【车联网容迟网络路由优化设计探究开题报告文献综述6200字】

PAGE0论文题目车联网容迟网络路由优化设计研究支持论文研究的科研项目论文选题依据及文献阅读综述（包括论文选题的意义、国内外研究现状分析等，该部分不少于5000字）【论文选题的意义】车联网作为智能交通系统的重要组成部分，主要为解决道路安全问题、提高交通效率、提供车载娱乐而提出，车联网主要由具有无线通讯能力的车辆和路边单元组成，其通讯模式主要分为：车间通讯、车辆到路边单元、混合式三种，由于路边单元部署所需的大量开销，关于V2V模式下的车联网路由成为了人们关注的热点。车联网比起移动自组织网络，具有节点移动速度快，网络拓扑频繁变化，间歇性中断连接等特性，尤其网络中经常出现网络分割现象，上述特性使其与容迟网络有很多共同的特点，于是有学者提出将“存储一携带一转发”的通讯模式应用到车联网的路由中来，解决由于车辆稀疏或节点分布不均带来的网络分割现象。车载网络作为物联网产业首先落地的项目，日益受到学术界和产业界的关注，其是一种移动开放式网络，通过无线通信与信息处理等技术以实现车辆与车辆、车辆与路边单元之间的通信，实现人、车、路(基础设施)等要素的感知互动与资源共享，从而使得车载网络在安全管理与智能服务等方面的应用能够获得保障。可以预见，在物联网大家庭中，车载网络是最具有实用价值，且最有可能率先实现的应用领域，并正在改变着人们的出行方式，而路由算法是车载网络应用技术研究的核心部分。本文对车联网中的路由进行了详细的调研，发现现有的车联网中的容迟路由协议存在一定的缺陷，一般只能解决特定场景下的路由问题，缺乏对车联网复杂网络状况的适应性，于是本文提出了一种新颖的车联网容迟路由算法，算法首先通过对网络连接性的判断，将网络分为连通模式和DTN模式，然后在不同的模式下，使用不同的度量进行最优下一跳节点的选择，最终希望可以适应网络的复杂变化和不同状态，从而进行高效的数据传输。【国内外研究现状分析】一、国外研究现状DTN作为未来互联网络发展的一个新方向，在环境监测、交通管理、水下探测和发展中国家偏远地区网络基础建设具有广泛的应用前景和实用价值。DTN的路由方面的研究越来越受到国内外学者的重视。FallK[1]表示延迟容忍网络是一种应用于非持续性连接自组织网络的体系结构，最早是用来解决星际网络通信问题，主要目的是使星球与星球之间能进行信息传输。星际网络中星体的遮挡，以及星球之间的长距离会导致消息传输时延增加，传输投递率下降。接着，Akyildiz[2]表示现存的网络协议将无法有效地完成信息传输工作，因此在设计使用于此类网络的新协议时，还需要解决数据速率不对称以及高出错率等问题。研究人员Komnios[3]开始尝试将IPN架构及其相应的技术运用到陆地上的挑战网络中，如用以解决发展中国家偏远地区通信和Internet接入服务的乡村信息网络，用以监测湖泊水质和生物的水下传感器网络，还有用以监测野生动物活动的野外追踪网络等。但是这些陆地上的挑战网络与IPN又有着不同的特点，IPN中节点部署在不同的星球，通信距离极远，所以更强调节点之间连接的频繁中断。基于这类网络特性，IRTF[4]定义了RFC4838标准和RFC5050标准，正式确立了DTNS研究领域，提出了DTNS的体系结构，DTNS随之成为了移动网络的研究热点之一。目前，容迟网络广泛应用在移动车载容迟网络和社交容迟网络[5]。这两类网络是从容迟网络发展而来的，主要解决车辆和车辆，人与人之间不存在端到端路径，无法完成消息传输的问题，其本质而言还是在容迟网络特性上展开的研究。Vastardis[6]表示容迟网络的研究是对其他网络研究的基础。容迟网络中的许多问题都引发了人们巨大的兴趣，如路由算法、移动模型、分布式存储、网络安全与合作等等，其中如何在无完整通信路径的情况下，设计出一种高效的路由算法，将消息准确、快速地从源节点传输到目的节点，是容迟网络面临的关键问题之一。面对机遇和挑战，国外大批科研人员积极投身到关于VDTN的应用探索中。其中Kenney[7]项目旨在通过公共交通和相应的DTN协议构建农村地区范围内的低成本互联网信息亭，用以提供诸如电子邮件，网页浏览，远程医疗，作物价格及纳税信息等基础服务。该项目通过将用户应用程序关联至对应的DTN协议，生成基于Bundle的数据单元并持久性存储直到公共汽车经过村庄，然后Bundle被传送至公共汽车的DTN代理中并最终被运送到因特网网关。该系统的研制证明DTN协议可以利用周期性运动的公共汽车，为贫困地区提供经济有效的移动数据互联互通服务。MaickeC.G.Paula[8]设计了一个类似真实VDTN的测试平台，证明了VDTN的诸多特性以及其在安全服务方面的应用，测试了其对于不同环境的适用性并评估真实场景对于协议栈和服务的影响。SoaresVascoN.G.J[9]考虑了农村场景下的连通性问题，研究了不同的移动模式和车辆密度对于VDTN网络应用和路由协议的性能影响，从而为路由协议算法的设计和研究打下基础。之后，该作者提出了一种名为GeoSpray的VDTN路由协议，它根据地理位置信息构建路由决策，并结合了多拷贝和单拷贝方案，在保证路径可达的基础上，极大程度地降低了冗余和开销，充分利用可用的连通机会对有限的拷贝信息进行高效的投递。Basu,Souvik等[10]基于Prophet路由协议提出了一种安全增强型的SAGE-PROPHET，由于灾后救援行动基本上是以集体为单位的，属于不同组别的救援人员在对等的基础上将与其团队相关的情景信息以多跳的形式传递到各自的救援营地。基于此，作者参照救援人员的历史行为，实现对特定救援群体的特定消息转发，保证了救援的效率和消息的安全性。Mohamed.Ababou等[11]受蚂蚁生活习性启发，提出了一种名为AntProPHET的路由策略，它在Prophet路由策略的基础上引入蚁群优化算法，从而有效减少开销。Psounis[12]等人依据真实车辆轨迹，提出了基于交通流理论的现实车辆移动模型，该模型考虑了道路拓扑，车速规则和路径选择，以此分析了模型本身对实际车辆行为模拟的接近程度。Guo[13]评估了由智能手机和公共交通系统组成的集成延迟容忍网络的可行性，并针对网络安全性保护提出了一种错误行为检测系统MDS用以检测攻击者并保护混合网络免受恶意干扰。EnWang等[14]基于sprayandwait路由算法提出了一种消息调度和丢弃策略，通过评估复制和删除消息副本对传输率的影响来计算每条消息的优先级。随后，依照优先级顺序进行消息调度和丢弃。PengWang[15]基于Prophet提出了一种消除冗余的方法，该方法使用范围内传播的确认消息从网络中删除过时数据，以减少消息累积对缓冲区空间的压力，从而避免了陈旧消息大规模占用缓冲区，间接提高Prophet路由协议的性能。二、国内研究现状樊秀梅[16]在研究中指出容迟网络(DTN)是一种在受限网络环境中进行信息传输的新型网络结构体系。最初为星间通信而提出了容迟网络的概念，随后由互联网研究任务组(IRTF以星际网络研究组(IPNRG)为根基建立了容迟网络研究组(DTNRG)来对DTN进行针对性的研究。肖明军认为[17]DTN主要增加了一个位于应用层与下层之间的中间协议层一Bundle层，通过类似于E-mail的存储转发机制解决多种受限网络中存在的间歇性连接、高抖动、长时延、传输信道非对称以及误码率较高等问题。徐佳[18]表示在容迟网络中节点经常是移动的，根据节点移动的方式可以将路由方法分为两大类:主动方法和被动方法。主动方法中，节点会依据一定的策略主动选择自己的移动方式。而被动方法中，节点并不会为了提高通信的效能而改变其设定好的运动模式。李天南指出[19]容迟网络中，路由算法最重要的目标是成功转发消息。然而单拷贝路由算法在传输过程中只维持一份消息的报文，转发难度较高。所以一般的单播路由算法都会使用一定的知识库来提高消息转发的成功率。但由于相关路径的信息获取难度的不同，譬如结构较为工整的卫星网络中，卫星的运行轨道具有相当的规律性，可以较为准确地得到链路的建立情况等信息，而在一些移动轨迹不规则的网络中，想要预测连接的信息需要利用一些特定的策略，如此便会增加算法的网络开销比。国内的车载通信技术的研究起步较晚，但是却被高度重视，车联网在“十二五”规划中被归为物联网十大重点领域之一，“十三五”期间，国家在政策上继续给以大力支持，更多的研究力量和资金投入到车联网领域的研究中。2009年为中国车联网的技术元年，从2011年在中国兰州举办的首届中国车联网大会，到2016年在北京举办的中国车联网创新发展论坛，都标志着中国车联网领域的发展与进步，同济大学最早对不停车收费系统进行过研究，南京邮电大学的学者们也对基于地理信息的路由协议进行了分析29。国内的研究大多为车联网容迟网络在专有领域的应有，基础普适性的路由算法研究较欠缺。随着5G的即将普及，物联网将迎来大发展，车联网容迟网络的研究应该是一种基础平台式研究，能够同时支撑多种应用，使得各种应用融合在同一个体系中，应用之间状态能够相互感知，这将有助于ITS的发展成熟。樊娜[20]指出除了政府机构对车联网的发展推动外，企业间的合作也在大力推动着其发展。国外厂商，如谷歌公司的AndroidAuto车载系统，实现将安卓系统移植到车载嵌入式设备上，为车载嵌入式设备提供强大的处理能力。宝马公司研发的iDrive车载系统，主要应用于智能驾驶领域。国内，福特、百度、高德三家公司合作研发SmartDeviceLink,旨在标准化和封装车载环境中的应用接口，为移动应用程序开发人员和汽车控制单元开发者提供可扩展的软件框架。这些企业间的合作取得的进展标志着车联网正在逐步走向成熟，并衍生出很多具有高价值的应用。如今国内外针对容迟网络的研究主要集中在网络体系结构、路由决策算法、缓存拥塞控制、安全保护策略等几个方向。由于传统有线网络以及AdHoc无线网络协议无法应用于有着间断性连接、高延时、大抖动、信道速率不对称等链路特点的容迟网络。同时，尽管车联网容迟网络路由长期以来取得快速发展，并取得一定成果。但是在应对复杂多变的交通环境，尤其是城市环境，现有的路由算法仍然存在不足，因此针对特定的城市环境，设计出符合其特性的车联网容迟网络路由协议仍有待进一步的研究。论文研究方案（包括研究目标、研究内容和拟研究解决的关键问题、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性、可能的创新之处）【研究目标】对车联网中的路由协议设计进行详细的调研，对现有的路由进行分类总结之后，发现已有的协议大部分不是基于车辆密集，网络连通的假设，就是针对稀疏环境的DTN类VANETs路由协议，同时针对两种环境的路由协议研究较少，而城市中的交通情况又是十分复杂的，随时间和地点的不同，车辆分布十分不均，所以需要一种能够对车辆环境(或网络环境)进行判断，同时能够适应密集和稀疏环境的单播路由协议，从而最大化路由协议的性能。【研究内容】首先介绍车联网当前的研究背景和研究意义，以及本文动机和算法概要。接着介绍车联网的架构、应用、特点和现存挑战，并指出现有路由协议的分类和优缺点，并全面的总结了路由的主要技术点。然后建立了车联网的系统模型，并提出了判断网络连接性的度量，两跳节点度。再然后，提出容迟路由算法，以求对不同网络环境的适应性。并且对提出的路由算法的性能进行对比验证，并对结果进行分析。最后对全文进行了总结和回顾，提出算法的缺点、不足以及未来的改进方向。【拟研究解决的关键问题】（1）建立车联网的系统模型，并提出判断网络连接性的度量。（2）提出容迟路由算法，以求对不同网络环境的适应性。（3）提出的路由算法的性能进行对比验证。【拟采用的研究方法】采用文献研究、调研分析法和仿真对比法【技术路线】车联网相关技术及研究现状车联网容迟路由算法设计车联网相关技术及研究现状车联网容迟路由算法设计仿真和算法性能分析车联网网络模型确定【实验方案及可行性】一、实验方案（1）对容迟网络下常见的路由算法的原理和优劣势做了详细梳理。（2）设计路由算法RADI，同时构建仿真环境对算法进行实现和对比评估。（3）构建车联网下的速度一密度模型，估算动态交通流的实时密度。二、可行性分析（1）本课题符合当前设的发展趋势。对于热点问题，有很强的研究价值和生命力，具有广阔的创新空间，易形成创新成果。（2）车联网作为智能交通系统的主要组成部分，可以为道路安全、交通管理、车载娱乐等各种应用带来不可估量的好处，得到了各种组织机构、学术界、工业界的普遍关注。为了使车联网发挥应有的作用，有很多问题需要解决，其中路由算法设计作为数据转发的基础，也成为了车联网研究中的热点问题。【可能的的创新之处】可能的创新之处在于对车联网中的路由进行了详细的调研，发现现有的车联网中的容迟路由协议存在一定的缺陷，一般只能解决特定场景下的路由问题，缺乏对车联网复杂网络状况的适应性，于是本文提出了一种新颖的车联网容迟路由算法，算法首先通过对网络连接性的判断，将网络分为连通模式和DTN模式，然后在不同的模式下，使用不同的度量进行最优下一跳节点的选择，最终希望可以适应网络的复杂变化和不同状态，从而进行高效的数据传输。【课题开展的具体进展计划如下】这次毕业设计工作共计22周，为了顺利的完成毕业设计，保证毕业设计的质量，对毕业设计工作的时间的安排如下：第一—二周：应在指导教师指导下，完成开题报告，并完成相关资料收集工作；第三—八周：初步完成论文的结构性框架，并完成前三章的论文撰写工作；第九—十四周：继续进行论文的撰写，基本完成论文撰写工作；第十五—十九周：全面完成撰写毕业设计(论文)，并交指导教师批阅；第二十—二十二周：全面完善撰写毕业设计(论文)，并完成毕业设计论文装订工作。【预期达到的目标、预期的研究成果】一、预期目标提出容迟路由算法，以求对不同网络环境的适应性，并且对提出的路由算法的性能进行对比验证，并对结果进行分析。二、预期成果（1）提交硕士论文一份；（2）公开发表学术论文1~2篇。【参考国内外文献情况】国内文献8篇，国外文献23篇。主要文献目录：（不少于30篇，国外不少于10篇）FallK.Adelay-tolerantnetworkarchitectureforchallengedinternets[C].ProceedingsofACMSIGCOMM,Karlsruhe,Germany,2003:27-34.AkyildizIF,etal.InterplanetaryInternet:state-of-the-artandresearchchallenges[J].ComputerNetworks,2003,43:75一112.KomniosI,TsaoussidisV.CARPOOL:extendingfreeInternetaccessoverDTNinurbanenvironment[C].Proceedingsofthe2013ACMMobiComworkshoponLowestcostdenominatornetworkingforuniversalaccess,2013:21-24.IRTF.DelayTolerantNetworkingResearchGroup田B/OL]./dtnrg.2009.RamakrishnanB,SelviM,NishanthRB,etal.AnEmergencyMessageBroadcastingTechniqueUsingTransmissionPowerBasedClusteringAlgorithmforVehicularAdHocNetwork[J].WirelessPersonalCommunications,2017,94(4):3197-3216.VastardisN,YangK.MobileSocialNetworks:Architectures,SocialProperties,andKeyResearchChallenges[J].IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,2013,15(3):1355一1371.Kenney,J.B.DedicatedShort-RangeCommunications(DSRC)StandardsintheUnitedStates[J].ProceedingsoftheIEEE,2011，99(7):1162一1182.PaulaMCG,IsentoJN,DiasJA,etal.Areal-worldVDTNtestbedforadvancedvehicularservicesandapplications[C]//2011IEEE16thInternationalWorkshoponComputerAidedModelingandDesignofCommunicationLinksandNetworks(CAMAD).IEEE,2011:16-20.SoaresVNGJ，RodriguesJJPC，FarahmandF.GeoSpray:Ageographicroutingprotocolforvehiculardelay-tolerantnetworks[J].InformationFusion,2014,15:102-113.BasuS,BhattacharjeeS,RoyS,etal.SAGE-PROPHET:asecurityaidedandgroupencounterbasedPROPHETroutingprotocolfordisseminationofpostdisastersituationaldata[C]//Proceedingsofthe2015InternationalConferenceonDistributedComputingandNetworking.ACM,2015:20.AbabouM,ElkouchR,BellafkihM,etal.AntProPHET:Anewroutingprotocolfordelaytolerantnetworks[C]//Proceedingsof2014MediterraneanMicrowaveSymposium(MMS2014).IEEE,2014:1-6.SpyropoulosT,PsounisK,RaghavendraCS.EfficientRoutinginIntermittentlyConnectedMobileNetworks:TheSingle-CopyCase[J].IEEE/ACMTransactionsonNetworking,2008,16(1):63-76.GuoS,DerakhshaniM,FalakiMH,etal.DesignandimplementationoftheKioskNetsystem[J].ComputerNetworkstheInternationalJournalofComputer&TelecommunicationsNetworking,2011，55(1):264-281.WangE,YangY,WuJ,etal.AbuffermanagementstrategyonsprayandwaitroutingprotocolinDTNs[C]//201544thInternationalConferenceonParallelProcessing.IEEE,2015:799一808.WangP,ShenF.MethodtoimprovetheperformanceofPROPHETroutingprotocol[C]//2010SecondInternationalWorkshoponEducationTechnologyandComputerScience.IEEE,2010,1:248-251.樊秀梅,单志广,张宝贤,等.容迟网络体系结构及其关键技术研究[J].电子学报,2008,36(1):10.肖明军,黄刘生.容迟网络路由算法[J].计算机研究与发展,2009(7):9.徐佳,王汝传,孙力娟,等.容迟网络路由技术研究[J].计算机研究与发展,2011(S2):5.李天南,薛广涛.基于最大流的车辆容迟网络路由算法[J].计算机工程,2011,37(21):4.樊娜，朱光源，康军.车联网环境下基于节点认知交互的路由算法[J].计算机应用，2019,39(2):518-522.周镇宇，任春龙.无线传感器网络及其路由安全性分析研究[f].数据通信，2017(6):37-39.赵妍妍.黑洞与间歇性攻击可探测的DTN数据转发策略研究[D].2016.侯君婷.简析DTN网络与传统网络的区别[fJl.电信快报:网络与通信，2010(4):44-46.JainS,FallK,PatraR.Routinginadelaytolerantnetwork[C].The2004ConferenceonApplications,Technologies,Architectures,andprotocolsforComputerCommunications,2004,34(4):145一158.JonesEPC,LIL,WARDPAS.Practicalroutingindelay-tolerantnetworks[C].Proceedingofthe2005ACMSIGCOMMWorkshoponDelay-TolerantNetworking.Philadelphia:ACM,2005:237-243.MusolesiM,HailesS,MascoloC.Adaptiveroutingforintermittentlyconnectedmobil