（信息与通信工程专业论文）车载自组网可靠单播路由协议研究.pdf

t h er e s e a r c ho nr e l i a b l eu n i c a s tr o u t i n gp r o t o c o l si nv e h i c u l a ra d h o cn e t w o r k s b y z h a ob o b e ( h u n a nu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g l n c o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o ns y s t e m i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a n u n i v e r s i t y s u p e r v i s o r a s s o c i a t ep r o f e s s o rw u r e n y o n g m a y ，2 0 1 1 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 移孝 日期：2 , 旬11 年6 月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密囹。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：长俦 导师签名：f 始彰 日期：加c 年月日 日期：洲j 年6 月 f 日 车载白纽网可靠单播路由协议研究 摘要 车载自组织网络( v e h i c u l a ra dh o cn e t w o r k s ，v a n e t s ) 可以看作是一种特殊 形式的移动自组织网络( m o b i l ea d h o cn e t w o r k s ，m a n e t s ) ，其主要目标是利用汽 车节点构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、架构开放的车辆间通信网络， 以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询和i n t e r n e t 接入服务等应用。与 传统的移动自组织网络相比，车载自组织网络具有节点移动快速、拓扑变化频繁、 移动轨迹可预测、资源限制低、对端对端的传输时延要求更高等特点。这给车载 自组织网络中的路由协议的设计带来了巨大的挑战。 本文研究了现有的主要车载自组织网络单播路由协议，阐述了其核心思想并 对基于地理位置的单播路由协议进行了比较。针对车载自组织网络的特点，提出 了一种适用于城市环境的基于移动预测的可靠单播路由协议，同时考虑到获取位 置信息一般存在一定的定位误差，研究了定位误差对基于地理位置的路由算法的 影响。 本文主要研究内容和工作成果如下： 首先，提出了一种适用于城市环境的基于移动预测的可靠单播路由协议。目 前提出的一些适用于城市环境的路由算法往往借助电子地图和目的节点的位置信 息，使用最短路径算法得出一条最优路径，但没有考虑到网络的实时连通性，并 且在分组转发时，不能保证数据包转发的可靠性。针对这个情况，本文提出了一 种适用于城市环境的基于移动预测的可靠单播路由协议。新算法首先根据车辆的 位置和速度矢量信息来预测整条路径的维持时间以及时更新路径信息，同时采用 跨层处理的机制，即将m a c 层的链路信息作为下一跳转发的邻居节点信息，这 样既实时考虑到了源节点到目的节点之间的网络连通性，同时保证了不会由于存 储了过时的邻居节点信息而造成转发的中断，从而提高了数据分组的投递成功率。 仿真结果表明，新算法能较好地适应网络拓扑变化非常快的车载网络环境。 其次，研究了定位误差对基于地理位置的路由算法的影响。本文先从理论的 角度，对路由算法可能受到定位误差的影响进行了分析，接着从引入现实因素和 不同定位误差两个角度对路由算法进行了仿真。仿真结果表明，定位误差会带来 很大的数据开销，而对数据分组的投递率影响不大。最后针对如何减小定位误差 对路由算法的影响，本文从三个方面提出了一些解决措施。 关键字：车载自组网；路由协议；可靠性；跨层处理：定位误差 a b s t r a c t v | e h i c u l a ra dh o cn e t w o r k s ( v a n e t s ) c a nb ev i e w e da s as p e c i a lf o r mo f m o b i l ea dh o cn e t w o r k s ( m a n e t s ) t h em a i ng o a li st ob u i l das e l f 。o r g a n i z a t i o n n e t w o r kp l a t f o r mf o rc o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nv e h i c l e s i no r d e rt oa c h i e v es o m e p r o m i s i n ga p p l i c a t i o n s t h a ti n c l u d ea c c i d e n tw a r n i n g ，d r i 、 e ra s s i s t a n c e ，t r a f f i c i n f o r m a r i o nq u e r y , c o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nv e h i c l e sa n di n t e r n e ta c c e s s c o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a lm a n e t s ，t h e r ea r es o m ei m p o r t a n td i f f e r e n c e s a sf o l l o w s ：h i g h l y d y n a m i ct o p o l o g y , f r e q u e n t l yd i s c o n n e c t e dn e t w o r k ，s u f f i c i e n te n e r g ya n ds t o r a g e ， p r e d i c t a b l et r a je c t o r y ，h a r dd e l a y c o n s t r a i n t s ，a n d s oo n t h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ， h o w e v e r ，b r i n gs o m eg r e a tc h a l l e n g e si nt h er o u t e sd e s i g n i n g i nv a n e t s i nt h i sp a p e r ，t h r o u g hs t u d y i n ga n da n a l y z i n go ft h eu n i c a s tr o u t i n gp r o t o c o l si n v | e h i c u l a ra dh o cn e t w o r k s ，w es u mu pt h e i rm a i ni d e a sa n dc o m p a r et h e mw i t ht h e f b r mo fal i s t a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i c so fv e h i c u l a ra dh o cn e t w o r k s ，w ep r e s e n t ar e l i a b l eu n i c a s tr o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nm o b i l i t yp r e d i c t i o nf o rv a n e t si nc i t y e n v i r o n m e n t s a tt h es a m et i m e ，p o s i t i o n i n ge r r o r sg e n e r a l l ye x i s ti nt h ep o s i t i o n i n g t e c h n o l o g y t h ei m p a c t so nr o u t i n gp r o t o c o lb a s e d o np o s i t i o na r er e s e a r c h e d t h ec o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w s ： t h i sp a p e rp r e s e n t e dar e l i a b l eu n i c a s tr o u t i n ga l g o r i t h m b a s e do nm o b i l i t y p r e d i c t i o nf o rv a n e t s i nc i t ye n v i r o n m e n t s ( r um p r ) s o m er o u t i n gp r o t o c o l sh a v e r e c e n t l yb e e np r o p o s e d ，w i t h o u tc o n s i d e r i n gt h er e a l - t i m en e t w o r kc o n n e c t i v i t y a n d t h er e l i a b i l i t yo fp a c k e tf o r w a r d i n g ，w h i c hc o u l dc a u s ed a t af o r w a r d i n gi n t e r r u p t i o n a n dl o wp a c k e td e l i v e r yr a t e a c c o r d i n gt ot h i ss i t u a t i o n ，w ep r e s e n ta r e l i a b l eu n i c a s t r o u t i n ga l g o r i t h mb a s e do nm o b i l i t yp r e d i c t i o n f i r s t ，e a c h p a r t i c i p a t i n gv e h i c l e s m o b i l i t yp a r a m e t e r s ，s u c ha ss p e e d ，d i r e c t i o na n dp o s i t i o nw e r et a k e n i n t oa c c o u n tt o u p d a t er o u t i n gp a t hi nr e a lt i m e s e c o n d ，f e e d b a c ki n f o r m a t i o nf r o mt h em a c l a y e r w a su s e dt oe n s u r es u c c e s so fp a c k e tf o r w a r d i n g t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a t t h ep r o p o s e dr o u t i n ga l g o r i t h m i sm o r es u i t a b l ef o rr a p i dt o p o l o g yc h a n g e si n v a n e t s t a k i n gi n t oa c c o u n tt h ep o s i t i o n i n ge r r o r si n t h ep o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y ，t h e i m p a c t so nr o u t i n gp r o t o c o lb a s e do np o s i t i o n a r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r f i r s t ，w e t h e o r e t i c a l l ya n a l y s i st h ei m p a c t so nr o u t i n ga l g o r i t h mc a u s e db yp o s i t i o n i n g e r r o r s e c o n d ，f o r mt w op e r s p e c t i v e s ，t h er o u t i n ga l g o r i t h m w i t hp o s i t i o n i n ge r r o r sa r e s i m u l a t e d t h es i m u l a t i o nr e s u l t si n d i c a t et h a tp o s i t i o n i n ge r r o r sb r i n gag r e a td e a lo f i i i 车载自组网可靠单播路由协议研究 c o n t r o lo v e r h e a da n dh a v es m a l li n f l u e n c eo np a c k e td e l i v e rr a t e f i n a l l y , t h r e e s o l u t i o n sa r ep r e s e n t e dt or e d u c et h e s ei m p a c t si nt h i sp a p e r k e yw o r d s ：v e h i c u l a ra dh o cn e t w o r k s ；r o u t i n gp r o t o c o l s ；r e l i a b i l i t y ；c r o s s l a y e r p r o c e s s i n g ；p o s i t i o n i n ge r r o r i v 硕十学位论文 目录 学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书1 摘j l j e i l a b s t r a c t i i i 插图索引v i i 附表索引v i i i 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景。1 1 2 课题研究意义3 1 3 论文主要工作3 1 4 论文的基本结构一4 第2 章车载自组织网络单播路由算法综述- 5 2 1 车载自组织网络及应用5 2 2 车载自组织网络的特点及网络架构5 2 3 车载自组织网络路由设计的挑战8 2 4 车载自组织网络的路由算法分类8 2 5 单播路由算法综述9 2 5 1 基于拓扑的路由算法1 0 2 5 2 基于地理位置的路由算法1 2 2 5 3 基于分簇的路由算法1 9 2 6 刀、l 砉：! l 第3 章一种适用于城市环境的基于移动预测的可靠单播路由算法2 3 3 1 引言2 3 3 2 现有路由算法分析2 4 3 3 一种适用于城市环境的基于移动预测的可靠单播路由算法2 8 3 3 1 跨层处理机制2 8 3 3 2 锚节点标识策略2 9 3 3 3 链路维持预测模型3 1 3 3 4 算法描述3 2 3 4 算法定性分析3 4 3 5 算法仿真及结果分析3 6 3 5 1 仿真平台介绍3 6 3 5 2 车载网络仿真机制3 6 v 车载自组网可靠单播路由协议研究 3 5 3 仿真平台搭建一3 8 3 5 4 仿真参数设置3 9 3 5 5 仿真性能指标3 9 3 5 6 仿真分析4 0 3 6 ，j 、右4 2 第4 章定位误差对路由算法影响的研究4 3 4 1 引言4 3 4 2 定位技术的基本概述4 3 4 2 1 节点定位技术介绍4 3 4 2 2 定位精度的概念4 4 4 2 3 定位技术介绍及比较。4 4 4 3 定性分析4 8 4 4 仿真结果与讨论5 1 4 5 解决措施5 4 4 6 d 、i ； ；5 4 结j 沦5 5 参考文献5 7 致 射6 3 附录a ( 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录) 6 4 硕士学位论文 图2 图2 图2 图2 图2 5 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1 0 图3 1 1 图3 1 2 图3 1 3 图3 1 4 图3 1 5 图3 1 6 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 插图索引 车载自组织网络的网络架构图7 车载自组织网络路由算法分类9 单播路由算法应用场景9 周边转发模式引发路由环路示意图1 3 网络分割示意图1 3 节点移动性的考虑2 5 c a r 算法的锚节点标识拓扑2 7 8 0 2 1 l d c f 的信道接入控制原理图2 8 锚节点标识策略实现流程2 9 锚节点标识策略实现流程3 0 节点链路维持时间预测模型图3 1 邻居节点信息的维护。3 2 数据传输过程一3 3 路由维护过程3 4 利用m a c 信息反馈实现数据传递的拓扑图：3 5 受限贪婪转发拓扑图3 6 车辆运动行为的仿真结构3 7 车辆网络行为仿真结构一3 8 道路仿真场景3 9 不同车辆密度下的分组投递率比较4 0 不同车辆密度下平均路径长度比较一4 1 节点位置信息偏差图4 9 链路生存时间受定位误差影响图4 9 分组转发过程受定位误差的影响图5 0 a n c h o r 节点位置信息受定位误差的影响图。5 0 引入现实因素情况下分组投递率的比较5 2 不同误差情况下分组投递率的比较5 2 l 车载自组网可靠单播路由协议研究 附表索引 表2 1车载自组织网络与移动自组织网络特性比较6 表2 2 基于地理位置的路由算法比较1 9 表3 1主要仿真参数3 9 表4 1 无需测距的定位算法的比较。4 7 表4 2 基于测距的定位算法的比较4 8 表4 3定位系统之间的比较4 8 i i 硕十学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 近年来，由于无线通信网络技术的快速发展和交通领域信息化的迫切需求， 催生了无线通信网络技术在交通领域内的一个重要应用1 1 - 3 】：车载无线网络技术 ( v e h i c u l a rw i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y ) 。作为学术界和产业界研究的一个热点交 叉学科课题，其主要目标是作为未来智能交通系统的基础部分，通过车与车、车 与路边节点的相互通信构成的无线通信网络，传递辅助驾驶或避免事故的实时信 息，甚至提供娱乐信息、i n t e r n e t 接入等数据服务【4 5 】。 从狭义上讲，当前车载无线网络技术的研究焦点主要聚集在基于车载自组织 网络的车一车与车一路的通信技术，即车载无线自组织网络( v e h i c u l a ra dh o c n e t w o r k s ，简称v a n e t ) 。车载自组织网络是移动自组织网络的一种特殊应用，其 目的是在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通 信网络，以提供事故告警、事故隐患提示等道路信息安全类应用；交通状况查询； 娱乐、旅游信息下载等信息服务类应用。 车载自组织网络作为一种特殊的移动自组织网络，除具有一般移动自组织网 络所具有的普遍特点如动态变化的拓扑结构、分布式控制、独立组网、短距离的 无线传输范围等，同时也具有的一些独特性质如网络拓扑变化更快、具有充足的 资源提供、节点移动轨迹具有可预测性等1 1 ，2 j 。 当前，由于v a n e t 本身所具有的网络特点，以及其广阔明朗的应用前景， 得到了许多学术界和工业界的广泛关注和兴趣。 在项目研究方面，早在二十世纪八十年代初，日本汽车行驶电子技术协会 ( a s s o c i a t i o no fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g yf o ra u t o m o b i l et r a f f i ca n dd r i v i n g ，j s k ) 最早 发起了车间通信的研究。随后，美国和欧洲的研究机构也加入了v a n e t 的研究 当中。当前，比较著名的研究项目主要包括美国和欧洲的“c a l i f o r n i ap a t h ”【6 j 、 “c h a u f f e u r ”【刀、“c a t t a l k 2 0 0 0 【引、“s a f e s p o t ”【9 1 、“f l e e t n e t 1 0 l 、以及“c a r 2 c a r c o m m u n i c a t i o nc o n s o r t i u m i l l j 和同本的“a s s o c i a t i o no fe l e c t r o n i ct e c h n o l o g yf o r a u t o m o b i l et r a f f i ca n dd r i v i n g 【12 1 、“c o o p e r a t i v ed r i v i n g 1 1 3 】“i n t e r n e t l t s ，1 1 4 l 等。 c a l i f o r n i ap a t h 和c h a u f f e u r 两个项目最先实现和展示了当时关于汽车列队 行驶自动控制的研究成果，证明了应用无线通信技术在交通安全和效率方面可以 取得较大程度的提高。在9 0 年代末进行的c o o p e r a t i v ed r i v i n g 项目中展现了车间 通信技术的另一种应用：即通过无线通信技术交换各自的行车和道路等信息，互 相协作以实现安全高效的自动驾驶。最引人注目的当属欧洲的c a r t a l k 2 0 0 0 研究 下载白组网町靠译播路由协议研究 项目，该项目中所提出的协作行车辅助系统( c o o p e r a t i v ed r i v e ra s s i s t a n c es y s t e m s ) 试图涵盖所有安全和舒适驾驶应用所面临的问题，建立一个包括车一车和车一路 的完整交通无线网络体系，并与传统网络和移动通信网络互联互通融为一体。 f l e e t n e t 项目是在2 0 0 0 年9 月启动的由6 家公司和3 所大学为了推动车间通信的 发展而建立的，该项目主要是利用车辆间多跳无线通信，研究实现多种免费的应 用服务如障碍物警告、紧急事件通知、因特网接入和交通拥堵检测等。该项目于 2 0 0 3 年1 2 月结束，最终展示了一套成品，通过一系列测试获得了很多宝贵数据。 c a r 2 c a rc o m m u n i c a t i o nc o n s o r t i u m 是由6 家著名的欧洲汽车制造商组成，其主要 目的是为车间通信系统建立一个公开的通信标准，让不同制造商的汽车能够相互 通信。而i n t e r n e t i t s 是日本为实现无处不在的计算来设定的项目，该项目认为汽 车是未来无处不在的计算的主要载体之一，希望利用汽车来实现无处不在的网络 连接，提供更多的应用要求。 在协议标准方面，早在1 9 9 2 年，美国材料试验协会( a m e r i c a ns o c i e t yf o r t e s t i n gm a t e r i a l ，a s t m ) 就已经开始制定用于高速公路电子收费系统的专用近程 车间通信技术( d e d i c a t e ds h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ，d s r c ) 标准。该标准主要采 用9 1 5 m h z 频段和基于t d m a 的信道多路接入方式。但是随着交通领域信息化的 不断发展，9 1 5 m h z 频段宽度仅能支持0 5 m b p s 的传输速率，且传输距离仅有3 0 米，无法满足车载无线网络应用的要求。于是在1 9 9 9 年底，美国联邦通信委员会 ( f e d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n ，f c c ) 分配了5 9 g h z 附近的无线频段作为 v a n e t 网络专用通信频段，可支持最高2 7 m b p s 的传输速率和最远1 0 0 0 米的传 输距离。2 0 0 2 年底，美国材料试验协会制定了基于5 9 g h z 频段的d s r c 新标准 a s t me 2 2 1 3 0 2 ，并且采用i e e e8 0 2 1 1 a 作为底层传输技术。2 0 0 3 年，美国联邦 通信委员会将此标准的下一版本规定为北美的d s r c 标准。之后，又将d s r c 标 准的制定工作转到i e e e 下面进行，即i e e e8 0 2 1 1 p 标准【l 引。与此同时，v a n e t 上层协议也在制定中，即i e e e1 6 0 9 协议簇。i e e e1 0 6 9 协议簇和i e e e8 0 2 1 l p 标准一起构建了完整的v a n e t 协议栈。 i e e e 8 0 2 1 l p 是一个由8 0 2 1 1 标准演化的通信协议标准，同时又称为车间环 境无线存取( w i r e l e s sa c c e s si nt h ev e h i c u l a re n v i r o n m e n t ，w a v e ) 。该通信标准主 要规定了网络的物理层和m a c 层的有关约定，它主要是解决i e e e 8 0 2 1 1 无法使 用于车载网络的缺点而提出来的。从技术上来看，它对i e e e 8 0 2 1 1 进行了多项针 对车载网络特殊环境的改进，如支持更加频繁的网络拓扑变化、提供更先进的热 点切换技术、加强了身份认证机制和增强了网络的安全性等。而i e e e l 6 0 9 系列 标准是美国电子电机工程师协会针对无线接取技术应用与车用环境无线存取时， 所定义出的通信系统架构及一系列标准化的服务和接口。其主要目的是制定车与 车之间，车与基础设施之间通信的无线通信协定标准。其主要包含了1 6 0 9 0 1 6 j 、 2 硕一f ：学位论文 1 6 0 9 1 【1 7 1 、1 6 0 9 2 1 8 1 、1 6 0 9 3 1 9 1 、1 6 0 9 41 2 0 】等几个部分，现简要叙述下各部分 的内容。i e e e l 6 0 9 0 主要叙述总体的结构框架，i e e e l 6 0 9 1 则主要负责资源管理， i e e e l 6 0 9 2 主要负责i e e e l 6 0 9 标准中的安全机制，i e e e l 6 0 9 3 主要是制定w a v e 系统中的网络层通信协议和管理机制。i e e e l 6 0 9 4 则专门负责频道间的切换。 在学术会议方面，2 0 0 4 年一2 0 1 0 年间，a c mm o b i c o m 专门召开了6 次专题 研讨会讨论v a n e t ，计算机网络与通信领域的许多会议也增加了v a n e t 相关的 专题，积极促进了对v a n e t 的深入研究和产业应用。 同时，v a n e t 也面临着很大的挑战。v a n e t 网络的节点是在道路上行驶的 汽车，移动速度非常快，因此对于v a n e t 提供的网络服务时延、可靠性以及可 扩展性的要求十分严格，而且需要能够同时支持各种差异较大的服务，如大数据 量的实时导航、车载娱乐等系统，以及高实时性的行车辅助、紧急避险等系统【1 1 。 尤其在一些十分苛刻的应用环境下，如狭窄的道路、高密度节点分布、节点高速 移动等，会直接影响v a n e t 网络的数据传输能力，处理不好将会导致严重的后 果如丢包数迅速增加、分组传递延迟增大等1 2 1 , 2 2 l 。 1 2 课题研究意义 车载自组织网络的路由算法是车载自组织网络中的关键核心技术，设计一个 优秀的路由算法对于车载自组织网络有着至关重要的作用，乃至决定性的作用。 因此如何针对v a n e t 的特点，结合实际的网络应用要求，来设计v a n e t 的 路由算法成了车载自组织网络当中的难点问题和关键问题。 总的来说，针对应用于车载通信系统的大规模、高动态的特点，其理想的路 由算法应该是可扩展性好、对网络拓扑变化具有高度自适应性的按需路由。同时， 随着全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 的普及和g p s 终端成本的降 低，车辆能够方便地获得自己的地理位置信息和速度矢量信息，基于位置信息的 路由算法设计逐渐成为主流。这种算法在投递包的成功率和路由开销方面可能优 于纯粹依赖拓扑结构的路由算法。但是，通过g p s 接收机获得的地理位置信息通 常存在一定的精度误差，而这种误差必将给路由算法带来一定的影响。 因此如何综合以上两种路由算法的优点设计出有效的基于地理位置信息的路 由算法，以及研究引入的地理位置信息将会给路由算法带来怎样的影响等问题都 是很有意义的。 1 3 论文主要工作 本文重要的工作有以下三点： 一、查看和翻阅大量的文献，撰写出关于车载自组织网络最新单播路由算法 的综述文章。 3 车载白组m 可靠单播路由协议研究 二、在充分了解车载自组织网络路由算法的现状和发展趋势的情况下，结合 最新的研究热点和各路由算法的优缺点，提出了一种适合于车载网络环境下的基 于移动预测的可靠单播路由算法，并使用专门的车载路由算法仿真软件n c t u n s 来进行仿真，通过分析和比较新算法和其他路由算法的实验仿真结果，得出了本 文提出的新算法的更加有效。 三、研究了定位误差对基于地理位置的路由算法的影响。在基于地理位置信 息的路由算法当中，节点获取其地理位置信息存在一定偏差，本文先从理论的角 度，对路由算法可能受到定位误差的影响进行了分析，接着从引入现实因素和不 同定位误差两个角度对路由算法进行了仿真。最后针对如何减小定位误差对路由 算法的影响，本文从三个方面提出了一些解决措施。 1 4 论文的基本结构 全文共分为4 章，各章的内容如下： 第1 章为绪论，主要介绍了课题背景和意义、本文主要做的工作和论文的基 本结构。 第2 章主要为车载自组织网络的单播路由算法的综述文章。本文首先介绍了 车载自组织网络的基本概念、网络特点、应用前景及其网络架构，其次，讨论了 在车载环境下设计路由协议所遇到到巨大挑战，接着对最新的单播路由算法进行 了综述，主要阐述了路由算法的核心路由机制，并指出了这些路由算法的类别和 特点，最后对车载自组织网络进行了总结，并指出如何针对车载自组织网络的特 点和不同的应用背景去设计一个优秀的车载自组织网络的路由算法。 第3 章主要提出了的一种适合于车载网络环境下的路由算法。本文首先总结 和分析路由算法的相关研究工作，之后指出当前路由算法中存在的问题并提出了 自己的处理策略，接着从理论的角度分析新算法中提出的策略的有效性。最后， 采用车载网络仿真软件n c t u n s 对本文提出的路由算法进行了仿真和结果分析。 第4 章主要研究了定位误差对基于地理位置的路由算法的影响。在基于地理 位置的路由算法当中，节点获取其地理位置信息存在一定偏差，本文先从理论的 角度，对路由算法可能受到定位误差的影响进行了分析，接着从引入现实因素和 不同定位误差两个角度对路由算法进行仿真并分析定位误差对路由算法带来的影 响，最后针对如何减小定位误差对路由算法的影响，从三个方面提出了一些解决 措施。 最后是本文的总结部分。对全文做了总结和梳理，并探讨了进一步的研究方 向。 4 硕 ：学位论文 第2 章车载自组织网络单播路由算法综述 2 1 车载自组织网络及应用 车载自组织网络1 1 ，2 j 是由街道上的汽车节点和路边节点来构建的无线通信网 络。作为车载自组织网络的通信节点，汽车节点和路边节点必须配备无线收发设 备和计算控制模块等基础的通信和计算设备。并且一般的汽车节点的通信范围只 有几百米的距离，当相互通信的两个节点距离相继较大时，都需要经过多跳传递 才能实现端到端的数据传输。车载自组织网络类似于移动自组织网络，只不过其 通信节点是移动的汽车。其主要目标是利用汽车节点构建一个自组织的、部署方 便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，以实现事故预警、辅助驾驶、道路 交通信息查询和i n t e r n e t 接入服务等应用。 车载自组织网络具有广阔明朗的应用前景，具体包括交通和通信两个主要方 面。交通方面主要是保证驾驶员行车安全和交通顺畅，而通信方面主要是为城市 或高速公路的通信需求提供服务支持。具体应用类型如下【1 ，2 】： 交通安全：车载自组织网络能够提醒驾驶员一些潜在的交通问题，如交通 事故和道路拥塞等，为汽车驾驶提供安全保障和提高行车效率。在车辆上安装传 感器，监测汽车行驶的安全信息，诸如加速度、速度大小和方向等。一旦发现异 常，车辆可以实时地向周围车辆报告其行驶状态，警示周围汽车，提醒驾驶员做 出相应的操作，从而避免交通事故的发生。 收集路况信息以辅助驾驶：通过车载的传感器可以收集行驶路段上的各种 信息如路面信息和道路交通信息等。收集到的信息可以通过网络传播，从而帮助 其他的车辆节点制定相应的行驶策略，从而避免交通拥塞，保证行驶安全。 信息服务查询：车载自组织网络能够帮助车辆查询周边的服务信息，例如 酒店或餐厅预定、停车场状态信息、加油站信息等。甚至出行人员可以通过车载 自组织网络查询实时的交通信息以做出更好的出行计划。 车间通信：车载自组织网络中的节点可以直接通过车与车之间的通信以实 现车间数据交流，而不用借助于其他的通信网络，从而为车与车的通信提供便利。 i n t e r n e t 接入服务：车载自组织网络能够在车辆运动的情况下，提供 i n t e r n e t 网络接入服务，使用户能够通过i n t e r n c t 进行网上冲浪、下载音乐、收发 邮件、玩网络游戏等。 2 2 车载自组织网络的特点及网络架构 车载自组织网络可以看成是移动自组织网络的一个特殊应用。它具有一般移 动自组织网络所具有的普遍特点，如无基础设施、独立组网、分布式控制、动态 5 车载自组网可靠单播路由协议研究 变化的拓扑结构等，但同时又和传统移动自组织网络又有所区别。和传统的移动 自组织网络相比，车载自组网的主要特点包括【1 ，2 】： 网络拓扑结构变化快：由于网络中汽车节点移动很快和周围障碍物的存 在，使得网络中节点之间的链路非常的不稳定，从而导致网络拓扑变化非常快。 充足的资源提供：汽车节点能提供充足的电能和计算控制模块支持节点设 备间的数据通信和数据计算，因此对各种资源的限制较低。 无线信道质量不稳定：由于网络中节点移动速度快和周围建筑物的存在， 在数据传输中，存在非常严重的多普勒效应和多径效应，因此其信道质量非常不 稳定。 延时要求高：在v a n e t 网络当中，一般不需要很高的数据发送速率，但 是对数据发送延时要求很高，尤其在安全应用方面。例如，在高速公路自动控制 系统当中，如果一旦发生了交通事故，数据会被要求在很短的时间传递给事故周 围的车辆，以避免交通事故的连锁反应。 节点移动轨迹可预测：由于v a n e t 网络中节点是汽车，只能沿着车道移 动，具有一维性。而且道路的固定结构使得车辆移动是受限制的，因此可根据驾 车者的行驶习惯和道路结构预测汽车节点的移动轨迹。 g p s 和电子地图的应用：随着全球定位系统的普及和g p s 终端成本的降 低，车辆能够方便地获得自己的地理位置信息和速度矢量信息。同时g p s 和电 子地图相结合进行路由路径规划，将使车载自组网路由策略的实现变得更为有效 和方便。 为了更清晰明了地比较传统的移动自组织网络和车载自组织网络的特性差 别，对其进行了列表对比，如表2 1 所示。 表2 1 车载自组织网络与移动自组织网络特性比较 车载自组织网络有三种不同的网络架构：车与路边基站组成的通信架构 ( r o a d s i d e t o - v e h i c l