基于功率控制与位置的车联网告警信息广播算法研究

摘要

车载自组织网络（Vehicular Ad-hoc Network, VANET）是一种实时、智能、安全的交通综合管理网络，其首要目标是提供道路安全服务，且道路安全服务的关键之处在于安全应用消息快速可靠传递，特别是告警信息的传递。在车联网中，大部分消息都是通过广播来实现的。受到车联网网络特点的限制，车辆通信连接较短的情况下，需要一个高效的广播算法去实现更快速可靠的消息传输。 面向安全信息的广播算法，其主要目标分别是消息的时效性和可靠性。针对消息的时效性，可以通过两个维度来实现，一个维度是扩散距离最大化，例如基于距离的广播算法，另一个维度则是快速投递。但通过单一维度来保证消息的时效性存在一定的缺陷；另外针对消息的可靠性，大部分研究通过两种方式来实现，分别是加入反馈机制和提高消息冗余度。但反馈机制会带来额外的开销，同时也会带来一定的延迟；而提高冗余度，虽然会提高消息可靠性，但也会带来资源浪费，因此如何在保证消息可靠性的情况下，尽量减少冗余是其关键。 基于安全消息的时效性和可靠性目标，本文设计了三种算法：（1）针对时效性要求，设计了基于邻居车辆信息与信道条件的广播中继算法，它综合了邻居车辆的位置与功率，确定邻居车辆作为中继对于告警信息额外扩散距离的增益，结合车辆的信道条件，得出单位时间内扩散距离增益，据此来确定中继转发车辆。（2）为了进一步满足广播时效性要求，设计了基于信道拥堵因子和车辆危险程度因子的功率控制算法，当车辆信道条件较差时，降低车辆信号发送功率；相反，提高车辆信号发送功率；当车辆处于危险状态时，提高发送功率，反之，降低发送功率。最后结合到前面设计的基于邻居车辆信息与信道条件的广播中继算法中，提高算法的广播性能；（3）针对可靠性要求，依据有效区域范围内信号二次覆盖能提高覆盖率的思想，设计了基于二次覆盖的地理切分算法，提高广播算法对于告警消息有效区域的覆盖率。 本文的仿真平台是以车联网技术研究的企业合作项目为背景，通过SUMO道路交通仿真软件和NS-3网络仿真软件搭建VANET仿真平台。在仿真平台搭建了基于WAVE 的车联网告警消息广播过程的场景模型，协议架构，尽力减少仿真环境与现实环境的差别；然后将本文设计的算法与其他算法进行比较分析，且仿真结果证明，本文提出的广播算法能更好的降低广播时延，提高告警消息的可靠性。

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