车辆自组织网络中内容分发机制与路由协议研究

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车联网（Internet of Vehicles，IoV）作为一种新兴网络，创造了新的市场。如同十几年前人们看不到互联网的发展边界，现在人们也无法判断车联网未来的应用边界。目前，车联网应用已经从基础的交通安全、效率发展到信息娱乐应用，且应用范围还将继续扩大。显而易见，网络中各类应用的实现离不开文字、图像和音视频等多媒体数据的高效分发。车辆自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）作为车联网在通信技术领域的核心层次，正是数据分发所依托的技术方案。然而，面对VANET中一系列网络特性、技术局限以及愈加急迫的用户需求，数据高效分发技术备受挑战，值得研究。
　　VANET中节点以车辆为主，车辆高速移动，网络拓扑高动态变化；车辆与路设的通信覆盖范围均有局限性，这些特点导致车与车、车与路设之间通信链路维持时间短暂，网络连通不稳定。基于上述特点，本文关注数据分发研究中的两个问题。第一，高速路场景中从路设到目标车辆的大文件内容分发问题。特别说明，大文件指的是音视频内容传输过程中转化成的包含字节数目较大的数字文件。一方面，大文件完整传输对通信维持时间长度、信道条件等要求更高；另一方面，在现有的通信资源与技术局限下，车与路设（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）通信、车与车（Vehicle-to-Vehicle， V2V）通信这两类主流的数据分发技术恰恰由于受到网络特点的影响不能提供稳定的通信链路。以上两方面共同导致大文件内容的分发呈现无意义的片段化，浪费带宽资源，分发效率低。第二，任何应用中任何内容分发机制的运行均是建立在无数个数据分组端到端成功传输的基础上的，这就涉及到网络层路由协议设计的问题。目前已有的基于地理位置的路由协议是车辆自组织网络中的主流协议，能较好地适应网络特点。然而，这类协议仍存在缺陷：节点综合质量评估不全面不准确，导致多跳路由中中继节点的选择不可靠；针对单一路径转发导致时延增加、投递率降低的问题，机会路由思想应运而生，但大多也局限在考虑地理信息，忽略了与路径质量相关的链路质量、节点内部转发能力对路由性能的影响。
　　针对第一个问题，为使目标车辆更方便稳定地接入网络，体验大文件完整高效下载，本文提出了基于 V2I和 V2V协同通信的双向车辆协助分发机制（Cooperative Content Dissemination Scheme，CCDS），充分调动多车辆、多路设协助通信。此外，基于系统模型，对该机制的信息传播过程建立了准确的分析框架，给出了目标车辆数据下载量、吞吐量等的推导过程。同时，利用系统级的网络仿真验证了CCDS的性能优势；还验证了车辆移动性、路设间距对该机制下文件分发效率的影响，对车辆移动速度调整、网络设施优化部署、文件高效分割给予了指导。
　　针对第二个问题，为提高数据分组传输路径选择的效率，本文提出了基于路径质量的地理机会路由协议（Geographic Opportunistic Routing based onPath Quality， PQ-GOR）。该协议考虑了与节点地理信息相关的距离、方向以及与路径质量相关的链路质量、节点内部转发能力来评估节点综合质量。基于此，提出了候选中继节点集筛选与集合中节点优先级排序策略、数据分组的机会转发策略，力求使综合质量佳的节点以最大可能性发挥中继转发作用。仿真验证，PQ-GOR保证了可接受的时延，提高了投递率和吞吐量。

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作者
董伟伟;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科信息与通信工程
授予学位硕士
导师姓名李长乐;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类通信规程、通信协议;
关键词
车辆自组织网络; 数据分发; 内容分发; 协同通信; 路由协议;

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