基于HLA的VANET仿真平台构建与性能分析

摘要

近年来车载自组织网络（VANET，Vehicular Ad hoc Network）技术得到快速发展，针对VANET仿真技术的研究受到了越来越多的重视。由于VANET网络仿真同时涉及车辆运动的仿真以及车辆通信的仿真，因此最新的研究倾向于采取对二者联合仿真的方式来构建VANET仿真平台。本文搭建了基于HLA的VANET仿真平台，并利用该仿真平台进行了一系列有关于VANET现存问题改进方法的仿真研究。
　　首先，论文在总结分析国内外各种VANET仿真平台特点的基础上，构建了基于高层体系结构(HLA，High Level Architecture)的VANET仿真平台。该平台是VANET研究领域内首次使用微观交通仿真软件Paramics和通信仿真软件OPNET以及根据现有代码改编而成的HLA控制台作为仿真成员的仿真平台。相对于目前VANET研究领域内其他仿真平台，基于HLA的VANET仿真平台有着扩展性强等优势。在构建VANET仿真平台的基础上，本文依照国家“863计划”重点项目《智能车路协同关键技术》廊坊试验场地的规格搭建了相应的仿真场景。
　　然后，论文针对目前VANET网络存在的高时延和高丢包率问题在不同的仿真条件下进行了大量的仿真工作，发现车辆之间路由频繁中断是造成的VANET网络延迟偏高的重要原因，得出在此种情况下基于地理位置的路由协议在VANET网络中的表现优于基于拓扑的路由协议。
　　最后，论文采用了增加路侧设备(RSU，Road Side Unit)的VANET通信质量改善方案，对不同RSU密度、RSU分布规律下的VANET网络性能进行了大量的仿真及分析工作，结果表明当RSU密度增加到一个阈值，即可以确保车辆节点之间可以建立完全由RSU节点组成的路由的情况下，VANET网络才有着最低的端到端时延与最高的分组送达率，而在此阈值的基础上提高RSU密度将无法起到提升网络性能的作用。论文还对不同的数据包发送间隔、MAC层数据率与车辆速度下的VANET网络性能进行了大量的仿真，得出了能够满足VANET网络QoS要求的数据包发送间隔、MAC层数据率与车辆速度的取值范围。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 VANET及其仿真技术概述

1．2．1 VANET概述

1．2．2 HLA仿真技术概述

1．3 VANET仿真研究现状

1．4 研究目的与意义

1．5 论文的主要内容与项目背景

2 VANET网络技术

2．1 Ad hoc、MANET和VANET网络概述

2．1．1 Ad hoc网络

2．1．2 MANET网络

2．1．3 VANET网络

2．2 VANET网络的特点

2．2．1 车载设备与手持设备的比较

2．2．2 通信节点高速移动

2．2．3 移动方式受到道路限制

2．2．4 道路周围建筑存在对通信的影响

2．2．5 通信节点的高密度性

2．2．6 各种车载设备的通用性

2．3 VANET存在问题及分析

2．3．1 物理层与MAC层

2．3．2 路由协议

2．3．3 消息的优先级

2．3．4 RSU的应用

2．4 本章小结

3 HLA仿真平台的搭建

3．1 HLA与其他VANET仿真工具的对比

3．1．1 开环模式

3．1．2 闭环模式

3．1．3 HLA结构的优势

3．2 HLA介绍

3．2．1 HLA概述

3．2．2 联邦逻辑结构

3．2．3 联邦管理

3．3 HLA联邦开发

3．3．1 FEDEP概述

3．3．2 联邦成员与框架

3．3．3 联邦大使、FED、map介绍

3．4 联邦成员设计

3．4．1 通信仿真成员

3．4．2 交通仿真成员

3．4．3 控制台成员

3．5 本章小结

4 VANET网络性能改进方法研究

4．1 VANET网络体系结构

4．1．1 应用层与传输层

4．1．2 网络层

4．1．3 数据链路层与物理层

4．2 对现有VANET网络性能改善方法的仿真

4．2．1 基于拓扑的路由

4．2．2 基于地理位置的路由

4．3 增加RSU节点对VANET网络性能的影响

4．4 本章小结

5 对RSU场景的优化及仿真分析

5．1 RSU分布布置对通信性能的影响

5．2 不同网络配置参数下RSU场景的性能研究

5．2．1 发包间隔的影响

5．2．2 MAC数据率的影晌

5．2．3 车辆速度的影响

5．3 对VANET网络高丢包率的研究

5．3．1 原因分析

5．3．2 解决办法

5．3．3 仿真分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图索引

表索引

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