車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型研究.pdf

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

2、基礎(chǔ),對(duì)車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型等熱點(diǎn)問題進(jìn)行了研究。
　　 本文的第一部分工作是針對(duì)出租車發(fā)送的實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于城市高層建筑物的影響,導(dǎo)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(duì)車輛所在的位置進(jìn)行定位,這個(gè)過程被稱為地圖匹配(map-matching)。針對(duì)上海市道路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的情況,現(xiàn)有的地圖匹配算法不能獲得很好的準(zhǔn)確度,因此我們提出了一個(gè)基于車輛位置和行駛方向,并參考?xì)v史匹配結(jié)果的啟發(fā)

3、式匹配算法,大大提高了地圖匹配的準(zhǔn)確度。同時(shí),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(dǎo)致大量的信息缺失,不利于進(jìn)行上層網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究。因此有必要對(duì)缺失的信息進(jìn)行插值,并獲得在一定時(shí)間粒度上的車輛連續(xù)運(yùn)動(dòng)軌跡信息。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于最少轉(zhuǎn)彎原則的路徑選擇算法確定一輛車發(fā)送的連續(xù)兩個(gè)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(shí)際情況。
　　 由于目前的車輛自組

4、織網(wǎng)絡(luò)研究大部分都基于仿真,因此節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模型對(duì)于這類研究結(jié)果的可用性至關(guān)重要。目前許多運(yùn)動(dòng)模型都是隨機(jī)運(yùn)動(dòng)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(luò)中的性能較差,需要根據(jù)車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的特性進(jìn)行改進(jìn)。除隨機(jī)模型外,還有一些從真實(shí)用戶移動(dòng)數(shù)據(jù)中提取的運(yùn)動(dòng)模型,但由于人的移動(dòng)和車輛的移動(dòng)具有較大的差異,這類模型也不適用于車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的研究。本文基于大量的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)提取并設(shè)計(jì)了城市出租車運(yùn)動(dòng)模型(Metropolitan

5、Taxi MobilityModel,META)。我們通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎概率,路段速度及旅行模式等三個(gè)參數(shù)來捕捉出租車的運(yùn)動(dòng)特征。通過與真實(shí)還原的出租車軌跡在各個(gè)性能指標(biāo)上的對(duì)比顯示,META模型可以很好地反映城市出租車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
　　 本文的第三部分工作研究了車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。我們假設(shè)這些出租車上裝配有無線通信設(shè)備使得車輛之間可以相互通信,于是就需要設(shè)計(jì)一個(gè)多跳的路由協(xié)議為車輛提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。由于車輛的運(yùn)動(dòng)速度快,導(dǎo)致網(wǎng)

6、絡(luò)拓?fù)渥兓l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(luò),因此我們采用了新的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Networks,DTN)模型,允許轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)在沒有建立到終點(diǎn)的路由時(shí)暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以等待合適的機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳節(jié)點(diǎn)?？紤]到無線通信的帶寬和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力等限制,已有的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)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(luò)。因此,我們提出了一個(gè)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(zhuǎn)發(fā)策略以及緩沖區(qū)更新策略,DAER有效地減少了網(wǎng)絡(luò)資源的消耗,從而大大提高了數(shù)據(jù)的送達(dá)率。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)顯示DAER協(xié)議獲得了很好的效果。
　　 最后,我們關(guān)注了城市環(huán)境中利用車輛對(duì)交通狀況進(jìn)行監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)景。我們假設(shè)車輛上裝備有傳感設(shè)備和無線通信設(shè)備使得它們可以產(chǎn)生和傳輸關(guān)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(diǎn)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€(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)。為了解決車輛的