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基于车辆分布的V2I/V2V协作传输策略的研究

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基于车辆分布的V2I/V2V协作传输策略的研究

作者：徐志麟长安大学

学位级别：硕士

近年来,车联网技术在保障交通安全顺畅,为车辆用户提供交通信息方面扮演着越来越重要的角色。通过车载设备获得实时交通状况的数字地图和娱乐服务等信息,极大提高了车辆用户的便利性和舒适度。由于高速公路场景中车辆用户分布密集性低... 详细信息

近年来,车联网技术在保障交通安全顺畅,为车辆用户提供交通信息方面扮演着越来越重要的角色。通过车载设备获得实时交通状况的数字地图和娱乐服务等信息,极大提高了车辆用户的便利性和舒适度。由于高速公路场景中车辆用户分布密集性低的特性,围绕着高速公路密集式的部署基础设施将会造成大量的浪费。车对基础设施通信(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)和车对车通信(Vehicle-to-Vehicle,V2V)相互协作促进了数据传输效率。为此,在基础设施被稀疏部署的高速公路场景中,设计一种V2I/V2V协作传输策略,以提高系统网络可实现的吞吐量,是十分重要的。为了研究车辆基于泊松分布的分布情况,本文通过建立车辆分布模型,研究分析出了在固定路长的情况下车辆之间间隔距离的概率密度函数,并进一步推导出了采用传统理论所能实现的系统网络吞吐量的表达式。为未来交通流方面的研究提供了理论基础。针对双向车道的高速公路场景,由于数据传输过程中路径损耗的存在,车辆分布对于系统网络可实现的吞吐量的影响却常常被忽视。为了解决这个问题,本文利用反向车道中的车辆作为中继车辆,并根据车辆的分布来划分弹性分区,提出了一种基于弹性分区的V2I/V2V协作传输策略(Elastic-Segment-Based V2I/V2V Cooperative Strategy,ESCS)。由于车辆之间的距离是随机的,且由车辆密度决定,因此要推导出可实现吞吐量的封闭表达式是非常具有挑战性的。为此,本文开发了一个新的适应一般双向车道的V2I/V2V协作模型,通过车辆密度分析车辆的分布和运动,并推导出系统网络可实现吞吐量的封闭表达式。然后,本文优化V2V最大有效连接范围和车辆密度,以实现系统网络吞吐量的最大化。仿真结果表明,与现有的协作传输策略相比,该策略显著提高了吞吐量,特别是在车辆密度较高的情况下。针对单向车道的高速公路场景,为了解决V2V链路固定切换导致的系统网络的吞吐量被限制的问题,本文提出了一种基于V2V链路动态切换的V2I/V2V协作传输策略。该策略根据两车之间的分布距离动态的进行V2V链路的切换,并进一步研究了车辆密度对于车辆的分布的影响,推导出来系统网络吞吐量的封闭表达式。为了进一步了解数据交付的情况,本文将V2I过程和V2V过程进行分离讨论,获得了数据交付时延的封闭表达式。仿真结果表明,该策略在基础设被稀疏部署的高速公路场景中能够提高系统网络的吞吐量。

关键词：车联网协作传输策略车辆分布吞吐量车辆密度路径损耗

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基于车辆轮廓特征的非混合交通状态评级方法

公路交通科技（应用技术版） 2013年第12期9卷 252-255页

作者：赵长相李军李熙莹中山大学工学院智能交通研究中心广东广州510006

提出了利用车辆轮廓分块计算结果作为参数对非混合交通流状态进行分析评级的方法。结合非混合交通流的特征,将其划分为稳定流和非混合流2种类型。方法首先对车辆轮廓特征进行提取、跟踪,并进行纵向等距分块处理,然后利用计算结果,对交... 详细信息

提出了利用车辆轮廓分块计算结果作为参数对非混合交通流状态进行分析评级的方法。结合非混合交通流的特征,将其划分为稳定流和非混合流2种类型。方法首先对车辆轮廓特征进行提取、跟踪,并进行纵向等距分块处理,然后利用计算结果,对交通流状态度进行评级。实例表明,新方法能够有效处理非混合交通流视频,合理估测交通状态等级。此外,新方法运算量小、简单高校、可扩展性强、实时性高,可用于需要对交通信息进行实时处理的应用。

关键词：图像处理轮廓提取等距分块车辆密度交通状态

面向交通安全信息传输的车联网MAC机制研究

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面向交通安全信息传输的车联网MAC机制研究

作者：李帅重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来，车载自组网（VehicleAd Hoc Network，简称VANET）引起世界各国政府、学术界以及工业界的广泛关注。交通安全信息传输是车载自组网中一种重要的应用。许多交通安全应用需要交通安全信息的传输时延低于100ms，数据包接收率达到90... 详细信息

近年来，车载自组网（VehicleAd Hoc Network，简称VANET）引起世界各国政府、学术界以及工业界的广泛关注。交通安全信息传输是车载自组网中一种重要的应用。许多交通安全应用需要交通安全信息的传输时延低于100ms，数据包接收率达到90%以上。各类交通安全应用都需要交通安全信息传输作为基本保障，如紧急刹车预警信息传输、车道变换信息传输等。然而，传统的交通安全信息广播机制不能很好满足交通安全信息传输需求。因此，如何针对车载环境，提升传统交通安全信息广播机制性能，尽可能满足交通安全信息传输要求是非常必要的。本文针对交通安全信息的可靠快速传输需求，对车载自组网交通安全信息传输广播机制进行深入研究和分析，找出其中存在的问题，并提出相应的改进机制。本文主要完成以下工作：第一，分析和研究车载自组网交通安全信息广播机制，对各种机制的设计思想、机制设计方案以及机制优缺陷进行探讨。重点对IEEE802.11协议中的广播机制进行研究，其在交通安全信息传输中的问题主要包括隐藏站点和暴露站点问题、数据帧确认问题以及竞争窗口固定调整问题。第二，针对IEEE802.11MAC协议的竞争窗口固定调整问题提出一种车辆密度自适应的交通安全信息广播机制（Vehicle Density Adaptive Broadcast, VDAB）。VDAB机制主动采集和预估车辆节点密度，再根据车辆节点密度对802.11MAC层的信道竞争窗口进行动态调节，使得802.11MAC层能够更加适应车载环境交通安全信息的传输要求。第三，对VDAB机制进行性能分析。仿真实验结果表明，随着车辆密度、传输距离和车辆状态信息产生频率的增加，交通安全信息的成功接收率不断下降，而传输时延不断增加。但在车辆密度增大时，VDAB机制较标准802.11MAC机制数据包平均接收率提升约10%，平均时延下降约15%;当传输距离增加时，VDAB数据包平均接收率较标准802.11MAC机制提升约5%;随着车辆状态信息产生频率增加，VDAB机制较标准802.11MAC机制数据包平均接收率提高约9%，平均时延降低约23%。第四，基于NS2网络仿真平台开发VDAB机制的仿真程序。采用面向对象开发方法，分别开发VDAB机制模块，车辆移动拓扑场景模块以及安全信息广播流模块。

关键词：车载自组网安全信息介质访问控制车辆密度

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车载自组织网络中的拥塞控制研究

车载自组织网络中的拥塞控制研究

作者：冯保吉林大学

学位级别：硕士

智能交通系统中车联网发挥着重要作用,VANET作为车辆通信的关键技术,其主要目标是实现车辆安全行驶。VANET中的应用主要分为安全应用和非安全应用两种类型,安全应用支持配备VANET通信模块的车辆可以发送周期性安全消息和事件驱动消息,... 详细信息

智能交通系统中车联网发挥着重要作用,VANET作为车辆通信的关键技术,其主要目标是实现车辆安全行驶。VANET中的应用主要分为安全应用和非安全应用两种类型,安全应用支持配备VANET通信模块的车辆可以发送周期性安全消息和事件驱动消息,以保证周围的邻居车辆能够及时了解情况,以达到规避危险。VANET的特殊环境因素,例如无线广播通信、有限带宽、车辆的高速移动等等,都有可能妨碍车辆之间安全消息的有效交换。周期性安全消息在安全应用中是最基础的,也是比较重要的消息。由于VANET中支持安全应用的信道容量是有限的,尤其当通信范围内的车辆节点变得密集时,仅仅发送周期性安全消息就可能导致信道饱和,进而造成拥塞,信道拥塞之后不只周期性安全消息不能正常传输,还会严重影响事件驱动消息的发送,而此类消息往往是至关重要的紧急安全消息,关乎车辆和驾驶员的安全。因此透析车辆到车辆的单跳广播周期性安全消息和VANET性能的相关性影响是一个重要研究课题。越来越多的研究人员专注于安全信息导致的信道饱和问题的研究,提出了多种拥塞控制方案,这些方案也都给出了针对周期性安全消息的策略,主要是限制对它的资源分配,一定程度上保障了安全消息的可靠高效发布。但是,这些拥塞控制方案中往往以单一因素的调整来降低网络负载,使得其方案在改变后的环境中并不能高效的传输信息。在本文所构想的反应式拥塞控制概念方案中,综合考虑了传输范围、传输间隔和车辆密度等多种因素对VANET网络性能的影响。其中传输范围的大小决定了通信范围内共享信道的车辆节点数,扩大传输范围会减少无线信道的空间复用率导致冲突增加,并且大的传输范围需要大的传输功率,对附近节点正确接收消息产生干扰;传输间隔的长短决定了车辆生成消息的数量,虽然短的传输间隔能够提高消息的精度,但会产生较高的信道负载;而车辆密度是车辆移动的多种因素当中对信道负载影响最为显著的,信道中传输的数据随着接入网络的车辆数线性增加。每个因素对网络负载都有各自的影响,并且不同因素结合在一起还会产生交互作用。本文在NCTUns软件中进行了仿真实验以分析各因素对VANET网络性能的影响程度。仿真场景选择了较为常见的直线道路,并结合交通流理论设置了低、中、高三种不同车辆密度的宏观交通环境,在不同的道路环境下车辆通过双径传播模型广播周期性安全消息的传输范围从100m逐步扩大到300m,消息之间的传输间隔从100ms递增到500ms,通过评价服务质量(QoS),如吞吐量,丢包率,传输时延等多个指标,来分析不同情况下各车辆节点对周期性安全消息的接收性能。网络负载C与传输范围r、传输间隔t、车辆密度d,的关系可以表示为C=f(r,t,d),仿真结果显示,当车辆密度较大时调整传输范围和传输间隔对网络性能的影响更为显著,并且传输范围的调整能够持续对网络负载产生影响,而当传输间隔达到200毫秒之后调整一个步长对网络负载产生的影响较小。因此进行拥塞控制方案设计时,在车辆密度较大的情况下应首先通过缩短传输范围来有效减少通信范围内的车辆,再根据车辆对消息精度的要求调整传输间隔。本文的实验结果为车辆感知信道拥塞提供了依据,将作为近一步实现拥塞控制算法的前提和基础。

关键词：车载自组织网络网络容量限制拥塞控制周期性安全消息传输范围传输间隔车辆密度

基于Ad Hoc车载网络的数据传播（安全应用）的可靠性研究

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基于Ad Hoc车载网络的数据传播（安全应用）的可靠性研究

作者： John Sospeter 大连理工大学

学位级别：硕士

由于车辆的高速移动,移动网络拓扑会随着时间动态变化。因此,有越来越多的学者对VANET环境下的数据传播模式进行探讨。VANET的主要目标是为乘客提供安全舒适的出行环境。车联网中的应用分为安全应用和非安全应用。本文主要以安全的应用... 详细信息

由于车辆的高速移动,移动网络拓扑会随着时间动态变化。因此,有越来越多的学者对VANET环境下的数据传播模式进行探讨。VANET的主要目标是为乘客提供安全舒适的出行环境。车联网中的应用分为安全应用和非安全应用。本文主要以安全的应用为研究目标,它可以在意外发生之前为给驾驶员发出危险预警,为其提供反应时间,从而减少交通事故的发生。可以根据现有网络基础设施评估VANET中的数据传播。在此过程中,特别是在密集区域的信息传播可能导致严重的冗余,消息的冲突以及网络争用这个问题称为广播风暴问题。为了确保VANET中广播的可靠性,我们提出了一些设计广播协议来满足这些要求,以缓解上述问题。本研究提出了一种有效的自适应概率数据传播协议（EEAPD）,以确保基于城市VANET安全应用的广播数据传播的可靠性。EEAPD包括延迟方案和概率方法。冗余比率（r）度量用于解释重新转播概率决策中的路段与车辆密度之间的相关性。EEAPD协议的唯一性来自于考虑路段的数量来决定哪些节点适合重新广播消息。从仿真结果来看,EEAPD通过实现更高的可靠性来实现其总体目标,即通过提供更好的低端到端延迟来实现更好的高分组传送率和低分组丢弃率而不会使网络资源过载。所提出的新协议响应于适度部署并适应可扩展和稳健性特征,因为它仅通过考虑无信标策略而依赖于车辆到车辆（V2V）通信。本研究中提出的方法有模拟和理论分析方法。我们通过使用模拟验证我们的理论分析。本研究中的模拟使用NS3和“SUMO”的交通模拟器。

关键词：数据传播路段车辆密度安全信息应用广播风暴

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车载网中面向信标消息的退避算法研究

车载网中面向信标消息的退避算法研究

作者：肖皓月重庆邮电大学

学位级别：硕士

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)由移动自组织网络(Mobile Ad hoc Networks,MANET)技术发展而来,旨在通过车辆信息的交互来降低交通事故、减少交通拥堵。信标消息是车载网中最基本、最重要的消息类型,包含了车辆节点的... 详细信息

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)由移动自组织网络(Mobile Ad hoc Networks,MANET)技术发展而来,旨在通过车辆信息的交互来降低交通事故、减少交通拥堵。信标消息是车载网中最基本、最重要的消息类型,包含了车辆节点的行驶状态和通信状态等信息。由于车载自组织网络具有拓扑结构变化剧烈,车辆节点移动速度快、无线信道环境复杂等特点,难以保证高效可靠的信标消息广播,这使得车载网的整体网络性能下降。研究者针对这些特性进行了广泛且深入的研究,通过寻找信标消息广播机制的优化依据和优化方法来提高车辆节点的信标消息广播性能。本文对车载网络媒体访问控制(Media Access Control,MAC)层的退避机制进行了深入研究,详细分析了车载网络MAC层协议存在的问题。车载网的媒体访问控制层协议是基于IEEE 802.11修改而来,其问题在于车辆无法根据车辆密度动态调整退避策略,导致传输性能在高密度场景表现不佳。因此本文主要的研究工作如下:车辆密度是信标消息广播机制的优化依据之一,车载网中的车辆在获取周围的车辆密度后,能够根据车辆密度制定相应的退避机制。因此本文提出了一种车辆密度估算机制,车辆能够根据接收到的信标消息,建立和维护邻居节点信息表,并通过邻居节点表中的信息计算出车辆二跳范围内的邻居节点数。根据车辆的随机分布函数建立车辆密度估算模型,通过求取估算模型的最优解得到最佳估计密度。根据车辆密度估算机制得到的车辆密度,本文提出一种基于车辆密度的自适应退避方案。方案中提出了一种最佳初始窗口选择机制,使得车辆能通过车辆密度快速选择最佳初始窗口,以提高车辆在不同车辆密度下的通信效率。在此基础之上又设计了一种基于网络忙碌因子的退避算法,使得车辆在选择最佳初始窗口值后,能够根据网络状态进一步调整竞争窗口。仿真结果表明提出的方案在信标消息的接收率上有更优的表现,虽然其平均接入时延会有所上升,但整体时延仍小于广播周期。

关键词：车载自组织网车辆密度退避算法竞争窗口

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VANET中高效信息分发机制的设计与实现

VANET中高效信息分发机制的设计与实现

作者：时欣悦北京邮电大学

学位级别：硕士

随着智能交通的发展,VANET(Vehicular Ad Hoc Network,车辆自组织网络)受到了越来越多的关注。基于ICN(InformationCentric Network)的网络采用以内容为中心的转发机制,从本质上支持节点的移动性和组播,更加适合用于VANET环境。但ICN与V... 详细信息

随着智能交通的发展,VANET(Vehicular Ad Hoc Network,车辆自组织网络)受到了越来越多的关注。基于ICN(InformationCentric Network)的网络采用以内容为中心的转发机制,从本质上支持节点的移动性和组播,更加适合用于VANET环境。但ICN与VAENT的结合也会产生一些新的问题:无线环境下数据包的传输会引发大量的转发包,从而引发信道的冲突甚至广播风暴。但VANET拓扑结构频繁变化会导致链路的中断,若过度减少转发包数量会造成较低的数据请求成功率。同时,车联网中车辆密度变化频繁,环境的变化会使选择合适的转发包数量更加不易。本论文的目的是实现ICN在VANET中的应用,设计一个高效信息分发机制,达到在不同的车流量环境中都能用尽可能少的转发包和较短的时间完成用户的数据请求。具体地,本文所提出的信息分发机制综合考虑了下述问题:1、论文从抑制广播风暴和信道冲突的角度,提出了延时等待算法和基于地理位置的响应数据转发算法,减少了转发包的数量节约了带宽。2、从提高请求成功率角度提出了角度抑制算法,保证了关键路径的可达性。3、从适应环境变化角度设计了密度感知算法,实时测量车辆密度并根据密度来动态调整路由以自适应不同的车流量环境。4、本文还设计了 GUI可视化界面。用户可以通过其对不同类型的信息设置相应的优先级,充分利用有限的带宽使优先级高的内容优先转发,增强了系统的可扩展性和灵活性。最后,论文通过OpenStreetMap和SUMO工具生成车辆移动模型,然后利用ndnSIM仿真平台进行了仿真实现和性能验证,评估了请求成功率、分组丢失率、网络吞吐量、往返时延和跳数等性能指标。结果表明本文的设计方案能有效地提高VANET中信息分发的效率。

关键词：车辆自组织网络信息中心网络信息分发机制角度抑制车辆密度

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面向车载自组织网络中紧急消息传输机制研究

面向车载自组织网络中紧急消息传输机制研究

作者：秦笙重庆邮电大学

学位级别：硕士

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)利用无线通信网络技术构建高效智能交通系统,能够提高道路交通的安全与效率。VANET提供的安全类应用用于保障安全消息的快速可靠传输,尤其是由交通事故、道路塌方等交通异常事件引起的... 详细信息

车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)利用无线通信网络技术构建高效智能交通系统,能够提高道路交通的安全与效率。VANET提供的安全类应用用于保障安全消息的快速可靠传输,尤其是由交通事故、道路塌方等交通异常事件引起的紧急消息。由于单个车辆传输范围有限,需要中继节点对紧急消息进行转发,因此要利用多跳广播技术,本文针对多跳广播技术中的中继节点选取开展研究,旨在提高紧急消息传输的可靠性与消息传输效率。由于车辆的高速移动性,车辆获取到周边邻居车辆节点的消息具有滞后性,使得其难以精确判断周边车辆情况,本文将结合模糊逻辑在处理不精确消息方面的优势,提出一种基于模糊逻辑的中继节点选择机制。该机制综合考虑了车辆的覆盖范围、信道忙闲比以及移动因素,通过建立合适的模糊推理规则来得到车辆作为中继节点的转发优先级,车辆将转发优先级最大的邻居车辆节点作为下一跳的中继节点,有效降低了中继节点的数目。仿真结果表明,相较于现有的广播方案,本文所提方案的分组投递率、平均一跳时延以及中继节点比例方面具有更好的性能。在车辆处于密集地区的交通拥堵路段,对基于模糊逻辑的中继节点选择机制进行相应的优化,使其在交通拥堵状态下依然保持良好的性能。为了使紧急消息传输无论在交通畅通还是拥堵路段都能快速可靠的传输,提出一种基于车辆疏密状态的中继节点选择机制,保障了紧急消息在不同车辆密度下传输的可靠性与时效性。仿真结果表明,相较于现有的广播方案,本文所提方案能够适应不同车辆密度下的环境,在分组投递率、平均一跳时延、中继节点比例以及广播冗余方面具有更好的性能。

关键词：车载自组织网络紧急消息模糊逻辑车辆密度

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城市环境中车载自组织网络路由算法研究

城市环境中车载自组织网络路由算法研究

作者：贾梦芳重庆邮电大学

学位级别：硕士

车载自组织网络中车与车及车与路边基础设施之间的通信是通过短距离通信技术来实现的,它是一种特殊形式的移动自组织网络。但与传统的移动自组织网络相比,又有其独特的特点,如车辆节点快速移动、拓扑结构频繁变化、对端到端的时延要求... 详细信息

车载自组织网络中车与车及车与路边基础设施之间的通信是通过短距离通信技术来实现的,它是一种特殊形式的移动自组织网络。但与传统的移动自组织网络相比,又有其独特的特点,如车辆节点快速移动、拓扑结构频繁变化、对端到端的时延要求严格等,这些给车载自组织网络路由算法的设计带来很大的挑战。车载自组织网络主要有两种应用场景:高速公路和城市环境,城市环境中高大的建筑物、道路的规划等使得车载自组织网络的通信环境更加复杂。因此,如何结合城市环境中车载自组织网络的特点设计出稳定、高效的路由是目前对车载自组织网络研究的一个重点。本文首先介绍了与车载自组织网络相关的基本概念,然后对已有的车载自组织网络路由算法进行了分类介绍并分析了它们的优缺点。结合城市环境的特点,针对城市环境中,现有路由算法没有考虑路段上车辆节点的密度及其分布和全局信息的问题,本文给出一种基于城市环境路况信息的路由算法TIR,该算法通过计算各路段上车辆节点密度的标准差来衡量路段上车辆的分布是否均匀,通过分析路由中所有路段和十字路口的性能考虑全局信息,从而选出最优路径进行数据传输。仿真结果表明,与现有路由算法相比,TIR算法有效地提高了数据分组投递率,降低了端到端的平均时延。其次,本文针对城市环境中有些消息对端到端时延的严格要求,给出一种实时性的路由算法RRP。该算法通过设置终端十字路口的机制,建立了计算路段时延和十字路口处等待时延的模型。在选择下一个十字路口时,在考虑了局部路段时延的同时还考虑了相邻十字路口到达目的节点终端十字路口的全局时延,从而动态地选择出每个最优的十字路口,构成时延最短的路径进行数据传输。仿真结果表明,与现有路由算法相比,RRP算法有效地提高了分组投递率,降低了端到端的平均时延和网络开销。

关键词：车载自组织网路城市环境路由算法车辆密度