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原文传递车辆自组织网络无线接入若干算法研究

论文题名：	车辆自组织网络无线接入若干算法研究
关键词：	智能交通;车辆自组织网络;无线接入算法
摘要：	车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network，VANET)是智能交通系统(Intelligent Transporta-tion Systems，ITS)的重要组成部分之一，承载了智能交通系统中大量关键的车辆安全应用和交通效率类应用，由于车辆自组织网络具有网络拓扑变化快、频谱资源有限和节点移动路径可预测等特点，其无线接入算法的设计极具挑战性。本学位论文从多信道可变间隔接入、协议序列分配、车辆用户分级接入和簇内服务信道资源分配4个方面对车载自组织网络的无线接入算法展开了研究。　　论文的主要工作和创新之处如下: 　　1.针对无线接入车载环境(Wireless Access in Vehicular Environments，WAVE)协议的碰撞概率较大以及信道资源分配不合理这一特点，提出一种基于多轮淘汰竞争的多信道接入算法。该算法将控制信道间隔分为三个子阶段:路边单元广播阶段、安全消息广播阶段以及服务信道预约阶段。具体而言，在路边单元广播阶段，路边单元广播协调包告知周围的车辆节点其下一个阶段的广播时隙位置;在安全消息广播阶段，车辆节点基于路边单元的广播消息无碰撞地接入信道;在服务信道预约阶段，车辆节点通过基于多轮淘汰机制的竞争解决方案来减少传输碰撞概率，提高成功预约数，此外，采用一种基于轮空调度的车辆业务分级改进算法来处理该阶段不同优先级车辆用户的接入问题，高优先级车辆用户在淘汰过程的第一个轮次避开竞争，因而有更高的概率在整个竞争过程中胜出。考虑到网络的动态特性，所提多信道接入算法可以自适应地调整一个帧间隔内各个阶段的间隔大小和服务信道预约阶段的竞争轮数来提升服务信道吞吐量性能。理论分析与仿真结果表明所提算法可以充分利用控制信道和服务信道的资源，有效地降低服务信道预约阶段的碰撞概率，并且其服务信道饱和吞吐量性能要好于可变控制信道间隔(Variable CCH Interval，VCI)协议和WAVE协议。　　2.针对车辆自组织网络中协议序列的分配依赖于路边单元并且序列资源大量浪费的缺点，提出两种自适应序列分配方案。其中，矩形单元方案用于直线路段上车辆无冲突地占用序列，正六边形方案用于城市场景下车辆的自适应序列分配。本文研究了作为序列分配基础的广义质序列的和序列的性质，并给出了车辆节点生成单元标记以及自适应占用序列的具体算法。仿真结果表明所提两种方案相对于基于车辆节点所在位置的单一分配方案而言提升了网络的协议序列利用率和吞吐量性能。　　3.针对基于时分复用的车辆自组织网络的时隙浪费问题，提出一种基于双阶段时隙分配的车辆用户分级算法。该算法将车辆节点分为骨干节点和普通节点，在第一个阶段，所有车辆节点采用相同的时隙占用方式占有单个时隙;在第二个阶段，部分普通节点可以升级为骨干节点，骨干节点在该阶段占用更多的时隙。本文分别给出了双阶段时隙的占用方法以及节点的动态升级过程。此外，重点分析了所提算法的时隙利用率以及广播时延性能。理论分析与仿真结果表明所提算法在时隙利用率和广播时延上比单阶段单时隙占用算法具有更好的性能。　　4.针对车辆自组织网络分簇方案中服务信道资源浪费的问题，提出一种自适应服务信道时隙分配算法。该算法由时隙预分配算法和二次分配算法两部分组成。预分配算法中簇成员节点根据其在控制信道内占有的时隙位置预约部分服务信道时隙;二次分配算法中所有簇成员节点通过轮询方案对剩余的未预约时隙进行占用，考虑到固定的簇成员用户二次分配调度方式会持续降低部分用户的时隙占有率，采用一种基于轮换机制的改进算法，使得簇成员节点的二次分配过程根据簇稳定间隔数进行自适应调度。仿真结果表明所提自适应服务信道时隙分配算法可以充分地利用服务信道资源，而且能够保证簇内成员间的长期公平性。
作者：	茆意伟
专业：	信息与通信工程；通信与信息系统
导师：	沈连丰
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文