【摘要】：近年來(lái),隨著城市交通擁堵、交通安全和環(huán)境污染等問(wèn)題的日趨嚴(yán)重,車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到人們的廣泛關(guān)注。但是,隨著車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,其業(yè)務(wù)應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大,造成現(xiàn)有頻譜資源無(wú)法滿(mǎn)足其通信需求。根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)調(diào)查研究顯示,在傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配政策下,頻譜資源存在著巨大的浪費(fèi)。認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可感知并機(jī)會(huì)式的接入周?chē)臻e頻譜,在保證授權(quán)用戶(hù)正常通信的前提下,使得非授權(quán)用戶(hù)能與授權(quán)用戶(hù)共享頻譜。因此,認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)成為一種為車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信提供額外空閑頻譜的有效手段。目前已有很多研究機(jī)構(gòu)對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,但都僅僅停留在理論研究與仿真上,沒(méi)有成熟的平臺(tái)提供實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)證。論文選題來(lái)自于北京市支持中央高校共建項(xiàng)目“基于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的公交車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)”。論文在對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,利用USRP硬件平臺(tái)和GNU Radio軟件包,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信平臺(tái)。本文的主要工作如下:首先對(duì)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了概述,包括各自的定義、關(guān)鍵技術(shù)及目前各自平臺(tái)的搭建成果。同時(shí),對(duì)目前認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電技術(shù)在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的研究與應(yīng)用也進(jìn)行了總結(jié)與分析。然后,本文對(duì)基于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信平臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),根據(jù)需求分析設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)架構(gòu),重點(diǎn)完成了平臺(tái)節(jié)點(diǎn)軟件架構(gòu)中物理層、MAC層、應(yīng)用層以及各層之間的接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。物理層設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和頻譜檢測(cè)模塊,MAC層設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了頻譜合作檢測(cè)與融合模塊、多信道操作模塊以及公共支撐模塊,應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了車(chē)載終端應(yīng)用程序和平臺(tái)演示監(jiān)控程序,各層間接口采用UDP Socket進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。最后,分別在靜止和移動(dòng)環(huán)境中,在有無(wú)緊急通信用戶(hù)及有無(wú)認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電功能的場(chǎng)景下對(duì)平臺(tái)的功能和性能進(jìn)行測(cè)試與分析,證明了平臺(tái)在功能和性能上滿(mǎn)足了研究需求。測(cè)試結(jié)果表明,基于認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電的車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信平臺(tái)相比于基于WAVE協(xié)議的傳統(tǒng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),一方面降低了對(duì)緊急通信用戶(hù)的干擾,另一方面在不干擾授權(quán)用戶(hù)正常通信的前提下提高了頻譜利用率,在授權(quán)用戶(hù)到達(dá)率處于0-0.5范圍內(nèi)時(shí)平均提高了約114.1%頻譜利用率。
[Abstract]:In recent years, with the increasingly serious problems of urban traffic congestion, traffic safety and environmental pollution, vehicle networking technology has been widely concerned. However, with the continuous development of vehicle networking technology, its business application scale is expanding, resulting in the existing spectrum resources can not meet its communication needs. According to the investigation of the Federal Communications Commission, there is a huge waste of spectrum resources under the traditional static spectrum allocation policy. Cognitive radio technology can perceptively and opportunistically access the idle spectrum around it, which enables unauthorized users to share the spectrum with authorized users on the premise of ensuring normal communication between authorized users. Therefore, cognitive radio technology has become an effective means to provide additional idle spectrum for vehicle-connected communications. At present, many research institutions have studied the application of cognitive radio technology in vehicle networking, but all of them only stay on the theoretical research and simulation, there is no mature platform to provide practical testing and verification. The topic of this paper is from Beijing's support for the Central University Co-Construction Project, "bus networking Technology Development based on Cognitive Radio". Based on the research of cognitive radio technology and vehicle networking technology, this paper designs and implements the vehicle networking communication platform based on cognitive radio using USRP hardware platform and GNU Radio software package. The main work of this paper is as follows: firstly, the cognitive radio technology and vehicle networking technology are summarized, including their respective definitions, key technologies and the current platform construction results. At the same time, the research and application of cognitive radio technology in vehicle networking are summarized and analyzed. Then, this paper designs and implements the vehicle networking communication platform based on cognitive radio, designs and implements the network structure and node architecture of the platform according to the requirement analysis, and completes the physical layer and MAC layer of the platform node software architecture. Design and implementation of application layer and interface between layers. The physical layer designs and implements the data transceiver module and the spectrum detection module, the MAC layer designs and implements the spectrum cooperative detection and fusion module, the multi-channel operation module and the common support module. The application layer implements vehicle terminal application program and platform demo monitor program. The interface between each layer is designed and implemented by UDP Socket. Finally, the function and performance of the platform are tested and analyzed in static and mobile environments, with or without emergency communication users and with or without cognitive radio function. It is proved that the platform meets the research needs in function and performance. The test results show that compared with the traditional vehicle networking platform based on WAVE protocol, the cognitive radio based vehicle network communication platform reduces the interference to emergency communication users. On the other hand, the spectrum efficiency is improved without interfering with the normal communication of authorized users, and the spectrum efficiency is increased by 114.1% on average when the arrival rate of authorized users is in the range of 0-0.5.
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN925;U495

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本文編號(hào)：2375405