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1、上海交通大学硕士学位论文基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究姓名：李达申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：李明禄20080101上海交通大学硕士学位论文 基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究 III基于 802.11 标准的车辆自组织网络广播协议研究 摘 要 车辆自组织网络 VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)应用广泛，越来 越受到重视，而广播是实现这些应用最为常用的技术。在 VANET 中， 由于车辆节点快速移动导致网络拓扑结构变化迅速，使得传统的广播协 议性能低下，并且城市中道路两旁的建筑物严重阻碍了广播信息的传 播，因此，需要专
2、门设计一种适用于 VANET 的广播协议。 本文提出了两类基于 802.11 标准且适用于 VANET 的广播协议，分 别使用全向天线和使用定向天线。使用全向天线时，最远的节点负责转 发消息；而且在十字路口处，一个固定的转发器用于传递消息。使用定 向天线时，广播协议采用三种不同的转发策略，分别是随机转发，分组 转发和高效转发，基本的原则是节点只往消息没有达到的方向转发，减 少了冲突。此外，我们还提出了几种优化方法，如利用局部节点密度估 算转发延迟的时间， 用信号的强度取代 GPS 设备， 以及对消息优先级进 行划分。 为了提高移动模型的真实性，本文利用上海市 4000 多辆出租车的 GPS 数
3、据，经过地图匹配，路径确定，插值等步骤构建了真实的移动模 型 SUVnet，并且通过上路测试，验证其准确性。同时，我们实现了基 于离散事件的无线仿真器 JWS。结合 SUVnet，我们比较了各个广播协 议的性能。实验结果表明，基于定向天线的广播协议 EDB 在发送率， 端到端延迟，冲突等方面的性能优于其他协议，最适用于 VANET。 关键词：VANET，广播，SUVnet，定向天线 上海交通大学硕士学位论文 基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究 IV RESEARCH ON 802.11-BASED BROADCAST PROTOCOLS IN VEHICULAR AD HOC N
4、ETWORK ABSTRACT There are kinds of applications in VANET (Vehicular Ad Hoc Networks) which attracts more attentions. Broadcast is the main way to implement these applications. In VANET, due to the fast movement of the vehicle, the topology of the network changes rapidly that makes the traditional br
5、oadcast protocol low efficiency. Whats more communication between vehicles is prevented by the buildings beside the roads in the city. So it needs to design a broadcast protocol adapted to the VANET. This paper proposes two kinds of 802.11-based broadcast protocols in VANET, using omni-antenna and d
6、irectional-antenna respectively. Using omni-antenna, the far receiving node is responsible to forward the message. Besides, a fixed repeater at the intersection forwards the message. While using directional-antenna, the broadcast protocol adopts three different forwarding strategies; the basic princ
7、iple is the node only forwards the message towards the direction where the message doesnt arrive. In addition, we also introduce several optimal methods such as making use of local nodes density to evaluate the delay of forwarding, replacing the GPS device with the signals strength and dividing the
8、priority of the message. To improve the reality of mobility model, this paper generates a real mobility model SUVnet using more than 4000 taxis GPS data in the processing of map matching, route determining, and interpolation. Besides, we verify the accuracy of SUVnet through the field test. Moreover
9、 a discrete-event based wireless simulator JWS is developed. Combining SUVnet and JWS, we compare the performance of the proposed protocols. The results show that the EDB performs better than others on the delivery ratio, end-to-end delay, and collisions, so it adapts to VANET best. KEY WORDS: VANET
10、，Broadcast，SUVnet，Directional Antenna 上海交通大学硕士学位论文 基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究 I上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。 学位论文作者签名：李达 日期：2008 年 01 月 17 日 上海交通大学硕士学位论文 基于802.1
11、1标准的车辆自组织网络广播协议研究 II上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书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。本人授权上海交通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。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：李达 指导教师签名：李明禄 日期：2008 年 01 月 17 日 日期：2008 年 01 月 1
12、7 日 上海交通大学硕士学位论文 基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究 1 1 绪论 1.1 课题背景 随着经济的发展，汽车已经越来越普及。但是根据研究资料表明，我国已进入了道路交通事故的高发期。国务院发展研究中心作的中国交通安全问题及对策报告显示，我国交通事故死亡人数已居世界第一位。同时，道路的拥堵现象，特别在上下班高峰时，尤为严重，不仅浪费了日益紧张的石油资源，而且耽误了宝贵的时间，给国民经济带来巨大的损失。 为了解决道路交通日益严重的矛盾，加上无线通信技术的发展，车辆自组织网络 VANET 应运而生。 VANET 是由一组带有无线收发装置的车辆组成的临时性自治系统。 通过车辆
13、之间的相互通信， 可以有效的避免交通事故的发生， 在 2003 年 ITU-T的汽车通信标准化会议上， 各国专家提出的 VANET 技术有望在 2010 年将交通事故带来的损失降低 50%1。同时，VANET 可以给司机提供更多的服务，如出行规划，娱乐，实时消息接收等。 在 VANET 中，广播是最为常用的技术。比如，当车辆发生紧急事故时，车辆可以立刻广播这个消息，提醒周围的车辆；车辆可以将所驶的路况信息不断广播，相互共享路况信息。但是，由于车辆快速移动导致网络拓扑结构迅速，使得传统的广播协议性能极差。而洪泛广播将导致网络冲突竞争加剧，特别是多跳传播时，严重的冲突使得大量广播包丢失。另外，在城
14、市中道路两旁的建筑物，严重阻碍了车辆之间的通信，导致消息只能在同一路段传递。 1.2 研究目的与内容 如何在 VANET 进行高效的广播是非常重要的，不仅可以提高出行的安全性，更能为人们带来便利。本文的主要目的就是能够提出一种适用于 VANET 的广播协议，解决广播风暴问题和隐终端问题，并且能够使广播消息在不同路段间传播。 结合 VANET 的特点，本文提出了两类高效的广播协议，分别通过全向天线广上海交通大学硕士学位论文 基于802.11标准的车辆自组织网络广播协议研究 2 播和通过定向天线广播。使用全向天线广播时，广播分为两个阶段，在直路上的广播和在十字路口的广播。在直路上广播，车辆通过 G
15、PS 信息的协助，最远的接收节点负责转发消息；在十字路口处，一个固定的转发器负责转发消息。使用定向天线广播，节点只往消息没有达到的方向转发。同时，我们利用上海市 4000 多辆出租车的 GPS 数据，构建了真实的移动模型 SUVnet，并且实现了基于离散事件的仿真器JWS，比较各个广播协议的性能。此外，我们还利用拥有的设备，选择各种不同实际路段，对算法以及网络性能进行实际上路测试。 本文对各章节作如下安排： 第二章主要介绍了 MANET 和 VANET 的区别，以及 VANET 的应用，特点和现在的研究现状； 第三章主要介绍了广播风暴问题以及 VANET 中广播的相关工作。 第四章主要介绍了真实的移动模型 SUVnet。描述了构建 SUVnet 的过程，以及对算法的评测。 第五章描述了基于全向天线和广播协议和基于定向天线的广播协议。同时
