基于公交车辅助的车联网路由算法研究

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近几年,随着无线网络技术的日益完善和交通需求的不断增长,智能交通系统(Intelligent Transport System,ITS)得到了迅速的发展,车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Networks,VANETs)作为ITS的重要技术之一,被广泛应用到交通管理和移动娱乐等多种场景中,以此来提高道路交通安全并为驾驶人员提供娱乐服务信息。由于车载自组网的复杂特性,车联网路由协议设计主要存在三方面问题。一是车辆节点的高速移动导致网络拓扑结构不断变化,二是车辆节点的行驶轨迹受道路形状、交通规则以及驾驶员主观意识限制,三是车辆节点的随机运动导致车辆分布不均匀。传统的路由协议无法保证车联网中的通信质量,因此,设计出一种高效、实时、可靠的路由协议是十分必要的。针对车联网中存在的上述问题,考虑到公交车具有固定的行驶轨迹、通信覆盖范围大、行驶速度变化小、处理和存储数据信息能力强等特点,本文将公交车作为辅助节点应用到车联网通信的不同传输场景中,并结合路由传输需求提出相对应的整体解决方案。本论文主要研究工作及创新点如下:针对车联网中不同种类数据包传输需求问题,基于V2V和5G蜂窝网混合传输框架,本文提出一种基于公交车辅助的路由算法。该算法首先将车联网中的数据包分为时延敏感型和非敏感型两种类型,利用5G蜂窝网低时延、高可靠性、网络覆盖范围广的优势,传输时延敏感型数据包。考虑到公交车具有通信传输范围大,固定行驶轨迹的特点。针对时延非敏感型数据包设计了一种基于公交车中继的路由算法,使用公交车作为辅助中继节点扩大通信传输范围,提高路由转发性能。为降低通信链路断开机率,提出基于时间预测的邻居表更新机制。经仿真测试验证,该算法在数据包传输成功率、平均端到端传输时延、平均传输跳数上有显著提升。针对车联网中车辆向基础设施实时传送大量数据信息的问题,本文提出一种基于公交车分簇的路由算法。该算法首先将道路上的车辆节点进行分簇,生成以公交车为簇首的簇;然后利用公交车计算存储能力强的特点,聚合簇内车辆节点的数据信息并进行冗余处理;最后根据目的节点的位置,使用簇内网关节点中继选择算法,建立一条基于簇首公交车节点的多跳路由路径。通过数据包传输至目的公交车节点后的路由性能反馈,动态调整路由路径。经仿真测试验证,该算法能够适应动态变化的车联网环境,极大地改善路由传输性能。
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