Vanet报告.ppt

车载自组织网络车载自组织网络(VANET)研究概述研究概述刘大勇 1报告提纲报告提纲研究方案 4 4研究背景 1 1研究现状2 2研究内容3 3参考文献5 521.研究背景-个人研究基础n论文题目：农田异构无线传感器网络数据收集方法研究nWSN结构uWSN是一种典型的无线自组织网络系统，包括传感器节点、汇聚节点（Sink）、因特网和用户控制端。nWSN数据传输过程u从传感器节点采集数据开始，然后将数据以一跳或多跳的方式将发送到Sink，最后再由Sink通过Internet或卫星传送到控制端的全过程。nWSN数据收集关键技术u信道模型-节点间通讯距离u节点部署-节点数量及位置u路由协议-通信路径选择u移动Sink数据收集-Sink可移动WSN结构图 31.研究背景-个人研究基础n农田环境下WSN应用需求u环境渐变适应环境动态变化的传播信道建模需求u监测面积大节点数量多、大规模部署需求u监测周期长节能路由协议设计、太阳能电池供电，异构部署需求u农业机械作业节点地下部署、移动Sink数据收集需求u野外环境复杂多变部署节点连通性、路由稳定等服务质量需求n研究角度-系统研究u渐变环境信道建模u异构节点部署u异构WSN路由算法u有效的移动Sink数据收集异构WSN结构图 农田监测采集41.研究背景-研究VANET依据n智能交通系统(ITS)u将通信、电子、计算机、控制等各种信息技术应用于交通运输行业，形成的信息化、智能化、社会化的新型运输系统。u对交通信息的实时采集、传输和处理，借助各种科技手段和设备，协调处理各种交通情况，建立实时、准确、高效的综合运输管理体系，从而充分利用交通设施，提高交通效率和安全，实现智能化的交通运输服务管理。n车载网络(Vehicle Networking)u车载网络是早期的汽车内部传感器、控制和执行器之间的通讯用点对点的连线方式连成复杂的网状结构。-强调电子、控制技术随着电控系统的日益复杂，以及对汽车内部控制功能电控单元相互之间通信能力要求的日益增长采用点对点的链接会使得车内线束增多，这样在考虑内部通讯的可靠性安全性以及重量方面都给汽车设计和制造带来了很大的困扰。因此为了减少车内连线实现数据的共享和快速交换，同时提高可靠性等方面在快速发展的计算机网络上，实现CAN、LAN、LIN、MOST等基础构造的汽车电子网络系统，即车载网络。（摘自互动百科）51.研究背景n高德地图是怎么知道道路拥挤情况的？61.研究背景n实时收集所有浮动车（开高德导航、大客车、大货车等需要实时发送GPS信息的车）的GPS实时数据，结合历史同时段大数据进行分析，有一套算法能计算出当前路段的平均车速，通过车速区间划分是拥堵还是畅通。u同路段开导航的分析实时速度 判断拥堵u根据以往数据某时间段 XX路必拥堵u和交管局合作 获得以外数据分析 或者实时数据n数据来源u所有装高德的车子的大数据分析u公交大客车载gps数据u出租车车载gps数据u大货gps数据等n优点：现有车辆通信网络主要是GPRS网络和CDMA网络，车辆向控制中心报告自己的车辆信息，实施、应用方便。n局限：车辆使用GPS网络通信只能是车辆与此网络通信，而车辆和车辆之间并不能通信，这就降低了各车辆之间的信息交流，减低了信息的实时性的传输。71.研究背景-研究VANET依据n车载自组织网络(Vehicle Ad hoc Networks，VANET)u利用无线网络技术，通过车辆与车辆(V2V)和道路设施(V2I)之间实现自组无线多跳通信的开放移动自组织网络。其车载网络出现的目标是为了在道路建立一个自组织、方便、费用低廉、结构开放的车辆通信网络，以实现交通预警、车辆的自动化驾驶、提升驾驶舒服度和道路交通信息查询等应用。n无线车载网络u为车辆提供多种安全应用(如事故预警、交通管理)和非安全应用(如路况指示、因特网接入及车辆间多媒体数据传输)。81.研究背景-研究VANET依据n主动道路交通安全应用u为司机提供信息和帮助，避免各类碰撞。预测碰撞的路边单元与车辆间共享信息，可提供车辆位置、交叉位置、速度和距离导航等信息。u车辆与路边单元的信息交换可提示湿滑地段或沆洼地带等危险区域。n交通效率和管理应用 u改善流量、交通协调和交通援助，提供最新位置如地图、相关空间或时间信息。u速度管理帮助驾车人管理车速，顺利驾车，避免不必要停车，常见如监控速度限制通知和绿灯最优速度咨询等。u导航合作通过车辆间合作和车辆与路边单元协作，提供导航以提高交通效率，常见如交通信息和建议行程、合作自适应巡航控制。91.1.研究背景研究背景-研究意义研究意义n奔驰汽车公司通过大量的实验数据分析指出，在交通事故中，如果驾驶员能在事故发生前提前两秒的时间采取制止危险的措施，这样交通事故大都不会发生。n公路中的突发事故是造成道路拥堵和引发二次事故的重要原因，这主要是由于现有的事故消息发布方式。(电子情报板以及调频广播)具有较大的延迟，事故消息传输速度慢，无法实现事故后方车辆的快速疏散。因此，建立一种高效的事故信息发布机制，显得尤为重要。10报告提纲报告提纲研究方案 4 4研究背景 1 1研究现状2 2研究内容3 3参考文献5 5112.2.研究现状研究现状n车载自组网的现状与发展，2007年11月，通信学报，常促宇，向勇，史美林（清华大学 计算机系）u在2003 年 ITU-T 的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车用自组织网络(VANET，vehicle ad-hoc networks)技术有望在2010年将交通事故带来的损失降低50%。？12美国的智能交通系统架构和标准美国的智能交通系统架构和标准 13IntelliDriveIntelliDrive系统架构系统架构 2010年，美国交通部下设部门研究与特殊项目管理局（Research and Innovative Technology Administration，简称RITA）发布了一项“智能交通战略研究计划（2010-2014）”，对美国车联网技术的发展目标、实现途径以及智能交通系统建设等问题进行了详细规划部署。14车载环境无线接入车载环境无线接入(WAVE)(WAVE)协议栈协议栈 15车载环境无线接入车载环境无线接入(WAVE)(WAVE)nIEEE 802.11p：使IEEE 802.11在车辆环境中工作。定义物理层管理实体(PLME)和MAC层管理实体(MLME)。nIEEE 802.2：规定逻辑链路控制层(LLC)。nIEEE 1609.4：提供IEEE 802.11p的多信道操作。nIEEE 1609.3：提供WAVE网络层要求的路由和寻址服务。WAVE短报文协议为交通安全和效率应用提供路由和组寻址，用于控制和服务信道。支持广播通信类型。nIEEE 1609.2：规定WAVE安全信息格式和处理。nIEEE 1609.1：描述应用允许携带有限计算资源的OBE上和OBE外复杂处理进程交互。16日本的智能交通系统架构和标准日本的智能交通系统架构和标准 针对车载网络，FCC为车辆间、车辆与路边单元间规定了专用短距离通信(DedicatedShortRangeCommunications，DSRC)。使用5.9GHz的75MHz频段，传输距离一般为几十到几百米，传输速率为250/500kbps，可满足主要的车载应用。17欧洲的智能交通系统架构和标准欧洲的智能交通系统架构和标准 18欧洲欧洲ITSITS系统架构系统架构 192.2.研究现状研究现状n基于HLA的VANET仿真平台构建与性能分析n作者姓名：袁嘉璐 硕士 导师姓名：王化深n学科专业：智能交通工程n本文依照国家“863计划”重点项目 智能车路协同关键技术廊坊试验场地的规格搭建了相应的仿真场景。然后，论文针对目前VANET网络存在的高时延和高丢包率问题在不同的仿真 条件下进行了大量的仿真工作，发现车辆之间路由频繁中断是造成的VANET网络 延迟偏高的重要原因，得出在此种情况下基于地理位置的路由协议在VANET网络 中的表现优于基于拓扑的路由协议。最后，论文采用了增加路侧设备(RSU，Road Side Unit)的VANET通信质量改善方案，对不同RSU密度、RSU分布规律下的VANET网络性能进行了大量的仿真及分析工作，结果表明当RSU密度增加到一个阈值，即可以确保车辆节点之间可以建立完全由RSU节点组成的路由的情况下，VANET网络才有着最低的端到端时延与最高的分组送达率，而在此阈值的基础上提高RSU密度将无法起到提升网络性能的作用。202.2.研究现状研究现状n基于VANET的高速公路事故消息快速广播机制u马佳荣等(长安大学信息工程学院，西安710064)2015年11月 nVANET中安全信息的快速可靠广播路由算法u罗 涛 等(北京邮电大学网络体系构建与融合北京市重点实验）计算机学报 2105年3月n基于分布式社区学习的VANET数据转发机制 u边贵云，田 锐，黄志清(北京工业大学北京市物联网软件与系统工程技术研究中心)计算机工程 2016年3月21报告提纲报告提纲研究方案 4 4研究背景 1 1研究现状2 2研究内容3 3参考文献5 5223.3.研究内容研究内容n无线车载网络的系统功能要求u无线通信能力：单跳通信范围、无线信道、可用带宽和比特率、信道鲁棒性、无线信号传播遇阻补偿如使用路边单元等。u网络通信能力：传播模式如单播、广播、组播、地理广播(面向特定区域)，数据汇集，拥塞控制，信息优先权，信道管理方式和连接实现，IPv6或IPv4寻址支持，互联网接入点变化的相关移动管理。u汽车绝对定位能力：全球导航定位如GPS，组合导航如GPS与本地GIS系统结合。u其它车辆能力：传感器和雷达接口，车辆导航功能。u车辆通信安全能力：隐私和匿名，完整性和保密性，抵抗外部攻击，接收数据真实性，数据和系统完整性。n无线车载网络的系统性能要求u系统性能要求：最大延迟时间、错码率、更新和重发信息频率、车辆定位精度、无线电覆盖、无覆盖盲区、签署和验证信息和证书。u标准化和认证要求：系统和ITS站点标准化，产品和服务一致性、系统互操作性测试，系统风险管理。233.3.研究内容研究内容n无线车载网络的技术挑战-通信方面u路由转发。路由是选择到达目标的最优路径，而转发是在路由被选定后如何将包从某个节点传输到另一个节点。u时延限制。数据包通常有时间和位置意义。在车速、不可靠连接和快速拓扑变化等约束下提供良好的时延性能。u数据包优先级和拥塞控制。交通安全和效率信息数据更重要，应更快转发。大部分研究关注如何为紧急包提供最高优先。紧急包出现时，大量广播可导致信道利用率降低。u寻址与地理寻址。地址被纳入到车辆物理位置或地理区域，移动性使追踪管理地理地址极具挑战性。u传输层和网络层间可靠性和跨层。无线网络路由可能中断。本身不可靠的网络上提供尽量可靠的传输服务至关重要。设计跨层协议，对车载网络支持实时和多媒体应用非常有益。243.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n单播路由转发地理协议u大部分算法源自贪心周边无状态路由(GPSR)。转发决策主要依据邻居位置信息，适合高移动VANET。u车辆只维护本地信息，方案可扩展到有较多车辆网络中。假定车辆配备GPS或其它定位服务，不用承担任何开销就可确定自身位置。u相邻节点通过交换周期性信标，可发现所有邻居和位置。然后，所有转发决策遵循贪心方法，即地理上更接近目标的邻居被选为下一转发节点。因为车辆无网络拓扑全局知识，转发决策常为局部最优而非全局最优。可能出现车辆找不到下个转发节点(无路和断路)。对策建议使用周边转发算法或右手准则，但不适合道路网络，尤其有多个路口和路径的城市环境。u已有一些地理路由协议通过引入新的路径恢复机制解决该问题，如GSR、GPCR和GPSRJ+等协议。253.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n单播路由转发基于链路稳定性协议u基于拓扑的路由协议(如被动和主动路由)在MANET中非常流行，VANET主要问题是路径恢复和维持中的过高开销，源于高移动性。u协议主要布署于高速公路环境，及源与目标间跳数较少的小规模网络中。u为改进链路稳定性，减少路径恢复开销，可挖掘移动信息来预测一个给定路径持续多长时间，并在链路中断前找到一个新路径。n单播路由转发基于轨迹的协议u基于轨迹的转发(TBF)算法Ad hoc网络的源路由和笛卡尔坐标位置转发的新组合，源节点选择去往目标的路由或轨迹。不像传统源路由，TBF的转发决策基于轨迹，而非中间节点ID。u实质上是从实际路径中解耦路径名称。TBF框架可用于任何类型服务，包括单播、广播、多播和多径路由等。下一跳或中继节点通过基于候选中继节点与轨迹间距离来选择。263.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n广播路由转发n驾驶员安全应用是VANET主要研究目之一。u信息(如绕行路由、事故警报和施工警告)需告知所有周围车辆，即需广播转发。u传统洪泛法会导致严重广播风暴，大量带宽被过多转发所消耗。如节点密度较高，导致大量冲突和信道竞争开销。u解决思路是控制包生成率以适应包负载，主要方案包括：概率、基于计数器、基于距离、基于位置和基于簇。273.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n广播路由转发概率技术 u3个概率洪泛方案：权重p坚持、时隙1坚持、时隙p坚持，关键是概率转发和计时器转发相结合。u权重p坚持方案，根据概率p重播包，较远节点得到较高概率。时隙1坚持和时隙p坚持方案与1个时隙内重播包概率相关。前者在1个时隙内以概率1来重播包，后者在1个时隙内使用概率p重播包。uVANET中广播风暴的影响除信息可达性、开销外，还有时延和丢包率等。u另一个微时隙1坚持洪泛方案将时隙分为许多微时隙，在一个时隙内多个节点可重播。区域内最远节点得到了更高的转发优先权。283.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n广播路由转发基于距离的转发协议u车辆设置与源节点距离成反比等待时间，相同距离车辆可同时竞争。基于时间预留的中继节点选择算法提供最短端到端时延，不考虑节点密度。一个中继节点通信范围内所有节点随机选取一个窗口内等待时间，窗口范围由先前中继节点距离和窗口预留率决定。最短等待时间的节点被选为新中继节点。u城市多跳广播(UMB)协议使用定向转发，只允许离发送点最远的车辆重播包。道路分段，使用RTS/CTS避免隐藏终端。在路口使用中继器转播信息。进一步扩展为AMB协议，选择经过路口的车辆向不同方向传播。u多跳车辆广播(MHVB)协议可用于传播位置和速度等交通安全相关信息。一方面使用流量拥塞检测算法抑制拥塞。另一方面使用逆火算法，基于到源节点的距离，通过选择下一跳来有效转发包。293.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n典型路由协议的分析比较路由协议类别表驱动按需路由协议DSDV/CGSR/WRPAODV/DSR/TORA路由获取时延低高控制开销高低能耗高低带宽开销高低表驱动和按需方式路由协议的性能比较303.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议nDSDVDSDV协议的优缺点协议的优缺点n优点优点u简单（基本上与DV算法一致u通过目的地序列号避免了路由循环，解决了DV算法中的计数到无穷问题u无路由发现延时（先验式路由）n缺点缺点u所有节点都必须公告路由，因此不支持休眠u收敛慢（DV路由的特性）u开销大：大部分的路由信息从不使用(即使网络拓扑无变化也存在着通信开销,维护的路由可能从不使用)u可扩展性是一个主要问题（所有先验式路由都存在的问题）31323.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议路由协议AODVDSRTORAABR整体复杂性中等中等高高开销低中等中等高拓扑结构平面平面平面平面多路径支持否是是否按需路由协议性能比较3.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议nAODV路由协议基于传统距离向量路由机制，算法简单清晰。使用目标序列号防止循环发生，解决了无穷计数问题，易于编程实现。支持中间主机回答，能使源主机快速获得路由，但可能会有过时路由。周期性广播报文，需要消耗一定的能量和网络带宽。333.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议nAODV是经典的按需路由协议，是DSR和DSDV的综合。nAODV包括三种类型的消息控制帧：路由请求RREQ(Route Request)、路由应答RREP（Route Reply）和路由错误RERR(Route Error)消息。n中间节点不需维护路由，采用逐跳路由转发分组，只有当源节点需要发送数据时才启动路由发现过程寻找路由。n源节点广播RREQ消息到附近节点，附近节点再转发给它的邻居节点，知道到达目的节点。中间节点在转发请求消息的同时记录下转发给它的邻近节点，建立反向路由。343.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议n典型按需路由协议实例 A-GABCEFDGAODV示例网络拓扑353.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议ABFDGRREQ逆向路径CEB接收RREQ并创建逆向路由363.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议ABCEFDGRREQ逆向路径D接收RREQ并创建逆向路由373.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议BCEFDGRREQ逆向路径AF接收RREQ并创建逆向路由383.3.研究内容研究内容-VANET-VANET路由协议路由协议BCEFDGRREQRREPAG返回RREP给A39报告提纲报告提纲研究方案 4 4研究背景 1 1研究现状2 2研究内容3 3参考文献5 5404.4.研究方案研究方案n研究思路（还没研究！）u拟对某种路况场景进行新路由协议设计，然后与经典路由协议AODV、GPSR等协议进行性能对比，验证设计的新协议可行性。nVANET之AODV路由仿真实验-网络仿真参数设置u实验设置拓扑范围为602m*702mu无线节点通信半径选用250米u仿真的总节点个数为100个u路由协议选用AODV协议u信号衰减模型使用的为TwoRayGround模型uMAC层协议使用的是802.11协议u使用的队列的丢尾带优先级的队列u使用的天线模型为：OmniAntennau缓存中的队存数据包最大个数设置为50个u仿真总时长设置为1000秒，仿真数据流由20秒开始，结束于50秒414.4.研究方案研究方案仿真中生成的nam动画截图表明在网络中有四处红绿灯。设置好的100个节点按序从画面的最上端开始进入，从节点的运动轨迹来看是先从上往下移动运动，当节点即将右转时遇到提前设置好第一个红绿灯时，若此时状态为红灯则网络的节点运动表现为停止状态；若状态为绿灯时，网络中的节点继续按照设定好的轨迹运动。直到节点移动结束。其中每一个节点移动状态及红绿灯状态的变化都均由场景设置。观察着通过可视化的方式查看节点的运动规律。424.4.研究方案研究方案n仿真参数比较-分析仿真追综文件u数据包接收成功率，目的节点收到的分组数和源节点发送的分组数之比，这个指标一定程度上反映了路由协议的完整性和可靠性。其中得到的结果为：cbr s:2286 r:2186,r/s Ratio:0.9563，故丢包率为：0.0437。u平均端到端延时。各个分组到达目的节点的时间减去各个分组的产生时间所得时间之和再除以分组数。该指标通常反映了网络是否通畅，时延越小，网络越通畅。其中执行结果的延时是0.080391012秒。u吞吐量成功到达目的节点的分组个数与有效数据发送的仿真时间之比u抖动率是网络延迟的变化量43报告提纲报告提纲研究方案 4 4研究背景 1 1研究现状2 2研究内容3 3参考文献5 5445.参考文献 n1吴振华,胡鹏.VANET中路由协议分析J.通信学报,2015,(S1):75-84.n2袁振宇.VANET动态多路径路由协议D.吉林大学,2015.n3吴磊.VANET中基于ICN的信息分发的研究与实现D.北京邮电大学,2015.n4张凡.VANET中基于实时交通估计的多跳广播路由算法研究D.北京邮电大学,2015.n5罗涛,李俊涛,刘瑞娜,丁磊,李剑峰.VANET中安全信息的快速可靠广播路由算法J.计算机学报,2015,(03):663-672.n6陈振,翟琰,胡松华,韩江洪.基于网络划分的VANET路由构建及数据传输方法J.电子测量与仪器学报,2014,(08):836-842.n7张建伟.VANET仿真建模的优化及拥塞控制D.厦门大学,2014.n8袁嘉璐.基于HLA的VANET仿真平台构建与性能分析D.北京交通大学,2014.n9揭志忠.高速公路环境VANET的高效路由算法研究D.武汉大学,2013.n10宋晓雨.基于车流量信息的VANET路由协议D.大连理工大学,2013.n11丁锐.基于VANET的车辆动态路径选择研究D.吉林大学,2013.n12周连科.基于交通流密度的VANET广播技术研究D.哈尔滨工业大学,2011.n13刘鸿飞.VANET信息广播模型与优化方法研究D.重庆大学,2009.455.5.参考文献参考文献-待阅读！待阅读！n1吴黎兵,聂雷,刘冰艺,吴妮,邹逸飞,叶璐瑶.一种VANET环境下的智能交通信号控制方法J.计算机学报,2016,(06):1105-1119.n2胡鹏.VANET中基于路段的分簇路由算法研究D.南昌航空大学,2016.n3刘纪勇.基于GPSR协议的VANET路由算法D.吉林大学,2016.n4张玥.基于多目标优化的VANET安全信息自适应广播协议跨层设计D.北京交通大学,2016.n5刘飞.基于VANET的车辆碰撞预警系统研究与仿真D.东华大学,2016.n6丁四景.VANET中基于网络连通性的改进AODV路由协议D.山东大学,2015.n7邢世宝.基于道路时延和车流量的VANET路由协议研究D.吉林大学,2015.n8张亮.基于连通时间的VANET路由机制的研究D.吉林大学,2015.n9屈天媛.面向车载自组网的动态路径规划模拟研究D.吉林大学,2015.n10夏向兰.VANET中车辆间的协作精准定位技术研究D.南京邮电大学,2015.n11李超,韩江洪,魏振春,卫星.VANET场景下的GPSR-R路由算法J.合肥工业大学学报(自然科学版),2015,(02):181-185.n12张良.车载自组网下基于路侧单元辅助路由的AODV改进设计D.广东工业大学,2014.n13方松.VANET中多跳广播算法的设计与分析D.北京邮电大学,2014.n14杨博.蚁群路由算法在车载自组网中的研究和应用D.西安电子科技大学,2014.n15王腾飞.基于NS2的车载自组织网络仿真技术研究D.武汉理工大学,2013.n16钟浩燃.车载无线自组织网络路由技术研究D.山东大学,2013.n17刘晓明.车载自组织网络AODV路由协议的研究与改进D.北京交通大学,2013.n18张萌.基于NS2的VANET仿真实验研究D.吉林大学,2012.n19苏丽.基于VANET的交通流信息采集与动态路径选择方法研究D.吉林大学,2012.n20白翔宇,叶新铭,李军.感知实时车流信息的VANET路由仿真研究J.系统仿真学报,2012,(02):429-434+440.n21余建发.蚁群算法在VANET路由协议的应用研究D.重庆大学,2011.46谢谢！欢迎批评指正！47