车载Ad Hoc网络按需路由协议的改进及仿真

论文摘要

车载Ad Hoc网络是移动Ad Hoc网络的一种具体应用。由于构成网络的车辆节点运动速度快,造成网络拓扑结构变化剧烈,节点间链路频繁断开,路由协议的性能严重受损。因此如何改善路由协议的可靠性、提高车载通信系统的质量,成为研究车载Ad Hoc网络的热点。本文以车载Ad Hoc网络的路由协议作为研究对象,针对车载网络的特点,提出基于GPS （Global Position System）设备的车载可靠路由协议V-SARP （Stability AODV Routing Protocol for VANET）。鉴于节点运动模型是路由协议仿真的基础,本文首先抽象出真实车辆的运动特征,通过VanetMobiSim仿真软件建立车载网络运动模型；然后分析AODV协议的不足,结合车载Ad Hoc网络的优势,提出V-SARP协议。V-SARP算法采用两种新的机制：（1）RREQ消息转发限制算法,该算法通过节点可靠性条件限制转发路由请求的节点数目,降低由广播路由请求引起的网络洪泛,从而减小路由协议开销；（2）最优路由选择机制,使用此机制建立的路由具有最大的路由期满时间值,以保证网络的稳定性,达到提高数据分组转发率的目的。由于上述改进,AODV协议的本地修复机制不再适用V-SARP协议,本文通过添加修复请求和应答消息,完成本地修复过程的修改。最后,以VanetMobiSim生成的文件,作为NS-2平台的场景输入文件,分别在低负载、高负载两种城区场景和高速公路车载场景下,对AODV协议和V-SARP协议进行仿真比较。实验结果表明,与AODV协议相比,虽然V-SARP协议的端到端时延有所增加,但可以获得更高分组投递率和更小的协议控制开销。因此,V-SARP协议在保证网络健壮性和数据传输方面具有一定优势,更适用于网络负载较重、速度较高的车载通信系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 车载Ad Hoc网络概述
• 2.1 移动Ad Hoc网络
• 2.1.1 Ad Hoc网络的发展
• 2.1.2 Ad Hoc网络的特点
• 2.1.3 Ad Hoc网络的关键技术
• 2.2 车载Ad Hoc网络
• 2.2.1 车载Ad Hoc网络结构
• 2.2.2 车载Ad Hoc网络功能
• 2.2.3 车载Ad Hoc网络特点
• 2.3 车载Ad Hoc网络路由协议
• 2.3.1 基于拓扑的路由协议
• 2.3.2 基于位置信息的路由协议
• 2.3.3 基于地图的路由协议
• 2.4 本章小结
• 第三章 车辆运动模型的研究
• 3.1 典型节点运动模型
• 3.1.1 随机路点运动模型
• 3.1.2 随机步行运动模型
• 3.1.3 随机方向运动模型
• 3.2 VanetMobiSim仿真软件
• 3.3 车载运动模型研究与仿真
• 3.3.1 城区运动模型的分析
• 3.3.2 城区运动模型的仿真
• 3.3.3 高速公路运动模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 改进V-SARP协议设计
• 4.1 基本概念及公式
• 4.2 V-SARP协议设计思想
• 4.3 RREQ消息转发限制算法
• 4.3.1 可靠性条件的推导
• 4.3.2 RREQ消息的产生
• 4.3.3 RREQ消息的处理
• 4.3.4 路由发现阶段流程图
• 4.4 最优路由的选择过程
• 4.4.1 RREP消息的产生
• 4.4.2 RREP消息的接收
• 4.4.3 路由应答阶段流程图
• 4.5 本地修复机制的修改
• 4.5.1 本地修复的触发
• 4.5.2 本地修复的处理
• 4.6 V-SARP协议应用实例
• 4.7 本章小结
• 第五章 车载路由协议仿真与分析
• 5.1 NS-2仿真平台简介
• 5.1.1 NS-2仿真平台概述
• 5.1.2 NS-2模拟的基本流程
• 5.2 V-SARP在NS-2平台的实现
• 5.2.1 GPS模块功能的实现
• 5.2.2 关键数据结构
• 5.2.3 应答等待定时器函数
• 5.3 路由协议的性能参数
• 5.4 城区场景下协议的仿真
• 5.4.1 低负载场景下协议性能
• 5.4.2 高负载场景下协议性能
• 5.5 高速公路场景下协议的仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 对未来研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录