车载Ad hoc网络中基于位置的路由协议研究

论文摘要

作为智能交通系统重要基础之一的车载Ad hoc网络,其设计目标是为车辆提供一个移动通信平台,从而提高交通效率,降低交通事故发生率,使旅行者能非常方便快捷地接入互联网。在车载Ad hoc网络中,每一个车辆节点都具有终端和路由的功能,它们要完成发现和维护从本节点到网络中其它节点的路由。但车载Ad hoc网络也有其特殊的局限性,如有限的带宽、不断变化的网络拓扑结构、链路易受干扰以及链路的有限传输范围等特性。因此设计快速动态高效的路由协议就成了研究车载Ad hoc网络主要任务之一。基于位置的路由协议由于其在数据传输过程中无需建立、存储和维护路由表,也无需广播路由更新信息。因此这类路由协议能够很好地应用到网络规模大以及网络拓扑结构变化快的场景中,其主要包括位置服务和分组转发策略两方面,其中位置服务用于获取目的节点的位置信息,基于位置的路由协议通过使用位置服务提供的目的节点位置信息能够有效地路由分组至目的节点。本文深入研究和分析了车载环境下基于位置的路由协议和位置服务机制,找出移动Ad hoc网络中位置服务机制用于车载Ad hoc网络中存在的问题,并提出了相应的位置服务机制。本文主要完成了以下工作:第一,通过阅读国内外相关文献,阐述了车辆间通信研究的背景、意义和无线通信技术的发展状况,分析了车辆间通信当前所面临的挑战和发展趋势,综述了国内外已提出的适用于车载Ad hoc网络的路由协议,并深入研究和分析了车载Ad hoc网络中基于位置的路由协议以及位置服务机制。第二,使用网络仿真工具NS-2对基于拓扑结构的路由协议AODV、DSR和基于位置的路由协议GPSR协议进行了仿真。通过对仿真实验数据的分析和比较得出如下结论,在相同的网络环境下,节点的移动速度对AODV和DSR的网络性能影响较大,对基于位置的路由协议GPSR网络性能影响较小,并且GPSR在分组丢包率、平均端到端时延和网络吞吐量方面都是最优的。第三,提出了一种新的适用于车载Ad hoc网络的位置服务机制—道路交叉路口位置服务机制ILSV。ILSV充分利用了车载网络环境的特点如存在十字路口,受交通规则约束等,将网络中节点的位置信息分布地存储在位于十字路口的位置服务器上。当位于十字路口的位置服务器离开十字路口时,将其所持有的车辆节点位置信息表广播给该十字路口的其它位置服务器。各十字路口按照一定的算法选择一个最优节点定期发送位置信息组更新分组交换车辆节点位置信息表。第四,在网络仿真平台NS-2下实现了位置服务ILSV,将其与基于位置的路由协议如无状态路由协议GPSR进行整体融合,并进行了大量的仿真实验。在大规模城市仿真场景下的仿真结果表明,与GLS和HLS相比,ILSV获得较高的查询成功率和较低的查询时延,并且在网络半径很大的情况下具有较优的可缩放性。第五,对交通仿真平台SUMO进行了二次开发生成用于车载网络仿真的城市场景文件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 车辆间通信国内外研究现状
• 1.3 车载Ad hoc 网络路由协议研究现状
• 1.3.1 适用于VANET 的MANET 路由协议
• 1.3.2 基于位置的路由协议
• 1.3.3 延时可容忍网络路由协议
• 1.3.4 服务质量路由协议
• 1.3.5 基于地图的路由
• 1.4 本文主要工作
• 1.5 章节安排
• 1.6 本章小结
• 第二章 车载 Ad hoc 网络架构
• 2.1 MANET 和VANET 简介
• 2.2 车载Ad hoc 网络体系结构
• 2.2.1 层次化设计
• 2.2.2 一体化设计
• 2.2.3 合理的VANET 网络体系结构
• 2.3 IEEE VANET 网络体系结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于位置的路由协议
• 3.1 基于位置的路由协议概述
• 3.2 基于位置的路由协议关键技术
• 3.2.1 信标机制
• 3.2.2 贪婪转发
• 3.2.3 边界转发
• 3.2.4 平面图
• 3.2.5 位置服务
• 3.3 基于位置的路由协议GPSR 工作机制
• 3.4 VANET 中对GPSR 的改进机制
• 3.5 基于位置与基于拓扑结构路由协议性能比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 一种新的适用于 VANET 的位置服务机制
• 4.1 位置服务机制概述
• 4.2 道路交叉路口位置服务机制的提出
• 4.2.1 十字路口位置的确定
• 4.2.2 位置更新
• 4.2.3 簇首节点相互交换车辆节点位置信息表
• 4.2.4 位置查询
• 4.3 位置服务仿真模块的架构与实现
• 4.3.1 位置服务分组结构及相关数据结构的定义
• 4.3.2 位置服务数据分发过程
• 4.3.3 GPSR 和ILSV 整体融合
• 4.3.4 系统详细设计
• 4.4 城市场景下的性能仿真
• 4.4.1 车载网络仿真环境简介
• 4.4.2 仿真及性能分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结及展望
• 5.2 后续研究工作
• 5.3 本章小结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目