基于信道传播模型的车载网V2X通信协议研究随着汽车工业及人工智能的加速发展,汽车在给人们生活带来方便与快捷的同时,也带来一些交通拥堵的问题。车载自组网(Vehicles Ad-Hoc Networks,VANETs)的相关技术作为智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)的最重要的部分,受到国内外研究者广泛关注。 VANETs主要任务是实现车辆与车辆之间(Vehicles to Vehicles,V2V)以及车辆与道路设施之间(Vehicles to Road Side Units,V2R)的信息交换。通过频繁的信息的交互,为实现道路上的无人驾驶提出了可靠的技术保障。 因此,在复杂的城市环境下设计性能良好的VANETs路由协议是本文的研究的核心问题。针对复杂多变的城市场景,本文提出一种改进的Nakagami-m信道传播模型来模拟环境的变化,将信息传输方式分为视距(Line of Sight,LOS)和非视距(Not Line of Sight,NLOS)两种传输方式。 在构建的城市信道模型的基础上,本文提出一种基于Nakagami-m中断概率的V2X通信协议(V2X Communication protocol based on Nakagami-m Outage Probability,VCNOP),其主要的工作优势有以下三点:(1)采用动态信标机制来进行车辆间信息的交互,其动态信标周期的大小与车辆的速度和车辆所在道路的密度两个因素有关,该机制有效的减少广播风暴的发生。(2)考虑基于路边基础单元(Road Side Units,RSU)辅助的路径选择机制,在传递信息时优先考虑RSU作为中继节点,借助RSU来提高车辆传递信息的准确性和实时性。 (3)在选择中继节点时考虑车辆与邻居节点的信道中断概率,相对速度,归一化的距离这三个因素,使用层次分析法来计算这三个影响因素的权重值,进而提高选出最优下一跳的概率。在仿真过程中,使用SUMO软件处理选择的真实场景的
摘要 车载自组织网络(VANET：vehicular ad hoc networks)是由车载节点、路边通信基础设施和服务器组成的自组织无线多跳网络。与传统的基础设施网络相比，车载自组织网络具有成本低、容易部署和操作的优势。另外从技术角度来看，车载自组织网络能够方便地为临近车辆建立实时或者非实时的短距离通信。车载自组网能够通过车辆信息（如车速、位置和方向等）以及路况信息（如拥塞情况、交通指示灯信息和道路实时状态等）的交互，提高车辆通行效率及安全性。车载自组网主要应用于智能交通系统中的安全预警、协助驾驶、分布式交通信息发布、基于通信的车辆控制及办公与娱乐化等方面。本文主要从车载自组织网络的背景、结构介绍、重难点和研究现状以及应用领域对VANET进行综述。 关键词：VANET 车载通信路由协议
目录 一、背景及意义 (4) 1.1 研究背景 (4) 1.1.1 国际动态 (4) 1.1.2 国动态 (4) 1.2 研究意义 (4) 1.2.1 降低事故率 (4) 1.2.2 提高交通系统效率 (4) 1.2.3 开发跨领域应用 (4) 二、网络结构与通信方式 (5) 2.1 车载自组网络结构 (5) 2.2 车载自组网通信方式 (5) 三、路由协议[5] (6) 3.1 单播路由协议 (7) 3.1.1 平面路由协议 (7) 3.1.2 基于分簇的路由协议 (7) 3.2 广播路由协议 (8) 3.3 地理组播路由协议 (8) 3.4 路由协议小结 (8) 四、车载自组织网络相关技术[7] (8) 4.1 物理层标准 (8) 4.2 MAC层[9] (9)
五、车载自组网络特点及研究难点 (10) 5.1 车载自组网特点 (10) 5.1.1 优点 (10) 5.1.2 缺点 (10) 5.2 研究难点 (11) 六、应用领域[10] (11) 6.1 主动安全应用 (12) 6.2 公共安全应用 (12) 6.3 改善驾驶应用 (12) 6.4 电子商务与移动娱乐应用 (12) 七、结语 (13) 八、参考文献 (13) 一、背景及意义 1.1研究背景 随着机动车的广泛发展，车联网发展迅速。其中，作为车联网的一个分支，车载自组织网络技术已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。 1.1.1国际动态 2003年,美国的联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。在该年的汽车通信标准化会议上，各国专家提出的车用自组织网络技术有望将交通事故带来的损失降低50％。2004年~2006年，MobiCom专门召开了3次专题研讨会讨论VANET。2005年,欧洲成立了车辆间通信联盟(Car2Car communication consortium)。日本也通过了两个车辆间通信标准。具体的研究项目有欧洲多国合作开展的Fleenet项目、德国的“Network on Wheels”、日本JSK领导的“Association of Electronic Technology for Automobile Traffic and Driving”，“Group Cooperative Driving”、美国的VII、美国马里立大学的TrafficView项目、法国多个研究机构合作开展的CIVIC等。 1.1.2国动态
移动自组网中避洞路由协议 移动自组网(Mobile Ad-hoc NETworks,MANETs)是一种没有基础设施支持的无线网络,具有多跳、无中心、自组织、可移动等特点,使得移动自组网组网方便、快捷,不受时间和空间限制,可应用于紧急救援、战场、探险、远距离或危险环境中的目标监控等场合,因而具有很广阔的应用前景。路由技术是移动自组网中的关键技术,也是影响网络整体性能的最主要的因素之一。由于节点的移动性,造成网络拓扑结构始终处于不稳定状态,使得在移动自组网中经常出现一片一片的无节点区域也就是所谓的洞。本文将在基于洞影子路由协议的基础上,对大规模移动自组网中的避洞的路由协议进行研究。本论文提出了一种基于洞椭圆化的避洞路由协议(HRR),其基本思想是在洞边界的节点首先利用右手规则绕洞转一圈,收集洞边界节点的信息,进而把洞规则化为一个椭圆,然后再把洞的信息向外广播,这样就可以解决洞经常引起的局部最优化问题。该协议与GPSR相比较也缩短了路径长度,降低了路由延迟。本论文还提出了一种基于锚点的避洞路由协议(GAR),该协议首先利用锚点发现算法进行锚点的发现,然后利用锚点路由算法建立任意相邻锚点之间的路径,进而可以直接利用贪婪算法进行数据转发,从而进一步在HRR算法的基础上缩短了路径。通过对上述的路由协议进行模拟仿真,结果表明,本文所提出的HRR路由协议和GAR能较好地解决局部最优化问题,在大规模的网络环境下,也能够取得良好的性能。 同主题文章 [1]. 于翔. 蔓延的网格' [J]. 微电脑世界. 2002.(19) [2]. 龚强. 关于网格特征的研究' [J]. 信息技术. 2004.(10) [3]. 曹仲霖. 悄然到来的网格浪潮' [J]. 互联网周刊. 2002.(04) [4]. 欣. 网格棋局' [J]. 软件世界. 2004.(02) [5]. 任浩. 规避网格泡沫' [J]. 信息系统工程. 2004.(01) [6]. 丁甲. 谁在旁观网格' [J]. 信息系统工程. 2004.(09) [7]. 刘玉昕,马小雨. 网格——信息技术的下一个浪潮' [J]. 郑州经济管理干部学院学报. 2004.(04) [8]. 网格' [J]. 科技广场. 2002.(05)
基于DSRC的车载自组网终端设计及性能测试 【摘要】利用低功耗X86平台和嵌入式Linux平台，设计了一种基于DSRC的车载自组网通信系统方案。介绍了系统的软硬件架构，并进行了软硬件的设计与实现，最后在城市视距场景和跨江大桥场景下对该系统进行了丢包率、吞吐量以及延时抖动的测试分析。 【关键词】车载自组网专用短距离通信IEEE802.11p 车载单元 doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2015.03.000 中图分类号：TN914.3 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2015）03- 引用格式：张东亮，李晓欢，叶进，等. 基于DSRC的车载自组网终端设计及性能测试[J]. 移动通信，2015，39（3）： Design and Performance Test of V ANET Terminal Based on Dedicated Short Range Communication ZHANG Dong-liang1，LI Xiao-huan1，YE Jin1，ZHAN Yi-wang2 （1.Guilin University of Electronic and Technology，Guilin 541004，China； 2.Guangzhou GCI Science Technology Co.，Ltd.，Guangzhou 510641，China）
[Abstract] A scheme of V ANET communication system based on dedicated short range communication （DSRC）on low-power X86 and embedded Linux platforms is designed in this paper. The software and hardware structures are introduced，and then software and hardware are designed and implemented. Finally，packet loss ratio，throughput，delay and jitter are tested and analyzed in the scenes of urban line-of-sight and river-spanning bridge. [Key words] V ANET DSRC IEEE 802.11p OBU 1 引言 随着无线通信技术和智能交通系统（Intelligent Transport System，ITS）的发展，以汽车为载体的通过无线网络连接的车载自组网应运而生。车载自组网（Vehicular Ad-hoc Network，V ANET）主要由车载单元（On board Unit ，OBU）和路边单元（Road Side Unit，RSU）基础设施构成，其架构如图1所示。目前对车载自组网技术的研究主要基于如下一些无线通信技术：专用短距通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）、LTE、3G/4G等。美国、日本、欧洲等国家和地区各自发布了适用于智能交通领域的DSRC通信标准[1]，1999年，美国联邦通信委员会（FCC）分配了5.9GHz频段作为DSRC的通信频段，将该频段划分为7个信道，包括6个服务信道和1个控制信道，分别用于安全和
2012-11-07 14:33 183人阅读评论(0) 收藏举报 与单跳的无线网络不同，自组网节点之间需通过多跳数据转发机制进行数据交换，每个节点都可能充当其它节点的路由器。无线信道质量的不规则变化，节点的移动、加入和退出等均会引起网络拓扑结构的动态变化。自组网路由协议的作用就是在这种环境中，监控网络拓扑结构的变更，交换路由信息，定位目的节点位置，产生、维护和选择路由，提供网络的连通性。路由协议是移动节点互相通信的基础。 常规的路由协议，如路由信息协议（RIP）[29]和开放式最短路径互连（OSPF）[30]是为有线网络而设计的，它们的拓扑结构相对固定，不会出现大的网络结构变化。自组网结构则是动态变化的，若仍使用常规路由协议，则将会在路由发现和维护上付出很大的代价，而全网路由也可能始终处于不收敛状态。除此之外，自组网不能采用常规路由协议还包含如下几种方面的原因： （1）自组网中主机间的无线信道可能是单向的； （2）若仍使用常规路由，则无线信道的广播特性将产生许多冗余链路； （3）常规路由协议路由信息的周期性广播更新报文会消耗大量的网络带宽。由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽相对有线信道要低得多。此外，考虑到竞争共享无线信道产生的碰撞、信号衰减、 噪音干扰、信道间干扰等多种因素，节点可得到的实际带宽是远远小于理论上的最大带宽值； （4）无线移动终端的局限性。移动终端在带来移动性、灵巧、轻便等好处的同时，其固有的特性，例如采用电池一类可耗尽能源提供电源，内存较小，CPU性能较低等要求路由算法简单有效，实现的程序代 码短小精悍，需要考虑如何节省能源等。而常规路由协议通常基于高性能路由器作为运行的硬件平台，没有上述的限制。 由于自组网路由协议对自组网的重要性，它便成了研究的一个热点。到目前为止，已经有相当多的标准和草案推出。当前提出的自组网路由协议可依两种标准进行分类，一是以触发时机进行分类，一是以网络拓扑结构进行分类。 2.1依据触发时机分类 根据路由触发原理，目前的路由协议可分为三类： 1）基于路由表驱动（Table Driven）的路由协议 2）按需驱动（On-Demand Driven）的路由协议
车载通信系统 1 Frontier topics 2 Typical problems 3 Related algorithms or protocols
车载自组网 ?出现的背景： 道路交通事故成为全球性公共安全问题，交通事故因其极强的“杀伤力”成为世界“头号杀手”，在2003年ITU-T的汽车通信标准化会议上，各国专家正式提出车载网络VANET(vehicle ad hoc networks)车载自组网是专门为车辆间通信而设计的自助式网络。
VENET 网络 特点： 具有ad hoc的基本特点：无中心和自组织性，动态的拓扑网络，多跳路由，无线传播，移动终端便携，安全性差 具有自身的特点： 1 节点高速移动，拓扑结构变化快，路径寿命短 2 节点移动具有一定的规律性 3 无线信道质量不稳定，受到多种因素的影响 4 GPS和电子地图相结合，利用路径规划功能，使路由策略的实现变得更为简单
车载网络通信系统结构： 车间通信（IVC iner vehicle communication ）车与车通信系统（V2V,vehicle-to-vehicle communication） 车与路边基础设施通信系统（V2I vehicle -to-infrastucture communication ）
?V2V 通信使车辆能够通过多跳的方式进行自动互联，起到车辆运行的安全和疏导交通流量的作用。 ?V2I 通过路灯、加油站等作为接入点的网关，连接到其他固定或移动通信网络上，如根据车辆运行情况在交叉路口调度信号灯，路边加油站及服务区向车辆提供服务等，应用开展有赖于路边设施，投资比较大
车载自组网（VANET） ——以先进的车间通信技术提供车辆协作式安全应用 【摘要】 随着机动车数量的增加，越来越多的交通事故给社会经济和生命安全带来严重威胁。交通安全问题不仅涉及车辆自身，更与交通环境密不可分。先进的车载自组网（VANET）技术为交通安全问题提供了一种新的解决途径。 目前，主动安全系统基于反应式机理，并依赖于自治传感器（雷达、激光雷达、摄像头等）在给定时间内的实时反馈。自治传感器的覆盖范围有限，缺乏协同性，并且存在盲区、适应性有限的问题。VANET将车间无线通信和高精度定位技术融合到车辆传感器组件中，可以提供超视距提前感知能力，在主动安全系统中引入预期或前馈行为，能够实现协作式驾驶应用。协作式安全系统使驾驶员有更长的反应时间避免进入危险驾驶情况，从而减少其它主动安全系统或被动安全系统的需求。 VANET所提供的超视距感知能力不仅有利于驾驶员和周围环境的安全，并且有利于节省油耗、增加舒适度以及减少环境（如路面结冰）带来的影响。同时，VANET具备与其它网络互连的能力，能够提供多种信息增值服务，为驾驶员提供娱乐型、舒适型应用。 【车载自组网】 图1 车载自组网（VANET）
车载自组网（VANET）是指在交通环境中车辆之间、车辆与固定接入点之间及车辆与行人之间相互通信组成的开放式移动Ad hoc网络，其目标是为了在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，提供无中心、自组织、支持多跳转发的数据传输能力，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和Internet接入服务等应用。许多人将VANET视为无线自组织网络（Ad Hoc Network）的一种特殊的实际应用，不过，由于VANET 本身所具有的网络特点，例如拓扑高动态、时延要求严格、节点移动速度高、轨迹可预测、能量无限、定位准确等，还有其应用前景明朗且广阔，研究范围横跨智能交通系统领域、计算机网络领域以及无线通信领域三大传统研究领域，使得对VANET的研究吸引了许多学术界和工业界的注意。 车载自组网涉及到两个庞大的产业（汽车工业和通信产业），相关的主体很多，基本上可以分为：政府部门（如美国的交通部U.S.DOT和FCC，欧洲的EU），行业公司（通用、宝马、华为），标准化组织（美国的IEEE和机动工程协会SAE，欧洲的ETSI和跨行业的C2C-CC联盟），以及各研究机构。随着车载网络逐渐成为移动互联网的一部分，如Google等IT巨头也会参与进来，届时更多的商业公司将会借助互联网参与到VANET的市场中去。 网络架构 图2 VANET网络架构