面向无线车辆网络的可生存性技术研究

论文摘要

随着车辆的普及和移动Ad Hoc网络技术的不断发展,作为智能交通系统重要组成部分的车辆网络逐渐成为移动Ad Hoc网络中一个新兴的研究领域。车辆网络是由具有不同移动性能的车辆组成的无线网络,是一种特殊的移动Ad hoc网络。它对于车辆环境下的交通信息预警、车辆行驶协助、车辆之间通信和车辆Internet访问等方面具有良好应用前景。目前对车辆网络的研究主要集中在MAC协议、路由协议和网络安全等方面,同时车辆网络的性能研究也已逐渐引起了学术界和产业界的关注。车辆网络因无线特性,以及车辆的快速移动和网络分布范围大等特点,造成了它的脆弱性。研究车辆网络在遭受各种威胁的情况下,如何保持服务的持续提供,也就是保证车辆网络的可生存性显得非常重要。本文以车辆网络的可生存性为研究目标,建立了车辆网络可生存性模型,并针对提高可生存性的路由技术进行了研究。首先,介绍了车辆网络的应用和体系结构,并分析了车辆网络的特点。然后,根据车辆网络的特点和实际应用,分析了车辆网络的可生存性要素,给出了车辆网络的可生存性定义,分析了车辆网络的服务、威胁和策略,提出了一种基于马尔可夫链的平均可生存性模型,并通过模拟验证了该模型的正确性。理论和模拟都表明改善网络通信的质量可以有效提高系统的可生存性。在分析现有车辆网络路由协议的基础上,基于现有的路由技术AODV和VHRP,提出了一种更适合于城市车辆网络的路由协议——基于速度向量的位置预测路由协议VPRP,并通过实验验证了该协议改进了路由性能。VPRP在保证不增加丢包率的前提下,进一步降低平均传输延迟,从而保证了网络能够及时地提供服务。由于NS2不能生成模拟需要的交通场景,本文还设计并实现了一个场景产生器,产生了所需的交通场景。它的输出作为NS2模拟需要的场景文件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 车辆网络的研究意义
• 1.2 车辆网络的研究现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 车辆网络
• 2.1 车辆网络的应用
• 2.2 车辆网络的体系结构
• 2.2.1 节点
• 2.2.2 网络组成要素
• 2.3 车辆网络的特点
• 2.3.1 车辆网络的局部特点
• 2.3.2 车辆网络的整体特点
• 2.4 小结
• 第三章 车辆网络的可生存模型
• 3.1 车辆网络的可生存要素分析与定义
• 3.1.1 VANET 的可生存性要素分析
• 3.1.2 VANET 的可生存性定义与量化
• 3.2 车辆网络的可生存性建模
• 3.2.1 车辆网络的服务、威胁和策略分析
• 3.2.2 符号说明与假设
• 3.2.3 系统状态与可生存性量化
• 3.3 模拟与结果分析
• 3.3.1 模拟系统
• 3.3.2 单组参数下的理论值和模拟值
• 3.3.3 系统可生存性与威胁到达率
• 3.3.4 系统可生存性与用户满意度
• 3.4 小结
• 第四章 车辆网络可生存路由协议
• 4.1 自组网路由协议概述
• 4.2 自组网路由协议分类
• 4.2.1 先应式路由协议和按需路由协议
• 4.2.2 地理位置信息辅助路由协议
• 4.3 车辆网络路由协议研究
• 4.3.1 AODV 协议
• 4.3.2 VHRP 协议
• 4.4 基于速度向量的位置预测路由协议 VPRP
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 路由建立
• 4.4.3 数据结构
• 4.4.4 方向函数
• 4.4.5 距离变化函数
• 4.4.6 路由更新算法
• 4.5 模拟与结果分析
• 4.5.1 模拟场景
• 4.5.2 性能分析
• 4.6 小结
• 第五章 车辆网络的模拟
• 5.1 NS2 简介
• 5.1.1 NS2 基本原理
• 5.1.2 模拟的一般流程
• 5.2 运行脚本
• 5.3 场景产生器
• 5.3.1 场景描述
• 5.3.2 基于下一事件法的场景产生模拟器
• 5.3.3 模拟器的改进方案
• 5.4 小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果