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1、西华大学硕士学位论文 I 摘 要 车载自组织网络以车辆为基本信息单元， 可以使车辆实时监测到其附近道路上其他车辆的相关信息，通过车与车、车与路边单元的实时信息交互来保证车辆行驶安全、规避道路拥塞和提高出行舒适度。作为一种特殊的移动自组织网络，其高速移动、频繁的拓扑变化、 多跳路由以及不存在能量和存储空间约束的特征导致了车载自组织网络设计将面临新的问题和挑战。 其中车载自组织网络的 MAC 层有着与传统网络不同的特点： 无线信道质量受道路环境、交通状况等影响严重，网络拓扑受道路约束及车辆移动速度的影响，链路不稳定等。目前，不少研究是针对 MAC 层多信道协调问题，希望在保证安全应用实时性的同时，
2、提高服务信道中非安全应用网络吞吐量。 本文旨在深入研究 IEEE 802.11p 协议 MAC 层的多信道协调机制。在总结和分析802.11n 帧聚合技术的基础上， 在 IEEE 802.11p 协议服务信道上采用帧聚合技术以提高服务信道中非安全应用网络的吞吐量，本文的主要内容包括以下几个方面： 1、对 IEEE 802.11p 协议 MAC 层多信道机制进行了研究，设计了帧聚合技术在服务信道上的应用方案，建立了非安全应用网络吞吐量的计算模型并进行了性能分析，重点研究了信道误帧率对数据帧长度的影响。 2、通过城市交通场景仿真软件 VanetMobiSim 生成了仿真场景，在 NS-2 上进行了
3、IEEE 802.11p 协议仿真。 关键词：车载自组织网；IEEE 802.11p 协议；帧聚合；MAC 层；吞吐量； 车载自组织网络 MAC 层协议的研究 II Abstract Vehicle ad-hoc network consider vehicle as the basic information unit, it can make real-time monitoring of vehicle-related information to other vehicles on the road near by cars to cars, cars and road side un
4、its, which can get real-time information exchange to ensure traffic safety, road congestion avoidance and improve travel comfort. As a special mobile ad-hoc network, its fast-moving, frequent topology changes, multi-hop routing, and there is no storage space constraints and energy characteristics of
5、 the vehicle resulted in self-organizing network design will face new problems and challenges. Vehicle ad-hoc network MAC layer has different characteristics with traditional network: radio channel quality by serious road environment, traffic conditions and other factors, affected road network topol
6、ogy constraints and vehicle movement speed, link instability. Currently, many studies against MAC layer multi-channel coordination problems, and want to ensure the safety of real-time applications, while improving service channel non-security applications network throughput. This paper aims to in-de
7、pth study multichannel coordination mechanism IEEE 802.11p MAC layer protocol. In summary and analysis of 802.11n frame aggregation technology, I apply frame aggregation techniques to improve the service channel network throughput on non-security applications at IEEE 802.11p protocol service channel
8、. The main contents of this paper include the following aspects: A. Research on multi-channel MAC layer protocol IEEE 802.11p mechanism, and designed the application solutions of a frame aggregation technology in service channel, then establish the calculation model of network throughput in the non-
9、secure applications and take network throughput performance analysis, focusing on the channel error impact on the bit rate data frame length. B. Through urban traffic scenario simulation software VanetMobiSim generated simulation scenario, and make IEEE 802.11p protocol simulation in the NS-2. Key W
10、ords: Vehicular Ad-hoc Network; IEEE 802.11p Protocol; MAC Layer; Frame Aggregation; Throughput; 西华大学硕士学位论文 III 目 录 摘 要 . I Abstract II 目 录 . III 1 绪 论 1 1.1 研究背景和意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.3 论文的研究内容 3 1.4 论文结构安排 3 2 IEEE 802.11p 协议 4 2.1 车载自组织网络简介 4 2.2 IEEE 802.11p 协议物理层 5 2.3 IEEE 802.11p 协议 MAC 层 7 2.
11、3.1 分布式协调功能（DCF） . 7 2.3.2 IEEE 802.11e EDCA 机制 10 2.3.3 IEEE 802.11p MAC 层的关联和验证机制 . 12 2.4 帧聚合技术 13 2.4.1 A-MSDU 聚合 . 14 2.4.2 A-MPDU 聚合 . 15 2.4.3 二级聚合机制 16 2.5 本章小结 16 3 IEEE 802.11p 协议 MAC 层多信道机制研究 17 3.1 IEEE 802.11p 协议 MAC 层多信道机制 17 3.1.1 CCH 信道和 SCH 信道 17 3.1.2 多信道协调机制 18 3.2 帧聚合技术的应用研究 21 3
12、.2.1 马尔可夫链理论分析模型 22 3.2.2 帧聚合技术的应用 25 3.2.3 吞吐量的计算与性能分析 28 3.2.4 信道误帧率对数据帧长度的影响 35 3.2.5 吞吐量的计算结果分析 37 3.3 本章小结 41 4 车载自组织网络仿真 42 4.1 NS-2 仿真软件 . 42 4.1.1 NS-2 仿真软件简介 . 42 4.1.2 NS-2 仿真过程 . 42 4.1.3 NS-2 移动节点属性配置 . 43 4.1.4 IEEE 802.11p 协议仿真 44 4.2 城市交通场景仿真软件 VanetMobiSim . 46 4.2.1 VanetMobiSim 的移动
13、特征 . 46 车载自组织网络 MAC 层协议的研究 IV 4.2.2 VanetMobiSim 的微移动模型 . 47 4.2.3 VanetMobiSim 软件的 XML 配置文件的使用 48 4.2.4 车辆移动拓扑文件的生成 49 4.3 IEEE 802.11p 协议性能仿真 50 4.3.1 仿真场景的搭建 50 4.3.2 网络仿真参数的设定 51 4.3.3 实验结果分析 53 4.4 本章小结 54 总结与展望 55 参考文献 56 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果 60 致 谢 61 西华大学硕士学位论文 1 1 绪 论 1.1 研究背景和意义 进入 21 世纪之后信息化
14、技术蓬勃发展，同时，人们的生活也随之发生了巨大的变革。人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少量使用到智能手机的普及， 从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。 在中国，随着国家生产力的升级，人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。据相关数据显示，我国汽车的生产量和销售量在 2008 年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国；此外，最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破 2000 万辆。随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及车辆停放管理等问题；此外,随着中国高速公路不断扩张，高速公路上汽
15、车的交通安全管理、车辆车速的监测以及计费系统等的需求不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高；这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。 车载自组织网络（Vehicular Ad Hoc Networks，VANET）概念应运而生，车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分，主要为车辆提供道路安全信息、电子收费、 车内娱乐应用以及一些以智能交通1有关的服务。 2010年， 美国制定了IEEE 802.11p2协议标准和 IEEE 1609 协议族标准， 这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。车载自组织网络是以车辆为中心， 通过车辆与其他车
16、辆或路边设施进行通信的一种移动自组织网络。它具有网络拓扑变化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等特有的属性。车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生，因此，它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。 1.2 国内外研究现状 车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。 但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速，而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。 这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。目前，对车载自
