IEEE 802.11p协议分析与研究

摘要

智能交通系统对于车辆自组织网络的性能需求很高，而IEEE802.11p协议作为车辆自组织网络的构建基础，逐渐成为了通信研究领域的焦点。本文选用了VanetMobiSim作为车辆移动性仿真器，建立了一个现实的交通行为模型，然后选用NS-2作为网络仿真器，在静态环境和动态环境下分别对IEEE802.11p协议进行了仿真，并且对三大性能指标，也就是吞吐量、端到端延迟、误帧率分别作了分析。仿真结果表明，车辆的行驶速度并不会对传输性能造成影响，但是车辆之间的距离与广播消息的长度则会对传输性能造成显著的影响，IEEE802.11p协议在较低通信负载的情况下可以满足车辆自组织网络的性能需求。可以预料到，当交通密度逐渐提高，导致通信负载也随之提高时，车辆之间竞争传输介质所造成的冲突会变得越来越多，这将对端到端延迟和误帧率产生不利的影响。为了解决上述问题，本文提出了一种优化方案，它包含了三个方面，分别是细化消息优先级、制定绝对化的优先级、建立重要广播消息的确认重传机制。通过对比和分析优化前后的性能，可以发现本文提出的优化方案可以改进IEEE802.11p协议在高密度交通状况下的传输性能，而所需付出的代价仅仅是增加了低优先级消息的延迟。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景和意义

1．2 WAVE的研究现状

1．3 研究内容

1．4 本文结构

2 WAVE标准分析

2．1 WAVE架构概述

2．1．1 MANET与VANET的区别

2．1．2 车辆安全通信

2．1．3 WAVE标准架构

2．2 物理层

2．2．1 10 MHz信道

2．2．2 多信道操作

2．2．3 更高的接收器性能指标

2．2．4 改良的频谱遮罩

2．3 MAC层

2．3．1 WAVE模式

2．3．2 站点同步与定时公告

2．3．3 身份验证与网络关联

2．3．4 BSS外部数据通信

2．3．5 EDCA机制

2．4 网络层与传输层

2．5 资源管理器与安全服务

2．6 本章小结

3 IEEE 802．11p协议的仿真与性能分析

3．1 车辆移动性模型

3．1．1 宏观移动性模型

3．1．2 微观移动性模型

3．2 车辆移动性仿真器

3．3 网络仿真器

3．4 建立仿真场景

3．4．1 静态场景

3．4．2 动态场景

3．5 仿真设置

3．5．1 车辆移动性仿真设置

3．5．2 网络仿真设置

3．6 结果分析

3．6．1 性能指标

3．6．2 静态场景结果分析

3．6．3 动态场景结果分析

3．7 本章小结

4 访问优先级与广播机制的优化

4．1 细化优先级分类

4．1．1 现有优先级分类的缺陷

4．1．2 细分应用优先级

4．1．3 自适应工作流程

4．2 建立绝对的优先级

4．2．1 相对优先级的缺陷

4．2．2 绝对优先级的工作原理

4．2．3 改进后的EDCA参数

4．3 实现广播消息的确认重传机制

4．3．1 现有广播机制的缺陷

4．3．2 群集角色字段

4．3．3 群集的关联与切换机制

4．3．4 广播消息的确认重传机制

4．4 本章小结

5 优化方案的性能分析

5．1 仿真场景描述

5．2 仿真结果分析

5．2．1 误帧率分析

5．2．2 端到端延迟与抖动分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 未来研究的展望

致谢

参考文献