本文提出了一種多跳跨層廣播協(xié)議(CLBP)來傳輸安全類信息。首先，一個新穎的復(fù)合式的中繼向量被提出用來進(jìn)行下一跳

8、中繼選擇，該中繼向量綜合考慮了車輛的地理位置、物理信道狀態(tài)、車輛的移動速度?；诖酥欣^向量，本文設(shè)計了一個分布式的中繼節(jié)點選擇協(xié)議，以此在消息傳播方向上選擇唯一的節(jié)點來可靠地中繼安全消息。同時，該協(xié)議改進(jìn)基于優(yōu)先級的IEEE802.11e EDCA機(jī)制用來保證安全類業(yè)務(wù)QoS要求。此外，本文建立了數(shù)學(xué)模型來分析CLBP的性能，并在此基礎(chǔ)上計算誤包率、中繼節(jié)點選擇延遲、安全消息訪問延遲等性能指標(biāo)。數(shù)學(xué)分析與仿真結(jié)果表明，CLBP不僅能夠減