車輛自組織網(wǎng)絡的路由協(xié)議及節(jié)點運動模型研究.pdf

1、隨著無線網(wǎng)絡技術的發(fā)展與成熟,越來越多的車載無線設備以及相應的無線通信標準被提出來,使得這些裝配有無線通信設備的車輛可以相互通信或者與路邊的基礎設施進行通信,這樣的網(wǎng)絡被稱為車輛自組織網(wǎng)絡(Vehicular Ad Hoc Networks,VANET)。由于車輛自組織網(wǎng)絡在未來的智能交通信息系統(tǒng)中有著巨大的應用潛力,它逐漸發(fā)展成為一個熱門的研究領域。本文以上海市交通信息網(wǎng)格系統(tǒng)為應用背景,以上海市4000輛出租車發(fā)送的實時GPS數(shù)據(jù)為

2、基礎,對車輛自組織網(wǎng)絡的路由協(xié)議及節(jié)點運動模型等熱點問題進行了研究。
　　 本文的第一部分工作是針對出租車發(fā)送的實時GPS數(shù)據(jù)進行處理。由于城市高層建筑物的影響,導致GPS數(shù)據(jù)本身存在一定偏差,因此有必要根據(jù)GPS數(shù)據(jù)對車輛所在的位置進行定位,這個過程被稱為地圖匹配(map-matching)。針對上海市道路網(wǎng)絡復雜的情況,現(xiàn)有的地圖匹配算法不能獲得很好的準確度,因此我們提出了一個基于車輛位置和行駛方向,并參考歷史匹配結果的啟發(fā)

3、式匹配算法,大大提高了地圖匹配的準確度。同時,由于出租車發(fā)送GPS數(shù)據(jù)的頻率較低,平均60秒左右一次,導致大量的信息缺失,不利于進行上層網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究。因此有必要對缺失的信息進行插值,并獲得在一定時間粒度上的車輛連續(xù)運動軌跡信息。為此,我們設計了一個基于最少轉彎原則的路徑選擇算法確定一輛車發(fā)送的連續(xù)兩個GPS數(shù)據(jù)之間該車輛所經(jīng)過的路段。相比于傳統(tǒng)的尋找最短路徑算法,本算法更為高效并且更接近實際情況。
　　 由于目前的車輛自組

4、織網(wǎng)絡研究大部分都基于仿真,因此節(jié)點的運動模型對于這類研究結果的可用性至關重要。目前許多運動模型都是隨機運動模型,基于這些模型所提出的路由算法在車輛自組織網(wǎng)絡中的性能較差,需要根據(jù)車輛自組織網(wǎng)絡的特性進行改進。除隨機模型外,還有一些從真實用戶移動數(shù)據(jù)中提取的運動模型,但由于人的移動和車輛的移動具有較大的差異,這類模型也不適用于車輛自組織網(wǎng)絡的研究。本文基于大量的GPS數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計提取并設計了城市出租車運動模型(Metropolitan

5、Taxi MobilityModel,META)。我們通過設計轉彎概率,路段速度及旅行模式等三個參數(shù)來捕捉出租車的運動特征。通過與真實還原的出租車軌跡在各個性能指標上的對比顯示,META模型可以很好地反映城市出租車的運動規(guī)律。
　　 本文的第三部分工作研究了車輛自組織網(wǎng)絡的路由協(xié)議。我們假設這些出租車上裝配有無線通信設備使得車輛之間可以相互通信,于是就需要設計一個多跳的路由協(xié)議為車輛提供數(shù)據(jù)傳輸服務。由于車輛的運動速度快,導致網(wǎng)

6、絡拓撲變化頻繁,傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)路由協(xié)議如AODV等不再適合車輛自組網(wǎng)絡,因此我們采用了新的延遲容忍網(wǎng)絡(Delay Tolerant Networks,DTN)模型,允許轉發(fā)節(jié)點在沒有建立到終點的路由時暫時存儲數(shù)據(jù)以等待合適的機會將數(shù)據(jù)轉發(fā)給下一跳節(jié)點?？紤]到無線通信的帶寬和節(jié)點數(shù)據(jù)存儲能力等限制,已有的延遲容忍網(wǎng)絡路由算法(如傳染病路由協(xié)議)不能很好地用于車輛自組織網(wǎng)絡。因此,我們提出了一個新的距離感知的傳染病路由協(xié)議DAER。通過基

7、于距離信息的數(shù)據(jù)轉發(fā)策略以及緩沖區(qū)更新策略,DAER有效地減少了網(wǎng)絡資源的消耗,從而大大提高了數(shù)據(jù)的送達率。經(jīng)過仿真實驗顯示DAER協(xié)議獲得了很好的效果。
　　 最后,我們關注了城市環(huán)境中利用車輛對交通狀況進行監(jiān)控的應用場景。我們假設車輛上裝備有傳感設備和無線通信設備使得它們可以產(chǎn)生和傳輸關于道路交通狀況的數(shù)據(jù)。通過車輛與車輛之間以及車輛和路邊固定的mesh節(jié)點之間的通信,將一定區(qū)域內(nèi)的交通數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥硞€匯聚節(jié)點。為了解決車輛的