基于车辆自组织网络的实时导航系统研究

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基于车辆自组织网络(Vehicular ad hoc network, VANET)的实时导航系统能够为车辆设计合理的行驶路线,在引导车辆避开拥堵路段的同时,能够预见拥塞出现的可能性,从而通过事先分流的方法避免道路拥塞的发生。因此,基于VANET的实时导航系统是解决当今许多大城市道路拥堵问题的有效技术。针对现有文献缺乏对基于VANET的实时导航系统的相关研究的总结和归纳,我们从通信角度对基于VANET的导航系统进行了调研,期望为未来的研究提供指导性建议。首先,我们在网络架构层面对现有基于VANET的导航系统进行了分类,阐述了各类导航系统中市场渗透率对链路连接性的影响。接着,我们介绍了基于VANET的导航系统中的两个功能模块(实时路况信息的收集和最短路由算法的设计),并分别针对其中的关键技术做了详细介绍,包括带宽利用率的提升和动态最短路由算法设计。在对现有文献调研的基础上,最后我们还对未来的研究方向做了展望。针对导航算法需要的低复杂度和强抗拥塞能力这个矛盾,我们提出了基于路边通信设施(Roadside Unit, RSU)的分布式实时导航系统。首先,通过区域解耦,实现路由决策的分布式计算,大大降低了导航算法的复杂度。其次,通过构建分层模型,实现导航问题的分解。在区域层实施区域路径选择,实现区域穿越时延最小,在宏观上起到了区域拥塞避免的效果。在具体道路层实施域内路由设计,通过微观上的车辆分流,避免了域内道路上拥塞的出现。最后,数值结果表明,我们提出的导航算法的抗干扰能力略低于集中式算法,远强于最短路径算法。针对路况数据的收集时延对导航系统实时性的影响,我们研究了RSU布置方案对信息收集时延的影响,进而提出了基于信息收集时延保障的RSU布置方法。首先,建立道路信息传输速度模型,在该模型中充分考虑链路层通信机制对信息传递带来的影响。其次,以网络最大信息报告时延的最小化为目标,建立优化模型并设计高效的启发式算法进行求解,得到在时延意义上最优的RSU布置方案。最后,数值结果表明,我们提出的算法在测试场景的参数设置下都优于均匀布置算法,尤其当道路密度差异较大时。另外,通过与穷举法对比发现,我们提出的算法在短时间内找到的解总是最优的。
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