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原文传递车辆自组织网络高效信道接入控制机制研究

论文题名：	车辆自组织网络高效信道接入控制机制研究
关键词：	智能交通;车辆自组织网络;信道接入;控制机制
摘要：	车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network，VANET)作为移动自组织网络(Ad-Hoc Network)的最新应用领域，在智能交通系统(Intelligent TransportationSystem，ITS)中的重要性日益显现。在VANET中，车载单元(On Board Unit,OBU)以自组织方式动态组网，实现了彼此之间信息的实时交互。同时，OBU也可以通过路边单元(Roadside Unit，RSU)与远程用户、交通管理中心、互联网和3G/4G移动电话网络进行通信。VANET对于提高智能交通系统的安全性、舒适性，以及交通管理效率具有十分重要的意义。　　颁布于2010年的车辆环境无线接入(Wireless Access in VehicularEnvironments，WAVE)标准，对在智能交通系统中传输交通管理信息和应用信息分别制定了不同的分层体系结构和协议栈。IEEE802.11p协议属于WAVE中媒体接入控制(Media Access Control，MAC)层和物理层(Physics Layer, PHY)的子协议，在无线信道划分和通信方式等方面对VANET进行了规范。在5.850GHz-5.925GHz频率范围内划分了一个控制信道(Control Channel，CCH)和六个服务信道（Service Channels，SCHs）供VANET使用，通信方式采用正交频分复用(Orthogonal frequency Division Multiplexing，OFDM)技术。其中，CCH用来传输与交通安全有关的控制信息，SCHs用来传输其它各类应用信息。由于IEEE802.11p VANET采用了多信道复用技术，信道接入控制机制对于协调各信道的工作，提高信息传输效率具有重要的作用。　　论文基于IEEE802.11p协议标准，研究不同交通环境下VANET的高效信道接入控制机制。主要内容如下: 　　论文首先阐述了课题的研究目的与意义，然后介绍了车辆自组织网络的体系结构和IEEE802.11p协议，以及车辆自组织网络的发展趋势和应用前景。在此基础上，讨论了车辆自组织网络的研究现状和热点问题，重点分析了与课题相关的VANET在信道接入控制方面的研究工作。　　提出了一种基于动态队列管理算法的增强分布信道接入(EnhancedDistributed Channel Access，EDCA)改进协议，通过对不同接入类型(AccessCategory,AC)的数据帧传输时延进行检测与估计，实现了优先级队列的动态管理，使数据帧的队列分配能够自适应各队列的负载状况和通信质量。　　提出了一种基于随机竞争方式的VANET信道接入控制机制(Contention-Based Channel Access Control，CBCAC)，在控制信道和服务信道上划分了两类数据帧优先级，将基于动态队列管理算法的EDCA改进协议应用于信道的接入控制。同时，针对服务信道提出了一种信道预约算法，可以根据服务信道的通信质量和业务量实时调整信道预约概率。分析表明，所提方案在网络负载较轻时具有较好的性能。　　针对高密度VANET，提出了一种基于时分复用的信道协同方案(TimeDivision Multiplexing Channel Coordination，TDMCC)，可以根据网络的工作条件动态调整控制信道和服务信道的接入时间，并在服务信道接入期引入了无竞争的时分复用信道分配方式。在网络负载较重时，该方案能够保证控制信道的传输效率，同时也兼顾了服务信道的吞吐量。　　研究了车辆自组织网络控制信道信息安全传输机制。提出了一种基于动态带宽分配算法的VANET身份认证方案，并采用非对称加密算法、基于不确定推理的信任度检测算法、混沌加扰和跳频通信技术进一步提高了控制信道信息传输的安全性与可靠性。　　对IEEE802.11p协议的物理层标准进行了剖析，给出了实现物理层协议的完整通信方案，并针对基于动态带宽分配算法的控制信道信息安全传输机制设计了相应的物理层通信系统。最后，在MATLAB中构建仿真模型测试了物理层的通信性能。　　论文最后对所做的工作进行了总结。讨论了课题需进一步解决的问题及后续工作的重点和难点，并对课题今后的研究思路进行了展望。
作者：	张遥
专业：	系统工程
导师：	杨立才
授予学位：	博士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文