車輛自組織網(wǎng)絡(luò)(VehicularAdHocNetwork,VANET)是智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransporta-tion Systems,ITS)的重要組成部分之一,承載了智能交通系統(tǒng)中大量關(guān)鍵的車輛安全應(yīng)用和交通效率類應(yīng)用,由于車輛自組織網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓�、頻譜資源有限和節(jié)點(diǎn)移動路徑可預(yù)測等特點(diǎn),其無線接入算法的設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。本學(xué)位論文從多信道可變間隔接入、協(xié)議序列分配、車輛用戶分級接入和簇內(nèi)服務(wù)信道資源分配4個(gè)方面對車載自組織網(wǎng)絡(luò)的無線接入算法展開了研究。論文的主要工作和創(chuàng)新之處如下:1.針對無線接入車載環(huán)境(Wireless Access in Vehicular Environments,WAVE)協(xié)議的碰撞概率較大以及信道資源分配不合理這一特點(diǎn),提出一種基于多輪淘汰競爭的多信道接入算法。該算法將控制信道間隔分為三個(gè)子階段:路邊單元廣播階段、安全消息廣播階段以及服務(wù)信道預(yù)約階段。具體而言,在路邊單元廣播階段,路邊單元廣播協(xié)調(diào)包告知周圍的車輛節(jié)點(diǎn)其下一個(gè)階段的廣播時(shí)隙位置;在安全消息廣播階段,車輛節(jié)點(diǎn)基于路邊單元的廣播消息無碰撞地接入信道;在服務(wù)信道預(yù)約階段,車輛節(jié)點(diǎn)通過基于多輪淘汰機(jī)制的競爭解決方案來減少傳輸碰撞概率,提高成功預(yù)約數(shù),此外,采用一種基于輪空調(diào)度的車輛業(yè)務(wù)分級改進(jìn)算法來處理該階段不同優(yōu)先級車輛用戶的接入問題,高優(yōu)先級車輛用戶在淘汰過程的第一個(gè)輪次避開競爭,因而有更高的概率在整個(gè)競爭過程中勝出。考慮到網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性,所提多信道接入算法可以自適應(yīng)地調(diào)整一個(gè)幀間隔內(nèi)各個(gè)階段的間隔大小和服務(wù)信道預(yù)約階段的競爭輪數(shù)來提升服務(wù)信道吞吐量性能。理論分析與仿真結(jié)果表明所提算法可以充分利用控制信道和服務(wù)信道的資源,有效地降低服務(wù)信道預(yù)約階段的碰撞概率,并且其服務(wù)信道飽和吞吐量性能要好于可變控制信道間隔(Variable CCHInterval,VCI)協(xié)議和WAVE協(xié)議。2.針對車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議序列的分配依賴于路邊單元并且序列資源大量浪費(fèi)的缺點(diǎn),提出兩種自適應(yīng)序列分配方案。其中,矩形單元方案用于直線路段上車輛無沖突地占用序列,正六邊形方案用于城市場景下車輛的自適應(yīng)序列分配。本文研究了作為序列分配基礎(chǔ)的廣義質(zhì)序列的和序列的性質(zhì),并給出了車輛節(jié)點(diǎn)生成單元標(biāo)記以及自適應(yīng)占用序列的具體算法。仿真結(jié)果表明所提兩種方案相對于基于車輛節(jié)點(diǎn)所在位置的單一分配方案而言提升了網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議序列利用率和吞吐量性能。3.針對基于時(shí)分復(fù)用的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的時(shí)隙浪費(fèi)問題,提出一種基于雙階段時(shí)隙分配的車輛用戶分級算法。該算法將車輛節(jié)點(diǎn)分為骨干節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn),在第一個(gè)階段,所有車輛節(jié)點(diǎn)采用相同的時(shí)隙占用方式占有單個(gè)時(shí)隙；在第二個(gè)階段,部分普通節(jié)點(diǎn)可以升級為骨干節(jié)點(diǎn),骨干節(jié)點(diǎn)在該階段占用更多的時(shí)隙。本文分別給出了雙階段時(shí)隙的占用方法以及節(jié)點(diǎn)的動態(tài)升級過程。此外,重點(diǎn)分析了所提算法的時(shí)隙利用率以及廣播時(shí)延性能。理論分析與仿真結(jié)果表明所提算法在時(shí)隙利用率和廣播時(shí)延上比單階段單時(shí)隙占用算法具有更好的性能。4.針對車輛自組織網(wǎng)絡(luò)分簇方案中服務(wù)信道資源浪費(fèi)的問題,提出一種自適應(yīng)服務(wù)信道時(shí)隙分配算法。該算法由時(shí)隙預(yù)分配算法和二次分配算法兩部分組成。預(yù)分配算法中簇成員節(jié)點(diǎn)根據(jù)其在控制信道內(nèi)占有的時(shí)隙位置預(yù)約部分服務(wù)信道時(shí)隙;二次分配算法中所有簇成員節(jié)點(diǎn)通過輪詢方案對剩余的未預(yù)約時(shí)隙進(jìn)行占用,考慮到固定的簇成員用戶二次分配調(diào)度方式會持續(xù)降低部分用戶的時(shí)隙占有率,采用一種基于輪換機(jī)制的改進(jìn)算法,使得簇成員節(jié)點(diǎn)的二次分配過程根據(jù)簇穩(wěn)定間隔數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)度。仿真結(jié)果表明所提自適應(yīng)服務(wù)信道時(shí)隙分配算法可以充分地利用服務(wù)信道資源,而且能夠保證簇內(nèi)成員間的長期公平性。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN929.5;U495
【部分圖文】：

＞特定應(yīng)用反饋消息??圖１．２車路系統(tǒng)信息流??Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ?Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＩＴＳ）的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議框架，如圖１．３所示。?????乙’?應(yīng)用層支持中間件??＜二７＞?ｍｓ?信息服務(wù)中間?＾舌服務(wù)中間??０?Ｚ??—丨丨…?＇?丨??＜＾二二＞?構(gòu)件層?＜￣〉?ＩＴＳ傳輸層?ＴＣＰ／ＵＤＰ??管????．．?安?Ｉ?Ｌ．??理?ｊ＼?ＩＴＳ?網(wǎng)?Ｇｅｏ－?其它協(xié)?ＩＰｖ６＋??票?，?＾???罷?絡(luò)層?Ｒｏｕｔｉｎｇ?議?移動擴(kuò)展??＾?＜＝＞｜網(wǎng)絡(luò)與傳輸層?〇????７?接入技術(shù)???＾?＇?節(jié)點(diǎn)外部接口?節(jié)點(diǎn)內(nèi)部接口??接入層?＜＿一〉?５．９ＧＨｚ?ＷＩＦＩ?ＧＰＳ?３Ｇ／４Ｇ?以太網(wǎng)藍(lán)牙??圖〗．３車輛自組織網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議框架??該協(xié)議棧主要由６個(gè)部分構(gòu)成，分別是：接入層、網(wǎng)絡(luò)與傳輸層、構(gòu)件層、應(yīng)用??層、管理單元和安全單元。各個(gè)協(xié)議層和相關(guān)單元的功能如下：??（１）接入層??接入層的主要功能是提供面向各種底層接入技術(shù)的接口，這類接口包括兩種：面??向內(nèi)部通信的接口和面向外部通信的接口。其中

是為應(yīng)用層提供接口服務(wù)和自動配置服務(wù)，實(shí)際上，在具體的協(xié)議棧設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)件??層的相關(guān)組件可以采用系統(tǒng)后臺運(yùn)行的方式并入到應(yīng)用層中。除了上述基于分層的車??輛自組織網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧外，文獻(xiàn)［１９］提出一種跨層的協(xié)議�？蚣�，如圖１．４。為了減輕結(jié)??構(gòu)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性并與傳統(tǒng)分層協(xié)議框架加兼容，其采用了與分層結(jié)構(gòu)相似的單層核??心結(jié)構(gòu)。但是，層與層之間的接口設(shè)計(jì)完全不同，跨層協(xié)議�？蚣苤猩蠈討�(yīng)用可以越過??—系列不必要的協(xié)議層直接到達(dá)其所需要的服務(wù)，當(dāng)數(shù)據(jù)從外部到達(dá)協(xié)議棧底部時(shí)，每??一個(gè)協(xié)議層均需判斷是否需要將該數(shù)據(jù)上傳到下一個(gè)協(xié)議層或者直接傳遞給相關(guān)應(yīng)用。??＼／?￣［?應(yīng)ＪＤ協(xié)議層??—Ｉ數(shù)據(jù)服務(wù)￣Ｉ－?－……??外部信總包括｜??｝Ｖ?｜??ｇｐｓ，車內(nèi)傳感器等胡?１?ｚｚ?ｎ?；?￣?１?ｓ??ｉ?ｉ?ｔＩ??一＾?ｉｉ?｜」去??ｔ?—??—?物理層?－??圖１．４車輛自組織網(wǎng)絡(luò)跨層協(xié)議框架??１．２．４車輛自組織網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用??文獻(xiàn)［２０］對車輛用戶的需求做了總結(jié)，將車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用分為了下面幾類：??安全應(yīng)用、交通效率應(yīng)用和娛樂應(yīng)用。其中，安全應(yīng)用包括交通信號違規(guī)警告、彎道變??速警告、應(yīng)急電子剎車燈、碰撞檢測、協(xié)作碰撞警告、左轉(zhuǎn)輔助、變道警告和停車輔助??等。交通效率類應(yīng)用主要包括路徑導(dǎo)航、紅綠燈優(yōu)化調(diào)度、車速提示和并道輔助。而娛??樂和信息類應(yīng)用主要涉及過境收費(fèi)、興趣點(diǎn)通知、燃料消耗管理和多跳無線Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接??入等。??表１．１給出了一些安全應(yīng)用的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，可以看到消息的傳遞模式有兩種，??分別為周期性廣播和事件驅(qū)動型廣播。其中

（ｂｅｓｔ?ｅｆｆｏｒｔ?ｔｒａｆｆｉｃ）、ＡＣ＿ＶＯ?（ｖｏｉｃｅ?ｔｒａｆｆｉｃ）和?ＡＣ—ＶＩ?（ｖｅｄｉｏ?ｔｒａｆｆｉｃ型數(shù)據(jù)接入信道的仲裁巾貞間間隔（Ａｒｂｉｔｒａｔｉｏｎ?Ｉｎｔｅｒ?Ｆｒａｍｅ?Ｓｐａｃｅ，，提高高優(yōu)先級數(shù)據(jù)接入的概率。??Ｃｈ．?１７５?????Ｃｈ．?１８１??＾?２０ＭＨｚ?＾?＾?２０ＭＨｚ?＾??Ｃｈ．?１７２?Ｉ?Ｃｈ．?１７４?Ｃｈ．?１７６?Ｊ?Ｃｈ．?１７８?Ｃｈ．?１８０?Ｃｈ．?１８２?Ｃｈ．?１０ＭＨｚ?”?１０ＭＨｚ?１０ＭＨｚ?Ｐ?＜?１０ＭＨｚ?￣?１０ＭＨｚ?１０ＭＨｚ?１０ｚ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ?１?ｉ．８５５?５．８６０?５．８６５?５．８７０?５．８７５?５．８８０?５．８８５?５．８９０?５．８９５?５．９００?５．９０５?５．９１０?５．９１５?５．９ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?ＧＨｚ?Ｇ圖１．５?ＦＣＣ信道分配??針對車載環(huán)境而制定的１６０９標(biāo)準(zhǔn)家族主要包括４個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)：ＷＡＶ６０９．０［３７］）、ＷＡＶＥ應(yīng)用和管理信息安全服務(wù)（ＩＥＥＥ?］６０９．２［３８］）、ＷＡ?１６０９．３［３９］）和ＷＡＶＥ多信道操作（ＩＥＥＥ１６０９．４＿）。ＷＡＶＥ協(xié)議６所示，在該協(xié)議棧的底層，由ＴＥＥＥ?８０２．】?Ｉｐ標(biāo)準(zhǔn)定義物理層和ＭＩＥＥＥ?１６０９．４標(biāo)準(zhǔn)對ＩＥＥＥ?８０２．丨ｌｐ進(jìn)行了擴(kuò)展，主要將信道切換引
【參考文獻(xiàn)】

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1 默罕莫德·默森;許凱凱;夏瑋瑋;吳怡;沈連豐;;荒漠場景應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)及其分簇路由算法[J];通信學(xué)報(bào);2012年10期

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本文編號：2837286