基于功率控制的车载网络安全信息投递策略研究

摘要

车载无线自组织网络（Vehicular Ad-Hoc Network，VANET）是指车和车之间，车和路边设施之间通过信息传输建立起来的无线自组织网络，车辆通过与其他车辆或者路边设施进行通信并获取周边道路交通状况以保证行车的安全可靠。因此，如何保证安全信息有效投递给所需车辆一直是VANET当中的重点研究课题。
　　安全消息在VANET中通常以广播形式投递，根据安全消息类型的不同，还可以进一步分为单跳广播投递和多跳广播投递。其中基本安全消息（Basic Safety Message，BSM）包含了车辆的位置、速度等基本状态信息，通常以单跳形式周期性广播投递；而事件驱动消息通常包含事故信息及路况信息，一般以多跳广播形式投递。本文将以功率控制作为切入点，分别研究VANET中的单跳广播投递与多跳广播投递。
　　VANET中功率控制的主要目标有如下两点：1）在车辆稀疏的道路场景中，车辆之间距离较远，此时车辆应适当增加发送功率，能够增强整体网络的连通性；2）车辆密集的道路场景中，大量车辆在同一冲突域中竞争信道，此时车辆通过减小发送功率减小冲突域，从而实现拥塞控制。为了实现以上目标，本文提出一个基于局部车辆密度的功率自适应调整方案。首先，为了获得周边车辆密度，本文提出一个基于基本安全消息（Basic Safety Messages，BSM）的分布式密度估计算法（Distributed Local Density Estimation，DLDE），车辆根据一段时间内收到的BSM消息估计周边的车辆分布及密度。随后，提出分布式功率控制算法（Distributed Power Dynamic Adjustment，DPDA），车辆根据DLDE算法提供的密度信息自适应调整发送功率。同时，本文还阐述了DLDE与DPDA算法之间的相互迭代：DLDE算法能够给DPDA算法提供实时道路密度状况，DPDA自适应调整功率能够提高BSM消息投递成功率从而让DLDE算法的估计值更加准确，最终两个算法的计算结果趋于收敛。本文使用NS-3网络仿真工具上对上述两个算法进行仿真，仿真并验证了在不同场景中两个算法的性能表现。
　　为了保证车辆能够将消息投递到更远的范围，本文在上述两个算法的基础上，研究多跳广播投递策略。本文在基于距离广播策略的基础上，提出一个基于两跳距离的多跳广播协议（Power-Distance based Broadcast protocol in VANET，PDBV），并且针对传统基于距离的广播策略存在的问题，提出了多个改进措施。由于多跳广播消息的发送功率也会使用 DPDA算法的计算结果，因此传统基于距离转发策略中基于单跳距离的中继选择策略不再适用，PDBV协议根据两跳距离（与上一跳距离、下一跳的预计覆盖范围）选择中继节点。本文同样使用NS-3网络仿真工具对PDBV协议进行了仿真，并与传统基于距离广播策略进行对比，仿真结果表明，PDBV协议在可靠性、实时性与低冗余三个维度均优于传统基于距离的广播策略。

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缩略词表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3论文研究内容

1.4论文组织结构

第二章 车载自组织网概述及相关技术研究

2.1 VANET网络架构特点及相关技术

2.2车载网络中的功率控制研究

2.3安全信息多跳广播策略

2.4小结

第三章 基于局部密度的功率控制算法

3.1前提假设

3.2 DLDE算法

3.3 DPDA算法

3.4仿真与分析

3.5小结

第四章 基于功率控制的车载网络多跳广播策略

4.1车载网络中多跳广播需求分析

4.2基于距离的广播策略及其缺陷

4.3 PDBV协议设计

4.4 PDBV协议具体细节

4.5仿真与分析

4.6小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来工作展望

致谢

参考文献

硕士期间取得成果