車載自組織網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)消息傳輸機(jī)制研究.pdf

1、車載自組織網(wǎng)絡(luò)作為無線通信技術(shù)在交通領(lǐng)域中的最新應(yīng)用，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。在智能交通系統(tǒng)中，車載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被認(rèn)為是實(shí)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(guān)鍵技術(shù)之一。車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的一種最基本、最重要的消息類型被稱為信標(biāo)消息。信標(biāo)消息承載了節(jié)點(diǎn)的行駛狀態(tài)和通信狀態(tài)，所有車輛節(jié)點(diǎn)和路邊設(shè)備節(jié)點(diǎn)通過周期性的信標(biāo)消息傳輸建立彼此之間的聯(lián)系，形成車載自組織網(wǎng)絡(luò)。由于車載自組織網(wǎng)絡(luò)具有節(jié)點(diǎn)密度變化大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?/p>

2、、無線信道質(zhì)量變化多樣等特點(diǎn)，導(dǎo)致實(shí)時(shí)可靠的信標(biāo)消息傳輸難以得到保證，直接影響了車載自組織網(wǎng)絡(luò)的整體服務(wù)質(zhì)量。針對這一問題，研究者們進(jìn)行了廣泛的研究，通過尋找合適的優(yōu)化依據(jù)和優(yōu)化方法，努力提高信標(biāo)消息傳輸性能。然而已有的關(guān)于信標(biāo)消息傳輸機(jī)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(shè)備參與等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。此外，如何優(yōu)化信標(biāo)傳輸機(jī)制以快速響應(yīng)車輛密度的大幅度變化，如何優(yōu)化路邊設(shè)備的信標(biāo)消息傳輸能效，以及如何改善已有

3、信標(biāo)消息傳輸機(jī)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(nèi)容，對車載自組織網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)消息傳輸機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1.在分簇車載自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對信標(biāo)消息傳輸機(jī)制的優(yōu)化依據(jù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種簇成員數(shù)量快速評估方法，實(shí)現(xiàn)對簇成員數(shù)量是否低于閾值的快速判斷。認(rèn)識到已有的數(shù)量評估方法是通過查詢簇成員列表實(shí)現(xiàn)的，這種方法耗時(shí)較長且不適用于車輛密度較高的環(huán)境，無法滿足信標(biāo)消息傳輸機(jī)制優(yōu)化的需求

4、。本文提出了一種基于競爭的時(shí)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(shí)隙占用方法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)數(shù)量評估的基本原理和特點(diǎn)，給出了時(shí)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(zhǔn)確性，參數(shù)選擇結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的高效性;2）在所提方法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了一種改進(jìn)的簇成員數(shù)量快速評估方法，通過適時(shí)進(jìn)行評估過程中斷，實(shí)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(zhǔn)確性和高效性。
　　2.在有路邊設(shè)備的車載自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對信標(biāo)消息傳輸機(jī)制的優(yōu)化方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種考慮能效的路邊設(shè)備信標(biāo)消息傳輸機(jī)制優(yōu)化方案。傳統(tǒng)的信標(biāo)消息傳輸機(jī)制要求路邊設(shè)備周期性的廣播信標(biāo)消息，然而當(dāng)車輛密度較低時(shí)，周期性的廣播往往因?yàn)闆]有車輛接收而意味著能量的浪費(fèi)。在實(shí)際道路上，車輛的到達(dá)是服從一定規(guī)律的，如何優(yōu)化信標(biāo)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(jī)會

6、所需時(shí)間之間的關(guān)系，成為一個(gè)值得研究的課題。具體研究包括:1）利用最大似然法實(shí)現(xiàn)車輛到達(dá)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(zhǔn)確度之間的關(guān)系;2）利用所得模型分析了信標(biāo)消息發(fā)送間隔與獲得一次有效消息傳輸機(jī)會所需時(shí)間之間的關(guān)系，給出了不同初始狀態(tài)下信標(biāo)消息發(fā)送間隔的優(yōu)化方法;3）基于Sigmoid函數(shù)設(shè)計(jì)了路邊設(shè)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(biāo)的滿意度，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)信標(biāo)消息發(fā)

7、送間隔的求解。
　　3.在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，對信標(biāo)消息傳輸機(jī)制的優(yōu)化依據(jù)和優(yōu)化方法進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了一種基于短期交通狀態(tài)預(yù)測的信標(biāo)消息傳輸機(jī)制優(yōu)化方案。認(rèn)識到現(xiàn)有優(yōu)化方案通常是根據(jù)已有數(shù)據(jù)來對未來的信標(biāo)消息傳輸機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。對于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化的車載自組織網(wǎng)絡(luò)，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(yù)測的自適應(yīng)信標(biāo)消息傳輸機(jī)制，有效改善了信標(biāo)消息傳輸性能。方案設(shè)計(jì)過程中充分考慮了車輛節(jié)點(diǎn)對信道資源利用的公平性。具體