基于车间通信的紧急救护辅助系统研究

论文摘要

车间通信技术近年来已成为各国研究的热点,其主要应用于解决道路交通安全问题。随着城市化的进展,交通拥挤和交通事故频发一直是影响道路交通安全的主要问题。许多紧急事故由于没有得到及时的救护而造成人员伤亡,最主要的原因是呼救和救护车到达不及时等。因此,交通事故发生后如何实施有效的紧急救护并防止交通拥堵至关重要。本文将先进的车间通信技术应用到紧急救护方面,设计基于车间通信的紧急救护辅助系统,其目的是对紧急事故实施有效救护,同时避免救护车执行紧急救护行为时造成二次碰撞以及避免交通拥堵。本文研究分析了车间通信的相关广播标准和机制,介绍了车用自组网VANET的主要特征、网络架构,研究了车间通信的通信标准,主要分析了DSRC/IEEE802.11p标准物理层和MAC层协议,并详细分析了对于车间通信高流动性的适应性。基于DSRC/IEEE802.11p无线通信网络协议标准提出了一种调变式紧急信息主动广播机制,通过该机制可以使救护车依照行车速度来调变广播频率及时通知临近车辆,让临近车辆可以准确获悉救护车的动向做出正确的避让,并筛选出紧急信息广播代理车辆来扩大紧急信息的传递范围。此外还设计了车间无线通信信道传播模型,同时对所提出的传播模型进行了差错率分析。系统利用全球定位系统GPS和地理信息系统GIS,基于真实地理交通信息,通过开源微观交通仿真软件SUMO提取真实电子地图的路网文件,对典型交通场景进行相关仿真。在此基础上,结合所设计的广播机制和信道模型在典型真实场景下,通过无线网络仿真器NS-2仿真分析了AODV和DSDV路由协议的性能,通过对比,得出AODV路由协议更适合于紧急救护的车间通信。因此,在对所设计系统做无线通信性能仿真时采用AODV路由协议,通过TraNS软件将交通仿真软件SUMO和网络仿真软件NS-2整合起来,基于真实交通场景仿真分析系统性能,得出最佳的紧急救护辅助系统。本文所设计的紧急救护辅助系统可以使意外紧急事故得到高效及时救护,减少意外事故死亡率,提高紧急救护效率,有效地疏散交通拥堵情况,最终达到完善紧急救护体系的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 车间通信国内外研究现状及应用
• 1.3 车间通信在紧急救护中的应用研究
• 1.4 本文研究主要内容
• 2 系统整体设计和交通场景仿真
• 2.1 系统整体设计
• 2.2 基于真实地图的交通场景仿真
• 2.2.1 GPS和GIS系统概述
• 2.2.2 交通场景仿真工具和方法
• 2.2.3 SUMO仿真方法
• 2.2.4 交通场景仿真
• 2.3 本章小结
• 3 基于车间通信的紧急信息广播机制
• 3.1 车用自组网研究
• 3.1.1 车用自组网VANET主要特征
• 3.1.2 车用自组网网络架构
• 3.1.3 车用自组网广播研究
• 3.2 车间通信协议标准及相关技术
• 3.2.1 IEEE 1609系列标准
• 3.2.2 DSRC/IEEE 802.11p标准
• 3.2.3 DSRC/IEEE 802.11p物理层及对车间通信高流动性适应性研究
• 3.2.4 DSRC/IEEE 802.11p的MAC协议
• 3.3 车间通信广播机制
• 3.3.1 车用无线通信机制
• 3.3.2 Geocast广播机制
• 3.3.3 Manycast广播机制
• 3.3.4 一种紧急信息主动广播机制
• 3.4 本章小结
• 4 紧急救护系统通信信道模型的设计
• 4.1 车间通信信道研究进展
• 4.1.1 车间通信信道测量研究
• 4.1.2 车间通信信道建模研究
• 4.2 应用于紧急救护辅助系统的车间通信信道模型设计
• 4.3 典型场景下的无线传播信道模型建模
• 4.4 系统信道模型的差错率分析
• 4.5 本章小结
• 5 典型交通场景下的无线通信仿真分析
• 5.1 系统无线通信仿真
• 5.1.1 交通网络仿真环境TraNS
• 5.1.2 网络仿真软件NS-2
• 5.1.3 仿真参数设置
• 5.2 相关路由协议分析
• 5.2.1 路由协议
• 5.2.2 不同路由下仿真结果分析
• 5.3 十字交叉路口场景仿真
• 5.3.1 十字交叉路口交通场景设置
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.4 高速公路场景仿真
• 5.4.1 高速公路交通场景设置
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢