车载网络中分布式地理位置路由协议研究

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车载自组织网络(VehicularAdHocNetworks,VANET)是一种以车辆为节点的无线自组织网络,是目前MANET最具前途的应用领域之一。车载自组织网络的一个重要特征是车辆节点具有较高的移动速度,尤其是在高速公路的场景中。高速移动的特性使得车载网络拓扑结构具有动态性,导致自组织网络中多跳路由频繁断开,这对路由算法的可靠性和数据传输的质量带来巨大的挑战。  本文首先介绍了车载自组织网络领域的国内外研究现状,并分析了车载自组织网络的结构、主要特点以及其主要的场景。之后对目前车载自组织网络的路由协议进行了归纳总结,并着重描述了目前主要的研究方向——基于地理信息的位置路由和它的代表协议GPSR协议。  本文着眼于高速公路场景下的车辆通信,提出了一个分布式架构下的基于地理位置的路由协议——分布式地理位置路由协议(DGRP,DistributedGeographicRoutingProtocol)。该协议与目前已经存在的协议相比具有三个创新的机制,并以此确保路由的高效性和有效性。这三个机制分别是:  (1)提出了一种类似机会中继的分布式中继节点选择策略。与传统的GPSR协议和AODV协议相比,在避免周期性Beacon信令包发送的同时完成了中继节点的高效选择。同时加入了节点的运动状态信息,提高了路由的生存时间。  (2)在路由修复环节,除了实现断裂修复之外,创造性地加入了中继失效修复,从而避免了无效转发甚至是逆向转发的出现,提高了中继效率。  (3)车辆间通信(V2V)能够在车辆自组织和RSU协助两种模式下进行,并加入智能选择机制,能够根据车辆间的距离、速度、方向以及RSU密度等信息进行选择,减小了网络跳数和网络资源的消耗。  本文最后在Eclipse开发工具上采用JAVA语言设计并实现了基于高速公路场景下的车载网络仿真系统HVS(High-WayVANETSimulator),并对DGRP协议与GPSR协议和AODV协议进行了仿真比较。仿真结果表明:1)与GPSR协议和AODV协议相比,DGRP协议能够提供较为恒定的中继距离且不会出现中继距离随时间劣化的情况;2)在路由生存时间方面,DGRP协议相比于AODV协议有了较大的改进;3)DGRP协议对车辆自组织和RSU协助两种通信方式的智能选择能够应对近距离和远距离的通信,并提供较小的路由跳数,进而降低了由于跳数过多带来的通信延迟和网络资源的消耗;4)DGRP协议相比AODV协议的信令开销更小。
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