【摘要】：車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中發(fā)揮著重要應(yīng)用,是車輛間通信或者車輛與其它物體通信的一種載體。隨著現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)的快速發(fā)展,車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界越來(lái)越多的重視。由于車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有其自身的一些特性,如,拓?fù)潆S時(shí)變化、行駛方向規(guī)律、延時(shí)受限等,車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性能受到嚴(yán)重限制。傳統(tǒng)的一些無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)并不能很好的適用于車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。為更好的分析車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)特性、提高車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性能,本論文針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信道傳輸特性進(jìn)行建模,并對(duì)車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開研究,同時(shí)對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行建模和分析。本論文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下六個(gè)方面:首先,論文研究車聯(lián)網(wǎng)中車輛訪問(wèn)信道時(shí)信道切換引起的高數(shù)據(jù)包碰撞問(wèn)題,建立了信道切換分析模型來(lái)分析和計(jì)算信道切換引起的數(shù)據(jù)包傳輸碰撞概率和傳輸延時(shí)。在碰撞概率數(shù)學(xué)模型和傳輸延時(shí)數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程中,考慮到信道切換中車輛動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)行為,揭示了數(shù)據(jù)包突然到達(dá)時(shí)引起的高競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題,本論文設(shè)計(jì)兩種解決方案:等間隔劃分信道和隨機(jī)間隔劃分信道,并且分別給出兩種解決方案下車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包碰撞概率模型和傳輸延時(shí)模型。通過(guò)仿真驗(yàn)證可知,提出的數(shù)據(jù)包傳輸碰撞概率模型和傳輸延時(shí)模型能夠描述信道切換引起高競(jìng)爭(zhēng)訪問(wèn)現(xiàn)象的有效性和準(zhǔn)確性。同時(shí),仿真結(jié)果表明提出的等間隔劃分信道方案和隨機(jī)間隔劃分信道方案能夠有效減少信道切換時(shí)引起的高競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象,降低數(shù)據(jù)包傳輸碰撞概率和數(shù)據(jù)包傳輸延時(shí),同時(shí)提高車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)吞吐量。其次,論文研究車載D2D中繼網(wǎng)絡(luò)中帶有多個(gè)用戶時(shí)傳輸容量問(wèn)題。通過(guò)建立傳輸容量理論分析模型來(lái)分析和計(jì)算車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。在分析和計(jì)算過(guò)程中,假設(shè)D2D中繼網(wǎng)絡(luò)中多用戶(服務(wù)車輛和輔助車輛)工作在正交模式。采用隨機(jī)集合理論,服務(wù)車輛和輔助車輛在車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中分別服從泊松點(diǎn)分布。服務(wù)車輛與服務(wù)車輛通信時(shí),計(jì)算輔助車輛存在概率和輔助車輛鏈路平均距離表達(dá)式從而獲得傳輸成功概率。在輔助車輛中繼傳輸擴(kuò)大傳輸距離特點(diǎn)下,進(jìn)一步獲得輔助車輛輔助情況下服務(wù)車輛與服務(wù)車輛通信時(shí)傳輸容量,且考慮到車輛密度和傳輸功率因素的影響。除此之外,分析了車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸容量與服務(wù)車輛與服務(wù)車輛之間通信變化的直接鏈路距離的關(guān)系表達(dá)式。仿真結(jié)果表明通過(guò)輔助車輛且調(diào)整通信服務(wù)車輛之間通信距離、車輛密度等因素可以有效改善傳輸容量。再次,論文研究5G下車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中可靠鏈路傳輸問(wèn)題,建立一個(gè)鏈路服務(wù)質(zhì)量指示器模型來(lái)分析和計(jì)算傳輸鏈路的傳輸可靠性。在毫米波車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,通過(guò)鏈路傳輸成功概率和傳輸延時(shí)確定鏈路服務(wù)質(zhì)量,其中不同的傳輸成功概率和傳輸延時(shí)相應(yīng)權(quán)值反映鏈路不同的服務(wù)請(qǐng)求。在鏈路服務(wù)質(zhì)量指示器模型建立過(guò)程中,分析和對(duì)比了鏈路服務(wù)質(zhì)量指示器與車輛數(shù)目和不同車輛傳輸距離之間的關(guān)系。在鏈路服務(wù)質(zhì)量指示器模型基礎(chǔ)上,提出一個(gè)基于車載云平臺(tái)的最優(yōu)鏈路選擇算法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證一定程度上增加車輛數(shù)目能夠有效提高車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)鏈路服務(wù)質(zhì)量,同時(shí)評(píng)估車輛數(shù)目、車輛傳輸距離及不同權(quán)值因子對(duì)于車輛網(wǎng)絡(luò)鏈路服務(wù)質(zhì)量的影響。對(duì)于不同服務(wù)需求,車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中總是存在一條最優(yōu)鏈路滿足用戶服務(wù)需求。接著,論文研究?jī)商欣^車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路中斷性能問(wèn)題,分析直接通信鏈路和中繼通信鏈路兩種情況,主要建立中繼鏈路中斷概率數(shù)學(xué)表達(dá)式模型分析和計(jì)算中繼傳輸鏈路中斷概率。在中繼鏈路傳輸鏈路中斷概率模型中,假設(shè)傳輸信道為瑞利衰落信道,通過(guò)計(jì)算中繼輔助鏈路傳輸信噪比得到車輛與車輛通信的概率密度函數(shù),進(jìn)一步獲得車輛與車輛之間通信鏈路的中斷概率,從而反映兩跳鏈路傳輸信噪比和中繼增益帶來(lái)的影響,其中鏈路中斷與否的判決依據(jù)鏈路傳輸容量與設(shè)定閾值之間的對(duì)比。另外,設(shè)計(jì)一種車載設(shè)備功能結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)提出的最優(yōu)中繼路徑選擇算法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了中斷概率模型的有效性和準(zhǔn)確性。對(duì)于不同的鏈路信噪比,仿真結(jié)果表明中斷概率與鏈路信噪比之間的關(guān)系。此后,論文研究基于競(jìng)爭(zhēng)車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中不同車輛負(fù)載情況下車輛訪問(wèn)信道時(shí)退避算法。提出一種動(dòng)態(tài)自適應(yīng)成功-碰撞退避算法改善基于競(jìng)爭(zhēng)的車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性能。由于碰撞概率反映了車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性能且受到網(wǎng)絡(luò)中車輛負(fù)載及競(jìng)爭(zhēng)窗口變化的限制。閾值設(shè)定反映了不同車輛密度負(fù)載。另外,提出的算法通過(guò)數(shù)據(jù)包傳輸成功次數(shù)或碰撞次數(shù)相應(yīng)的減小或者增加窗口大小以優(yōu)化車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)吞吐量和傳輸延時(shí)。通過(guò)仿真結(jié)果可以驗(yàn)證提出的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)成功-碰撞退避算法能夠有效改善車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)吞吐量和傳輸延時(shí)方面性能,且給出了競(jìng)爭(zhēng)窗口、車輛密度等對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性能影響,為車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際場(chǎng)景中合理部署提供理論參考依據(jù)。最后,論文研究了車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中雙天線車輛和單天線車輛共存情況下訪問(wèn)信道的公平性問(wèn)題。建立了一個(gè)公平性模型來(lái)分析和計(jì)算訪問(wèn)信道的公平性。在模型的建立過(guò)程中,依據(jù)雙天線車輛和單天線車輛訪問(wèn)信道時(shí),信道訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間不同,影響不同車輛的吞吐量,從而造成不公平性問(wèn)題。以車輛訪問(wèn)信道時(shí)吞吐量為目標(biāo),分別分析和計(jì)算雙天線車輛和單天線車輛在車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中訪問(wèn)信道時(shí)的吞吐量,將單個(gè)雙天線車輛和單個(gè)單天線車輛吞吐量相等判定為訪問(wèn)信道公平。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證提出的公平性訪問(wèn)信道模型的有效性和準(zhǔn)確性。結(jié)果表明雙天線車輛與單天線車輛訪問(wèn)信道的公平性與網(wǎng)絡(luò)中雙天線車輛數(shù)目、單天線車輛數(shù)目、雙天線車輛最小競(jìng)爭(zhēng)窗口和單天線車輛最小競(jìng)爭(zhēng)窗口之間的關(guān)系且總是存在合適的競(jìng)爭(zhēng)窗口大小保證訪問(wèn)信道的公平性。
【圖文】：

全相關(guān)信息[86]。IEEE802.11p 標(biāo)準(zhǔn)是在 IEEE802.11 標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上增加無(wú)線訪問(wèn)機(jī)制以應(yīng) WAVE[87]。因此，IEEE802.11p 遵循 CSMA/CA 機(jī)制，采用二進(jìn)制指數(shù)退避規(guī)則。.2.2 IEEE1609.4 多信道機(jī)制從 WAVE 標(biāo)準(zhǔn)框架中可以看出，IEEE1609.4 標(biāo)準(zhǔn)位于 IEEE802.11 之上。對(duì)于車聯(lián)，可利用頻譜被分為一個(gè)控制信道(Control Channel，CCH)和六個(gè)服務(wù)信道 (Servicehannels，SCHs)�？刂菩诺烙糜趥鬏斚到y(tǒng)控制幀和高優(yōu)先級(jí)安全信息。服務(wù)信道用于輸交換非安全信息數(shù)據(jù)包和商業(yè)娛樂(lè)信息。在 IEEE1609.4 標(biāo)準(zhǔn)中，信道時(shí)間被分為個(gè)固定時(shí)間長(zhǎng)度為 100 ms 的同步間隔(Synchronization Intervals，SyncInterval)。一個(gè)步間隔 SyncInterval 分為控制信道間隔(Control Channel Interval, CCHI)和服務(wù)信道間(Service Channels Interval, SCHI)[88]�？刂菩诺篱g隔和服務(wù)信道間隔具有相同的 50ms間間隔長(zhǎng)度，其中包含保衛(wèi)間隔(Guard Interval, GI)，如圖 2.1 所示。在控制信道間隔間，網(wǎng)絡(luò)中所有車輛切換到控制信道交換傳輸控制信息和安全信息。在服務(wù)信道間隔間，此時(shí)參與控制信道中信息傳輸?shù)能囕v各自選擇切換到對(duì)應(yīng)的服務(wù)信道傳輸服務(wù)相信息。

東南大學(xué)博士學(xué)位論文保衛(wèi)間隔時(shí)間后將開始訪問(wèn)信道并且傳輸服務(wù)數(shù)據(jù)信息，如圖 2個(gè)單天線車載設(shè)備從服務(wù)信道切換到控制信道時(shí)，可能存在一些訪問(wèn)服務(wù)信道間隔時(shí)間到達(dá)。在控制信道間隔起始時(shí)，這些設(shè)備將開始訪問(wèn)信道并且傳輸安全信息相關(guān)數(shù)據(jù)包。同信道介質(zhì)的多信道車載設(shè)備在選擇訪問(wèn)信道時(shí)將執(zhí)行同步操設(shè)備同一信道，信道切換時(shí)同步操作增加了數(shù)據(jù)包傳輸碰撞概率。個(gè)車載設(shè)備信道切換引起的數(shù)據(jù)包高碰撞現(xiàn)象，采用 MATLAB問(wèn)信道的情況，其中系統(tǒng)仿真參數(shù)參見表 2.1。以 50ms 的時(shí)間間隔間)為對(duì)象，，仿真結(jié)果如圖 2.2 所示。由圖 2.2 可知，數(shù)據(jù)包碰撞后出現(xiàn)急劇增加。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U495;TP391.44;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2632066