三维街道场景和DSRC-mmWave通信场景中车辆路由协议的研究

发布时间：2020-05-14 06:35

【摘要】：车载自组织网络作为城市智能交通系统的重要组成部分,提供了车辆与车辆,车辆与路边设施之间高效的网络互连与通信服务。现有的车载自组织网络应用主要包括两类:单个车辆与单个车辆的端到端数据交换服务以及单个车辆或路边单元与多个车辆节点的数据传输服务。其中,路由协议对数据传输过程以及应用性能有着关键性作用,因此,本文将主要研究这两类应用中的路由协议。目前大多数路由协议都针对简单的平面城市场景和单一频段的数据转发任务,通过考虑车辆的分布、移动性、街道连通性、无线链路状态等因素来设计路由策略。然而,由于城市街道场景复杂多变(如街道拓扑维度从一维、二维到三维的变化)和数据传输规模与日俱增(如从传输简单位置及其他控制信息到大规模视频流的变化),现有的车载自组织网络路由协议难以满足当下车辆网络应用对低延时、高吞吐量的服务要求。其中,复杂三维场景下的端到端路由问题和DSRC-mmWave(5.9GHz和60GHz)混合通信下的传输调度问题亟待解决。这两个方向的最新研究分别面临着车辆空间分布不均匀、跨层传输代价高和毫米波链路波束赋形时延高、并发程度低等带来的挑战。为了应对上述挑战,本文设计了三维街道场景下低延时的单播路由协议和DSRC-mmWave混合通信场景下高吞吐量的广播路由协议:(1)三维街道场景中端到端单播路由协议的核心问题是如何在街道口选择下一个转发方向(和如何在街道内部选择下一跳转发节点(包括同层邻居和跨层邻居)。传统三维路由协议在进行街道选择时通过车辆数量或者密度来分析街道连通度,忽略了不均匀的车辆分布对街道连通度带来的显著影响。本文不仅考虑了路段内车辆的数量,还关注了车辆的位置分布状态,根据空间分布参数设计了一种新的街道连通度和节点选择权重评估方法。考虑到跨层传输将引入比同层转发更大的开销,本文设计了一种多层街道中各层连通质量的合并规则,进一步提出了一种基于空间分布的连通度感知路由协议。实验结果证明了本文所提协议能够有效地提高端到端投递率并降低传输时延。(2)DSRC-mmWave混合通信场景中广播路由协议的核心问题是如何选择簇头网关节点和如何进行高效的毫米波链路传输调度。传统的DSRC-mm Wave混合通信传输方案仅通过低频链路和中心节点进行控制消息和注册消息的交换,且高频率毫米波链路的调度由中心节点完成。由于在城市车载自组织网络中,车辆拓扑高度动态变化,毫米波链路切换复杂,以及频繁地面临节点密度较高的场景,这种集中式的调度方法并不适用。因此针对混合通信场景,本文设计了一种新颖的分布式广播传输调度策略,根据速度、位置及节点度选择簇头,利用DSRC提供的节点移动性特征对毫米波邻居发现与波束赋形加速,并利用毫米波链路信息提高系统的并发程度。实验表明该方案能够有效的提高系统吞吐量。
【图文】：

示意图,自组织网络,场景,通信节点

＾邋ＲＳＵ逦多层街道逦逦ｌＬ逦邋ＤＳＲＣ链路逦ｍｍＷａｖｅ波束逡逑图１．１城市车载自组织网络场景示意图逡逑图１．１展示了一个典型的城市车载自组织网络场景，其中包含的通信节点有：逡逑１逡逑

空间分布,街道

面简要介绍这两个研究工作的内容。逡逑１．４．１．基于空间分布的连通度感知三维路由协议的研究逡逑三维街道拓扑中包括两种类型的街道：单层街道和多层街道，分别如图１．２和１．３逡逑（丑表示同层最大传输范围，ｉＴ表示跨层最大传输范围）所示。对于单层街道而逡逑言，局部区域的车辆分布会影响整个街道的连通度，Ｓ１和Ｓ２的紧密分布模式会逡逑降低街道的连通度。另外，，多层街道的分层特性使得车辆的空间分布对于街道连逡逑通度的影响凸显，例如，图１．３中两个不连通或者弱连通的街道层，如果其网络逡逑分割路段能够恰好和另一层的密集或者强联通路段重合，那么其对应的组合街逡逑道将处于一个连通状态，当然由于在网络分割或者弱连通处必要的跨层转发，可逡逑能引发更多的重传和跳数的增加。因此，本文对于三维场景中路由协议的研宄主逡逑要包括以下内容：逡逑１邋ＳＩ逦Ｉ邋Ｓ２逦Ｉ邋Ｓ３邋ｉ逡逑ＴＱＥＳ３＇＇逡逑图１．２单层街道逡逑Ｌｌ邋＾＾＾逡逑
【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】：2018
【分类号】：U463.67;U495

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