基于车联网的高速公路事故预警方法研究

摘要

近年来，我国高速公路的事故发生率逐年增高，在造成严重的人员伤亡和财产损失的同时，还会引发高速公路的拥堵和大面积车辆滞留。依靠车联网技术提供的车辆与车辆间、车辆与路侧设备间的通信，可以完成对事故的实时预警。针对现有基于泛洪的预警消息广播机制丢包率高，以及车辆在高速公路场景中网络连接潜在的中断问题，论文首先针对三种典型的高速公路事件，提出了相应的事件判定方法；之后通过分析目标节点分布，提出了针对拥堵事件和交通事故的消息的广播方案；同时通过对异构网络切换技术进行研究，利用车联网的多跳特性，提出了两种垂直网络切换算法，从而完成对高速公路场景中的事故预警方法的研究：
　　首先，在分析车联网的体系架构和关键技术的基础上，通过对比分析几种典型的车-车、车-路通信技术，构建了一种基于4G和DSRC通信技术的高速公路车联网通信场景；其次，构建了交通信息采集模型并设计了交通信息的采集方案，在此基础上提出了针对三种典型的高速公路事件的事件判定方法；再次，依照不同的高速公路事件类型，通过分析消息的类型和目的节点分布状况，论文提出了拥堵消息的广播机制和事故安全消息广播机制；然后，在研究异构网络切换技术的流程和关键技术的基础上，分析了车辆在高速公路场景中行驶时涉及的异构网络切换过程，提出了持续型垂直网络切换算法和粘连型垂直网络切换算法，用以实现车辆与路侧设备间的多跳连接，通过设置切换判决阈值，保证多跳连接过程中车辆与路侧设备间的通信质量。最后，利用Veins仿真平台搭建了具备4G和DSRC通信能力的高速公路车联网仿真场景，对论文提出的事故预警方法和垂直网络切换算法的性能进行了测试。
　　测试结果表明，论文提出的事故预警方案基本能够保证预警消息的及时传递，同时，相较泛洪广播，论文设计的拥堵消息广播方案和事故安全消息广播方案在丢包率、网络吞吐量和延时三方面均具有较大的优势；此外，相比基于RSSI的垂直网络切换算法，论文提出的两种切换算法不仅能延长车辆处于DSRC网络中的时间，且进行切换时的切换次数少，不易引发“乒乓效应”。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文章节安排

第二章 基于车联网的高速公路事故预警系统体系结构

2.1 车联网体系架构

2.2 车-车/车-路通信技术选择

2.3 基于4G和DSRC的高速公路事故预警通信场景

2.4 车联网仿真平台Veins

第三章 基于车-车/车-路通信的交通信息采集与处理

3.1 基于车-车/车-路通信的高速公路交通信息采集方案

3.2 基于车-车/车-路通信的高速公路交通事件判定方案

第四章 基于车-车/车-路通信的交通信息预警

4.1 基于车-车/车-路通信的事故消息广播方案

4.2 异构网切换技术研究

4.3 面向4G和DSRC网络的垂直网络切换算法研究

第五章 高速公路事故预警方法性能测试

5.1 基于车联网的高速公路事故预警测试平台

5.2 高速公路事故预警测试分析

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢