城市车载通信网络中高效消息分发协议的研究

发布时间：2020-07-08 01:19

【摘要】：车载自组织网络作为城市智能交通系统的一个重要组成部分,对于驾驶员及时规避潜在的危险,提升驾驶体验具有重要作用。消息分发是车载网的一个重要应用。车辆能够将安全类型的消息快速准确地传递到感兴趣的区域,同时车辆间也能共享一些改善驾驶舒适度的非安全类型的数据。本文关注于城市车载网中高效消息分发协议的研究。现有的安全消息分发协议为了将数据传递到较远的范围,采用了多跳传输机制。而采用部分候选车辆来转发安全消息可以极大地减小消息碰撞的概率,提高了信道利用率。现有协议在选择候选转发车辆时主要考虑了距离,车辆密度,运动速度等因素。而在城市环境中无线信号的传输会遭受到很大的干扰,同时存在交叉路口的影响。因此如何综合全面地刻画物理信道的影响和处理安全消息在交叉路口的分发面临着很大的挑战。在分发大数据量的非安全消息时,现有协议借助了毫米波频段提供的巨大带宽资源。但是如何在动态的车载网络中实现高效的波束对准机制,如何通过多跳地点对多点消息分发优化网络吞吐量,如何机会性地在车辆间进行并发传输仍面临着众多挑战。本文为了高效地分发安全类型的消息和大数据量的非安全消息,分别设计了基于链路质量的安全消息分发协议和基于mmWave/DSRC实现的大数据量非安全消息分发协议:(1)考虑到城市环境的复杂性,本文提出了一个综合性的物理信道连通性计算方法。结合大尺度的自由空间损耗,中尺度的阴影效应和小尺度的衰落效应,本文对无线信道进行了全面的刻画。为了协调候选转发车辆之间的冲突,本文基于计算出来的链路质量和距离的因素提出了一个基于分数的转发车辆优先级分配机制。最后,本文针对每一个候选转发车辆都计算了它的最小等待时间和竞争窗口大小。具体到安全消息在交叉路口的分发时,本文提出了一个交替轮询的信道接入机制保证位于不同街道内的车辆公平地访问无线信道。实验证明了本文提出的基于链路质量的安全消息分发协议能够有效地降低消息传输的时延,同时保证了更高的消息接收率。(2)车辆毫米波通信中所关注的核心问题是如何增大网络的吞吐量。现有的车辆毫米波通信协议大多只关注一跳点对点的消息传输,并且采用固定配置的波束宽度。虽然它们也考虑了消息的并发传输,但是网络吞吐量仍有进一步改善的空间。本文在车辆发送端采取了多波束宽度的配置,根据发送车辆周围邻居的分布状况动态地选择最佳波束。为了增大网络的覆盖范围,本文采用relay车辆对非安全消息进行转发,同时考虑了点对多点毫米波通信并发传输的可能性。最后借助于D2D消息传输作为补充机制进一步增大了网络的吞吐量。仿真实验证明了本文所提协议的优越性。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U495
【图文】：

模型图,损耗模型,信号传播,绕射

首先，本章先把位于发送者与接收者之间的障碍物分为主要障碍物和次要逡逑障碍物，凡是位于从发送者到接收者信号传播的包络线上的障碍物为主要障逡逑碍物，其余的车辆为次要障碍物。如图３．３所示，０１为发送者，０５为接收者，逡逑０２，０３，０４为主要障碍物，剩下的车辆为次要障碍物。可以形式化定义两个集合逡逑Ｍ邋＝邋｛０１，０２，…｝，Ｍ／其中集合Ｍ表示了包含发送者和接收逡逑者以及主要障碍物的集合，集合Ｍ丨表示了位于主要障碍物和０，之间的次逡逑要障碍物集合。本章还定义相邻的主要障碍物ＯｉＭ和Ｇ之间造成最多损耗的逡逑次要障碍物为Ｃ＾ｍａｘ。接下来分别计算主要障碍物与次要障碍物带来的信号损耗逡逑［２６］，如公式３．５和３．６所示。逡逑逦逦逡逑０１逦０２逦0２，１逦0２，２逦０３逦0３，１逦０４逦０５逡逑图３．３城市车载网中多个车辆对信号传播的损耗模型－多刃绕射模型逡逑＼Ｍ＼－ｌ逡逑ＬＭ［ｄＢ＼邋＝邋＾邋Ｌ0ｉ＿ｕ0ｉ：0ｉ＋１［ｄＢ］，逦（３．５）逡逑ｉ＝２逡逑＼Ｍ＼－１逡逑ＬＭ＼ｄＢ｝＝邋Ｌ0ｉ

曼哈顿,交叉路口,场景

两个网络场景：１）高速公路场景：它包括了邋６个两千米长的车道，并且每个车道逡逑的宽度设置为５米。２）曼哈顿网格场景：该场景主要考虑到了建筑物在交叉路口逡逑的不均衡分布对消息分发所带来的影响。如图３．６所示，阴影代表了建筑物，其外逡逑轮廓线在仿真实验中被提取了出来。实验场景中简单地将每一个建筑物抽象为逡逑矩形，并且图中的每一条黑线都表示一条双车道道路。该场景由１５个交叉路口逡逑和２２条道路组成。当一个车辆行驶到交叉路口时，它会以相等的概率转向或者逡逑直行。与车辆有关的参数可以参见［２６］表３。消息分发的数据率设置为６Ｍ？；ｗ，逡逑并且ｂｅａｃｏｎ包发送的间隔为０．１ｓ。除此之外，本文还有两个系统参数Ｐｒｔ／ｌ和ｗ逡逑其中ＪＶｔ／ｌ表示ＡＣＥＮ的阈值，＾表示链路质量和距离之间的相关系数。基于实逡逑验过程中的反复尝试和均衡，设置这两个参数值均为０．５。有关实验参数的设置逡逑总结在表３．１中。逡逑３１逡逑

端到端时延,高速公路,场景,车辆

图３．８曼哈顿网格场景中的平均端到端时延逡逑首先，传统的消息分发协议一般是优先考虑距离当前转发车辆较远的车辆发消息，比如ＲＯＦＦ。但是由于城市环境中糟糕的物理信道环境，在选择最车辆作为候选转发车辆时，远处的车辆可能根本收不到发送端发送的消息，造成了时间的浪费。第二，在本文提出的协议ＬＱＢＤ中，链路质量的估计考更加细粒度的信息，因此能够比ＢＤＳＣ更加准确地获得当前链路质量信就使得本文所提的车辆等候时间分配机制更加合适。最后，针对交叉口环境３３逡逑

【相似文献】