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原文传递面向网络连通性的VANETs组网研究与设计

论文题名：	面向网络连通性的VANETs组网研究与设计
关键词：	车载自组网;网络连通性;物理链路;优化协议;组网设计
摘要：	作为智能交通系统的核心技术之一，VANETs(Vehicular Ad Hoc Networks，车载自组织网络）能够为智能交通提供理想可实用的通信组网技术，对于保障交通安全性、效率性、商业性和娱乐性等方面起到了重要的作用。由于VANETs广泛的应用前景，研究VANETs的组网设计和实施对交通信息化的发展意义深远。目前，VANETs在安全方面的应用研究是学术界和产业界研究领域的热点课题之一。网络连通性是 VANETs应用的基础和前提，分为物理连通性和逻辑连通性，涉及到物理层链路连通、MAC协议和路由协议有效性等核心技术。本论文主要从 VANETs网络物理层链路连通、MAC层协议连通、VANET集群网络研究和设计等方面展开研究工作，为 VANETs的应用和实施等提供理论参考依据。本文的主要研究工作和创新之处包括以下四个方面：　　(1)研究了网络相关理论基础与关键技术　　针对 VANETs网络连通性研究涉及到的物理层的物理链路连通性和 MAC层的逻辑连通性，进行 VANETs网络相关理论基础与关键技术研究。以 VANETs网络体系架构分析为基础，对 VANETs网络的物理层核心关键技术进行研究，分析其对网络性能的影响，包括网络的无线衰落信道模型、车辆移动模式、协作分集技术和网络编码技术；对 MAC层关键技术特性及当前所面临的问题进行研究和分析，包括 VANETs多信道管理、信道接入机制和广播机制等。　　(2)提出了基于 LOS/NLOS的 VANETs物理链路连通性分析方法　　针对 VANETs网络由于车辆高速移动性及复杂通信环境导致的网络拓扑变化快、物理链路连通不稳定的问题，对 VANETs网络的物理链路模型和连通性进行研究，提出了一种基于 LOS/NLOS(视距/非视距传播）的 VANETs物理链路连通性分析方法。该方法所构建的模型综合考虑了车辆通信时无线信道衰落、车辆移动模式和移动车辆遮挡的影响，实现对 VANETs网络的单跳链路连通性能的分析，并通过大量仿真对所提出的模型进行了验证。仿真和分析结果表明，所提出的综合模型更为符合车辆间通信的真实环境的实际影响，能够更准确和更实际地体现通信环境对车间通信链路的具体影响。　　(3)提出了基于退避机制和消息生成速率的 MAC广播优化协议　　针对 VANETs网络中复杂的通信环境导致的安全消息广播时丢包率高、时延严重等问题，提出一种 MAC广播优化协议。该协议综合考虑了 MAC协议的信道接入退避机制和消息生成速率：采用一维饱和马尔可夫链模型描述安全消息（包括信标消息和紧急消息)广播时的退避机制，采用信标消息生成速率自适应控制方法解决高车流密度时可能发生的信道拥塞问题。着重考虑了通过消息投递率和传输时延两个性能参数对网络通信性能的影响，并对所提出的理论模型进行模拟真实车辆环境的仿真验证。结果表明，该优化协议不仅保证了紧急消息的传输时隙，也有效降低由于车辆密度增加带来的负载增加影响，保证了信标消息的投递率，提高了安全消息广播性能。　　(4)提出了VANETs集群网络综合分析和设计方法　　针对VANETs集群网络中由于集群的反复重组产生过多信令开销而导致的集群的稳定性和可靠性降低的问题，提出了一个 VANETs集群网络综合分析和设计方法。该方法在真实车载环境的 VANETs集群网络组网设计的基础上，综合考虑了 MAC协议操作、PHY层无线信道条件和车辆的移动模式三方面因素对网络性能影响而构建了 VANETs综合分析模型，并通过理论公式推导得到相关的性能参数（丢包率和吞吐量\该综合模型量化了集群设计标准的各性能影响因子，从而能够在复杂真实车载环境中确定合适的集群大小、典型的网络范围和适当的数据流量控制等关键参数。大量模拟实际环境的仿真测试结果表明，该方法是一种在真实 VANETs环境下快速有效得到网络关键性能参数的新研究方法，能够为设计和管理 VANETs并维持其可接受的通信性能提供支撑。
作者：	王会鲜
专业：	交通信息工程及控制
导师：	陈伟
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文