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车载自组织网络环境中拥塞控制算法的研究

车载自组织网络环境中拥塞控制算法的研究

作者：乔钰兰州交通大学

学位级别：硕士

伴随着世界经济的快速发展,汽车工业也迎来了发展的黄金时期。这使得车辆在人们日常出行生活中扮演着越来越重要的角色。但随之而来的次生问题却不容忽视,频繁发生的交通事故和城市越发严重的道路拥堵问题,为社会经济与人民生命财产安... 详细信息

伴随着世界经济的快速发展,汽车工业也迎来了发展的黄金时期。这使得车辆在人们日常出行生活中扮演着越来越重要的角色。但随之而来的次生问题却不容忽视,频繁发生的交通事故和城市越发严重的道路拥堵问题,为社会经济与人民生命财产安全带来了巨大的损失。保障道路交通安全已成为世界各国都不可逃避的现实问题。无线通信技术的迅速发展为上述问题提供了解决方案,应用移动自组织网络核心技术于车辆网络的车载自组织网络技术应运而生。车载无线网络的形成基于车与车,车与基础设施之间互相通信,主要传递事故避免或者辅助驾驶等实时信息,同时为驾驶者提供娱乐,实时导航等服务,使车辆运输网络更加安全高效地运行。目前,虽然移动自组织网络技术在许多方面已趋于成熟,但由于车辆运输网络本身具有拓扑变化速度快、无线信道容量有限与网络运行状况不稳定等特点,导致移动自组织网络技术的研究成果不能直接用于支持车载自组织网络。车载自组织网络信道容量有限,尤其是用于维持安全应用程序良好运行的控制信道带宽仅有10MHz。因此当道路上的车辆节点变得密集时,信标消息以固定频率传输就会造成信道负载过重,进而导致拥塞。拥塞不仅会对信标消息的可靠传输造成影响,还会严重妨碍事件触发安全消息的及时传播。然而,这类安全消息往往与驾驶者的生命与财产安全密切相关,传输过程中对其延迟要求更高。因此,研究车载网络的信道拥塞控制方法对于保障安全消息可靠及时地传输,维护无线网络的运行性能具有十分重要的意义。针对上述问题,本论文基于车载自组织网络的关键技术展开讨论,分析了信道拥塞所面临的挑战,提出了两种拥塞控制算法。具体工作包括以下几个方面:（1）本文提出了一种基于局部密度预测的传输参数自适应拥塞控制策略。首先,详细介绍了基于车辆历史交通环境参数的局部密度预测方法,根据一个控制信道间隔内节点从自身MAC层获取的接收包的数量和碰撞包数量的总和,结合信标平均速率计算邻居节点的数量。其次,介绍了利用信道繁忙率来判断信道状态的方法。然后,对根据局部密度预测值和信道繁忙率的联合速率和功率自适应流程框架及详细工作流程进行了描述,同时设计了具体算法。最后,通过仿真实验测试,验证了本文所提出的算法能够显著提升数据包递送率,缩短传输延迟,从而提供可靠的信标消息传输机制。（2）提出以消息优先级调度机制作为基础结合信标消息产生速率自适应的一种分布式拥塞控制方法。首先,设计一种基于消息属性、应用程序类型的静态因素和基于网络状态的动态因素相结合计算各类安全消息优先级大小的方法,并基于优先级大小按顺序动态调度队列中的消息。然后,利用信标产生速率自适应控制方法根据当前时刻信道状态调节信标生成时间间隔长短,控制注入信道内的数据流量。最后,基于仿真软件NS-3对本文控制算法进行验证,结果表明本文的算法改善了事件触发安全消息传输平均延迟及数据包丢失率,提高了平均吞吐量。

关键词：车载自组织网络信道拥塞安全消息局部密度预测传输参数自适应优先级调度

车联网中基于802.11p的MAC层车辆接入决策的研究

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车联网中基于802.11p的MAC层车辆接入决策的研究

作者：刘泽正南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来车载自组网已经成为了解决道路安全问题的关键技术。但是,安全应用对广播的接收率和平均的时延要求很高,专门用于车载自组网的802.11p的协议并不能很好的满足这个要求,所以研究车载自组网的媒介接入方法具有重要的意义。本文重点... 详细信息

近年来车载自组网已经成为了解决道路安全问题的关键技术。但是,安全应用对广播的接收率和平均的时延要求很高,专门用于车载自组网的802.11p的协议并不能很好的满足这个要求,所以研究车载自组网的媒介接入方法具有重要的意义。本文重点研究媒介接入过程的接入方法,主要工作如下:首先,本文将802.11s中的Mesh接入决策(Mesh Deterministic Access,MDA)引入到802.11p中,研究了一个考虑优先级且提前预定的接入决策协议,叫做车辆接入决策(Vehicular Deterministic Access,VeDA),保证在高负载时安全消息的低时延和高接收率。VeDA是基于802.11p/DSRC的,允许车辆在无竞争期接入到共享的信道中。VeDA方案支持两种不同优先级的安全服务(紧急安全消息和路由安全消息)并提供了严格的时延界限。VeDA将DTIM帧分割成无竞争期和竞争期,两种安全消息通过VeDA Opportunities预定接入信道,VDAOPs是无竞争期的多个时隙,而非安全消息是在竞争期以竞争的方式接入信道。仿真结果表明VeDA能有效的保证安全消息的时延和接收率,尤其是在高通信负载的情况下,在时延和接收率方面优于基于退避算法的接入方案。其次,针对VeDA方案与其他传统的方案共存接入到共享信道时的兼容性问题,本文研究了扩展的VeDA方案(Extended VeDA,EVeDA)。当非VeDA节点接入共享信道时,会使VeDA节点的时延增加,EVeDA方案通过在接入时隙VDAOP前人为的加入一个时延因子,在该时延时隙期间额外或虚假的业务会被发送,以便VeDA节点提前接入信道,减少了VeDA节点与非VeDA节点发生碰撞的几率,增加了后续的VDAOP接入信道的几率。仿真结果表明扩展方案EVeDA能有效的降低非VeDA节点的时延,从而解决因兼容性而带来的时延增加的问题。

关键词：车载自组网无竞争期安全消息接入决策 MAC 802.11p

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车载自组织网络下的介质访问控制协议研究

车载自组织网络下的介质访问控制协议研究

作者：于明鹭南京邮电大学

学位级别：硕士

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)作为智慧交通系统的重要组成部分,能够为用户带来安全舒适的行车体验。而VANET的网络性能取决于介质访问控制(Medium Access Control,MAC)协议。由于VANET网络具有车辆移动速度快、网络... 详细信息

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)作为智慧交通系统的重要组成部分,能够为用户带来安全舒适的行车体验。而VANET的网络性能取决于介质访问控制(Medium Access Control,MAC)协议。由于VANET网络具有车辆移动速度快、网络拓扑快速变化等特点,使得原有的IEEE 802.11p协议中基于载波侦听多路访问/冲突避免的MAC协议无法满足安全应用的要求。因此,如何针对VANET的特点来改进现有的MAC协议,使其满足安全应用对广播消息的平均到达时延和接收率的要求是十分必要的。本文针对以上问题进行深入探究,主要工作如下:首先,建立车载自组织网络中具有优先级的安全消息传输性能分析模型,通过该模型分析出状态消息存在的情况下紧急消息的平均传输时延;仿真结果验证了该模型的正确性,该模型对选取合适的网络参数来减小紧急消息的传输时延及进一步研究VANET的其他性能具有一定的参考价值。其次,针对IEEE 802.11p的MAC层协议以及现有的改进协议在车辆密度较高的情况下性能较差的问题,研究了一种基于多数据速率的MAC协议(Multiple-Data-Rate MAC,MDR-MAC)。该协议通过引入多数据速率的方式减小了消息的传输时间,降低了网络拥塞;通过集中式时隙分配的方式减小了消息之间的碰撞,从而保证了信标消息的有效广播;仿真结果表明该协议在信标消息的接收率和平均到达时延方面的性能均有所提升。最后,为进一步优化紧急消息传输的有效性和可靠性,本文研究了紧急消息的时隙预约机制和协作传输机制。时隙预约机制通过减小紧急消息接入信道的时延,提高了紧急消息的传输有效性;协作传输机制通过识别接收紧急消息失败的节点、选择辅助节点、重传消息这一过程提升了紧急消息的接收率,从而提高了紧急消息的传输可靠性。仿真结果表明该机制能够保证紧急消息的实时可靠传输。

关键词：车载自组织网络介质访问控制 IEEE 802.11p 安全消息紧急消息

基于功率控制的车载网络安全信息投递策略研究

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基于功率控制的车载网络安全信息投递策略研究

作者：章未哲电子科技大学

学位级别：硕士

车载无线自组织网络(Vehicular Ad-Hoc Network,VANET)是指车和车之间,车和路边设施之间通过信息传输建立起来的无线自组织网络,车辆通过与其他车辆或者路边设施进行通信并获取周边道路交通状况以保证行车的安全可靠。因此,如何保证安... 详细信息

车载无线自组织网络(Vehicular Ad-Hoc Network,VANET)是指车和车之间,车和路边设施之间通过信息传输建立起来的无线自组织网络,车辆通过与其他车辆或者路边设施进行通信并获取周边道路交通状况以保证行车的安全可靠。因此,如何保证安全信息有效投递给所需车辆一直是VANET当中的重点研究课题。安全消息在VANET中通常以广播形式投递,根据安全消息类型的不同,还可以进一步分为单跳广播投递和多跳广播投递。其中基本安全消息(Basic Safety Message,BSM)包含了车辆的位置、速度等基本状态信息,通常以单跳形式周期性广播投递;而事件驱动消息通常包含事故信息及路况信息,一般以多跳广播形式投递。本文将以功率控制作为切入点,分别研究VANET中的单跳广播投递与多跳广播投递。VANET中功率控制的主要目标有如下两点:1)在车辆稀疏的道路场景中,车辆之间距离较远,此时车辆应适当增加发送功率,能够增强整体网络的连通性;2)车辆密集的道路场景中,大量车辆在同一冲突域中竞争信道,此时车辆通过减小发送功率减小冲突域,从而实现拥塞控制。为了实现以上目标,本文提出一个基于局部车辆密度的功率自适应调整方案。首先,为了获得周边车辆密度,本文提出一个基于基本安全消息(Basic Safety Messages,BSM)的分布式密度估计算法(Distributed Local Density Estimation,DLDE),车辆根据一段时间内收到的BSM消息估计周边的车辆分布及密度。随后,提出分布式功率控制算法(Distributed Power Dynamic Adjustment,DPDA),车辆根据DLDE算法提供的密度信息自适应调整发送功率。同时,本文还阐述了DLDE与DPDA算法之间的相互迭代:DLDE算法能够给DPDA算法提供实时道路密度状况,DPDA自适应调整功率能够提高BSM消息投递成功率从而让DLDE算法的估计值更加准确,最终两个算法的计算结果趋于收敛。本文使用NS-3网络仿真工具上对上述两个算法进行仿真,仿真并验证了在不同场景中两个算法的性能表现。为了保证车辆能够将消息投递到更远的范围,本文在上述两个算法的基础上,研究多跳广播投递策略。本文在基于距离广播策略的基础上,提出一个基于两跳距离的多跳广播协议(Power-Distance based Broadcast protocol in VANET,PDBV),并且针对传统基于距离的广播策略存在的问题,提出了多个改进措施。由于多跳广播消息的发送功率也会使用DPDA算法的计算结果,因此传统基于距离转发策略中基于单跳距离的中继选择策略不再适用,PDBV协议根据两跳距离(与上一跳距离、下一跳的预计覆盖范围)选择中继节点。本文同样使用NS-3网络仿真工具对PDBV协议进行了仿真,并与传统基于距离广播策略进行对比,仿真结果表明,PDBV协议在可靠性、实时性与低冗余三个维度均优于传统基于距离的广播策略。

关键词：车载无线自组织网安全消息密度估计功率控制多跳广播投递

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一种基于区域广播的VANET机会路由协议

信息技术与信息化 2014年第3期 77-85,89页

作者：闵宗茹冯建国张芳贾建华蔡辰杰同济大学电子与信息工程学院上海201804 苏州信息职业技术学院苏州215299 同济大学

对VANET网络中现有的路由协议进行了系统的分析和研究,提出了一种基于区域广播的VANET机会路由协议。基于安全消息在网络割裂情况下的传播需求,新协议结合地理信息和机会转发算法,提出了不同于点对点的新的基于区域广播的消息传播模式,... 详细信息

对VANET网络中现有的路由协议进行了系统的分析和研究,提出了一种基于区域广播的VANET机会路由协议。基于安全消息在网络割裂情况下的传播需求,新协议结合地理信息和机会转发算法,提出了不同于点对点的新的基于区域广播的消息传播模式,以实现安全消息在稀疏车辆环境下的有效传播。理论分析和仿真实验表明,该协议相比传统路由协议具有更优异的网络性能和可靠性。

关键词：车载自组织网机会路由安全消息区域广播车联网

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基于异构车联网消息传播机制研究

信息技术与信息化 2015年第8期 207-209页

作者：尹纯同济大学电子与信息工程学院上海嘉定201804

针对安全消息传播的需求和目前消息传播机制存在的问题,本文试图建立一种新的IEEE 802.11p与LTE的异构网络及该网络下的消息传播机制,以提升该异构网络的性能。在此基础上进一步考虑了VANET消息传播的实时性和传播范围,利用异构网络解决... 详细信息

针对安全消息传播的需求和目前消息传播机制存在的问题,本文试图建立一种新的IEEE 802.11p与LTE的异构网络及该网络下的消息传播机制,以提升该异构网络的性能。在此基础上进一步考虑了VANET消息传播的实时性和传播范围,利用异构网络解决VANET中安全消息的有效、实时传播,以保证车辆能实现主动安全并减少道路拥堵。

关键词：安全消息异构网络长期演进

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车载网中基于分段与协作的MAC协议

计算机技术与发展 2016年第3期26卷 80-84页

作者：于明鹭刘南杰赵海涛南京邮电大学通信与信息工程学院江苏南京210003 南京邮电大学网络基因工程研究所江苏南京210003

车载自组织网络中采用的是基于竞争的MAC协议。该协议在车辆密度很大时会导致很高的包碰撞率,严重影响安全消息的传输可靠性和时延。针对该问题,提出车载自组织网络中基于分段与协作的MAC协议。首先创新性提出一种对道路进行分段的思想... 详细信息

车载自组织网络中采用的是基于竞争的MAC协议。该协议在车辆密度很大时会导致很高的包碰撞率,严重影响安全消息的传输可靠性和时延。针对该问题,提出车载自组织网络中基于分段与协作的MAC协议。首先创新性提出一种对道路进行分段的思想,再通过段首分配时隙给每辆车传输安全消息,最后通过选择辅助节点在空闲时隙重传紧急消息给接收失败的节点。该协议有助于提高安全消息的传输可靠性并降低消息传输时延。

关键词：车载自组织网络协作安全消息介质访问控制协议