车载Ad Hoc网络按需路由协议的改进及仿真

摘要

车载Ad Hoc网络是移动Ad Hoc网络的一种具体应用。由于构成网络的车辆节点运动速度快，造成网络拓扑结构变化剧烈，节点间链路频繁断开，路由协议的性能严重受损。因此如何改善路由协议的可靠性、提高车载通信系统的质量，成为研究车载Ad Hoc网络的热点。本文以车载Ad：Hoc网络的路由协议作为研究对象，针对车载网络的特点，提出基于GPS（GlobalPosition System）设备的车载可靠路由协议V-SARP（Stability AODV RoutingProtocol for VANET）。
　　 鉴于节点运动模型是路由协议仿真的基础，本文首先抽象出真实车辆的运动特征，通过VanetMobiSim仿真软件建立车载网络运动模型；然后分析AODV协议的不足，结合车载Ad Hoc网络的优势，提出V-SARP协议。V-SARP算法采用两种新的机制：（1）RREQ消息转发限制算法，该算法通过节点可靠性条件限制转发路由请求的节点数目，降低由广播路由请求引起的网络洪泛，从而减小路由协议开销；（2）最优路由选择机制，使用此机制建立的路由具有最大的路由期满时间值，以保证网络的稳定性，达到提高数据分组转发率的目的。由于上述改进，AODV协议的本地修复机制不再适用V-SARP协议，本文通过添加修复请求和应答消息，完成本地修复过程的修改。最后，以VanetMobiSim生成的文件，作为NS-2平台的场景输入文件，分别在低负载、高负载两种城区场景和高速公路车载场景下，对AODV协议和V-SARP协议进行仿真比较。
　　 实验结果表明，与AODV协议相比，虽然V-SARP协议的端到端时延有所增加，但可以获得更高分组投递率和更小的协议控制开销。因此，V-SARP协议在保证网络健壮性和数据传输方面具有一定优势，更适用于网络负载较重、速度较高的车载通信系统。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 论文组织结构

第二章 车载Ad Hoc网络概述

2.1 移动Ad Hoc网络

2.1.1 Ad Hoc网络的发展

2.1.2 Ad Hoc网络的特点

2.1.3 Ad Hoc网络的关键技术

2.2 车载Ad Hoc网络

2.2.1 车载Ad Hoc网络结构

2.2.2 车载Ad Hoc网络功能

2.2.3 车载Ad Hoc网络特点

2.3 车载Ad Hoc网络路由协议

2.3.1 基于拓扑的路由协议

2.3.2 基于位置信息的路由协议

2.3.3 基于地图的路由协议

2.4 本章小结

第三章 车辆运动模型的研究

3.1 典型节点运动模型

3.1.1 随机路点运动模型

3.1.2 随机步行运动模型

3.1.3 随机方向运动模型

3.2 VanetMobiSim仿真软件

3.3 车载运动模型研究与仿真

3.3.1 城区运动模型的分析

3.3.2 城区运动模型的仿真

3.3.3 高速公路运动模型

3.4 本章小结

第四章 改进V—SARP协议设计

4.1 基本概念及公式

4.2 V—SARP协议设计思想

4.3 RREQ消息转发限制算法

4.3.1 可靠性条件的推导

4.3.2 RREQ消息的产生

4.3.3 RREQ消息的处理

4.3.4 路由发现阶段流程图

4.4 最优路由的选择过程

4.4.1 RREP消息的产生

4.4.2 RREP消息的接收

4.4.3 路由应答阶段流程图

4.5 本地修复机制的修改

4.5.1 本地修复的触发

4.5.2 本地修复的处理

4.6 V—SARP协议应用实例

4.7 本章小结

第五章 车载路由协议仿真与分析

5.1 NS—2仿真平台简介

5.1.1 NS—2仿真平台概述

5.1.2 NS—2模拟的基本流程

5.2 V—SARP在NS—2平台的实现

5.2.1 GPS模块功能的实现

5.2.2 关键数据结构

5.2.3 应答等待定时器函数

5.3 路由协议的性能参数

5.4 城区场景下协议的仿真

5.4.1 低负载场景下协议性能

5.4.2 高负载场景下协议性能

5.5 高速公路场景下协议的仿真

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 对未来研究的展望

参考文献

致 谢

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