VANETs路由算法研究

发布时间：2017-03-29 14:28

  本文关键词：VANETs路由算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Networks,VANETs)是近年来出现的一种以道路上的车辆作为移动节点,使用专用短距离通信(Dedicated Short Range Communication,DSRC)标准组成无线移动网络的技术。通过车载自组织网络可以实现车辆-车辆或者车辆-通信设施之间的通信,为驾乘人员和交管部门提供事故报警、路况预警等服务以提高行驶安全性,还可以提供道路拥堵等信息以提高交通效率、节约能源消耗。车载自组织网络路由算法研究消息在车辆之间的多跳转发,是实现车载自组织网络消息投递的核心问题之一。与移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks,MANETs)相比,车载自组织网络环境具有的车辆之间相对运动速度更快,链路拓扑结构变化剧烈,网络中的部分节点经常处于中断状态,通信易受高大建筑物阻挡,消息投递时延更长且变化更大等特点,使得车载自组织网络路由问题面临更严峻的挑战。目前,车载自组织网络路由问题正在引起国内外研究机构和学者的广泛关注,并提出了多种类型的路由算法。论文首先总结了车载自组织网络路由问题的研究概况,将目前所提出的路由算法划分为单播路由、广播路由和地理多播路由三大类别,并对每一个类别进行了更细致的讨论。针对每一类别的路由算法,分析了典型路由算法的特点和局限性。论文主要在单播路由方面展开研究工作,根据单播路由算法消息所产生副本数量的不同,通过分析多种场景下消息投递过程的特点和现有路由算法存在的局限性,分别在单副本路由、感染路由、多副本路由等几个方面取得了一些研究成果和创新。1.基于路口和车流量信息的单副本路由研究提出一种时延最优单副本路由算法JTAR。通过建立消息在道路上进行转发的时延模型,使用Dijkstra最小权重算法计算出从任一路口将消息投递到目标节点的最小投递时延和全局最优路径。在所提出的JTAR算法,提出并证明非最优道路临界长度的存在,并用于进行路由恢复,路口不再是改变消息投递方向的唯一地点。改进了消息只能转发到相邻路口的模式,可以跨过路口直接进入最优道路。分析并解决了路由循环问题。通过仿真实验发现,JTAR在消息投递成功率和投递时延这两种主要性能指标均优于所对比的算法。2.基于邻居分区的单播感染路由研究提出一种区域贪婪感染路由算法GZER。在所提出的GZER算法,根据城市VANETs环境下消息沿道路转发的方向性和限制性特点,提出根据不同的感染方向,将车辆的邻居分别划分为不同的区域,并使用RSV表示一个区域的所缺少的消息。根据RSV,在每一个区域只需要感染一个距离最远的邻居,便可最终覆盖网络中所有节点。在GZER,设计了新的感染触发机制以提高感染效率,改进SV更新方案以消除冗余感染。利用道路上车辆之间距离分布的指数分布规律,得出了消息在投递过程中产生的副本数量与Epidemic路由的相对比例。仿真实验结果表明,GZER在投递成功率、投递时延、副本数量、路由开销、吞吐量等性能指标均优于所对比的算法,尤其是在较高的节点密度和网络负载场景下。3.多副本单播感染路由研究提出一种社会感知多副本路由算法SAMOR。多副本路由的消息投递具有感染路由的优点,同时又不会在网络中产生过多的副本而引起严重的带宽竞争和包冲突。在所提出的SAMOR算法,利用了城市环境车辆运动具有社会性这一研究结论,根据节点间的相遇时间间隔,将节点划分为社区内节点和全局节点,利用所设计的节点效用表达式,设计了扩散阶段副本分配方案和转发阶段消息转发方案。仿真结果表明,SAMOR在投递成功率、投递时延这两个主要路由性能参数方面均大大优于所对比的算法。4.感染路由性能研究通过分析一维线性稀疏VANETs环境下单播感染和浸透感染过程,分别建立了单播感染和浸透感染过程的马尔科夫链,并依据所建立的马尔科夫链,分别得到单播感染所产生的期望副本数量表达式、期望时延表达式和浸透感染的期望投递时延表达式。仿真实验结果表明,以上路由性能的实验结果与模型分析结果相吻合。
【关键词】：车载自组织网络 单副本路由 多副本路由 感染路由 路由性能
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U495;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-41
• 1.1 VANETS的应用13-14
• 1.2 VANETS的特点14-15
• 1.3 VANETS研究概况15-16
• 1.4 VANETS相关标准化工作概况16-17
• 1.4.1 IEEE 802.11p16-17
• 1.4.2 其它DSRC标准17
• 1.5 VANETS路由研究概况17-37
• 1.5.1 单播路由18-32
• 1.5.1.1 单副本路由18-28
• 1.5.1.2 感染路由28-30
• 1.5.1.3 多副本路由30-32
• 1.5.2 广播路由32-35
• 1.5.2.1 有竞争广播路由32-33
• 1.5.2.2 无竞争广播路由33-35
• 1.5.3 地理多播路由35-37
• 1.5.3.1 本地地理多播35-36
• 1.5.3.2 异地地理多播36-37
• 1.6 本文的研究目的和意义37
• 1.7 本文的研究内容与成果37-39
• 1.8 论文结构39-41
• 第二章 城市VANETS基于路.和车流量的路由算法JTAR41-59
• 2.1 问题的引出41-42
• 2.2 相关研究工作42-44
• 2.3 JTAR模型44-46
• 2.3.1 模型假设条件44
• 2.3.2 道路消息转发时延模型44-46
• 2.4 JTAR路由算法46-54
• 2.4.1 信标消息47-48
• 2.4.2 最优下一跳路.选择48-49
• 2.4.3 贪婪直路转发模式49
• 2.4.4 路由恢复策略49-51
• 2.4.5 改进的最优下一跳路.选择51-52
• 2.4.6 路由循环及解决方案52-54
• 2.5 仿真54-57
• 2.5.1 仿真设置54-55
• 2.5.2 投递成功率55-56
• 2.5.3 投递时延56-57
• 2.6 本章小结57-59
• 第三章 城市VANETS区域贪婪感染路由算法GZER59-81
• 3.1 问题的引出59-61
• 3.2 相关研究工作61-62
• 3.3 GZER算法62-69
• 3.3.1 假设条件62-63
• 3.3.2 信标消息63
• 3.3.3 区域划分方案63-65
• 3.3.4 贪婪区域感染65-66
• 3.3.5 感染触发机制66-67
• 3.3.6 改进的SV更新方案67-69
• 3.4 GZER性能分析69-71
• 3.5 仿真71-79
• 3.5.1 仿真设置72
• 3.5.2 投递成功率72-74
• 3.5.3 投递时延74-75
• 3.5.4 副本数量75-77
• 3.5.5 路由开销77-78
• 3.5.6 吞吐量78-79
• 3.5.7 GZER冗余感染分析79
• 3.6 本章小节79-81
• 第四章 城市VANETS社会感知多副本路由算法SAMOR81-94
• 4.1 问题的引出81-83
• 4.2 相关研究工作83-84
• 4.3 节点效用84-85
• 4.4 SAMOR路由算法85-88
• 4.4.1 信标消息86-87
• 4.4.2 扩散阶段87-88
• 4.4.3 转发阶段88
• 4.5 仿真88-92
• 4.5.1 仿真设置88-89
• 4.5.2 投递成功率89-91
• 4.5.3 投递时延91-92
• 4.5.4 路由开销92
• 4.6 本章小结92-94
• 第五章 一维线性稀疏VANETS感染路由性能研究94-110
• 5.1 问题的引出94-96
• 5.2 相关研究工作96-97
• 5.3 统计模型97-105
• 5.3.1 模型定义97-100
• 5.3.1.1 单播感染过程马尔科夫链99
• 5.3.1.2 浸透感染过程马尔科夫链99-100
• 5.3.2 性能分析100-105
• 5.3.2.1 单播感染过程性能分析100-103
• 5.3.2.2 浸透感染过程的浸透时延性能分析103-105
• 5.4 仿真105-109
• 5.4.1 单播感染仿真105-108
• 5.4.1.1 期望副本数量105-106
• 5.4.1.2 期望时延106-108
• 5.4.2 浸透感染仿真108-109
• 5.5 本章小结109-110
• 第六章 结论110-114
• 6.1 研究工作总结110-112
• 6.2 研究工作展望112-114
• 致谢114-115
• 参考文献115-124
• 攻读博士学位期间发表的学术论文124-125

  本文关键词：VANETs路由算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：274716