VANET网络时间同步技术研究及通信终端的研发

摘要

近年来，随着全国汽车保有量的快速增长，许多城市的道路承载容量已达到饱和，交通安全、出行效率、环境保护等问题日益突出，交通问题已成为制约经济社会进一步发展的关键性因素。人们希望借助新一代的传感器技术、电子控制技术、数据通信技术和计算机网络技术来改善目前令人堪忧的交通现状，在此大背景下，车联网(Vehicular Ad-hoc Network，VANET)技术成为时下应用技术研究的热点。
　　由于车联网环境的特殊性，例如网络节点的快速移动、网络拓扑结构的变化等特点使得传统的无线通信协议无法满足车联网的实际应用场景和通信需求。对此，IEEE于2013年颁布了车联网通信协议—WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment)协议栈。然而目前市面上尚无成熟的、可装车使用、支持WAVE协议栈的车联网通信终端产品（下文均简称为VANET通信终端）。
　　本文工作的目标是研发支持WAVE协议栈的VANET通信终端。同时由于VANET通信终端之间的网络时间同步是影响VANET网络性能的关键因素。因此本文的另一项工作是分析和研究VANET通信终端间的网络时间同步技术，实现满足WAVE协议规定的精度要求的时间同步算法。本文主要工作概括如下:
　　1)WAVE协议中的多信道协调实际上是通过时分机制实现的，所以VANET通信终端之间的通信性能主要取决于设备之间的时间同步，本文研究、设计并用Linux-C编程实现了VANET通信终端之间的时间同步算法，保证并提升了系统的性能;
　　2)根据实际的VANET的功能需求，从整体上设计了VANET通信终端，并研发出了符合要求的VANET通信终端。主要的研发工作集中在802.11p射频模块的调试和移植，以及嵌入式Ubuntu+QT用户图形界面的设计与实现;
　　3)在已研发的VANET通信终端上进行以下几项实验:射频模块的安装调试及数据收发测试、时间同步算法应用在VANET通信终端上的实际性能、系统主要部件的功能测试和用户图形界面的操作体验测试。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 论文的主要工作介绍

1．4 论文的组织结构

第二章 协议栈概述与多信道协调

2．1 WAVE协议的总体结构

2．1．1 SAE J2735标准

2．1．2 IEEE 1609.2协议

2．1．3 IEEE 1609.3协议

2．1．4 IEEE 802.11p协议

2．1．5 IEEE 1609.4协议

2．2．1 信道分配

2．2．2 多信道切换

2．3 本章小结

第三章 VANET节点时间同步算法的研究与实现

3．1 时间同步的性能要求分析

3．2 时间同步算法的研究

3．2．1 BSS内的时间同步算法的设计

3．2．2 RSU之间的时间同步策略

3．3 时间同步算法的实现

3．3．1 时间同步模块的实现

3．3．2 时间同步算法的测试

3．4 算法的误差分析

3．4．1 时延抖动引起的误差分析

3．4．2 时钟频率漂移引起的误差分析

3．5 本章小结

第四章 VANET通信终端的设计

4．1 VANET通信终端的平台设计

4．1．3 主要模块的选择

4．1．4 VANET通信终端系统具体设计

4．2 VANET通信终端的递进式研发框架设计

4．2．1 开发平台的选择

4．2．2 VANET通信终端的研发框架设计

4．3 本章小结

第五章 VANET通信终端的研发

5．1 802.11p射频模块的调试

5．1．1 PC+802.11p射频模块的调试

5．1．2 ARM+802.11p射频模块的调试

5．2 Ubuntu+QT的平台实现

5．2．1 用户图形界面的实现

5．2．2 ARM系统上的Ubuntu+QT平台实现

5．3 Ubuntu+QT平台下的系统测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况