智能交通车路协同通信网络路由协议的研究与仿真

摘要

车载移动通信网络作为现代智能交通车路协同系统的一个重要组成部分，已经成为该领域的研究重点。车载移动通信网络的核心是车-车及车路之间的移动自组网VANET(Vehicular Ad-hoc Networks)技术。在车载移动自组织网络中，不同于固定节点网络的最大特点是车辆节点的运动速度快，网络拓扑结构不稳定，使得现有路由协议下通信链路的生存时间及网络性能受到严重挑战。本文针对以上网络问题，以VANET网络路由协议为研究对象，结合城市和高速公路不同环境下的网络特点，提出了一种基于地理位置信息辅助思想的VANET网络路由协议GSAODV(Geographic-Station Ad hoc on-demand distance vector routing)。
　　 美国电气和电子工程师协会(IEEE)下的802委员会针对VANET五层网络结构的特点，为数据链路层和物理层之间制定了专门的802.11p通信协议。本文首先对该协议进行研究，并对NS2网络仿真软件平台下MAC层的802.11p模块进行开发。能够反映真实道路环境下车辆节点运动特性的交通场景模型是保证网络路由协议性能仿真可靠性的关键因素，本课题对现实交通环境和车辆节点运动特性进行分析总结，以交通仿真软件VanetMobisim为平台，别建立了城市环境和高速公路环境下两种交通场景模型，将产生的车辆运动轨迹作为后续路由协议研究的载体。本文重点分析了VANET网络中现有AODV路由协议的不足，结合车辆节点自身运动特性，提出了改善VANET网络性能的GSAODV协议。改进的协议首先利用地图位置信息对无效转发节点数量的筛选限制，减小网络中因无用控制数据包造成的网络拥塞。在路由的建立过程中，不再像AODV协议那样使用最快搜索和最短路径原则，而是通过节点缓存选择路由期满值最大的链路建立路由，以保证路由建立后的可靠性和稳定性。最后以交通仿真软件VanetMobisim中产生的车辆运动轨迹为载体，通过网络仿真软件NS2对两种协议分别在两种反映真实交通环境的场景模型中进行比较和分析。
　　 仿真实验结果表明，改进的GSAODV在城市道路交通场景中与高速公路交通场景中的封包到达率、平均延时和平均跳数三项指标整体均在一定程度上优于现有的AODV协议。在VANET网络中GSAODV协议很好的克服了AODV协议因洪泛传播造成的网络拥塞、链路不稳定等弱点，对拓扑结构快速变化适应性更好。

目录

声明

摘要

附图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 车路协同系统简介

1．3 车路协同网络研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文研究内容和章节安排

第2章 VANET网络及802．11p协议研究

2．1 VANET网络概述

2．1．1 VANET网络概念

2．1．2 VANET网络结构

2．1．3 VANET网络特点

2．1．4 技术要求

2．2 基于NS2的802．11P模块研究

2．2．1 NS2中802．11架构介绍

2．2．2 VANET的MAC层修改

2．2．3 NS2的MAC80211Ext模块创建

2．2．4 VANET的物理层修改

2．2．5 NS2的WirelessPhyExt模块创建

2．3 架构配置

2．3．1 PBCAgent配置

2．3．2 信道捕获配置

2．3．3 物理层跟踪配置

2．3．4 节点配置

2．4 本章小结

第3章 交通场景模型的研究与仿真

3．1 节点运动模型的研究

3．1．1 随机步点模型

3．1．2 随机方向模型

3．1．3 随机路点运动模型

3．2 交通流模型的研究

3．2．1 宏观模型

3．2．2 微观模型

3．3 Vanetmobisim建模与仿真

3．3．1 Vanetmobisim软件介绍

3．3．2 交通场景模型建立与仿真

3．4 本章小结

第4章 改进的GSAODV协议设计

4．1 GSAODV算法思想

4．1．1 有效节点的选取

4．1．2 路由建立规则

4．2 GSAODV实现过程

4．2．1 路由请求过程的实现

4．2．2 路由应答过程的实现

4．2．3 路由修复过程的实现

4．3 GSAODV协议仿真与分析

4．3．1 NS2仿真流程

4．3．2 城市场景下GSAODV协议仿真

4．3．3 高速公路场景下GSAODV协议仿真

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间参与的科研项目和发表的学术论文