车载自组网数据分发研究

论文摘要

车载自组网具有大规模、动态多变拓扑、网络环境干扰大、移动受限等特点，这些对网络的应用提出了很大挑战，因此研究车载自组网具有重要的意义。本文研究车载自组网中数据分发，针对基础设施处因大量节点请求信息服务和车辆高速运动，造成节点信息请求得不到服务，或因离开基础设施造成信息接收不完整的问题，结合当前研究进展，提出基于网络编码的数据分发算法。此外，为解决数据分发中因复杂道路拓扑引发广播可靠性低的问题，提出了一种高效的广播算法。首先，结合WAVE（Wireless Access for Vehicular Environment）在车载自组网中应用，从数学角度分析了路边单元RSU（Roadside Unit）的服务能力参数，并进行了仿真实验，验证了在车载环境中由于大量车辆请求服务、车辆高速移动、信道频繁切换等因素，使得车辆在RSU服务区域服务质量得不到保证。其次，为解决上述问题，提出了基于网络编码的数据分发算法。结合车载自组网中节点集群运动特点，由多个节点选举出代理节点，代理节点携带多个节点的服务请求。在RSU服务区域，代理节点代理群组内节点请求服务，其余节点抑制服务请求。针对信息接收不完整，应用V2V（Vehicle to Vehicle）进行转发，由角色节点提供信息服务，节点间相互交换信息表，角色节点维护多个节点的请求信息，形成角色节点到多个节点的多播；基于最大距离可分码和节点的转发节点集求得最小有限域，从最小有限域选取非零元素建立编码系数矩阵，进行编码发送。仿真结果表明，算法在接收率、丢包率等方面具有良好的性能。最后，为解决信息分发中因复杂道路拓扑引发广播可靠性低问题，提出一种可靠的广播算法。基于距离机制选择中继节点，实现多跳广播，并在不同节点密度情况采取不同选择策略。结合节点的位置信息与移动方向将节点分为前向与后向前向和后向两类，在十字路口处，将节点进一步分类，前向节点与后向节点均被分为两类，保证消息在同类节点得到传输。针对通信空洞问题，采用携带转发策略解决，节点主动探测通信空洞的发生，并在验证消息发送方向上有节点进入通信范围的情况下，再次广播消息。仿真实验表明，算法在数据包延时、数据包成功发送率以及发送单一数据包平均负荷等方面具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源
• 1.3 车载自组网
• 1.3.1 车载自组网特点
• 1.3.2 车载自组网应用
• 1.3.3 国内外研究现状
• 1.3.4 车载自组网数据分发
• 1.4 选题背景及意义
• 1.5 本文主要工作
• 1.6 本文组织结构
• 第2章 相关研究
• 2.1 单播
• 2.2 多播（Geocast）
• 2.3 广播
• 2.3.1 单跳广播
• 2.3.2 多跳广播
• 2.4 网络编码概述
• 2.4.1 线性网络编码
• 2.4.2 多速率码构造算法
• 2.4.3 部分网络编码构造算法
• 2.4.4 网络编码应用
• 2.5 小结
• 第3章 WAVE 系统在车载自组网中应用研究
• 3.1 WAVE 简介
• 3.1.1 WAVE MAC
• 3.1.2 信道切换机制
• 3.1.3 WAVE 信道接入机制
• 3.2 车载自组网 WAVE 应用
• 3.2.1 RSU 服务分析
• 3.3 结论
• 第4章 基于网络编码的数据分发算法
• 4.1 引言
• 4.2 问题分析
• 4.3 RSU 区域服务
• 4.3.1 代理节点选举
• 4.3.2 群组维护
• 4.3.3 RSU 服务
• 4.4 V2V 数据分发
• 4.4.1 信息发现
• 4.4.2 随机网络编码
• 4.4.3 V2V 数据分发实现
• 4.5 仿真实验
• 4.5.1 仿真工具简介
• 4.5.2 仿真实现
• 4.5.3 仿真结果分析
• 4.6 结论
• 第5章 可靠的车载网广播算法
• 5.1 问题描述及相关定义
• 5.2 中继节点选举
• 5.2.1 节点密度密集
• 5.2.2 节点密度稀疏
• 5.2.3 通信空洞问题
• 5.3 EBV 算法实现
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 EBV 仿真实现
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文与参与科研项目