VANET-cellular环境下数据广播策略与技术研究

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车联网(vehicular ad hoc network,VANET)中高效快速的数据传输对于提高道路安全性和交通效率至关重要。由于车辆高移动性和快速的拓扑变化,导致基于传统专用短程通信(dedicated short ranged communication,DSRC)的车辆与基础设施间(vehicle to infrastructure,V2I)或者车辆间(vehicle to vehicle,V2V)链路通信维持时间过短,只有车辆节点进入各自传输范围内,通信机会才会出现,极大增加数据传输时延并降低了传输成功率,通信QoS需求难以得到保证。全球3G网络发展已经十分成熟,各个国家正积极推进4/5G网络的部署和发展,这为VANET与蜂窝移动网络的融合提供了良好的发展环境,同时也为车联网中数据传输方法提供了新的思路。本文基于VANET-cellular异构网络架构并结合云计算思想,提出了新的数据传输和信息广播方法,该方首先解决消息如何从当前车辆传输到服务器端,其次解决了如何由服务器端分发到目标车辆,最后研究了混合驾驶模式下车辆数据分发问题。具体研究成果总结如下:(1)VANET-cellular网络环境下数据传输中继选择方法传统的基于DSRC的车间通信技术只有节点进入各自传输范围时,通信机会才会出现,当车辆密度过低时,难以保证消息传输成功率和传输低时延。如果车辆周边存在具有cellular网络接口的车辆,通过这种车辆将消息传输到服务器端,然后服务器决策后发送给相应目标车辆,这种方式可以扩大安全消息广播域,极大减少消息远程传输时延。本文针对VANET-celluar网络特点和数据传输的QoS需求,研究了一种车辆中继选择方法(VRSM),根据候选车辆的蜂窝网络信号强度、信道质量、链路稳定度、地理位置等相关性能参数选取最佳广播中继节点,并通过该节点将安全消息传递给服务器,最终由服务器传递给目标区域。数值分析和实验仿真结果显示,该方法不过分依赖于车流密度,也不需要额外部署基础设施,同时能够快速、可靠地传递安全消息,减少车载网络中信息冗余,提高了网络资源利用率。(2)基于移动云服务的车联网数据上传方法随着车载自组网络,蜂窝网络和云计算的快速发展,基于移动通信网络和云计算相结合的车联网架构,也称为车载云网络(vehicular cloud computing,VCC),得到了工业和学术界的广泛关注。同时,云计算的快速发展为解决VANET-cellular网络架构中数据传输问题提供了新方法和思路。本文结合了移动云服务思想,提出了一种新的车联网架构和数据上传方法(CDUL)。首先,网关服务者(gateway server,GWS)需要在云端注册服务信息,其次,提出了一种云端服务网关选取方法,该方法根据云端所获取的历史交通信息数据和实时交通信息数据,从而动态决定参与服务的GWS及其服务范围,网关消费者(gateway consumer,GWC)在接收到服务广播消息后,根据相关性能参数(链路稳定度、信道质量、通信负载等)来选出最优的GWS,并将数据传输给GWS,再由其上传到云端。最后在OMNeT++实验环境下并结合不同的交通场景,对该方法相关传输性能进行了仿真实验并评估。实验结果证明了该方法具有较低传输延迟,同时有较高的传输成功率,通过理论分析,该方法的有效性也得以证明。(3)基于云辅助的车联网数据分发方法车联网中,高效的数据分发策略对于提高道路安全性和交通效率十分重要,结合蜂窝网络的车联网可以解决传统基于DSRC车联网数据远距离传输的高时延问题,以往的工作主要研究如何将数据快速,高效地传输到服务端,由服务端传输到目标车辆的数据传输方法较少。本文中,结合云计算的思想以及无线通信技术,解决了车联网中数据如何由服务端分发到目标车辆,首先提出了一种基于云辅助的车联网数据分发方法(CMDS),实现了数据由服务端分发合适的网关车辆,其次解决了网关车辆通过V2V通信将数据分发到周边目标车辆,最后通过数学分析和实验验证了该方法在不同城市交通场景下的有效性。(4)混合驾驶模式下RSU辅助的车联网数据分发方法在协同驾驶车辆和自由驾驶车辆的混合驾驶系统中,为了确保车辆消息分发的可靠性和成功率,研究了一种混合驾驶模式下的beacon消息和安全消息分发方法。首先,提出了 RSU辅助的beacon和安全消息分发的基础模型,该模型充分结合了分布式和集中式两种不同的思想方法来支持混合驾驶模式,RSU根据V2I通信和cellular网络通信收集到的当前交通信息和通信状况,对协同驾驶车辆中beacon发送进行调度,从而避免消息发送产生数据碰撞,并且在该架构下提出了普通车辆安全消息分发策略。最后通过数学分析和仿真实验来验证该方法在不同交通场景下的可靠性和有效性。
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