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稀疏车载网络路由算法的研究

作　者: 王岳
导　师: 覃少华
学　校: 广西师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 延迟容忍网络稀疏车载网络二叉树消息属性地理位置信息
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

车载自组织网络(Vehicular Adhoc Network, VANET)作为智能交通系统(Ⅰntelligent Transportion System, ITS)的一项重要技术,在现代物流运输中发挥着越来越重要的作用,尤其在通信网络基础设施建设薄弱的地区,车载自组网为车辆信息、路况及危险警告等交通信息提供了有效的传输手段。传统的VANET数据分发算法大多基于节点分布密集的网络环境,对于节点分布稀疏的延迟容忍网络(Delay Tolerant Network, DTN),如何合理平衡报文传播时延与通信开销成为研究的重点。论文根据DTN网络的典型特征,研究适用于稀疏车载网络的路由算法。在简要概括DTN网络的研究背景以及典型应用的基础上,详细介绍了DTN网络数据分发算法的研究现状,随后总结指出各类路由算法的适用环境与相应缺陷,重点分析了二分散发和等待(Binary Spray and Wait, BSW)路由算法。二分散发和等待算法在源节点设置报文的副本数目L,在Spray阶段采用二叉树的方法产生L份副本任务,在Wait阶段转发给目标节点。该算法的优点在于通过限定消息的副本数,有效减少消息传播的网络开销和竞争冲突,具有较强的可拓展性；缺点在于消息副本数目的选取较为困难,无法有效应对不同节点密度的网络环境,并且在Spray阶段,消息的扩散比较盲目,可能造成不必要的网络开销和更大的传输延时。为了解决稀疏车载网络中消息副本数目选取困难以及消息盲目扩散的问题,本文提出一种基于消息属性的数据分发算法IDANI (Information Dissemination Algorithm Based on Nature of Information, IDANI)。该算法根据消息属性与网络节点数目,动态计算消息副本数,结合二叉树的方法散发副本任务；并且根据消息属性,在同向和反向行驶的车辆之间有针对性地控制消息分发方向；通过预测节点通信持续时间,自动调整待分发消息的容量大小。算法在降低消息传播时延的同时,保证了消息传递的可靠性,并且有效节省了信道资源。接着提出一种基于地理位置完成消息转发的路由策略SSR (Sequence of Street based Routing Algorithm in Sparse VANET, SSR)。该算法假设消息的源节点与目的节点位置固定,根据街道与路口相对固定、不受网络中节点密度和节点移动性影响的特性,将网络区域中的街道划分为若干条路段,每条路段定义有唯一编号；利用车载定位导航系统,规划消息从源端到目的端之间的传输路径；采用存储、携带、转发的工作方式,使单副本任务沿着街道路径转发至目标区域。该算法在单副本任务驱动的前提下实现了高转发率。本文使用ONE (Opportunistic Network Environment simulator)仿真工具作为实验平台,通过设置不同的模拟场景,对提出的路由算法进行仿真,验证算法的性能。实验结果表明,本文提出的两种基于不同策略的路由算法均适用于稀疏车载网络环境,并且表现出较好的性能。随后设计并实现了车载终端原型系统。原型系统用于实现对行驶车辆的实时监测和调度,包括对车辆基本定位信息、状态信息、视频信息、油耗信息以及配载物资信息的监控与记录。车载终端原型系统是在嵌入式ARM9平台的基础上,由GPS定位模块、CDMA通讯模块、USB摄像头等外围设备搭建而成。本章详细描述了原型系统的硬件组成与系统功能的实现方法。终端系统的实现,为验证VANET路由算法的可靠性与实用性提供了一个可行的方案。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-13
  1.1 研究背景及意义  9
  1.2 车载自组织网络  9-10
  1.3 延迟容忍网络  10-12
    1.3.1 容迟网络的特征  11
    1.3.2 容迟网络的典型应用  11-12
  1.4 论文的组织  12-13
第2章容迟网络路由算法研究现状  13-20
  2.1 网络路由概述  13
  2.2 容迟网络路由算法分析  13-19
    2.2.1 容迟网络路由算法的分类  14
    2.2.2 基于复制策略的路由算法  14-17
    2.2.3 基于转发策略的路由算法  17
    2.2.4 基于主动移动模型的路由算法  17-18
    2.2.5 基于被动移功模型的路由算法  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章基于消息属性的稀疏车载网络数据分发算法  20-35
  3.1 IDANI数据分发算法的提出  20-21
  3.2 IDANI数据分发算法的设计  21-25
    3.2.1 定义数据结构  21
    3.2.2 两车相对行驶方向关系  21-22
    3.2.3 计算消息副本数与BSW算法  22-23
    3.2.4 节点连接持续时间  23-24
    3.2.5 基于消息属性的分发策略  24-25
  3.3 IDANI算法仿真和性能分析  25-34
    3.3.1 仿真平台ONE的原理及框架  25-27
    3.3.2 移动模型  27-28
    3.3.3 路由仿真模块  28-29
    3.3.4 仿真实验  29-34
  3.4 本章小结  34-35
第4章基于地理位置的稀疏车载网络路由算法  35-44
  4.1 SSR路由算法的提出  35-38
  4.2 SSR路由算法的设计  38-40
    4.2.1 定义路段编号  38-39
    4.2.2 获取邻居节点位置信息  39
    4.2.3 消息转发规则  39-40
  4.3 SSR算法仿真和性能分析  40-43
    4.3.1 仿真环境参数设置  40-41
    4.3.2 实验结果与性能分析  41-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章车载终端原型系统设计与实现  44-55
  5.1 系统结构  45-46
    5.1.1 硬件系统结构  45-46
    5.1.2 软件系统结构  46
  5.2 原型系统设计与实现  46-54
    5.2.1 原型系统介绍  46-48
    5.2.2 原型系统实现  48-54
  5.3 小结  54-55
第6章总结与展望  55-57
  6.1 总结  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-62
攻读硕士期间发表的论文  62-63
致谢  63-64

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