車輛自組織網(wǎng)絡(luò)高效信道接入控制機(jī)制研究.pdf

1、車輛自組織網(wǎng)絡(luò)(Vehicular Ad Hoc Network，VANET)作為移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad-Hoc Network)的最新應(yīng)用領(lǐng)域，在智能交通系統(tǒng)(Intelligent TransportationSystem，ITS)中的重要性日益顯現(xiàn)。在VANET中，車載單元(On Board Unit,OBU)以自組織方式動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了彼此之間信息的實(shí)時(shí)交互。同時(shí)，OBU也可以通過(guò)路邊單元(Roadside Unit，RSU)與遠(yuǎn)

2、程用戶、交通管理中心、互聯(lián)網(wǎng)和3G/4G移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。VANET對(duì)于提高智能交通系統(tǒng)的安全性、舒適性，以及交通管理效率具有十分重要的意義。
　　頒布于2010年的車輛環(huán)境無(wú)線接入(Wireless Access in VehicularEnvironments，WAVE)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)在智能交通系統(tǒng)中傳輸交通管理信息和應(yīng)用信息分別制定了不同的分層體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議棧。IEEE802.11p協(xié)議屬于WAVE中媒體接入控制(Media

3、Access Control，MAC)層和物理層(Physics Layer, PHY)的子協(xié)議，在無(wú)線信道劃分和通信方式等方面對(duì)VANET進(jìn)行了規(guī)范。在5.850GHz-5.925GHz頻率范圍內(nèi)劃分了一個(gè)控制信道(Control Channel，CCH)和六個(gè)服務(wù)信道（Service Channels，SCHs）供VANET使用，通信方式采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal frequency Division Multiplex

4、ing，OFDM)技術(shù)。其中，CCH用來(lái)傳輸與交通安全有關(guān)的控制信息，SCHs用來(lái)傳輸其它各類應(yīng)用信息。由于IEEE802.11p VANET采用了多信道復(fù)用技術(shù)，信道接入控制機(jī)制對(duì)于協(xié)調(diào)各信道的工作，提高信息傳輸效率具有重要的作用。
　　論文基于IEEE802.11p協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，研究不同交通環(huán)境下VANET的高效信道接入控制機(jī)制。主要內(nèi)容如下:
　　論文首先闡述了課題的研究目的與意義，然后介紹了車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和IE

5、EE802.11p協(xié)議，以及車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上，討論了車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀和熱點(diǎn)問(wèn)題，重點(diǎn)分析了與課題相關(guān)的VANET在信道接入控制方面的研究工作。
　　提出了一種基于動(dòng)態(tài)隊(duì)列管理算法的增強(qiáng)分布信道接入(EnhancedDistributed Channel Access，EDCA)改進(jìn)協(xié)議，通過(guò)對(duì)不同接入類型(AccessCategory,AC)的數(shù)據(jù)幀傳輸時(shí)延進(jìn)行檢測(cè)與估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的動(dòng)

6、態(tài)管理，使數(shù)據(jù)幀的隊(duì)列分配能夠自適應(yīng)各隊(duì)列的負(fù)載狀況和通信質(zhì)量。
　　提出了一種基于隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)方式的VANET信道接入控制機(jī)制(Contention-Based Channel Access Control，CBCAC)，在控制信道和服務(wù)信道上劃分了兩類數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級(jí)，將基于動(dòng)態(tài)隊(duì)列管理算法的EDCA改進(jìn)協(xié)議應(yīng)用于信道的接入控制。同時(shí)，針對(duì)服務(wù)信道提出了一種信道預(yù)約算法，可以根據(jù)服務(wù)信道的通信質(zhì)量和業(yè)務(wù)量實(shí)時(shí)調(diào)整信道預(yù)約概率。分析表明

7、，所提方案在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較輕時(shí)具有較好的性能。
　　針對(duì)高密度VANET，提出了一種基于時(shí)分復(fù)用的信道協(xié)同方案(TimeDivision Multiplexing Channel Coordination，TDMCC)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的工作條件動(dòng)態(tài)調(diào)整控制信道和服務(wù)信道的接入時(shí)間，并在服務(wù)信道接入期引入了無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)分復(fù)用信道分配方式。在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，該方案能夠保證控制信道的傳輸效率，同時(shí)也兼顧了服務(wù)信道的吞吐量。
　　研究了車輛

8、自組織網(wǎng)絡(luò)控制信道信息安全傳輸機(jī)制。提出了一種基于動(dòng)態(tài)帶寬分配算法的VANET身份認(rèn)證方案，并采用非對(duì)稱加密算法、基于不確定推理的信任度檢測(cè)算法、混沌加擾和跳頻通信技術(shù)進(jìn)一步提高了控制信道信息傳輸?shù)陌踩耘c可靠性。
　　對(duì)IEEE802.11p協(xié)議的物理層標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了剖析，給出了實(shí)現(xiàn)物理層協(xié)議的完整通信方案，并針對(duì)基于動(dòng)態(tài)帶寬分配算法的控制信道信息安全傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)了相應(yīng)的物理層通信系統(tǒng)。最后，在MATLAB中構(gòu)建仿真模型測(cè)試了物理層