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车载Ad hoc网络中基于车辆流密度的GPSR协议的改进研究

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车载Ad hoc网络中基于车辆流密度的GPSR协议的改进研究

作者：王志刚吉林大学

学位级别：硕士

车载Ad hoc网络是移动自组织网络的一个具体应用，具有很多移动自组织网络的特点。在车载Ad hoc网络中，网络的建立不依赖任何固定的网络设施，所有车辆节点地位相同并根据某些特定协议自发组网，车辆节点的快速移动使得网络拓扑结构频... 详细信息

车载Ad hoc网络是移动自组织网络的一个具体应用，具有很多移动自组织网络的特点。在车载Ad hoc网络中，网络的建立不依赖任何固定的网络设施，所有车辆节点地位相同并根据某些特定协议自发组网，车辆节点的快速移动使得网络拓扑结构频繁变换。设计出符合上述网络特点的路由协议，能有效保证车载Ad hoc网络良好的通信性能。本文重点研究了车载Ad hoc网络中基于位置的路由协议，典型代表是GPSR协议，内容包括位置服务和数据包转发。其中，数据包转发又分为贪婪转发和周边转发。GPSR协议通常应用贪婪转发来选择下一跳，当局部最优化现象发生时，启动周边转发选择下一跳，综合这两种转发方式完成路由的建立。为了设计出适合实际场景的车载Ad hoc网络路由协议，应用贴近真实交通场景的车辆节点移动模型是必要的。车辆移动Ad hoc网络模拟器（VanetMobiSim）能够生成贴近真实场景的车辆移动模型，本文就是基于VanetMobiSim做的研究。本文认为传统的GPSR协议只考虑了位置因素，而忽略了方向因素和速度因素，也没有考虑障碍物对无线电波的阻碍作用和交通流密度对通信链路连通性的影响。针对交通流密度的影响，本文引入了车辆流密度的概念，并论证了车辆流密度的临界值，接下来研究了一种基于车辆流密度的路网模型。综合以上因素，提出一种基于车辆流密度的GPSR协议的改进方案，该方案包括宏观定向算法、微观转发算法和邻居列表维护。宏观定向算法就是根据各个路段的车辆流密度为数据包选择一条从源节点到目的节点的最佳传输路径，从而避免了车辆流密度对通信链路连通性的影响;微观转发算法规定，当数据包被转发时，尽量在已选路段的上空避开障碍物进行传输，即当数据包由一个路段被传到另一个路段时，尽量选择交叉路口处的车辆节点作为中间节点，从而避免交叉路口处的障碍物的阻碍作用，并且选择驶向宏观定向算法所选的下一交叉路口的车辆节点作为下一跳;邻居列表维护，就是通过位置预测算法对处在危险区的车辆节点进行位置预测，根据预测结果删存邻居节点。本文应用VanetMobiSim和NS2搭建了仿真实验平台，分别对传统的GPSR协议和改进的GPSR协议进行仿真。仿真实验结果表明，与传统的GPSR协议相比，改进的GPSR协议数据包分组投递率有一定程度的提高，但其端到端的平均传输时延稍大。因此，改进的GPSR协议适用于对可靠性要求较高、而对实时性要求相对较低的车载自组织网络。

关键词：车辆流密度宏观定向微观转发 GPSR协议车载Ad hoc网络

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多接口无线Ad Hoc网络路由技术研究

多接口无线Ad Hoc网络路由技术研究

作者：邵逸飞南京邮电大学

学位级别：硕士

传统的单接口无线Ad Hoc网络越来越不能满足通信需求,多接口网络逐渐成为研究热点。单接口路由技术虽然在适配后也可以应用于多接口网络中,但是无法充分利用节点的多接口网络资源,所以需要设计新的多接口路由技术。同时,由于定位技术日... 详细信息

传统的单接口无线Ad Hoc网络越来越不能满足通信需求,多接口网络逐渐成为研究热点。单接口路由技术虽然在适配后也可以应用于多接口网络中,但是无法充分利用节点的多接口网络资源,所以需要设计新的多接口路由技术。同时,由于定位技术日趋成熟,节点能够更便捷地获取自身位置信息,使基于位置的路由得到广泛应用,贪婪周边无状态路由（Greedy Perimeter Stateless Routing,gpsr）就是一种经典的基于位置的路由协议。本文基于GPSR协议,设计了基于位置的多接口无线Ad Hoc网络路由协议。首先,设计了多接口贪婪周边无状态路由（Multi-Interface Greedy Perimeter State Routing,MI-gpsr）协议。该协议的设计目标是,利用节点的多接口网络资源,根据当前拓扑状态,自适应调整传输模式,使用多个无线接口同时传输数据包,以提升传输效率。当前节点在转发数据包时,先对各邻居节点进行地理位置和链路可靠性等方面的性能评估,然后自适应地选择负载均衡传输或普通传输。仿真结果表明,MI-GPSR协议可以降低丢包率,提升网络吞吐量。其次,针对路由空洞问题,设计了基于空洞处理的多接口贪婪周边无状态路由（MultiInterface Greedy Perimeter State Routing based on Hole Processing,MI-gpsr-HP）协议。该协议在MI-GPSR协议的基础上对路由空洞问题做出进一步处理,提出一种空洞避免算法,防止数据包被转发到已知的空洞区域。接着,提出一种多接口空洞绕出算法,通过左右手法则并行传输的方式,让数据包更快转发出空洞区域。仿真结果显示,当节点密度较低时,MI-gpsrHP协议的丢包率和平均端到端时延低于MI-GPSR协议。最后,设计并实现了基于OpenWrt的MI-gpsr-HP路由协议。在分析了Open Wrt的软件架构和Linux分组路由转发模块后,确定了MI-gpsr-HP协议在系统中的位置,然后按照功能将MI-gpsr-HP协议划分成不同模块,包括Netfilter模块、输入输出模块、MI-gpsr-HP算法模块、MI-gpsr-HP线程模块和MI-gpsr-HP持久模块。测试结果显示,MI-gpsr-HP协议可以成功运行在OpenWrt系统中,符合预期。

关键词：无线Ad Hoc网络路由协议多接口 GPSR协议路由空洞

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车载自组织网络中路由协议的研究及算法改进

车载自组织网络中路由协议的研究及算法改进

作者：刘欣南京林业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,车辆需求变大,由此引发的交通问题成为了社会关注的重点。车载自组织网络VANETs(Vehicular Adhoc Networks)是智能交通系统的基础之一,它为车辆提供了一个高速变化和移动的通信网络,可以有效预防交通事故、提升交通效率... 详细信息

随着社会的发展,车辆需求变大,由此引发的交通问题成为了社会关注的重点。车载自组织网络VANETs(Vehicular Adhoc Networks)是智能交通系统的基础之一,它为车辆提供了一个高速变化和移动的通信网络,可以有效预防交通事故、提升交通效率,其网络拓扑结构变化频繁、带宽有限的特性对车载网路由协议提出了更高的要求。本文首先介绍车载自组织网络的研究背景和国内外研究现状,接着对车载自组织网络中具有代表性的路由协议进行分类和比较,随后分析目前最热门的基于地理位置的路由协议——贪婪周边无状态路由gpsr(geographic perimeter stateless routing),结合路网模型分析其缺陷并提出了一种优化改进的VANETs路由协议——DATD协议,其主要研究内容如下:(1)VANETs路由协议设计的目标是利用最少的网络资源来实现最短的通信时间,本文提出的DATD路由协议中设计出一种综合权值LWF(link weight function)算法用于评估下一跳候选节点,除了将目标节点与邻居节点之间的距离作为下一跳节点选择的路由决策准则,还考虑将邻居节点的运动角度、链路生存时间、车流密度三种新的度量引入基于权值算法的贪婪转发策略中,从而达到增加链路可靠性、降低传输时延的目的。(2)结合实际交通场景中的特点,将车辆节点分为道路节点与路口节点,设计出一种基于层次分析法的权重占比分配策略,并且结合权值算法设计出一种路口节点优先的节点转发算法,从而优化障碍物对数据转发的负面影响,根据源节点以及邻居节点的类型采用不同权重占比的权值算法去寻找最优节点,提高了链路质量。(3)针对传统gpsr路由协议中基于右手法则的周边转发修复策略中存在的问题,设计出一种基于最小运动方向的路由修复策略,有效降低了算法的复杂度并且解决了路由空洞问题。将改进后的贪婪转发策略与修复策略相结合,有效提高了路由性能。最后,本文通过NS2网络仿真与SUMO交通仿真的联合仿真,实现实际交通场景的仿真和路由协议的设计。在三种仿真场景下,通过改变节点数量、恒定比特率(CBR,con stant bit rate)以及节点最大移动速度,从数据分组投递率和平均端到端时延对DATD路由协议的性能进行评估,并与传统的GPSR协议和GPCR协议进行比较。研究结果表明DATD路由协议在数据包分组投递率和平均端到端时延等性能优于GPSR协议和GPCR协议。

关键词：车载自组织网络 GPSR协议权值算法 SUMO NS2

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基于隐马尔可夫模型的高速公路路由算法

信息通信技术 2024年第1期18卷 64-72页

作者：周德宇袁学松昆明理工大学昆明650500 安徽机电职业技术学院芜湖241000

在VANET高速公路场景中,由于车辆高速运动导致车辆和车辆、车辆和RSU之间所构成的网络拓扑频繁改变,使得绝大多数路由协议需要及时更新自己的邻居表来指定路由。针对邻居选择错误会导致数据不断重发、传输时延高且不可靠等现象,文章提出... 详细信息

在VANET高速公路场景中,由于车辆高速运动导致车辆和车辆、车辆和RSU之间所构成的网络拓扑频繁改变,使得绝大多数路由协议需要及时更新自己的邻居表来指定路由。针对邻居选择错误会导致数据不断重发、传输时延高且不可靠等现象,文章提出SDN-NDHM算法解决邻居选择错误的问题。算法利用典型的gpsr算法思想,运用HMM来预测高速运动节点的下一时刻位置信息,并且利用SDN来修正预测值、集中管理和调度网络资源。通过MATLAB的仿真实验表明,该算法与经典的gpsr改进算法相比能更好判断车辆节点的加入和离开,并且拥有更好的平均邻居正确率和更高的吞吐量。

关键词：车载自组网 GPSR协议隐马尔科夫模型软件定义网络平均邻居发现错误率吞吐量

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一种基于路侧装置修正的遗传VANET算法

重庆科技学院学报（自然科学版） 2022年第6期24卷 49-54页

作者：朱正国安徽城市管理职业学院信息技术学院合肥230011

为了解决车载自组网(VANET)中高速公路场景下拓扑频繁改变而导致的车辆节点丢失等问题,提出了一种基于遗传算法(GA)的高效邻居发现方法。利用GPSR协议,在VANET中运用GA预测高速运动节点下一时刻的位置信息,通过路侧单元计算并修正权重,... 详细信息

为了解决车载自组网(VANET)中高速公路场景下拓扑频繁改变而导致的车辆节点丢失等问题,提出了一种基于遗传算法(GA)的高效邻居发现方法。利用GPSR协议,在VANET中运用GA预测高速运动节点下一时刻的位置信息,通过路侧单元计算并修正权重,以确定第一邻居。仿真实验证明,相较于FL-QN和gpsr-2P,本算法具有更高的数据包传递率、更低的端到端延迟和更高的吞吐量。

关键词： VANET网络 GPSR协议遗传算法路侧单元

基于车载自组织网的路况信息获取与路径规划算法研究

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基于车载自组织网的路况信息获取与路径规划算法研究

作者：霍钰昕电子科技大学

学位级别：硕士

随着城市现代化进程的不断推进,我国汽车保有量逐年上升,这为国民生活带来便利的同时也导致城市交通问题日益凸显,智能交通系统ITS(Intelligent transportation system)应运而生。智能交通系统结合了计算机通信和自动化技术,将人、路网... 详细信息

随着城市现代化进程的不断推进,我国汽车保有量逐年上升,这为国民生活带来便利的同时也导致城市交通问题日益凸显,智能交通系统ITS(Intelligent transportation system)应运而生。智能交通系统结合了计算机通信和自动化技术,将人、路网和车辆三者融合成一个协同的信息共享与控制系统,可以提供全方位的信息采集、大规模共享以及自动化管理服务。在智能交通系统中,如何提升交通路况的实时监测和车辆路径规划这两个环节的效率和性能是当下的热门研究方向。本文首先研究了智能交通系统和车载自组织网的基本特点,指出将车载自组织网作为智能交通系统应用实现的载体是很好的选择。然后对移动自组织网中的各类路由协议进行分析与比较,结合应用需求给出了一种适用于城市交通场景下进行路况信息共享的改进的gpsr路由协议。车辆在行驶过程中根据一定的更新机制不断采集路况信息并通过自组织网进行共享。在车辆间通过自组网实现交通道路信息共享后,本文还设计了一种动态的STD-TTE路径规划算法。车辆每行驶到一个路口都会对当前路径是否为最优路径进行判断,当有新的最优路径时,则会切换后续行驶路线并将自身路线信息共享给路边单元。路边单元会根据收集的路况信息和车辆的后续行驶路线对其管辖范围内的车辆进行二次调度,使全局交通流量达到均衡,避免二次拥堵的形成。最后,利用网络仿真器NS(Network Simulator)和城市交通仿真器SUMO(Simulator of Urban Mobility),以真实地图为仿真场景,针对不同车辆密度的通信条件,对改进后的gpsr路由协议进行分组投递率、端到端时延和端到端跳数的仿真比较,同时使用SUMO针对不同车辆密度对STD-TTE动态路径规划算法进行仿真。将本文算法所得到的性能结果与经典算法进行对比分析可以发现,本文设计的路由协议在城市交通场景下有良好的适应性和优秀的性能,能够有效支持智能交通系统中的路况信息共享,本文设计的动态路径规划算法改善了交通路网的拥堵情况,使车辆行驶过程的流畅性得到有效提升。

关键词：车载自组织网实时路况 GPSR协议动态路径规划车流调度

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无人机自组网中贪婪周边无状态路由协议研究

无人机自组网中贪婪周边无状态路由协议研究

作者：上官艺伟西安邮电大学

学位级别：硕士

随着无人机技术的日益成熟及未来战场等多方面的需求,无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network,UAVANET)得到众多科研人员的广泛关注。但由于无人机节点高速移动,导致UAVANET拓扑结构变化过于频繁,链路也极易断裂,严重影响... 详细信息

随着无人机技术的日益成熟及未来战场等多方面的需求,无人机自组网(Unmanned Aerial Vehicle Ad Hoc Network,UAVANET)得到众多科研人员的广泛关注。但由于无人机节点高速移动,导致UAVANET拓扑结构变化过于频繁,链路也极易断裂,严重影响了UAVANET的性能。为建立更加可靠的通信,研究UAVANET路由协议成为该领域的重要课题之一。随着定位技术的迅速发展,无人机可方便地获取自身位置信息,使基于地理位置的路由协议被广泛应用在UAVANET中。贪婪周边无状态路由(Greedy Perimeter Stateless Routing,gpsr)协议作为典型的地理路由且简单高效,成为研究热点。但在高动态的UAVANET中,GPSR协议又会表现出频繁周边转发、邻居列表所维护的信息不够准确等问题。为解决以上问题,本文主要研究内容如下:首先,针对GPSR协议中周期性HELLO机制带来邻居节点位置不准确以及节点高速移动导致链路稳定性差的问题,提出一种基于移动预测和节点稳定性的GPSR协议(A gpsr protocol based on Mobile Prediction and Node Stability,gpsr-MPNS)。该协议引入失效节点筛选机制对邻居节点的位置进行预测,剔除邻居列表中已失效的邻居节点,降低失效节点对数据进行转发的概率。同时,综合考虑邻居节点与目的节点间的距离、链路生存时间和有效邻居节点数三个因素来选择下一跳转发节点,提高所选节点的稳定性,使所建链路更加可靠。其次,在提高GPSR协议中邻居节点位置信息精确性的同时,为避免所选节点成为空洞节点导致数据转发效率低,提出一种基于邻节点筛选的GPSR协议(A gpsr protocol based on Neighbor node Screening,gpsr-NS)。在该协议中,同样采用失效节点筛选机制,剔除邻居列表中已经失效的邻节点;再引入空洞节点筛选机制,剔除待定邻节点集中下一跳可能成为空洞节点的邻节点;之后,在有效邻节点集中,使用原始贪婪转发模式对数据进行转发。gpsr-NS协议通过提前避开邻居列表中的失效节点与空洞节点,提高邻居列表的有效性,进而提高数据包的转发效率。最后,以平均端到端时延、丢包率、路由开销和网络吞吐量为评价指标,在Ubuntu16.04+NS2.35仿真平台对gpsr-MPNS协议、gpsr-NS协议与现有的GPSR协议和MP-GPSR协议进行仿真比较。仿真结果表明,本文所提的两种协议均能有效降低UAVANET的平均端到端时延、丢包率和路由开销,并提高网络吞吐量。其中,gpsr-NS协议的性能优于gpsr-MPNS协议,能更好地适应高动态的UAVANET。

关键词：无人机自组网 GPSR协议移动预测邻节点筛选路由空洞

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城市场景下车载自组网路由算法的研究

城市场景下车载自组网路由算法的研究

作者：邓文伟兰州理工大学

学位级别：硕士

车载自组织网络为解决交通的拥堵问题、提高车辆驾驶的安全性、安全预警等方面提供了新的思路。在车载网络中,路由协议是核心技术。与传统的ad hoc网络相比,其具有很多的独特性。这也使得车载自组网路由协议的研究具有一定的难度。其中... 详细信息

车载自组织网络为解决交通的拥堵问题、提高车辆驾驶的安全性、安全预警等方面提供了新的思路。在车载网络中,路由协议是核心技术。与传统的ad hoc网络相比,其具有很多的独特性。这也使得车载自组网路由协议的研究具有一定的难度。其中,如何考虑车载自组织网络复杂的场景,是设计路由协议时亟需解决的一个问题。本文以城市环境为背景,对车载自组网路由协议和场景模型展开研究,完成了三点研究内容:1.传统的随机路点模型简单易用,但是不能反映较为真实的交通场景,对路由协议的性能评价缺乏一定的说服力。因此,本文以Vanet Mobisim交通流软件中的IDMM模型为基础,建立了能够反映真实车辆运动规律的场景模型。通过仿真,分析了该模型的可靠性,为后续路由协议的性能评价提供了网络载体。2.针对GPSR协议采用贪婪算法策略在城市场景中选择转发路径时易出现局部最优化的问题,本文提出一种改进的GPSR协议。该协议提出基于方向和密度辅助转发的路由转发策略。在新协议中,车辆可以获取路段的实时车流密度和其与目的节点的靠近程度,从而在多个路段中选择车流密度大且靠近目的节点的路段。仿真结果表明,改进后的GPSR协议在路由开销、路由延时、数据包转发成功率方面优于GPSR协议。3.针对城市场景中链路质量不稳定、路由转发易受车流密度影响的问题,本文提出了面向城市环境的角度矢量分簇选择协议(VAC-BNR,Vector-angle-cluster and bridge nodes-based routing)。该协议首先将道路划分十字路口区域和十字路口间的直线路段区域。在直线路段区域,依据车辆的移动方向,将车辆划分不同的簇群,再计算每个簇群内节点的效用值,然后依据效用值设置节点转发数据包的优先级;而在十字路口区域,计算车辆的稳定因子,其包含车辆与周围车辆的相对速度、距离信息。并选择最稳定的车辆作为十字路口区域的转发节点。与其他同类协议相比,该协议在低车流密度下的分组转发率明显提高,同时路由开销也得到了较好的控制。

关键词：车载自组织网络城市场景 GPSR协议贪婪算法角度矢量

城市街道场景下的车载自组织网络路由协议仿真与研究

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城市街道场景下的车载自组织网络路由协议仿真与研究

作者：吕晖浙江工业大学

学位级别：硕士

近年来随着生活水平的捉高,社会对车辆的需求也越来越大,由此引发的车辆剧增导致交通问题层出不穷。而随着智能产业化的升级和物联网技术的应用,越来越多的车辆也都开始配备智能化产品,这些产品有效的缓解了这些交通问题。车载自组织网... 详细信息

近年来随着生活水平的捉高,社会对车辆的需求也越来越大,由此引发的车辆剧增导致交通问题层出不穷。而随着智能产业化的升级和物联网技术的应用,越来越多的车辆也都开始配备智能化产品,这些产品有效的缓解了这些交通问题。车载自组织网络作为智能交通中车辆通信的载体,为这些产品的数据交换提供技术支持。由于车载自组织网络中的节点对应的是高速移动的车辆,因此传统的无线路由协议已经不能满足,本文的研究重点就是针对车载自网络的特点研究适合它的无线路由协议。本文首先从车载自组织网络的背景入手介绍它的功能框架和主要技术,接着对车载自组织网络研究中几种常见的无线路由协议进行分类介绍并分析各自的优劣。本文使用SUMO来创建城市街道场景,先是基于地图信息创建道路拓扑,在此基础上设置车辆行驶模型、跟随模型以及交通灯,使仿真场景更加贴近现实场景。论文选取gpsr为主要研究的车载路由协议,在分析其机制和实现方法的基础上,结合路网模型分析其不足并提出了改进方法。最后,论文通过SUMO联合NS2平台对改进的路由协议实现仿真,把移动的车辆节点移植到NS2中添加路由协议,通过计算AODV协议、GPSR协议、改进协议的数据包分组投递率、平均端到端的时延以及网络吞吐量等性能对上述协议进行了分析对比。研究结果表明本文改进的路由协议相比于GPSR协议在节点高速移动的情况下进一步提高了数据包传输的稳健性,更加适合车载自组织网络。

关键词：车载自组织网络 SUMO 路由协议 GPSR协议移动模型