车载网络中基于拓扑、地理以及网络编码感知的自组网路由协议研究

摘要

车载自组网络(VANET)是多跳移动自组网(MANETs)的一个特殊子集。配备无线接口的车辆,能够互相通信,也能与高速公路和城市道路沿线的固定设备通信。为了支持发现和维护路径,以实现在VANETs内高效的数据传输,同时为了在高可靠性、高吞吐量和尽可能低的延迟上进行信息传递,有效路由是本研究主要的问题之一。车辆移动性(包括高速,可预见,受限移动模式)和相关的PHY/MAC层实现具有独特的特征,显著地影响着实际VANETs路由协议的性能,仿真结果就可能会有所不同。因此,不同于先前这方面的工作,本研究的第一部分(包括开发新的高速公路、停车标志以及交通标志的流动性模型)考虑在修改的802.11a以及实际的车辆移动模式下的基于拓扑和基于地理的路由协议。仿真结果表明在VANETs中基于地理的路由协议适用于被动协议,在指定小/大移动性参数下的综合评估,可用来辅助解决与将来结合IEEE802.11p设备的路由协议的配置问题。
　　以改善吞吐量为首要目标,本研究的第二部分研究了两个新兴的方法,即网络编码(NC)和机会路由,在VANETs中的影响。NC策略通过从信源发送编码数据包到相应的信宿来细化网络中精确的数据流,并将中间节点的工作从简单的存储转发扩展到存储处理转发。另一方面,利用无线媒介的广播特性,OR主要由两部分组成,即转发组选择和转发组节点之间的优先次序,抑制了自组网络中重复数据的传输,并显著提高无线自组网络的传输可靠性和网络吞吐量等性能。根据OR机会包转发范式,NC感知路由范式考虑在中间节点上的编码机会以支持在无线自组网络中高效的数据包传递。在数据传输上,编码感知的路由协议或者处理路由选择问题,或者关注无线网络上的报文转发问题。因此,无线网络中网络编码感知路由的基本问题与确定最高编码机会的路由和找到每个节点精确的编码能力有关。探索在无线自组网络中NC感知路由的同时,这个初步的综合研究还提供了NC感知路由协议的分类。按照不同的标准,NC感知路由分为不同的类别,即主动的、被动的、集中式、分布式、源路由和逐跳路由。
　　此外,找出一类适合高动态VANETs的NC感知路由协议也是本研究的一部分。从现有文献的来看,逐跳路由和主动NC感知路由技术比集中式源路由更适合VANETs。此外,在一个特定的高速公路的移动场景下,本研究仿真得到编码增益和编码传输的百分比,以此进一步说明了在VANETs中可使用逐跳NC感知路由。最后,确定了NC感知路由中的挑战和具体的设计问题后,本研究提出自适应基于拓扑的面向流的逐跳NC感知路由。在该方法中,编码节点需要将多个单播数据流进行编码,同时实时地估计网络的拓扑结构。仿真结果表明该方法比非编码感知路由更有优势。希望这项工作为在VANETs场景下与NC感知路由相关的研究开辟新的研究方向。
　　此外,在一个特定的高速公路的移动场景下,本研究仿真得到编码增益和编码传输的百分比,以此进一步说明了在VANETs中可使用逐跳NC感知路由。最后,确定了NC感知路由中的挑战和具体的设计问题后,本研究提出自适应基于拓扑的面向流的逐跳NC感知路由。在该方法中,编码节点需要将多个单播数据流进行编码,同时实时地估计网络的拓扑结构。仿真结果表明该方法比非编码感知路由更有优势。希望这项工作为在VANETs场景下与NC感知路由相关的研究开辟新的研究方向。

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List of Acronyms

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List of Figures

Chapter 1

Introduction

1.1 Overview

1.2 Research objectives

1.3 Contributions

1.4 Content and Structure of Thesis

Chapter 2

Realistic Vehicular Mobility and Ad hoc Routing

2.1 Realistic Mobility

2.2 Ad Hoc Routing Protocols

2.3 Routing evaluation with Realistic Mobility

2.4 VANET Simulators

Chapter 3

Wireless Network Coding-Aware Routing Schemes and VANETs

3.1 Wireless Network Coding

3.2 Opportunistic Routing and Network Coding in Wireless Networks

3.3 Network Coding-Aware Routing

3.4 Issues and challenges of NC-aware Routing Protocols

3.5 Challenges of NC-aware routing in VANETs

3.6 Existing NC-aware schemes and VANETs

3.7 Simulation-based comparison of Source and Hop-by-hop inter-flow coding in VANETs

3.8 Proposed Approach

Chapter 4

Simulation Modeling and Modified Mobility Models

4.1 Construction of proposed modified MMs

4.2 IEEE 802.11a Modification

4.3 Implementation of Proposed Modified Mobility Models

4.4 Simulation Parameters

4.5 Simulation Evaluation for Inter-flow/Coding-Aware Routing

Chapter 5

Simulation-based Evaluation–Results and Discussion

5.1 Load and Throughput

5.2 Delay and Number of hops

5.3 Retransmission attempts

5.4 Comparison of GRP and AODV Routing Protocols

5.5 Simulation Analysis of Proposed NC-aware Scheme

Chapter 6

Conclusions and Future Perspectives

6.1 Conclusion

6.2 Future Perspectives

参考文献

Publications