车联网GPSR路由协议改进及城市交通下的性能仿真

摘要

复杂的交通环境和日益增长的驾驶服务需求使得车联网的应用成为必然发展趋势，车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Networks, VANETs）作为车联网的一种组网通信技术因而得到了广泛关注。在VANETs中，路由协议很大程度上决定了网络性能，而高度动态的网络结构对路由协议提出了更高的要求。对此，本文开展了车联网环境下的路由协议研究，设计高效而鲁棒性强的路由协议以提高VANETs网络性能。主要研究工作如下。 首先，研究了车联网相关通信技术，包括车联网的体系结构、通信标准以及VANETs组网技术。在此基础上，研究了VANETs中实现多跳传输的关键技术——路由协议，依据是否使用定位设备及辅助电子地图将其分为基于拓扑结构、地理位置和导航地图3类。分析了各协议的特点并说明了综合利用位置信息和地图信息作为路由判据，可提高路由选取的正确性。 其次，分析了一种典型的基于地理位置的路由协议——贪婪周边无状态路由（Greedy Perimeter Stateless Routing, GPSR）。考虑其在城市交通场景中，存在着通信链路不稳定、路由冗余以及自适应差等不足，提出了基于链路质量和路网属性的贪婪路由协议（ Link-Quality and Road-Property Based Greedy Routing, LRGR），利用QoS链路质量建模分析和城市路网属性信息，改进了贪婪转发策略和路由恢复策略，并辅以携带转发机制，解决了上述问题。 接着，设计了城市交通模拟场景，用于路由协议的仿真。先研究了车辆移动模型，优选Krauss模型进行改进，并提出了差异行为跟驰模型（Differential Behavior Following Model, DBFM），弥补了原有模型行为方式统一以及加速过程呈跳跃性的不足。随后，利用城市交通仿真软件SUMO，实现了DBFM移动模型以及武汉市洪山广场的真实地图场景模拟。 最后，在网络仿真平台NS-3中实现了LRGR协议，并基于城市交通模拟场景，分别设计了以车流密度和速度为自变量的对比实验。结果显示，相比GPSR， LRGR减少了路由冗余，在低密度时以近40ms的时延损失获得了约33%的投递率增加，高密度时具有20%以上投递率和约10ms时延的优势，在速度实验中平均具有21%投递率和7ms时延的性能提升。本文研究表明改进的LRGR路由协议能够适应VANETs的动态特性，在城市交通场景中有着更好的性能表现。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 车联网及路由技术研究

2.1 车联网通信技术

2.2 车载自组网路由协议

2.3 本章小结

第3章 GPSR路由协议分析及其改进策略

3.1 GPSR路由协议分析

3.2 QoS链路质量建模分析

3.3 改进的LRGR协议设计与实现

3.4 本章小结

第4章 车联网城市交通场景模拟

4.1 车辆移动模型

4.2 差异行为跟驰模型设计

4.3 城市交通场景模拟

4.4 本章小结

第5章 城市交通场景下路由协议性能仿真分析

5.1 网络仿真平台搭建

5.2 城市交通环境仿真对比实验设计

5.3 仿真结果与分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目