車輛自組網絡路由協議分析與仿真畢業設計-預覽頁

　

【正文】 good design traffic are that cars could municate with frequency and the traffic accident is small. And the driver could get enough information to deal with the ining bad condition. With the propose the research is more and more serious if we not deal with the problems. Vehicular Ad Hoc Network contains many important technologies. such as how to access the medium which used in Vehicular Ad Hoc Network, Global Positioning System and the routing protocol which are used in Vehicular Ad Hoc Network. AODV is widely used in Ad hoc mobile work, which is a widely used routing protocol, GPSR is another routing protocol which are used in Vehicular Ad Hoc Network。改進后的算法在接收包的成功率、發送包的延時、抖動率、吞吐量要優于 GPSR 協議。 在本文中，主要介紹了 NS2 的仿真平臺及其體系框架結構。 車載網分類可以分成：基于拓撲的路由協議，基于地理的路由協議，基于地圖的路由協議。這些問題都給現代的交通系統提出嚴峻的挑戰。然后更多的汽車出現在了道路上，造成了道路上的嚴重擁堵，從而交通事故也有了逐漸增長的趨勢。車載網的關鍵技術包括：車載自組網無線接入技術、 GPS 定位技術、自組網路由協議。在網絡迅速膨脹的今天，隨著網絡規模的不斷增大，網絡因素類型不斷增多時，傳統的以經驗為主的網絡設計方法已經不能夠適應現在的需求，且用現實中真實存在的通信元素進行測試，會造成資源和時間的浪費，因此，利用網絡仿真工具 在模擬的環境中對其網絡性能進行仿真顯得非常重要。在測試場景中，對比了二種不同的協議下吞吐量、抖動率、延時、丟包率的比較。仿 真也表明，使用 GPSR 算法，丟包率也較低。作為智能交通系統的重要組成部分，有著非常廣闊的前景。這些問題都給現代的交通系統提出嚴峻的挑戰。 最近幾年來，信息技術在不斷的快速發展，我們能在越來越廣泛的地方使用無線網絡，應用范圍很大。在應用方面，如果將移動自組織網絡應用到車載系統，使得在網絡中的車輛能進行相互的通信，這 不但可以實現事故報告，交通狀況信息查詢，而且還能對駕駛者進行輔助駕駛，使得駕駛者在非可視范圍內能得到其他車輛信息及路況信息，使駕駛者得到及時的消息，從而做出準確的判斷，有利于車輛自身的安全駕駛，這樣就會提高交通系統的性能，減少交通事故的發生。根據相關數據可以發現，我國現在的交通安全事故情況已經處于高發期， 交通安全的形勢非常嚴峻。車輛自組織網絡來自于自組織網絡（ Ad Hoc），是自組網絡在交通領域的另外一種特殊的應用，是專門以車輛之間的通信為場景而建立的自組織網絡，可以實現路邊節點與車輛之間、車輛與車輛之間的相互通信。另外，從 2020 年開始， MobiCom 每年都會進行關于研究 VANET 的專題研究會。同時，對比分析了 GPRS 協議與 AODV 協議，并在NS2上設置了場景，進行仿真比較。 論文結構 第一章 給出了課題研究的背景意義及研究現狀。 第 二章 分析了車載自組網的現狀，其中分析了車載網的特點，車載網的體系結構，車載自組網中的關鍵技術，其中包括：自組網無線接入技術， GPS 定位技術，車載自組網路由協議。針對車載網 GPRS 算法的不足，對算 法進行了設計和改進，并添加然后在 NS2 下。 常州工學院延陵學院 4 第二章 車載自組網現狀 車載自組網 VANET 是指道路上車輛與車輛間，車輛與路邊的固定接入點之間通過相互 通信共同組成的一種開放移動的 Ad Hoc 網絡，它是一個結構開放的、自組織的車輛間通信網絡，在智能交通系統 ITS （ Intelligent Transportation System）中起著很重要的作用。車載自組網它是移動自組網所派生發展出的一個新的分支。原來移動自組網的節點的運動模型對于車載自組網來說，其中的一些特點已經不再適合 ,這時候，創建一個新的移動節點模型是很有必要的。例如在十字路交叉路口或交通道路收費站處，車輛擁塞可能大量存在，而在某些路段行人車輛稀少，車輛很可能少甚至網絡不連通。由于車輛的高速移動，會導致不斷的變化拓撲結構 ,假設兩輛車以 20m/s 的速 度向相反的方向運動 ,并且無線通信的固定傳輸半徑一直是 200m，那么二輛車輛之間鏈路之間的最長持續的時間是 5 秒。由于汽車的能量不再受到像傳統 Ad hoc 移動網絡中的能量限制，因此，可以不像 MANET 中需要考慮車載網中能量的問題，相對于 Ad hoc 移動網絡，車載網存儲計算能量比較強大。 圖 22 車載自組網的分層體系結構 在車載自組網中 ,可以采用 OSI 的七層協議模型來進行研究，車載自組網的分層體系結構在如圖 22 所示。 路由層主要包括的內容：車載網中的節點是通過多跳來傳輸數據的，路徑的查找、路徑的選擇是網絡層需要解決的問題。 IEEE 是一個由 IEEE 標準擴充的通信協議 ,主要用于車載電子無線通信。 GPS 定位技術 目前定位系統主要有以下幾種： 美國全球定位系統 (GPS) 全球定位系統 (Global Positioning System)是美國第二代衛星導航系統。到那時 ,它的導航和定位誤差范圍都將縮減為 1米左右 ,而以前的誤差是 5 米到 6米，就精確度來說這個系統將 會處于全球領先的地位。“伽利略”可以為地面的使用用戶提供 3種信號 :加密且且需滿足更多要求的信號、加密且要交費使用的信號、可以免費使用的信號。預計大概在 2020 年左右。如今，全球定位系統硬、軟件不斷的完善 ,功能不斷的改進，它的應用領域也在不斷地增加 ,目前已應用到國民經濟的各種部門 ,并開始不斷的深入人們的日常生活。 車載自組網路由協議的分類 路由協議是車載網中不可缺少的一個重要環節，其中節點高速的移動會導致網絡拓撲的結構頻繁變化，所以路由技術已經成為了 車載自組網推廣挑戰之一。 表 反應式路由協議與先驗式路由協議 的對比研究 比較內容 反應式路由協議 先驗式路由協議 路由信息的獲取 有數時發送時獲取 始終得到全網范圍路由 獲得路由的等待時間 等待時間長 先驗式的建立 路由算法體系結構 平面路由結構 絕大多數是平面路由結構 周期性路由更新 不需要 需要 控制信息的開銷 隨著移婦產科節點的移動增強而增大 隨著網絡規模的增加而變大 其中 AODV［ 8］ 是反應式路由協議的經典，本文重點介紹 AODV 路由協議。源節點廣播 RREQ 消息到附近節點，附近節點再轉發給它的鄰居節點，知道到達目的節點。如果 B 接收到來自 A 的 RREQ，會建立到 A 的逆向路由，此時 B 并沒有到 G的路由，所以繼續廣播給它的鄰近節點。至此路由發現過程完成， A 可沿著發現的該條路由發送數據。把目的節點的位置寫進數據包的包頭，并使用貪婪轉發 [9]來選擇距離目的節點最靠近的鄰居節點。 圖 27 GPSR工作流程 GPSR 有二種控制包類型： hello 包是為了查詢到鄰居。所以查詢包必不可少。 GPSR 用的貪心轉發路由，主要是一個對節點移動距離的預測，就是往最遠處轉發，最靠近終端的那個節點轉發，貪心無狀態路由協議的初衷就是要避免類似于 DSR 的查詢，以免帶來延遲和性能開銷。如圖28 所示。如下圖 29 所示 圖 29 GPSR右手定則在三角形中的應用 就這個三角形，就跟走迷宮一樣，沿著右邊一直走，總能出迷宮，除非迷宮是個閉環，就是沒出口。伴隨地理信息系統 (Geographic Information System, GIS)[10]技術的不斷進步，車載導航系統能夠傳遞的信息越來越多，諸如城市路徑的詳細信息， 路徑導航功能。劉建航 , 孫江明 , 畢經平等人在文獻 [11]中對此進行了研究。其中重點介紹了基于拓撲的路由協議 AODV，基于地理位置的路由協議 GPSR。正因為每一個 理論模型的建立通常需要一些假設條件， 所以模型對于信道特征的表達往往是相似的，但這個模型相對于無線信道其中的一些研究能夠起到一定的指導作用。正是由于無線信道的多樣性和復雜性，所以這種方法一直都被大家當作研究無線信道特征的重要手段。 目前，可用于網絡仿真的軟件主要有 NS GlomoSim、 OPNET 和 Qual。 Qual 內的一些模型甚至要求得到 (美 )軍方提供相關的許可之后才可以使用。 NS 構件庫是用兩種面向對象的編程語言編寫的： C++和Otcl。在一方面， C++是一種高效編譯執行的語言，它可以使仿真過程執行時獲得較好性能。 （ 2）建立協議代理服務，主要包括建立終端設備的協議綁定目的及建立網絡通信業務量模型。 （ 6）借助 NS2 解釋執行 OTCL 腳本。節點的模型對于分析數據包很重要。然后 LL 把分組傳遞給下面的接口隊列。不然，它就廣播出一個ARP 的請求并且暫時緩存當前的分組。在本論文中，為了提高吞吐量，減少丟失的數據包，對原來的 ARP功能進行了擴展。 (4)MAC 層。網絡的接口是移動節點的訪問信道的接口。靠這個模型來計算每個分組在達到節點時信號強度 (功率 )。所有收到分組的節點 是根據自己需要的根據無線信號傳輸的模型來判斷是否正確的接收到分組。當接收和發送節點之間的距離范圍在 dd0 時，將采用自由空間的模型，發射功率會呈d2 衰減；不然，就采 用多路徑衰減的模型，而發射功率呈 d4 衰減，它的公式如 所示。 為每比特數據在發射電路或接收電路中所消耗的能量 ,常數 錯誤 !未找到引用源。 為便于解釋 awk 程序架構，以及相關的術語，本文就以 trace file 為例，來加以介紹。 以資料列“＋ 1 2 cbr 1000 ?? 2 0 0”為有線 TRACE輸出的示例，如表 所示。比如： x ＞ 3 用來判斷一個變量 x 它是否大于 3 x == 5 用來判斷一個變量 x 它是否等于 5 Awk 一般提供 c 語言中常見的關系的操作數，比如：＜、＞、＝＝、＜＝、＞＝、！＝等等 Actions 是靠許多個 awk 的指令所構成的，而 awk 指令和 c 語言中 間的指令非常的類似。 1. 自行從指定數據文件之中讀取 一個數據列。 awk 會自動重復進行上述的四個步驟，所以使用者不須在程序中寫這個循環。 nam 功能是依據真實環境或網絡模擬軟件里的特定格式的 trace 的輸出文件來運行的動畫，比如 Trace 文件經常來自 Tcpdump 軟件或者 NS 模擬器的輸出。 gnuplot 是由一個命令驅動交互式的繪圖軟件，而它的功能 就是把數學函數和數據資料轉換為簡單易觀察的立體或平面的圖形，它一般有兩種工作方式，即批處理方式和交互式方式，它可以使使用者更容易的讀入外部數據結果，并在屏幕上顯示出圖形，而且可以修改和選擇圖形畫法，可以更加明顯地表現出數據的特性。 在 NS235 模板下，添加 GPSR 算法，其中包括 ,它定義了各種不同的包。 ,各種 GPSR 路由代理的實現。 修改 ns2/monn 下面的 ,添加 PT_GPSR，添加包類型。 在 makefile 下面添加： $(OBJ_STL) in ns2/ $(OBJ_STL) \ gpsr/ \ gpsr/ \ gpsr/ 進行編譯，編譯通過后，即可使用 GPSR 路由車載網的算法。接著介紹了 NS2下的幾種工具： awk 分析腳本， nam 用于顯示動畫， gnuplot 用于繪圖。 GPSR 算法很容易出現數據包在轉發的過程中，越遠的節點由于移動速度過快，從而移動出通信范圍，造成數據包的丟失，服務質量不高。因而本文確定一個界限。 （ 2）對 GPSR 路由協議中節點周期性的發送 hello 報文機制。目的節點發送的查詢包，沒有應答，但它讓每個節點維護目的節點表，以貪心算法選擇路徑來轉發數據包，目的節點為接收數據包的目的節點。distance_ratio)。 else nblist_newNB(cmhlast_hop_, (double)ghhx_, (double)ghhy_)。 struct hdr_gpsr_query *gqh = HDR_GPSR_QUERY(p)。 } 修改： void GPSRAgent::forwardData(Packet *p) ifdef __NS2_GPSR