车载自组织网络MAC层协议的研究

车载自组织网络MAC层协议的研究

人们可以明显感受到信息化给生活带来的变化，从功能手机的少

量使用到智能手机的普及，从低速家庭宽带到千兆光纤的应用等等都充分说明了我们生活的信息化程度在不断的提高。

在中国，随着国家生产力的升级，人们的生活水平也不断的提高，越来越多人选择购买汽车作为交通工具。

据相关数据显示，我国汽车的生产量和销售量在xx年已经超越美国成为全球最大的汽车生产国和销售国；此外，最新数据显示我国汽车还在逐年的增加并已突破2000万辆。

随着中国汽车的迅速增长，中国将面临交通拥堵、道路拥挤以及

车辆停放管理等问题；此外,随着中国高速公路不断扩张，高速公路

上汽车的交通安全管理、车辆车速的监测以及计费系统等的需求不断提高；另一方面，随着汽车的不断普及，人们对行车环境、车内应用服务的要求越来越高；这些问题使得车辆无线交通系统研发更加迫切。

车载自组织网络（Vehicular AdHoc Networks，VANET）概念应运而生，车载自组织网络作为车辆无线通信系统的主要组成部分，主要为车辆提供道路安全信息、电子收费、车内娱乐应用以及一些以智能交通[1]有关的服务。

xx年，美国制定了IEEE802.11p[2]协议标准和IEEE1609协议族

标准，这为车载自组织网络的进一步应用提供了理论基础。

车载自组织网络是以车辆为中心，通过车辆与其他车辆或路边设

施进行通信的一种移动自组织网络。

它具有网络拓扑变化快，车辆移动速度快以及信息交互时间短等特有的属性。

车载自组织网络的运用将使交通管理等问题迎刃而解。

车载自组织网络带来巨大的变革同样使得交通信息的传递更加迅速和方便同时也减少了交通事故的发生，因此，它对社会的发展以及科学理论的研究都具有重大的意义。

1.2国内外研究现状车载自组织网络的提出刚好可以满足车辆带来的大多数问题。

但是由于车辆高速移动特征，使得以车辆为中心的车载自组织网络的网络拓扑变化迅速，而网络拓扑的快速变化又导致车载自组织网络对网络时延有较高的要求。

这些特点决定了传统的移动自组织网络的协议标准并不适用于车载自组织网络。

目前，对车载自组织网络的研究主要分为三大阵营美国、欧盟和日本。

它们在这方面都有较为深入的研究。

在车载自组织网络的研究，日本比较早就参与其中，它先后组织了开发了多个车辆智能系统，并联合多个生产商进行测试。

另外，日本还专门成立道路交通信息通信系统车载自组织网络MAC 层协议的研究2(VICS)[3]中心用于研究和系统的现实测试使用。

日本在这方面的研究一直处于国际领先水平。

在日本研究车载自组织网络的同时，欧洲也成立了CEN/TC278工作组[3]专门研究有关车载自组织网络标准的制定，同时也进行一系列关于车车通信和车路通信的大型项目实施。

除此之外，近年来美国作为主要的研究阵营，先后针对车辆短程通信协议制定了IEEE802.11p协议标准和IEEE1609协议族标准。

这些标准为后来的科学研究和实验提供了重要的理论基础。

当然，中国作为后来者也积极投身于车载自组织网络的科研中，同样在多个国家重大规划中提出智能交通试点计划，同时也在多个高校中建立国家自然科学基金项目。

针对车载自组织网络技术的研究，目前可以归纳为以下几个方面 (1)MAC层协议方面的设计及改进MAC层协议的研究和改进是目前对车载自组织网络研究最多的方面之一。

在MAC层协议具体算法研究方面，大部分通过研究现有的协议算法基础上提出一些改进的方案并进行了实验验证，其中包括研究MAC 层退避算法[4-6]、车辆速度对车辆自组网络性能的影响、网络吞吐量的提高以及研究V2V和V2I的公平性问题[7-8]等。

另外，也有部分学者正对IEEE1609协议族的多信道协调机制[9-11]进行研究，并提出一些改进方案。

还有另外一些学者对广播机制[12-15]进行了研究，同时设计了多种改进协议和算法，如多跳协议、广播可靠性算法等。

(2)网络安全随着无线网络的广泛应用，在车载环境下的无线应用也将会越来越丰富，所以车辆网络通信的信息安全[16]问题也成为一个重要的研究热点。

目前主要的研究热点集中在网络安全路由技术[17-19]、认证密钥管理[20-21]等方面。

(3)仿真工具为了更好的测试现有协议标准的各种网络性能，如网络吞吐量、时延抖动、网络丢包率等参数指标，很多研究者开发了仿真器，其中以NS-2为代表的开源、的网络仿真器，成为大部分研究者测试性能的首选，而这些网络仿真器的组件的开发也是目前一个研究方向。

另外，为了更好的模拟现实生活中车辆的移动规律，也有一部分学者着眼研究车辆移动模型，其中以VaMobiSim仿真软件的智能交通驾驶车辆模型为代表，被大多数测试车载网络性能的学者采用。

(4)车载服务质量(QoS)应用方面针对交通事故等高优先级安全信息的传输是一个研究热点，这些安全信息对传输时延有较高的要求，同时一些广告消息也对传输的可靠性提出更高的要求，如何快速地传递这些安全信息也是一个研究较多的方向。

西华大学硕士学位论文31.3论文的研究内容本文主要研究

IEEE802.11p协议标准MAC层服务信道(SCH)的吞吐量问题，通过对车载自组织网的IEEE802.11p MAC层协议进行研究并结合帧聚合策略原理，提出了一种改进方案来提高服务信道的信道吞吐量。

本文首先对车载自组织网络所采用的WAVE体系进行详细的介绍，同时将IEEE802.11p协议与其他传统的无线网络协议进行对比分析，然后分析了现有的帧聚合策略和现有的研究现状。

通过分析和研究提出了基于WAVE体系架构的帧聚合策略，并对该方案的理论模型进行分析。

最后介绍了网络仿真工具的主要工作流程和功能，并对车载自组织网络进行实验仿真和结果分析。

1.4论文结构安排本文主要研究在城市密集型交通环境下，车载单元与路边处理单元的服务信道的传输性能。

论文结构安排如下第一章为论文绪论，主要介绍了论文研究的背景和意义，同时对研究方向的国内外现状进行阐述，最后介绍了本文研究的主要内容和章节结构。

第二章为IEEE802.11p协议，主要对车载自组织网络所采用的IEEE802.11p协议标准进行详细的介绍，同时将该协议标准与其他传统的无线网络协议进行对比分析。

另外，该章还分析了现有的帧聚合策略及其研究现状。

第三章为IEEE802.11p协议MAC层多信道机制研究，在分析

IEEE802.11p协议MAC层多信道协调机制之后，提出应用帧聚合技术提高服务信道吞吐量的改进方案，并对改进方案的算法进行推导和理论分析对比。

第四章为车载自组织网络仿真，首先在开头介绍了网络仿真实验的主要工具，并对工具的主要流程和功能进行详细地介绍。