摘要
车载自组织网络以车辆为基本信息单元，可以使车辆实时监测到其附近道路上其他车辆的相关信息，通过车与车、车与路边单元的实时信息交互来保证车辆行驶安全、规避道路拥塞和提高出行舒适度。作为一种特殊的移动自组织网络，其高速移动、频繁的拓扑变化、多跳路由以及不存在能量和存储空间约束的特征导致了车载自组织网络设计将面临新的问题和挑战。其中车载自组织网络的MAC 层有着与传统网络不同的特点：无线信道质量受道路环境、交通状况等影响严重，网络拓扑受道路约束及车辆移动速度的影响，链路不稳定等。目前，不少研究是针对MAC 层多信道协调问题，希望在保证安全应用实时性的同时，提高服务信道中非安全应用网络吞吐量。
本文旨在深入研究IEEE 802.11p协议MAC层的多信道协调机制。在总结和分析802.11n帧聚合技术的基础上，在IEEE 802.11p协议服务信道上采用帧聚合技术以提高服务信道中非安全应用网络的吞吐量，本文的主要内容包括以下几个方面：
1、对IEEE 802.11p协议MAC层多信道机制进行了研究，设计了帧聚合技术在服务信道上的应用方案，建立了非安全应用网络吞吐量的计算模型并进行了性能分析，重点研究了信道误帧率对数据帧长度的影响。
2、通过城市交通场景仿真软件VanetMobiSim生成了仿真场景，在NS-2上进行了IEEE 802.11p协议仿真。
关键词：车载自组织网；IEEE 802.11p协议；帧聚合；MAC层；吞吐量；
I
Abstract
Vehicle ad-hoc network consider vehicle as the basic information unit, it can make real-time monitoring of vehicle-related information to other vehicles on the road near by cars to cars, cars and road side units, which can get real-time information exchange to ensure traffic safety, road congestion avoidance and improve travel comfort. As a special mobile ad-hoc network, its fast-moving, frequent topology changes, multi-hop routing, and there is no storage space constraints and energy characteristics of the vehicle resulted in self-organizing network design will face new problems and challenges. Vehicle ad-hoc network MAC layer has different characteristics with traditional network: radio channel quality by serious road environment, traffic conditions and other factors, affected road network topology constraints and vehicle movement speed, link instability. Currently, many studies against MAC layer multi-channel coordination problems, and want to ensure the safety of real-time applications, while improving service channel non-security applications network throughput.
This paper aims to in-depth study multichannel coordination mechanism IEEE 802.11p MAC layer protocol. In summary and analysis of 802.11n frame aggregation technology, I apply frame aggregation techniques to improve the service channel network throughput on non-security applications at IEEE 802.11p protocol service channel. The main contents of this paper include the following aspects:
A. Research on multi-channel MAC layer protocol IEEE 802.11p mechanism, and designed the application solutions of a frame aggregation technology in service channel, then establish the calculation model of network throughput in the non-secure applications and take network throughput performance analysis, focusing on the channel error impact on the bit rate data frame length.
B. Through urban traffic scenario simulation software VanetMobiSim generated simulation scenario, and make IEEE 802.11p protocol simulation in the NS-2.
Key Words: Vehicular Ad-hoc Network; IEEE 802.11p Protocol; MAC Layer; Frame Aggregation; Throughput;
II
目录
摘要....................................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................................... II 目录................................................................................................................................... III 1 绪论 (1)
1.1 研究背景和意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.3 论文的研究内容 (3)
1.4 论文结构安排 (3)
2 IEEE 802.11p协议 (4)
2.1 车载自组织网络简介 (4)
2.2 IEEE 802.11p协议物理层 (5)
2.3 IEEE 802.11p协议MAC层 (7)
2.3.1 分布式协调功能（DCF） (7)
2.3.2 IEEE 802.11e EDCA机制 (10)
2.3.3 IEEE 802.11p MAC层的关联和验证机制 (12)
2.4 帧聚合技术 (13)
2.4.1 A-MSDU聚合 (14)
2.4.2 A-MPDU聚合 (15)
2.4.3 二级聚合机制 (16)
2.5 本章小结 (16)
3 IEEE 802.11p协议MAC层多信道机制研究 (17)
3.1 IEEE 802.11p协议MAC层多信道机制 (17)
3.1.1 CCH信道和SCH信道 (17)
3.1.2 多信道协调机制 (18)
3.2 帧聚合技术的应用研究 (21)
3.2.1 马尔可夫链理论分析模型 (22)
3.2.2 帧聚合技术的应用 (25)
3.2.3 吞吐量的计算与性能分析 (28)
3.2.4 信道误帧率对数据帧长度的影响 (35)
3.2.5 吞吐量的计算结果分析 (37)
3.3 本章小结 (41)
4 车载自组织网络仿真 (42)
4.1 NS-2仿真软件 (42)
4.1.1 NS-2仿真软件简介 (42)
4.1.2 NS-2仿真过程 (42)
4.1.3 NS-2移动节点属性配置 (43)
4.1.4 IEEE 802.11p协议仿真 (44)
4.2 城市交通场景仿真软件VanetMobiSim (46)
4.2.1 VanetMobiSim的移动特征 (46)
III
4.2.2 VanetMobiSim的微移动模型 (47)
4.2.3 VanetMobiSim软件的XML配置文件的使用 (48)
4.2.4 车辆移动拓扑文件的生成 (49)
4.3 IEEE 802.11p协议性能仿真 (50)
4.3.1 仿真场景的搭建 (50)
4.3.2 网络仿真参数的设定 (51)
4.3.3 实验结果分析 (53)
4.4 本章小结 (54)
总结与展望 (55)
参考文献 (56)
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 (60)
致谢 (61)
IV
1 绪论
1.1 研究背景和意义
进入21世纪之后信息化技术蓬勃发展，同时，人们的生活也随之发生了巨大的变
革。人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少量使用到智能手机的普及，从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。
在中国，随着国家生产力的升级，人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。据相关数据显示，我国汽车的生产量和销售量在2008年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国；此外，最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破2000万辆。随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及车辆停放管理等问题；此外,随着中国高速公路不断扩张，高速公路上汽车的交通安全管理、车辆车速的监测以及计费系统等的需求不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高；这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。
车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Networks，VANET）概念应运而生，车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分，主要为车辆提供道路安全信息、电子收费、车内娱乐应用以及一些以智能交通[1]有关的服务。2010年，美国制定了IEEE 802.11p[2]协议标准和IEEE 1609协议族标准，这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。车载自组织网络是以车辆为中心，通过车辆与其他车辆或路边设施进行通信的一种移动自组织网络。它具有网络拓扑变化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等特有的属性。车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生，因此，它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。
1.2 国内外研究现状
车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速，而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。目前，对车载自组织网络的研究主要分为三大阵营：美国、欧盟和日本。它们在这方面都有较为深入的研究。
在车载自组织网络的研究，日本比较早就参与其中，它先后组织了开发了多个车辆
智能系统，并联合多个生产商进行测试。另外，日本还专门成立道路交通信息通信系统
1
(VICS)[3]中心用于研究和系统的现实测试使用。日本在这方面的研究一直处于国际领先水平。在日本研究车载自组织网络的同时，欧洲也成立了CEN/TC278 工作组[3]专门研究有关车载自组织网络标准的制定，同时也进行一系列关于车车通信和车路通信的大型项目实施。除此之外，近年来美国作为主要的研究阵营，先后针对车辆短程通信协议制定了IEEE 802.11p协议标准和IEEE 1609协议族标准。这些标准为后来的科学研究和实验提供了重要的理论基础。当然，中国作为后来者也积极投身于车载自组织网络的科研中，同样在多个国家重大规划中提出智能交通试点计划，同时也在多个高校中建立国家自然科学基金项目。
针对车载自组织网络技术的研究，目前可以归纳为以下几个方面：
(1)MAC层协议方面的设计及改进
MAC层协议的研究和改进是目前对车载自组织网络研究最多的方面之一。在MAC层协议具体算法研究方面，大部分通过研究现有的协议算法基础上提出一些改进的方案并进行了实验验证，其中包括研究MAC层退避算法[4-6]、车辆速度对车辆自组网络性能的影响、网络吞吐量的提高以及研究V2V和V2I的公平性问题[7-8]等。另外，也有部分学者正对IEEE 1609协议族的多信道协调机制[9-11]进行研究，并提出一些改进方案。还有另外一些学者对广播机制[12-15]进行了研究，同时设计了多种改进协议和算法，如多跳协议、广播可靠性算法等。
(2)网络安全
随着无线网络的广泛应用，在车载环境下的无线应用也将会越来越丰富，所以车辆网络通信的信息安全[16]问题也成为一个重要的研究热点。目前主要的研究热点集中在网络安全路由技术[17-19]、认证密钥管理[20-21]等方面。
(3)仿真工具
为了更好的测试现有协议标准的各种网络性能，如网络吞吐量、时延抖动、网络丢包率等参数指标，很多研究者开发了仿真器，其中以NS-2为代表的开源、免费的网络仿真器，成为大部分研究者测试性能的首选，而这些网络仿真器的组件的开发也是目前一个研究方向。另外，为了更好的模拟现实生活中车辆的移动规律，也有一部分学者着眼研究车辆移动模型，其中以VanetMobiSim仿真软件的智能交通驾驶车辆模型为代表，被大多数测试车载网络性能的学者采用。
(4)车载服务质量(QoS)应用方面
针对交通事故等高优先级安全信息的传输是一个研究热点，这些安全信息对传输时延有较高的要求，同时一些广告消息也对传输的可靠性提出更高的要求，如何快速地传递这些安全信息也是一个研究较多的方向。
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1.3 论文的研究内容
本文主要研究IEEE 802.11p协议标准MAC层服务信道(SCH)的吞吐量问题，通过对车载自组织网的IEEE 802.11p MAC层协议进行研究并结合帧聚合策略原理，提出了一种改进方案来提高服务信道的信道吞吐量。
本文首先对车载自组织网络所采用的WAVE体系进行详细的介绍，同时将IEEE 802.11p协议与其他传统的无线网络协议进行对比分析，然后分析了现有的帧聚合策略和现有的研究现状。通过分析和研究提出了基于WAVE体系架构的帧聚合策略，并对该方案的理论模型进行分析。最后介绍了网络仿真工具的主要工作流程和功能，并对车载自组织网络进行实验仿真和结果分析。
1.4 论文结构安排
本文主要研究在城市密集型交通环境下，车载单元与路边处理单元的服务信道的传输性能。论文结构安排如下：
第一章为论文绪论，主要介绍了论文研究的背景和意义，同时对研究方向的国内外现状进行阐述，最后介绍了本文研究的主要内容和章节结构。
第二章为IEEE 802.11p协议，主要对车载自组织网络所采用的IEEE 802.11p协议标准进行详细的介绍，同时将该协议标准与其他传统的无线网络协议进行对比分析。另外，该章还分析了现有的帧聚合策略及其研究现状。
第三章为IEEE 802.11p协议MAC层多信道机制研究，在分析IEEE 802.11p协议MAC 层多信道协调机制之后，提出应用帧聚合技术提高服务信道吞吐量的改进方案，并对改进方案的算法进行推导和理论分析对比。
第四章为车载自组织网络仿真，首先在开头介绍了网络仿真实验的主要工具，并对工具的主要流程和功能进行详细地介绍。然后开始为仿真IEEE 802.11p协议设定交通场景和仿真参数，并对实验结果进行分析。
第五章为总结和展望，主要对本文研究的内容进行全面的总结，最后提出论文存在的不足之处，并对未来进一步深入研究进行展望。
3
2 IEEE 802.11p协议
2.1 车载自组织网络简介
专用短距离通信（DSRC）[22]主要用于ITS领域，也可以说它是专为ITS而开发出的技术标准。早期的DSRC标准主要针对电子停车收费业务（ETC）而提出的。WAVE的体系是根据DSRC发展而来的。
1994年，欧洲联盟组织开始研究制定DSRC标准，并于第二年完成制定工作,日本也制定了相关标准。
1998年，美国为车载通信标准划分了相应的频段,并在2002年制定了DSRC标准,该标准为其划分的频段分布在5.850~5.925GHz。
2003年，美国相关组织对之前制定的DSRC标准进行改进，并命名为 ASTM E2213-03，同时作为新的DSRC标准。
2004年11月，IEEE 802.11p和IEEE 1609工作小组在ASTM E2213-03的基础上开始制定车载环境下的无线通信标准。该标准的底层协议由IEEE 802.11p 任务组负责制定。而IEEE 1609工作组则负责 WAVE 体系结构中的上层协议标准，如网络层数据路由、应用层资源管理和安全机制等。
2010年7月，IEEE 802.11p 协议标准正式出版发布。同时IEEE1609协议族也正式发布。而WAVE 系统主要由IEEE 802.11p 协议标准和 IEEE 1609 协议族组成。
图2.1 WAVE 协议栈结构图
Fig. 2.1 WAVE protocol stack structure diagram
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如图 2.1所示,该协议栈结构图给出了各功能层与相应标准的对应关系,IEEE 802.11p标准是WAVE体系结构的底层标准，主要对车载网络的物理层和MAC层的标准进行制定。而IEEE 1609协议族是 WAVE体系结构的上层应用标准，该协议族则是对应用层、网络层的协议标准进行规定。从 WAVE 协议栈的体系结构图中可以看出，其中包括多个协议标准。详细功能描述如下：
(1)IEEE 1609.1[23]标准：该标准负责资源管理，并为DSRC设备提供额外的管理机制。
(2)IEEE 1609.2[24]标准：该标准主要负责制定 WAVE体系结构的应用和管理消息的安全机制，包括安全信息的格式、加密方法以及整个过程的认证和执行保障。
(3)IEEE 1609.3[25]标准：该标准主要用于指定WAVE体系结构中网络层通信协议及管理机制。该标准就如何在车载环境下进行数据包的路由转发问题进行了阐述，该标准作为中间层，对整个WAVE体系结构起着承上启下的作用。
(4)IEEE 1609.4[26]标准：该标准主要负责制定信道之间切换和协调方案，从而实现了在相同媒介近乎同步地传输不同应用数据。IEEE 1609.4标准对控制信道CCH和服务信道SCH之间的协调与切换机制提供了四种建议方案，从而满足各种环境系统对两种信道的不同需求。
(5)IEEE 1609.11[27]标准：该标准定义了无线网络的数据交换协议，作为电子支付数据交换的智能交通系统协议标准,对相应的信息格式进行了规范。
(6)IEEE 1609.12标准：该标准介绍了WAVE体系结构中使用的标示符，并明确地指定了WAVE标准中标识符值的分配。
(7)IEEE 802.11p标准：该标准主要定义了WAVE体系结构的底层协议标准,包括WAVE 体系结构的物理层和MAC层。
2.2 IEEE 802.11p协议物理层
IEEE 802.11p协议的物理层是在IEEE 802.11a标准基础上进行进一步的扩展,它也采用正交频分复用技术[28]（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）。但是，IEEE 802.11p协议的物理层又对IEEE 802.11a标准的进行了一定的修改，从而更适合车载自组织网络的多信道操作等。与IEEE 802.11a标准相比，IEEE 802.11p协议有如下改进：
(1) 为了满足车载自组织网络的多种应用：安全性应用和非安全性应用。IEEE 802.11p协议将5.850 ～5.925 GHz频段划分为7个10 MHz的信道和一个5MHz频段，开始的5MHz频段作为空白预留，如图2.2所示。图中信道178作为控制信道，工作频率为5.890GHz[29]，它主要以广播的形式传播与交通相关的安全性信息。其余6个信道是服务信道，主要以单播的方式传输传统互联网应用数据。同时上层标准又对多个信道的使用制定了标准，使在车载系统中能同时进行多项不同应用的传输。其中用于传输非安
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全性信息的信道为174、176、180和182,而172和184信道分别用于交通事故的避免和公共安全信息。而IEEE 802.11a标准则使用20MHz信道带宽。
Reserved Critical
Safety
SCH SCH CCH SCH SCH
Public
Safety Ch 172Ch 174Ch 176Ch 178Ch 180Ch 182Ch 184
5.855 5.860 5.870 5.880 5.890 5.900 5.910 5.920
图2.2 IEEE 802.11p物理层频道分布
Fig. 2.2 IEEE 802.11p physical layer channel distribution
(2)为了更好的适应车载环境，IEEE 802.11p协议在调制参数上进行了相应的修改。其中为了增强对信号多路径传播的承受能力，就需要更大的保护间隔和符号周期来减少由多径传播带来的符号间的干扰。所以IEEE 802.11p将20MHz减半，使IEEE 802.11p 物理层的关键参数[30]相对于IEEE 802.11a扩大了一倍。具体参数如表2.1。虽然这样将对应的传输速率减少一半，却可以更好的满足车载环境。另一方面，使用减半的带宽可以有效的减少频道之间的多普勒散射效应。
表2.1 IEEE 802.11a与IEEE 802.11pOFDM参数
Tab. 2.1 IEEE 802.11a and IEEE 802.11pOFDM parameters
(3) 在IEEE 802.11p协议采用的OFDM调制技术中，10MHz信道由52个副载波组成。其中4个副载波充当导频，其余48个副载波则用于数据传输。同时为了在车载环境下进行更大范围地通信，IEEE 802.11p协议分别为车辆处理紧急事件和安全相关信息定义了最大有效等向辐射功率（44.8dB、33dB）。
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2.3 IEEE 802.11p协议MAC层
IEEE 802.11p标准MAC层协议也是基于IEEE 802.11协议进行扩展改进的。在基本信道接入机制上采用了IEEE 802.11协议的分布式协调访问机制[28]（Distribution Coordinate Function, DCF）,而为了提高信道接入公平性问题该协议引入了IEEE 802.11e协议的服务区分机制。其中DCF机制的核心是载波侦听多路监测机制[28]（carrier sense multiple access, CSMA/CA）。每一个节点独立地使用CSMA机制来获取信道使用权。IEEE 802.11p协议的MAC层的改进主要是引入IEEE 802.11e的EDCA 机制，并在其它机制上进行修改，包括认证机制、EDCA参数等。
2.3.1 分布式协调功能（DCF）
IEEE 802.11协议的DCF机制是基于CSMA/CA的随机访问机制，它以节点为单位，利用信道监测的方式进行信道接入。在无线局域网中，节点获得信道使用权需要先通过使用CSMA/CA机制来确定信道状态，如果信道空闲，如果再等待DIFS时间间隔之后信道仍处于空闲状态，则可以开始向目的节点发送数据；如果信道忙，它将采用二进制指数退避机制并继续侦听信道状态。作为IEEE 802.11标准的MAC层协议的基本媒体接入控制机制，DCF提供了两种接入机制：基本接入机制和基于RTS/CTS的接入机制，前者主要用于普通无线接入使用，后者则是对信道质量要求比较高的一些协议使用，从而提高系统吞吐量。
(1)载波侦听机制
由于无线通信网络信道相比传统的有线以太网受道路环境影响严重,为了减少碰撞发生的概率和重传次数，无线网络中采用侦听机制来避免碰撞，即节点在传输数据之前通过侦听信道状态，以确保信道处于空闲状态，从而避免传输数据时与其他节点碰撞。DCF机制提供的载波监听机制包括两种方式,一种是物理载波监听[31](PHY Carrier Sense, PHYCS),物理载波监听通过检测无线链路信号的强弱来确定信道状态，并将其状态信息提交给 MAC层。通过这种机制可以有效的避免干扰。另外一种是虚拟载波监听[31](Virtual Carrier Sense, VCS),虚拟载波侦听则为了更好地记录其他节点的信道占用时间定义一个网络分配矢量[31](Network Allocation Vector, NAV)，这样节点可以通过记录的时间来决定等待下次监听时机而不用一直侦听信道,从而提高效率。
(2)信道接入机制
IEEE 802.11协议的DCF机制主要采用了四次握手（RTS/CTS/DATA/ACK）机制和基本接入机制（DATA/ACK）来完成分布式数据业务的传输。如图2.3所示。
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图2.3 CSMA/CA信道接入流程图
Fig. 2.3 CSMA/CA channel access flowchart
DCF机制不采用任何中心控制，而是在每个节点使用CSMA/CA算法，让各个站通过竞争来获得信道的使用权。因此，DCF向上提供争用服务。从图2.3可知,只有在计数器值减为零时才能参与信道使用权的竞争,当节点获得信道使用权后,其它没有参与竞争的节点的退避计数值将被暂停。每个节点采用分布式方式独立进行载波侦听、信道预约、
8
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数据传输以及等待确认。
源节点目的节点其他节点
图2.4 基本接入方式
Fig. 2.4 Basic access
如图2.4所示，该图显示基本接入方式的工作过程。节点开始传输数据时都是先进行载波侦听信道状态，当信道空闲时，并等待一个SIFS 时间间隔且信道仍然为空闲时，节点才开始传输数据。否则，节点将采用退避机制等待一段时间再进行侦听信道状态。最后，当源节点收到ACK 帧时，表示数据已经正确地传输。
源节点目的节点其他节点
图2.5 DCF 的RTS/CTS 工作方式
Fig. 2.5 The RTS/CTS works of DCF
为了减少隐藏终端和暴露终端问题，IEEE 802.11的MAC 层协议对基本接入方式进行改进,在请求获取信道前先进行信道预约,该机制称为基于RTS/CTS 的四次握手机制。如图2.5所示,当节点要传输数据时，先检测信道状态，如果信道为空闲，再等待DIFS 时间间隙后仍然空闲时节点就会向目的节点发送RTS 数据帧请求获取信道使用权。当目的节点收到RTS 帧之后，会给源节点发送一个CTS 帧，同时向其他节点广播信道此时已经被占用。其它结点收到不是发给自己的CTS 帧，就知道传输信道已经被其它节点占用，从而进入退避机制等待信道空闲。源节点在收到CTS 帧之后，将需要等待一个SIFS 时
隙才开始发送DATA数据。目的节点同样在接收完DATA数据并等待一个SIFS时隙后才向源节点发送一个ACK数据帧，表示已经成功接收数据，而当源节点接收到目的节点发送的ACK帧之后就知道数据已经成功发送。如果源节点还要继续发送数据，则需要按RTS/CTS工作机制重新申请信道使用权。通过这种 RTS/CTS 方式提前预约信道，使得其他节点设置自己的NAV值，可以有效减少与其他节点之间的碰撞，减少了隐藏终端问题的发生。即使发生碰撞,由于RTS帧很小，同样可以有效的减少带宽的浪费。
(3)帧间间隔机制
为了更加合理的利用信道,提高信道吞吐量,IEEE 802.11协议引入了帧间间隔机制,即在各数据帧发送之前都需要进行一个等待间隔，DCF机制规定在利用CSMA/CA机制来判断信道状态之前应该等待指定的时间间隔。DCF 机制为此定义了三种帧间间隔：短帧帧间间隙SIFS、分布式帧间间隔DIFS以及扩展帧间间隔EIFS(Extended Interframe Space)。这三种帧间间隔的定义，使节点之间竞争更加有序，也减少了节点间接入信道的冲突和碰撞。其中，SIFS 的时间最短，因为在整个数据帧发送过程中的每个步骤完成后都需要等待一个SIFS时隙。DIFS则主要是节点采用分布式协调机制进行检测信道空闲状态时使用。EIFS的时间最长，它一般是为了确保数据传输能够成功而选择退避的时间间隔，当然这种情况一般发生在节点数据无法正确解析的时候，为了使源节点能够正确接收目的节点发来的ACK数据帧。
(4)随机退避机制
帧间间隔机制的目的主要是用于指定当节点成功预约到信道时所需的等待时间，当节点没有预约到信道时，即节点检测到信道忙时则应该确定下次预约信道的时间，并需要延迟接入信道。这种情况下需要等待的时间称为节点的退避时间，而合理地确定下次侦听信道状态的时间以及退避时间的变化的算法称为退避算法。DCF机制退避机制的算法是二进制指数退避[31](Binary Exponential Backoff, BEB)算法，假设退避时间为T，一个时隙(Slot Time)设为t，则算法可以用公式(2.1)表示：
（2.1）
其中退避时间是作为退避计数器的初始值，公式中表示第i次退避时竞争窗口（contention window）的最大值，Random()取值范围为(0,1)，t表示一个时隙的时间。
在DCF机制的二进制指数退避算法中，节点每次退避时的竞争窗口都是上次竞争窗口的2倍，直到退避竞争窗口达到了最大值C,竞争窗口将不再增加。当数据传输完成后竞争窗口将重新设置为初始大小，然后按这种方式循环执行。
2.3.2 IEEE 802.11e EDCA机制
在车载环境下，车载单元通信的信息不再是单一的交通安全信息，而是包含丰富多
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彩的非安全性应用。IEEE 802.11p协议为此制定了多信道协调机制来合理地分配不同信息公平的交互，但是车载单元通信的信息也有不同优先级，如救护车、交通事故安全信息，又如地图应用服务、音频应用服务等；为此，IEEE 802.11p协议采用了IEEE 802.11e 标准的EDCA机制。EDCA机制通过将不同优先级的数据包分类后加入不同队列来保证车载应用的服务质量。
增强分布式信道访问[28]（Enhanced Distribution Coordinate Access, EDCA）机制作为IEEE 802.11p协议MAC层的扩展，是为了提高信道访问的公平性和信道吞吐量而采用的方法。EDCA机制是一种区分服务的机制，它主要通过对上层数据包进行优先级区分，然后按接入类别（Access Category，AC）分配相应队列，从而实现不同优先级数据的信道接入控制。EDCA机制中定义了8种优先级服务数据类型，它们主要分为四类接入类别,分别为：AC_BK、AC_BE、AC_VI和AC_VO。其中VO代表语音信息、VI代表视频信息、BE代表尽力而为信息和背景信息BK。具体区别如表2.2所示。
表2.2 各接入类别的参数
Tab. 2.2 Parameters of each access category
在表2.2中参数AIFSN和竞争窗口主要是用来区分队列优先级，EDCA机制为了支持不同优先级服务，采用与DIFS不同的信道持续空闲时间--仲裁帧间间隔(Arbitration Inter-frame Space, AIFS)，AIFS不再是固定不变，而是随着业务优先级别的不同而变化，具体取值公式如下：
AIFS[AC] = AIFSN[AC] * SlotTime + SIFS （2.2）EDCA采用基于接入类别（AC）的竞争方式，它为不同的接入类别设定不同的AIFSN 值，AIFS时间越短表示争取信道的机会越多，优先级也就越高。EDCA机制的每个接入类别(AC)独立使用增强的分布式信道接入功能，从而使节点发送数据之前必须通过内部竞争来获取竞争信道使用权的机会。这种数据传输模型可以参考图2.6所示。
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图2.6 EDCA内部机制
Fig. 2.6 Internal mechanisms of EDCA
从上图中可以看出每个AC都设置了不同的EDCA参数，同时EDCA退避机制也采用了按AC的二进制指数退避算法。每个 AC的EDCA参数在每次帧成功发送之后，值都会被重置为初始值。
2.3.3 IEEE 802.11p MAC层的关联和验证机制
传统的无线局域网关联机制需要进行一系列繁琐的认证过程才能正常使用，而车载环境的高速性、多变性决定了车载单元进行通信时需要更短、更简便的认证、关联方式。在这种背景下，IEEE 802.11p协议对IEEE802.11标准进行修改，提出了无认证方式和更加自由的WBSS服务集模式。
为了更好的适应车载环境，IEEE802.11p协议MAC层加入了dot11OCBEnabled参数来改变关联机制。当dot11OCBEnabled为false时，IEEE 802.11p协议的关联机制跟802.11标准基本类似；当dot11OCBEnabled为true时，IEEE 802.11p协议将采用无认证方式，同时将节点基本服务集ID(BSSID)改设为通配符服务集[32]ID(WBSSID)。标识位dot11OCBEnabled决定节点是否需要加入指定BSS才能进行通信，当dot11OCBEnabled 设为true时，节点将可以与其他节点进行通信而不考虑是否处于相同的BSS。同样的其他任何节点收到dot11OCBEnabled为true的数据包时，将直接接收。另外，WBSS服务集是让节点自由的建立服务集来与其他节点进行通信，为了精简操作过程，每个节点只
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需要广播一个WAAF帧(WAVE announcement action frame)就可以建立一个WBSS服务集。其他节点只要收到这个帧，并将参数进行相应的设置就能够直接进行通信。当然这个时候dot11OCBEnabled应该设为false，如果dot11OCBEnabled为true，则需要将服务集ID相应的设置为通配符ID。
2.4 帧聚合技术
在对IEEE 802.11协议性能进行相关研究之后，研究结果表明对数据帧的长度的选择将会对结果产生很大的影响。所以选择合理的数据帧长对提高性能有很大的帮助。据相关研究机构统计，在一般的无线通信中，小于256字节的数据帧超过了70%，而大于1024字节的数据帧只占不到15%。根据分布式协调机制(DCF)工作流程和数据帧结构的相关标准，每一个数据帧的发送都包括MAC帧头、FCS、物理层帧头等额外的开销，而这些开销将超过50字节。此外，在帧发送过程中还需要等待一些时间间隙如DIFS、SIFS 等。因此，在这种机制下，频繁的短帧发送将严重限制了信道的利用率和系统有效的饱和吞吐量。在这样的背景下，帧聚合概念应运而生，它本质上是通过将多个的数据帧通过重组后重新封装上相应的帧头等来减少系统开销，从而达到提高系统有效吞吐量的目的。另一方面，虽然帧聚合技术大大的提高了系统吞吐量，但是同样增加了数据帧的发送时延和重传概率；在信道环境不好或者对数据及时性要求比较高的场景中，这种技术的运用将受到影响。因此，在采用帧聚合策略时，必须根据现实场景和实际需求来权衡网络吞吐量和网络时延的重要性。
目前对帧聚合机制的研究主要集中在聚合帧长度[33]的选择和优化以及聚合机制改进等方面。在聚合帧长度方面，一部分学者通过研究聚合机制，提出了动态调整帧长度来适应不同的通信环境，从而使信道性能达到最佳。另外还有些学者从误帧率角度出发研究聚合机制，同时提出了相应的改进算法，并通过实验验证了算法的性能。大部分学者都是对帧聚合机制的各方面性能进行研究和实验验证，从而得出聚合门限与系统性能的关系、站点数目对聚合机制的影响等。在聚合机制方面，有研究者关注对区分业务下的帧聚合机制[34]，从排队论思想出发，引入两级缓冲区调度策略，定量分析了队列平均长度、数据包等待时间与系统负载的关系[35]。还有学者引入了定价机制，通过这种静态定价的帧聚合策略实现了网络效用的优化，并通过实验证明了该策略能有效的提高系统的平均吞吐量。
目前帧聚合机制主要应用在IEEE 802.11n协议中，针对聚合技术的原理也提出了三种聚合方式，它们分别是A-MSDU、A-MPDU、TWO-LEVEL[36-39]。A-MSDU是根据帧聚合策略的原理制定的。从理论上分析，这种机制可以最大化的提高系统网络性能；但是在实际运用中由于信道误帧率的影响，数据的重传次数也随之增加，使得这种机制的性能反而下降；为此，提出了A-MPDU聚合机制来解决该问题，该机制通过在每个子帧开头添
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加独有的帧分隔符，当出现重传时只重传错误的子帧而不是整个数据帧，从而提高了系统的性能。但同样A-MPDU机制仍然产生不小的系统开销，这种条件下作为两种帧聚合机制的折中方案两级聚合方案随之产生。下面分别对这三种聚合方案进行分析。
2.4.1 A-MSDU聚合
A-MSDU聚合机制是最接近帧聚合技术核心思想的，在A-MSDU机制下，多个来自LLC 层的MSDU数据包可以聚合成一个MPDU帧发往多个目的地。如图2.7所示，该图显示一个A-MSDU帧的结构图，从图2.7中可以看出一个A-MSDU包含多个子帧，每个子帧包含各自的子帧帧头、MSDU数据负载和填充字段。其中，子帧帧头包括该子帧的目的地址、源地址和帧长；子帧的填充字段是为了使子帧的长度为4字节的倍数，好作对齐处理；此外，所有子帧都只共享一个MAC帧头和帧的检验和(FCS)，一个A-MSDU帧被物理层当作一个MPDU帧来识别。由于每个子帧都没有自己的检验和，所以子帧不能被单独选择重传。同时该机制规定了一个A-MSDU的最大帧长为7955字节。从图中还可看出整个A-MSDU帧开始包括一个控制字段和一个长度为2字节的QoS控制字段。
2 6 6 6 2 0/6 2 4 0~7955
Bytes: 2
4 Array Bytes: 6 62
图2.7 A-MSDU 帧结构图
Fig. 2.7 A-MSDU frame structure
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A-MSDU 聚合机制就是通过上图的方式将多个帧聚合到一个新的帧中，然后发送到物理层，由于所有子帧只共享一个MAC 层帧头和检验和，所以有效了减少了帧头带来的系统开销。
2.4.2 A-MPDU 聚合
A-MPDU 聚合机制的出现是为了改进A-MSDU 聚合机制的不足之处，如图2.8所示，一个A-MPDU 聚合帧包含多个MPDU 帧，而每个MPDU 帧都增加了一个前缀分隔符，这个分隔符包含帧长度、循环校验码(CRC)以及唯一的识别模型，其中分隔符的前四个比特位作为保留位，唯一的模型可以在发生传输错误时以最快的计算定位下一个分隔符。填充区域与A-MSDU 机制类似。
Max Bytes: 64KB
Bits: 4 12 884Bytes: 30 23044
图2.8 A-MPDU 聚合方式的帧结构
Fig. 2.8 A-MPDU frame structure
从图2.8可以看出,一个A-MPDU 聚合帧最大长度可达64KB ，同时每个MPDU 子帧都封装了自己的MAC 帧帧头，从而在出现帧错误时可以识别需要重传的子帧而不影响整个A-MPDU 聚合帧。但是也因此比A-MSDU 聚合机制多了额外的系统开销。在理想信道下，A-MPDU 聚合机制的系统吞吐量将比A-MSDU 聚合机制低。
2.4.3 二级聚合机制
二级帧聚合机制是对A-MPDU和A-MSDU两种聚合方式的折中方案，从而有效的利用两种聚合方式的优点来提高整个系统的饱和吞吐量。该机制的帧结构如图2.9所示。在第一级阶段，将MSDU数据缓冲区中拥有相同TID的帧聚合成一个A-MSDU聚合帧。而所有不同的TID将转入第二级阶段聚合成新的A-MPDU帧，同时加上相应的帧头并向下送到物理层发送。
Bytes: 30 23044
图2.9 二级帧聚合方式的帧结构图
Fig. 2.9 TWO-LEVEL frame structure
然而，我们发现一个A-MPDU聚合帧中的MPDU长度最大为4095字节，当A-MSDU帧大于这个长度时，将不能被聚合发送。实验表明，在大多数情况下采用二级聚合机制会比单独采用前两种聚合机制更高效。
2.5 本章小结
本章主要介绍了一些必要理论基础，包括WAVE体系结构、IEEE 802.11p标准和帧聚合机制的原理。首先,介绍了WAVE体系架构的形成和发展过程，并对WAVE体系架构进行内部结构进行分析。其次，对IEEE 802.11p标准的重要修改部分进行研究，研究了IEEE 802.11p协议物理层信道参数，并于802.11a进行对比。然后分析了IEEE 802.11p 协议MAC层的分布式协调机制、EDCA业务区分机制以及IEEE 802.11p协议特有的关联认证机制。其中,详细分析了分布式协调机制的原理和架构，总体上对IEEE 802.11p协议的执行过程进行了阐述。最后,对帧聚合机制进行了介绍和分析。
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网络协议大全 在网络的各层中存在着许多协议，它是定义通过网络进行通信的规则，接收方的发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息，以这种规则规定双方完成信息在计算机之间的传送过程。下面就对网络协议规范作个概述。 ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议 它是用于映射计算机的物理地址和临时指定的网络地址。启动时它选择一个协议（网络层）地址，并检查这个地址是否已经有别的计算机使用，如果没有被使用，此结点被使用这个地址，如果此地址已经被别的计算机使用，正在使用此地址的计算机会通告这一信息，只有再选另一个地址了。 SNMP（Simple Network Management P）网络管理协议 它是TCP/IP协议中的一部份，它为本地和远端的网络设备管理提供了一个标准化途径，是分布式环境中的集中化管理的重要组成部份。 AppleShare protocol（AppleShare协议） 它是Apple机上的通信协议，它允许计算机从服务器上请求服务或者和服务器交换文件。AppleShare可以在TCP/IP协议或其它网络协议如IPX、AppleTalk上进行工作。使用它时，用户可以访问文件，应用程序，打印机和其它远程服务器上的资源。它可以和配置了AppleShare协议的任何服务器进行通信，Macintosh、Mac OS、Windows NT和Novell Netware都支持AppleShare协议。 AppleTalk协议 它是Macintosh计算机使用的主要网络协议。Windows NT服务器有专门为Macintosh服务，也能支持该协议。其允许Macintosh的用户共享存储在Windows NT文件夹的Mac-格式的文件，也可以使用和Windows NT连接的打印机。Windows NT共享文件夹以传统的Mac文件夹形式出现在Mac用户面前。Mac 文件名按需要被转换为FAT（8.3）格式和NTFS文件标准。支持MAc文件格式的DOS和Windows客户端能与Mac用户共享这些文件。 BGP4（Border Gateway Protocol Vertion 4）边界网关协议-版本4 它是用于在自治网络中网关主机（每个主机有自己的路由）之间交换路由信息的协议，它使管理
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河南机电高等专科学校 《汽车单片机与局域网技术》 大作业 专业班级：汽电112 姓名：史帅峰 学号：111606240 成绩： 指导老师：袁霞 2013年4月16日 汽车总线系统通信协议分析与比较 摘要：本文主要针对汽车总线系统通讯协议，探讨汽车总线通讯协议的种类、发展趋势以及技术特点。在对诸多组织和汽车制造商研发的各类汽车总线进行比较和探讨的基础上，对其现状进行了分析；并综合汽车工业的特点对这两大类汽车总线协议的发展前景作了分析。关键词：汽车总线技术通讯协议车载网络 引言：汽车电子技术是汽车技术和电子技术结合发展的产物。从20世纪60年代开始，随着电子技术的飞速发展，汽车的电子化已经成为公认的汽车技术发展方向。在汽车的发展过程中，为了提高汽车的性能而增加汽车电器，电器的增加导致线缆的增加，而线束的增加又使整车质量增加、布线更加复杂、可维护性变差，从而又影响了汽车经济性能的提高。因此，一种新的技术就被研发出来，那就是汽车总线技术。总线技术在汽车中的成功应用，标志着汽车电子逐步迈向网络化。 一、车载网络的发展历程 20世纪80年代初，各大汽车公司开始研制使用汽车内部信息交互的通信方式。博世公司与英特尔公司推出的CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性，因而得到了业界的广泛认同，并在1993年正式成为国际标准和行业标准。TTCAN对CAN协议进行了扩展，提供时间触发机制以提高通讯实时性。TTCAN的研究始于2000年，现已成为CAN标准的第4部分ISO11898-4，该标准目前处于CD(委员会草案)阶段。 1994年美国汽车工业协会提出了1850通信协议规范。从1998年开始，由宝马、奥迪等七家公司和IC公司共同开发能满足车身电子要求的低成本串行总线技术，该技术在2000年2月2日完成开发，它就是LIN。 FlexRay联盟推进了FlexRay的标准化，使之成为新一代汽车内部网络通信协议。FlexRay车载网络标准已经成为同类产品的基准，将在未来很多年内，引导整个汽车电子产品控制结构的发展方向。FlexRay是继CAN和LIN之后的最新研发成果。 车载网络的分类及其网络协议 从20世纪80年代以来不断有新的网络产生，为了方便研究和应用，美国汽车工业协会（SAE）的车辆委员会将汽车数据传输网络划分为A、B、C三类。 A类网络 A类网络是面向传感器/执行器控制的低速网络，数据传输速度通常小于10kb/s，主要用于后视镜调整、电动车窗、灯光照明等控制。 A类网络大都采用通用异步收发器（UART，Universal Asynchronous Receiver/Trsmitter）标准，使用起来既简单又经济。但随着技术水平的发展，将会逐步被其他标准所代替。 A类网络目前首选的标准是LIN总线，是一种基于UART数据格式、主从结构的单线12V总线通信系统，主要用于智能传感器和执行器的串行通信。
1.物理层（比特流） 2.数据链路层(帧) PPP（点对点协议）：面向连接，不可靠，只支持全双工链路，成帧技术，PPP 帧是面向字节的，所有的PPP帧的长度都是整数字节的。 只检错不纠错，没有流量控制。 CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测协议）：截断二进制指数退避算法指数 退避算法 网桥的自学习算法 3.网络层（IP数据报或称分组、包） IP协议：无连接、不可靠、尽力而为型 ARP（地址解析协议）：IP地址→物理地址（MAC地址） RARP（逆地址解析协议）：物理地址（MAC地址）→IP地址 分组转发算法：直接交付、间接交付 ICMP（网际控制报文协议）：ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关 异常情况的报告。ICMP报文封装在IP包中。 （ICMP报文是IP层数据报的数据） 路由选择协议： ?内部网关协议IGP：RIP，OSPF ?外部网关协议EGP：BGP RIP（路由信息协议）：基于距离向量的路由选择算法。 RIP用UDP用户数据报传送。 适合于规模较小的网络，最大跳数不超过15。 缺点：“好消息传播得快，而坏消息传播得慢”。 OSPF（开放最短路径优先）：基于链路状态协议LS OSPF 直接用IP数据报传送 BGP（边界网关协议）：不同AS之间的路由协议。 用路径向量（path vector）路由协议 BGP用TCP报文传送 力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由。 并非要寻找一条最佳路由。 IGMP（网际组管理协议）：多播协议。IGMP 使用IP 数据报传递其报文BOOTP（引导程序协议）：需要人工进行协议配置，使用UDP报文封装，也是 无盘系统用来获取IP地址的方法 DHCP（动态主机配置协议）：自动分配主机地址 VPN（虚拟专用网）：利用公用的因特网作为本机构各专用网之间的通信载体。NAT(网络地址转换)：①在公司内部，每台机器都有一个形如10.X.Y.Z的地址。 三段私有IP地址 a)10.0.0.0 ~10.255.255.255/8 b)172.16.0.0~172.31.255.255/12 c)192.168.0.0~192.168.255.255/16 ②当一个分组离开公司的时候，首先要通过一个NAT盒， 此NAT盒将内部的IP源地址转换成该公司所拥有的真 实IP地址，198.60.42.12.。③通常与防火墙组合。
自组织网络 求助编辑百科名片 自组织网络 移动自组织网络是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，是移动计算机网络的一种，用户终端可以在网内随意移动而保持通信。 目录 自组织网络概述 自组织网络特点 自组织网络应用领域 展开 编辑本段自组织网络概述 移动自组织(Ad Hoc)网络是一种多跳的临时性自治系统，它的原型是美国早在1968年建立的ALOHA网络和之后于1973提出的PR(Pac ket Radio)网络。ALOHA网络需要固定的基站，网络中的每一个节点都必须和其它所有节点直接连接才能互相通信，是一种单跳网络。直到P R网络，才出现了真正意义上的多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，而是能够通过中继的方式，在两个距离很远而无法直接通信的节点之间传送信息。PR网络被广泛应用于军事领域。IEEE在开发802. 11标准时，提出将PR网络改名为Ad Hoc网络，也即今天我们常说的移动自组织网络。
移动自组织网络。一方面，网络信息交换采用了计算机网络中的分组交换机制，而不是电话交换网中的电路交换机制;另一方面，用户终端是可以移动的便携式终端，如笔记本、PDA等，用户可以随时处于移动或者静止状态。无线自组网中的每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端可以运行各种面向用户的应用程序;作为路由器，终端需要运行相应的路由协议。这种分布式控制和无中心的网络结构能够在部分通信网络遭到破坏后维持剩余的通信能力，具有很强的鲁棒性和抗毁性。 作为一种分布式网络，移动自组织网络是一种自治、多跳网络，整个网络没有固定的基础设施，能够在不能利用或者不便利用现有网络基础设施(如基站、AP)的情况下，提供终端之间的相互通信。由于终端的发射功率和无线覆盖范围有限，因此距离较远的两个终端如果要进行通信就必须借助于其它节点进行分组转发，这样节点之间构成了一种无线多跳网络。[1] 网络中的移动终端具有路由和分组转发功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑。移动自组织网络既可以作为单独的网络独立工作，也可以以末端子网的形式接入现有网络，如Internet网络和蜂窝网。 编辑本段自组织网络特点 移动自组织网络能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。自组网技术为计算机支持的协同工作系统提供了一种解决途径，主要特点有：
相遇信息估算概率的机会网络路由协议 引言 机会网络是一种不需要在源节点和目标节点之间存在完整路径,利用节点移动带来的相遇机会实现通信的，具有时延和分裂可容忍的自组织网络。它是移动自组织网络的一种演化，其概念源于早期的延迟容忍网络(delay tolerant net?work，简称 DTN)，是延迟容忍网络的一个分支。机会网络中，节点之间不存在完整的路径，节点的通信机会是间断的，网络中通过存储-携带-转发模式传输信息实现节点间的通信，因此机会网络能在网络链路断开和分裂的情况下完成通信任务。这些特性，使得机会网络能满足恶劣条件下的通信需要，能应用于缺乏通信基础设施、网络环境恶劣的场景。比如，野生动物监控，偏远地区网络连接等。 1 相关研究 在机会网络中，由于节点移动不可预测、能量和存储受限等因素导致网络拓扑出现割裂，使源和目标节点位于不同的连通域，导致传统网路由协议无法有效运行，因此设计高效的路由转发协议成为机会网络中关键和研究的热点之一。近几年来，国内外研究人员提出了较多的路由协议，其中较经典的如传染转发(epidemic forward?ing)、Spray and wait、PROPHET。文献[6]根据转发策略的不同将目前的机会网络路由协议主要分为 4 类:基于冗余机制、基于效用机制、冗余效用混合机制和基于主动运动机制。
1.1 Epidemic Forwarding 传染转发通过洪泛的方式将消息转发给所有相遇的节点，以期望能有更多的节点参与消息的转发，最终以较高的成功传达率到达目的节点。其主要思想是2个相遇的节点交换对方没有的信息,节点将消息副本传递给它所遇到的节点。该协议中由于洪泛而使网络中存在大量的消息副本数，会大量消耗网络的资源，且扩展性差。 1.2 Spray and wait Spray and wait 协议(以下简称SW)是一种基于受限洪泛的路由协议。该协议分为喷射(Spray)阶段和等待(Wait)阶段。在Spray阶段，源节点使用交换机制将部分报文扩散到邻居节点;Wait 阶段，若Spray 阶段没有发现目的节点，那么包含报文的节点通过直接传输(direct deliv?ery)方式把报文传送到目的节点。该协议提供了 2 种转发策略，Binary 模式和非 Binary 模式。在Binary模式下k=L/2(L 为消息的副本数)，即将一半的副本数交由中继节点转发。当携带数据包的节点中的转发副本数降为 1 时，节点转到Wait阶段，在此阶段下，节点采用和直接传输协议相同的策略等待与目标节点的相遇机会。 2 相遇信息估算概率的路由协议 在PROPHET和SW协议的基础上，本文提出一种基于相遇信息的路由协议 BPAS(based onprophet and spray and wait)，以节点间的相遇频率、网络连接时间和断连时间作为依据，计算节点的转发概率，将消息由概率值低的节点向概率值高的节点转发，并采用类似于SW
什么是网络协议
什么是网络协议
篇一：网络协议简介 ICMP 是“InternetControlMessageProtocol”（Internet 控制消息协议）的缩写。它是 TCP/IP 协议族的一个子协议，用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、 主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是 对于用户数据的传递起着重要的作用。 ICMP 是:Internet 控制信息协议（ICMP）是 IP 组的一个整合部分。通过 IP 包传送的 ICMP 信息主要用于涉及网络操作或错误操作的不可达信息。 ICMP 包发送是不可靠的，所以 主机不能依靠接收 ICMP 包解决任何网络问题。ICMP 不象 TCP 或 UDP 有端口，但它确实含有 两个域：类型(type)和代码(code)。而且这些域的作用和端口也完全不同。Ping 用到的是 ICMP 协议。不是端口。 网络之间互连的协议（IP）是 Internet Protocol 的外语缩写，中文缩写为“网协”. 网络之间互连的协议也就是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中， 它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进 行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守 IP 协议就可以与因特网互 连互通。IP 地址具有唯一性，根据用户性质的不同，可以分为 5 类。 ARP 协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。在局域网中，网络中 实际传输的是“帧”，帧里面是有目标主机的 MAC 地址的。在以太网中，一个主机要和另一个 主机进行直接通信，必须要知道目标主机的 MAC 地址。但这个目标 MAC 地址是如何获得的呢？ 它就是通过地址解析协议获得的。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标 IP 地址转换成目 标 MAC 地址的过程。ARP 协议的基本功能就是通过目标设备的 IP 地址，查询目标设备的 MAC 地址，以保证通信的顺利进行。 RARP： 局域网中某个主机的物理地址转换为 IP 地址，比如局域网中有一台主机只知道物理地址 而不知道 IP 地址，那么可以通过 RARP 协议发出征求自身 IP 地址的广播请求，然后由 RARP 服 务器负责回答。 RARP 协议广泛用于获取无盘工作站的 IP 地址。RARP 是通过 MAC 地址去向预先设置好 IP 地址与 MAC 地址对应关系的 RARP 服务器询问（获取）自身的 IP 地址，其过程与 ARP 协议的 过程相反，故称为 Reverse ARP（反向 ARP）。 下面的图表试图显示不同的 TCP/IP 和其他的协议在最初 OSI 模型中的位置： FTP：文件传输协议，为文件的传输提供了途径。它允许将数据从一台主机上传到另一台 主机，也可以从 FTP 服务器上下载文件，或者向 FTP 服务器上传文件。端口号 20、21。 Telnet：远程登录协议，实现 Internet 中的工作站登录到远程服务器的能力。端口号 23。 SMTP:简单邮件传输协议，实现 Internet 中电子邮件的传送功能，发送服务器（SMTP）
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车载自组织网络的体系结构和通信协议研究 System Architecture and Communication Protocols in Vehicular Ad Hoc Networks 2011-05-18 作者:杨琼,沈连丰 摘要:在对车载自组织网络的特点和研究现状分析的基础上，文章给出了车载自组织网络(VANET)中多维多层的理论模型和网络体系结构，讨论了物理层技术及其相关标准以及MAC 层、网络层协议设计的重点和难点，阐述了广播协议的设计思路。 关键字:车载自组织网络；体系结构；媒体访问控制协议；路由协议 英文摘要:This paper gives a brief introduction to the characteristics and research status of vehicular ad hoc networks and presents a multilayer, multidimensional theoretical model and network architecture. It discusses techniques and standards in the PHY layer as well as challenges in designing protocols for the MAC and network layers. The design of the broadcast protocol in the MAC layer is described in detail. 英文关键字:vehicular ad hoc network; system architecture; MAC protocol; routing protocol 基金项目：国家高技术研究发展(“863”)计划(2008AA01Z205) 随着汽车工业的蓬勃发展，城市交通拥堵、道路交通事故以及恶劣天气下道路交通安全成了亟待解决的问题。作为智能交通系统(ITS)重要组成的车载自组织网络(VANET)就是在此背景下提出的，成为保障行车安全和提高交通效率的关键。VANET是将无线通信技术应用于车辆间通信的自组织网络，对于发展移动通信，提升车辆的信息化自动化程度，减少交通事故，提高道路交通安全，具有十分重要的意义。 1 车载自组织网络 1.1 车载自组织网络的特点 VANET是自组织网络的一种在交通领域支持动态、随机、多跳拓扑结构应用的特殊区域性网络，是一类特殊的移动自组织网络(MANET)[1]。文献[2]认为真正纯粹的通用目的的MANET 在现实世界中并不存在，而诸如VANET、MESH网络、机会式网络和无线传感器网络(WSN)这类具有实际应用背景的特殊移动自组织网络却获得了巨大的成功。VANET与通用目的的自组织网络相比，具有以下特点[3]： ⑴VANET中节点的拓扑结构变化快，车辆的快速移动性决定了车载自组织网络中拓扑结构的频繁改变，使得两个车辆节点之间通信链路的生存时间大大缩短。通常的解决办法是通过提高发射功率来延长链路的生存时间，但发射功率的提高、通信距离增加的同时又降低了网络的吞吐量。 ⑵快速变化的拓扑结构给建立精确的邻居节点列表带来困难，而每个节点要获取维护整个网络的全局拓扑结构变得不现实，因此基于网络拓扑结构的协议不适用于车载自组织网络。
竭诚为您提供优质文档/双击可除 互联网常见协议 篇一：几种常用的网络协议 几种常用的网络协议 几种常用的网络协议 一、osi模型 名称层次功能 物理层1实现计算机系统与网络间的物理连接 数据链路层2进行数据打包与解包，形成信息帧 网络层3提供数据通过的路由 传输层4提供传输顺序信息与响应 会话层5建立和中止连接 表示层6数据转换、确认数据格式 应用层7提供用户程序接口 二、协议层次 网络中常用协议以及层次关系 1、进程/应用程的协议 平时最广泛的协议，这一层的每个协议都由客程序和服务程序两部分组成。程序通过服务器与客户机交互来工作。
常见协议有：telnet、Ftp、smtp、http、dns等。 2、主机—主机层协议 建立并且维护连接，用于保证主机间数据传输的安全性。这一层主要有两个协议：tcp（transmissioncontro lprotocol：传输控制协议；面向连接，可靠传输udp （userdatagramprotocol）：用户数据报协议；面向无连接，不可靠传输 3、internet层协议 负责数据的传输，在不同网络和系统间寻找路由，分段和重组数据报文，另外还有设备寻址。些层包括如下协议：ip（internetprotocol）:internet协议，负责tcp/ip 主机间提供数据报服务，进行数据封装并产生协议头，tcp 与udp协议的基础。 icmp（internetcontrolmessageprotocol）：internet 控制报文协议。icmp协议其实是ip协议的的附属协议，ip 协议用它来与其它主机或路由器交换错误报文和其它的一 些网络情况，在icmp包中携带了控制信息和故障恢复信息。aRp（addressResolutionprotocol）协议：地址解析协议。 RaRp（ReverseaddressResolutionprotocol）：逆向地 址解析协议。 osi全称（opensysteminterconnection）网络的osi七层结构20xx年03月28日星期五14:18（1）物理层——
自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组织基本路由协议及混合型路由协议技术 自组网的路由技术主要是设计能自适应网络拓扑动态变化的分布式路由协议路由协议，并避免产生路由环路，尽可能减小路由开销，具有一定的可扩展性，使网络节点能根据网络情况的变化，具各分布式管理的路由功能。自组织网络自组织网络是一个多跳的临时性的自治系统，在这种环境中，由于结点的无线通信覆盖范围的有限性，两个无法直接通信的移动结点可以借助其他结点进行分组转发来进行数据通信。自组网结点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要按路由协议进行分组转发决策。 IETF于1996年成立了自组网工作小组（MANETWG），其核心任务就是研究自组网环境下基于IP协议的路由协议规范和接口设计。 目前MANETWG已经提出了许多协议草案，比如DSR、AODV、TORA、ZRP等。这些自组网路由协议根据不同的角度可以进行不同的分类。按路由发现的策略划分，可以分为主动式主动式路由协议、被动式路由协议和混合型路由协议。自组织网络主要有以下路由协议。 研究基于分布式算法，具有网络自组织和自设置功能的自组织基本路由协议，主要有两类：表驱动路由协议（主动式路由协议）和按需路由协议（反应式路由协议），。主动式路由协议尽力维护网络中每个节点至所有其他节点的一致的最新路由信息，并要求网络中的每个节点都建立和维护一个或多个存储路由信息的表格。在网络拓扑变化时周期性地广播路由更新信息。这样减少了获得路由的时延，但是需
要花费较大的开销保持路由更新。按需路由协议只有在源节点需要时才建立路由，节点不需要花费代价来维护无用的路由信息，节省了一定的网络资源，但是路由发现过程时延比较大。 自组织网络路由协议按驱动模式的分类 迄今为止，已提出的主动式协议主要有WRP、DSDV等。下面简单介绍这两种协议。 （1）WRP协议 无线路由协议（wirelessroutmgprotocol，WRP）是一个基于距离矢量的协议，其路由算法是对路径发现算法PFA的改进。它利用去往目标结点的路径长度和相应路径到倒数第二跳结点信息加速路由协议收敛速度，改善路由环路问题。WRP对PFAD的改进之处在于当结点i监测到与邻居结点j的链路链路发生变化时，i会检查所有邻居结点关于倒数第二跳信息的一致性，而PFA只会检查结点j 关于倒数第二跳结点信息的一致性。这种改进可以进一步地减少出现路由环路的次数，加快算法的收敛速度。WRP协议的主要思想如下：每个结点维护四张表，即距离表、路由表路由表、链路费用表和消息重发表，并通过UPDATE消息通告给邻居结点。 设结点为i，信宿结点为j，结点i的邻居结点为k。 ①距离表。距离表包括k的通告的相关内容有经过k到j的路由的距离Dijk的前趋结点Piik。 ②路由表。每个表项包括信宿结点地址、到信宿的距离Dij、到j的最短路由j的前趋结点Pij、i的下一跳（后继）Sij等。
车载网络系统及CAN协议的应用分析 原作者:神龙汽车有限公司技术中心操小军出处:OneTwoFree.Sp 【论文摘要】 [摘要] 现代社会对汽车各方面的要求不断提高，在汽车设计中运用电子控制技术是满足这些要求的最好方法，为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求，有必要使用多路传输方式的车载的串行网络系统。目前，CAN协议及其网络系统已被全球汽车厂商普遍接受。CAN 协议明确的定义了数据链路层和物理层的内容。CAN 具有十分优越的特点，这使得绝大多数的工程师都选择它作为车载网络协议的标准。在汽车领域，目前存在的多种车载网络标准，其侧重的功能也有所不同。SAE 将车载网络按传输速率的不同划分为三类。即将投产的“标致307”系列车型采用的是CAN 网络结构。CAN 必将在汽车领域得到更广泛的应用。 关键词：CAN 车载网络网络协议LIN 1 汽车电子技术的发展推动了车载网络系统广泛研究和使用。 1.1 汽车电子技术的发展提出了网络化的要求 现代社会对汽车各方面的要求不断提高，这些要求包括：极高的主动安全性和被动安全性；乘坐的舒适性；驾驶与使用的便捷和人性化；尤其是低排放和低油耗的要求等。在汽车设计中运用计算机微处理器及其电控技术是满足这些要求的最好方法，而且已经得到了广泛的运用。目前这些系统有：ABS（防抱系统）、EMS（发动机管理系统）、多功能数字化仪表、主动悬架、导航系统、电子防盗系统、自动空调和自动CD 机等。这些系统由多个电控单元相互连接而成，可分为控制器、传感器、执行器等。同时各个系统之间也互相连接，进行着越来越多的数据交换。这样就需要使用大量的线束和插接器来实现互连，进行它们之间的数据交换。随着汽车电子技术的不断发展，这种需求的增长是惊人的。图1 给出了它的增长情况。 图1 由于线束和插接器的数量不断增加，整车电子系统的复杂程度愈来愈高，其可靠性将难以保证，故障率会提高，维修更加困难。为了满足汽车内部信息交换量急剧增加的要求，有必要使用一种实现多路传输方式的车载网络系统。这种网络系统采用串行总线结构，通过总线信道共享，减少线束的数量。
移动自组织通信网络技术概况及未来前景 石晶林 摘要 本文对移动自组织网络技术的概念、特征和应用进行了介绍，重点分析了目前无线移动自组织网络的关键技术研究热点，与现有通信网的融合及其技术的实现等，同时对自组织网络的前景进行了简单预测。 关键词：自组织网络，路由方法，安全，前景 1 引言 移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network: MANET)出现之初指的是一种小型无线局域网。这种小型局域网的节点之间不需要经过基站或其它管理控制设备就可以直接实现点对点的通信。而且当两个通信节点之间由于功率或其它原因导致无法实现链路直接连接时，网内其它节点可以帮助中继信号，以实现网络内各节点的相互通信。由于无线节点是在随时移动着的，因此这种网络的拓扑结构也是动态变化的。它们之间的通信模式也就无法直接照搬目前有基础设施的通信网的通信模式，至少在寻址模式上是如此。具体说来，无基础设施需求的MANET有着下面一些主要特征： 分布式自组管理与控制； 物理通信链路是带宽受约束的无线链路； 物理拓扑动态变化； 功耗是重要的约束条件（由于无线移动）； 物理安全性有限（无线信道的开放性造成）。 2001年以前，Ad Hoc还只是一个在很少一部分实验室里讨论的概念。但3年后的现在，自组织网络Ad Hoc已成了从事无线通信技术研究开发的人不得不去了解的技术 — 因为MANET已被认为是未来移动通信技术的核心组成部分之一，甚至于有不少人认为自组织网络的思想将会把所有我们能想到的网络组合在一起，从而实现世界通信网络的大统一。为什么就在短短的两三年内 Ad Hoc会流行起来呢，下面两点是主要原因： 技术进步使其具有了可实现性: 0各种各样的终端实现交互连接与通信是一种无法逆转的潮流； 0无线通信技术的发展及其与微电子技术的结合使得无线通信设备性价比大大提高，并使其成了一种日用消费品； 0人们想实现的无处不在、无时不在的通信梦想驱动着对它的研究； 市场需求是其发展的巨大动力: 0民用市场中的移动计算需求、网格、可穿戴计算、灾难救助等需要自组织网络技术； 0军事战争的需要，自组织网络技术一经提出就在军事领域得到重大应用。 作为移动通信的一种基本组网模式，移动 Ad Hoc网络与传统的蜂窝技术的根本区别在于移动节点之间的通信是在没有固定基础设施(例如基站或路由器)支持的条件下进行的。系统支持动态配置和动态流控，所有网络协议也都是分布式的。由于这类网络的组织和控制并不依赖于某些重要的节点，所以它们允许节点发生故障、离开网络或加入网络。也就是说每一个移动节点可以根据自己的需要在整个网络内随意移动，而无须考虑如何维护与其他实体的通信连接。因此具备动态搜索、定位和恢复连接能力是这类网络得以实现的基本要求。也正是由于这些原因，自组织网络的设计实现十分困难。现在用于固网的很多通信机制都无法用于 Ad Hoc网络中。本文就目前自组织网络技术方方面面的研究挑战进行介绍，对自组织网络的未来前景与应用进行了简单分析。 2 移动自组织网络的研究挑战 移动自组织网络的研究主要集中在组网理论、路由算法、接入控制、安全管理等方面。下面我们简单的进行说明。
车载自组织网络MAC层协议的研究 人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少 量使用到智能手机的普及，从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。 在中国，随着国家生产力的升级，人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。 据相关数据显示，我国汽车的生产量和销售量在xx年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国；此外，最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破2000万辆。 随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及 车辆停放管理等问题；此外,随着中国高速公路不断扩张，高速公路 上汽车的交通安全管理、车辆车速的监测以及计费系统等的需求不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高；这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。 车载自组织网络（Vehicular AdHoc Networks，VANET）概念应运而生，车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分，主要为车辆提供道路安全信息、电子收费、车内娱乐应用以及一些以智能交通[1]有关的服务。 xx年，美国制定了IEEE802.11p[2]协议标准和IEEE1609协议族 标准，这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。 车载自组织网络是以车辆为中心，通过车辆与其他车辆或路边设 施进行通信的一种移动自组织网络。
它具有网络拓扑变化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等特有的属性。 车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。 车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生，因此，它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。 1.2国内外研究现状车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。 但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速，而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。 这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。 目前，对车载自组织网络的研究主要分为三大阵营美国、欧盟和日本。 它们在这方面都有较为深入的研究。 在车载自组织网络的研究，日本比较早就参与其中，它先后组织了开发了多个车辆智能系统，并联合多个生产商进行测试。 另外，日本还专门成立道路交通信息通信系统车载自组织网络MAC 层协议的研究2(VICS)[3]中心用于研究和系统的现实测试使用。 日本在这方面的研究一直处于国际领先水平。
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
TCP/IP协议： Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网 互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网， 以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下 一层所提供的网络来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就 发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。 TCP协议： Transmission Control Protocol 传输控制协议TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议，由IETF的RFC 793说明（specified）。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能， UDP协议： UDP 是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是 OSI（开放式系统互联）参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP是同一层内另一个重要的传输协议。 DNS协议： DNS 是域名系统 (Domain Name System) 的缩写，是因特网的一项核心服务，它作为可以将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便的访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串。 PPP协议： 点对点协议（PPP）为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法。PPP 最初设计是为两个对等节点之间的 IP 流量传输提供一种封装协议。在 TCP-IP 协议集中 它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议（OSI 模式中的第二层），替代了原来 非标准的第二层协议，即 SLIP。除了 IP 以外 PPP 还可以携带其它协议，包括 DECnet 和 Novell 的 Internet 网包交换（IPX）。