基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議書設(shè)計研究

./XX海事大學(xué)┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊二○一四年六月.基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議研究專業(yè)班級：電子信息工程1班姓名：陳平指導(dǎo)教師：那振宇信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院.摘要車載自組織網(wǎng)絡(luò)是由在高速公路或者城市街道上行駛的車輛以及道路兩側(cè)的路邊單元等構(gòu)成的一種特殊形式的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。它將自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于車輛之間的通信,能夠使駕駛員獲得超視距范圍內(nèi)的信息,在交通安全、娛樂服務(wù)等應(yīng)用方面都有著廣闊的前景。不同于傳統(tǒng)的移動自組織網(wǎng)絡(luò),車載網(wǎng)具有拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變化、網(wǎng)絡(luò)連通性差等特點,而且隨著車流量密度的變化,網(wǎng)絡(luò)中的信息負載量也不斷地變化,這就給車載網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制層設(shè)計帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此,設(shè)計適合于車載網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制層協(xié)議逐漸變?yōu)橐粋€重要的研究方向。本論文主要對車載網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制層協(xié)議進行了相關(guān)研究。通過對基于IEEE802.11與IEEE802.11p標準的介質(zhì)訪問控制層協(xié)議的對比,分析了802.11p介質(zhì)訪問控制層協(xié)議的性能優(yōu)勢與不足之處。論文首先介紹了車載自組織網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS-2。然后簡單闡述了基于IEEE802.11標準的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。接著對基于IEEE802.11p標準的介質(zhì)訪問控制協(xié)議進行了詳細的分析,在NS-2中通過修改802.11協(xié)議的源代碼,成功實現(xiàn)了802.11p協(xié)議,通過建立仿真場景實現(xiàn)了兩種協(xié)議的對比,結(jié)果表明802.11p協(xié)議更適合車載網(wǎng)中的各種應(yīng)用。最后針對802.11p協(xié)議提出了一些改進的方向。關(guān)鍵詞：車載自組織網(wǎng)絡(luò);介質(zhì)訪問控制；IEEE802.11p；NS-2.AbstractVehicularAdHocNetworks<VANETs>,composedofmovingvehiclesandroadsideunits,areakindofself-organizingnetworks.Itappliesself-organizedtechnologytovehicle-to-vehiclecommunication,whichallowsdriverstoobtaininformationoutoftheirhorizons.Ithasabrightprospectinapplicationsoftrafficsafetyandentertainmentservices.However,differentfromtraditionalAdHocnetworks,sinceVANETsarefeaturedbyfrequentchangeandpoornetworkconnectivity,thenetworkloadwillchangewiththechangeoftrafficflow.ItmakesdesignofMAC<MediaAccessControl>protocolahugechallenge.Therefore,howtodesignafeasibleMACprotocolbecomesanimportantissueinVANETsresearch.ThisthesisworksonMACprotocolofVANETs.ComparingMACprotocolsbasedonIEEE802.11pstandardwithIEEE802.11standard,itanalyzestheadvantagesanddisadvantagesof802.11pprotocol.Firstly,thisthesisdescribesVehicularAdHocNetworksandnetworksimulatorNS-2,Secondly,asimpleintroductiontoMACprotocolbasedonIEEE802.11standard.Next,itdescribesMACprotocolbasedonIEEE802.11pstandardindetail,andrealizesthe802.11pprotocolbymodifyingsourcecodesof802.11inNS-2.Basedonsimulationscenarios,itcomparesthetwoprotocols.Simulationresultsshowthat802.11pprotocolismoresuitableforapplicationsinVANETs.Finally,someimprovementsuggestionsareproposedintheendofthepaperaccordingto802.11pprotocol.Keywords:VehicularAdHocNetworks,mediaaccesscontrol,IEEE802.11p,NS-2TOC\o"1-3"\h\u目錄21819第一章緒論1326401.1研究背景及意義 1178801.1.1研究背景 15211.1.2研究意義2173401.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3286691.3論文的主要工作5231951.4論文的章節(jié)安排516972第二章車載自組織網(wǎng)絡(luò)7189662.1車載網(wǎng)介紹7240862.1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)760952.1.2網(wǎng)絡(luò)特點749672.1.3典型應(yīng)用827872.2研究現(xiàn)狀8289752.3主要問題969592.4本章小結(jié)108154第三章網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-212147903.1NS-2簡單介紹12273273.2NS-2基礎(chǔ)12139943.2.1NS-2的運行機制1284653.2.2NS-2的基本組成1284653.2.3NS-2的簡單應(yīng)用13273273.3NS-2仿真過程14234073.4本章小結(jié)1518828第四章介質(zhì)訪問控制〔MAC層協(xié)議概述16184394.1MAC層的基本概念16142244.2基于IEEE802.11標準的MAC層協(xié)議17142244.3車載網(wǎng)MAC層協(xié)議1960754.4本章小結(jié)1923509第五章車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議仿真20.202015.1引言20122755.2基于IEEE802.11p標準的MAC層協(xié)議2013492協(xié)議的基本概述2027333協(xié)議的工作機制211988199825.3仿真結(jié)果分析2227115.3.1仿真場景2316372仿真結(jié)果23147945.4本章小結(jié)2531952第六章總結(jié)與展望26169736.1MAC層協(xié)議設(shè)計總結(jié)26203086.2目前學(xué)習(xí)方向與展望 26133656.2.1目前學(xué)習(xí)方向2613412展望 2728499結(jié)論 2929762參考文獻 3019379致謝 3215444附錄11.基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議研究第一章緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究背景最近幾年,汽車行業(yè)發(fā)展的非常迅猛,人們的生活水平也不斷提高,汽車已經(jīng)逐步成為人們不可或缺的出行工具,它為我們的生活帶來了很大的便利。但同時,日益增加的汽車數(shù)量也帶來了新的問題,如交通堵塞、交通事故等頻繁發(fā)生,交通事故帶來的危害已經(jīng)是眾所周知。在這種需求背景下,車載網(wǎng)被提出來,這一概念一經(jīng)提出便引起了國內(nèi)外研究人員的極大興趣。自1970年以來,北美、歐洲和日本紛紛加大了在該領(lǐng)域的投入力度。車載自組織網(wǎng)絡(luò)基于目前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),然后與交通車輛聯(lián)系在一起。該網(wǎng)絡(luò)能夠及時傳遞給駕駛者相關(guān)的信息,從而提高交通效率和交通安全,改善目前的交通狀況。其中,車間通信〔Inter-VehicleCommunication,IVC通常被認為是車載網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),為此,研究人員建立了許多基于Vehicle-to-Vehicle〔V2V圖1-1車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和Vehicle-to-Roadside〔V2R的通信網(wǎng)絡(luò)。這也構(gòu)成了車載自組織網(wǎng)絡(luò)的主要通信組成部分。隨著人們對車載網(wǎng)絡(luò)的研究不斷深入,其應(yīng)用也逐漸多元化。圖1-1表示的是車載網(wǎng)絡(luò)的一些基本應(yīng)用,主要可以概括為以下幾項：安全應(yīng)用。在車輛行駛過程中,當(dāng)有緊急情況發(fā)生時,駕駛者總是根據(jù)可視化的信號做出反應(yīng)。但是,由于駕駛者的視距和反應(yīng)速度的限制,采取制動措施往往會造成延時,這就可能為不可避免的沖突埋下了隱患[1,2],根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果,全球每天都會發(fā)生數(shù)十萬起交通事故,并造成非常大的損失。而車載網(wǎng)絡(luò)通過車輛間的通信可以將危險信號通知給附近的車輛,使駕駛者有足夠的反應(yīng)時間,從而減少事故的發(fā)生。此外,車間通信技術(shù)還能夠提前通知道路障礙,十字路口沖突等信息,協(xié)助駕駛者以很小的事故發(fā)生概率通過這些區(qū)域。輔助駕駛。在城市中,交通壓力一直在增加,堵車現(xiàn)象成為人們經(jīng)常會遇到的狀況。借助車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),駕駛員可以選擇車流量較小的路徑行駛,從而實現(xiàn)對擁堵的車流量進行分流。此外,駕駛者通過使用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以方便的找到停車場。收集并發(fā)布交通信息。車載網(wǎng)絡(luò)是無中心的,分布式的結(jié)構(gòu)。因此在車載網(wǎng)絡(luò)中,車輛從網(wǎng)絡(luò)中收集和發(fā)布實時交通信息,例如統(tǒng)計車流量狀況,更新電子地圖等,這都能有效地提高路況信息的實時性。車載娛樂。在出行過程中,借助于車載網(wǎng)平臺,車輛可以與因特網(wǎng)連接。在行車過程中,車上的人們可以享受到網(wǎng)上的資源,而不會覺得枯燥無味。尤其是路途比較遙遠的時候,這項服務(wù)能大大緩解長途旅行的疲憊。Internet服務(wù)。車輛可以通過路邊的AP〔AccessPoint站點接入Internet,這樣車輛上的乘客便可隨時享受Internet服務(wù)。對于駕駛?cè)藛T來說,他們可以利用這項服務(wù),以及結(jié)合車輛自帶的GPS,查詢酒店、快餐店以及停車場等一些相關(guān)的地點信息?；谏鲜鰬?yīng)用的分析可以知道,車載網(wǎng)的前景是非常好的。而且,我國人口眾多,車輛工業(yè)也處于高速成長階段,因此在我國進行車載自組織網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)的研究意義重大。但車載網(wǎng)與傳統(tǒng)自組織網(wǎng)之間是有很多差別的。例如,網(wǎng)絡(luò)負載量與車流量密度相關(guān)、節(jié)點具有移動的特點等。正是這些不一樣的特點,使車載網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議設(shè)計更加困難。因此,車載網(wǎng)介質(zhì)訪問控制層協(xié)議的設(shè)計成為該領(lǐng)域的重點研究方向。1.1.2研究意義信息傳播是車載網(wǎng)的各種應(yīng)用中的一個核心部分。對于接入Internet、收發(fā)電子郵件等私人應(yīng)用,信息需要進行單播傳輸,即單一的源節(jié)點對單一的目的節(jié)點,數(shù)據(jù)的隱私性具有較嚴格的規(guī)定。而對于交通擁堵信息、天氣預(yù)報等公共消息,單播傳輸將浪費大量的帶寬等資源,廣播此類消息能夠提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。除了效率,對于不同的信息類型,他們需要的可靠性也不同。此外,在道路高峰期,隨著車流量的增加,網(wǎng)絡(luò)的信息負載量也不斷增加,網(wǎng)絡(luò)的信息負載量是隨車流量不斷變化的。MAC層是自組織網(wǎng)絡(luò)信息傳播中的一個關(guān)鍵問題,MAC協(xié)議是一種重要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,會對網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能產(chǎn)生顯著的影響。所以,研究車載自組織網(wǎng)絡(luò)的高效MAC協(xié)議對于提高網(wǎng)絡(luò)的性能、保證用于的服務(wù)質(zhì)量、更好地實現(xiàn)車載網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具有重大的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外發(fā)展?fàn)顩r在20XX的ITU-T的汽車通信標準化會議上,車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被正式提出。通過利用該技術(shù)可能會大大降低世界上的交通事故發(fā)生率。截止到現(xiàn)在,許多國家都對車載網(wǎng)技術(shù)很感興趣。歐美的一些國家和政府也建立了相關(guān)的研究項目,如表1-1所示。在上個世紀的80年代,有關(guān)車載網(wǎng)絡(luò)的研究就已經(jīng)在日本開展了。它在90年代和隨后的10年內(nèi)研究的協(xié)同駕駛系統(tǒng)DEMO2000展現(xiàn)了車載通信網(wǎng)絡(luò)在道路交通安全方面的重要性[3]。與此同時,歐美也進入了如火如荼的車載網(wǎng)絡(luò)研究。表1-1國際上有關(guān)車載網(wǎng)的研究項目項目的名稱起止時間項目的發(fā)起者主要的研究內(nèi)容CarTel2002-2012麻省理工學(xué)院構(gòu)建車載網(wǎng)絡(luò)平臺DieselNet2004-至今馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校DTN路由,網(wǎng)絡(luò)容量,WIFI,移動模型UCLACVeT2013-至今加州大學(xué)洛杉磯分校信息分享,移動傳感器平臺FleetNet2000-2003德國建立通信平臺NOW2004-2007德國通信協(xié)議和數(shù)據(jù)安全ASVs1995-2009日本增強型安全車輛JARI2003-至今日本汽車的工業(yè)方面20XX,美國聯(lián)邦通信委員會劃分了一個專用頻段用于車輛間通信,也啟動了一系列的車載網(wǎng)絡(luò)項目,其中包括著名的CarTel[4,5]項目。麻省理工學(xué)院主導(dǎo)了CarTel項目。該系統(tǒng)結(jié)合了移動計算和感知、無線網(wǎng)絡(luò)以及云計算等技術(shù),能有效解決道路交通的安全以及車輛分流等問題。CarTel是一個集合了移動電話和定制的車載遠程信息處理裝置的,分布式的移動感知和計算系統(tǒng),該系統(tǒng)也被認為是一個"車載網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)"。該項目的研究貢獻主要包括交通疏導(dǎo),路面監(jiān)控和危害檢測,車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連,數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及只采用WIFI連接的車內(nèi)硬件設(shè)計等。到目前為止,該項目的硬件版本已經(jīng)升級到第二代。DieselNet[6]是由馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校主持的一個項目。該項目啟動于20XX,主要是基于公交網(wǎng)絡(luò)。一些配置了特殊硬件的公交車每日從阿默斯特分校校園行駛到周邊的區(qū)域進行試驗,同時,這個網(wǎng)絡(luò)還可以用于公共試驗。該項目在DTN路由,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量,WIFI連接以及移動模型等方面均取得了一些成果。CVeT[7]是由加州大學(xué)洛杉磯分校主持的一項項目。該項目由一個包括大約50輛小汽車,貨車以及校園公共汽車的車隊組成,車隊中的車輛可以直接通過WIFI接入點連接到互聯(lián)網(wǎng),或者如果超出了接入點的覆蓋,則可以通過在無線網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的其他車輛接入互聯(lián)網(wǎng)。這將形成一個校園汽車的互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng),通過這些汽車的移動,校園的互聯(lián)網(wǎng)范圍將可以超出校園的地理邊界。這個項目先后提出了CarTorrent、CodeTorrent等文件共享協(xié)議,同時,該項目在移動傳感器監(jiān)測方面也取得了一些成果,為實現(xiàn)MobEyes[8]這一城市監(jiān)控項目提供了一定的理論支持。著名的FleetNet[9]項目啟動于20XX,是由六家公司以及三所大學(xué)組成的聯(lián)盟共同完成。FleetNet的主要目標是開發(fā)一個用于車輛通信系統(tǒng)的示范平臺。實施適當(dāng)?shù)膽?yīng)用示范可以充分展現(xiàn)車間通信的好處,對商業(yè)案例和市場推廣策略的研究則補充了該技術(shù)的目標,而該項目成果又可以被國際標準化機構(gòu)借鑒采用。FleetNet項目持續(xù)了三年于20XX底結(jié)束,隨后啟動了后續(xù)的NOW[10]項目,該項目獲得了德國聯(lián)邦教育與研究中心的資金支持,旨在于解決通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)安全等方面的問題。日本對車載網(wǎng)絡(luò)方面的研究也投入了很大的成本。除了DEMO2000系統(tǒng),其他比較有名的還包括ASVs項目[11]、JARI項目[12]等,它們分別在車輛安全以及車輛的工業(yè)方面取得了較為顯著的成果。目前在學(xué)術(shù)領(lǐng)域,車載網(wǎng)也是一個重點研究方向。為了更深入的了解車載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀,國際計算機組織還專門成立了一個VANET小組。主要對車載網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)進行專題研討會,在這期間發(fā)表的論文一般都比較能夠代表目前的最高水平。國內(nèi)發(fā)展概況在車載網(wǎng)絡(luò)方面,國內(nèi)在很晚才開始研究。但是近年來一些研究機構(gòu)和大學(xué)也成立了相關(guān)項目,并取得了一些成果。上海交通大學(xué)于20XX與上海政府合作啟動了SG〔ShanghaiGrid項目[13],這個項目以建設(shè)大都市規(guī)模的交通信息系統(tǒng)為宏偉目標。具體來說,分為兩大部分。首先,它試圖提高現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)備的效率；其次,它的目的是為公眾提供更多的交通系統(tǒng)應(yīng)用。其他一些高校也對車載網(wǎng)表現(xiàn)出了很大的研究興趣。XX國立交通大學(xué)構(gòu)建了一個由16輛車組成的車載網(wǎng)絡(luò),主要研究車輛的監(jiān)督應(yīng)用,城市空氣質(zhì)量測量,以及蜂窩網(wǎng)、4G網(wǎng)絡(luò)的移動管理等應(yīng)用。此外,XX大學(xué)、XX大學(xué)等也都對車載網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)方向做了大量的研究工作,并取得了一些成果。到目前為止,有關(guān)車載網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)很深入了,但是在研究的道路上仍然存在著很多障礙。這些障礙主要存在于路由協(xié)議、MAC層協(xié)議以及安全性等幾個方向。其中MAC層專注于研究車載網(wǎng)中的節(jié)點如何對信道進行訪問以及數(shù)據(jù)資源的分配問題?，F(xiàn)階段根據(jù)不同場景設(shè)計MAC協(xié)議是車載網(wǎng)絡(luò)的研究熱點與重點。1.3論文的主要工作車載網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一大熱點,國內(nèi)外對這一領(lǐng)域的研究也取得了一定的成果,但是目前這方面的研究工作還有很多不足之處。本文對目前車載網(wǎng)的802.11pMAC層協(xié)議進行了深入的學(xué)習(xí)與研究。主要工作和成果包括以下幾個方面：對車載網(wǎng)的概念、體系結(jié)構(gòu)進行了總結(jié)性的介紹,研究了普通無線局域網(wǎng)的MAC層協(xié)議802.11,,并針對它的工作方式和不足之處進行了簡單介紹。學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2的仿真過程,并在完全掌握NS-2中802.11協(xié)議的源代碼之后,對其進行了修改,從而在NS-2中實現(xiàn)了802.11p協(xié)議的功能。詳細闡述了802.11p協(xié)議的工作方式。通過建立仿真環(huán)境,對802.11p與802.11協(xié)議進行了相關(guān)的性能比較分析。仿真結(jié)果表明,在對安全信息、娛樂信息等優(yōu)先級不同的信息同時進行傳送的過程中,802.11p能夠更高效的傳送優(yōu)先級最高的安全信息,而對于優(yōu)先級較低的娛樂信息,802.11p選擇降低其發(fā)送成功率,這樣滿足了各種不同應(yīng)用的基本要求,還提高了安全應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量?；谝陨系墓ぷ?本文最后也都做了小結(jié),并且提出了有很大改進空間的研究方向,并對下一步的深入研究工作進行了簡單介紹。1.4論文的章節(jié)安排本論文共由六章組成,具體的章節(jié)安排如下：第一章,緒論。簡要闡述了與車載網(wǎng)相關(guān)的發(fā)展背景。然后對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了簡單介紹。第二章,車載自組織網(wǎng)絡(luò)。首先對車載自組織網(wǎng)絡(luò)的概念等進行了簡單闡述,包括其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)特點與典型應(yīng)用。然后根據(jù)其研究現(xiàn)狀,提出了目前存在的一些主要問題。第三章,網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2。在論文后面的章節(jié)中會通過NS-2對相關(guān)的MAC層協(xié)議進行性能仿真,本章節(jié)介紹了網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2的運行機制、基本組成以及簡單的仿真過程。第四章,介質(zhì)訪問控制〔MAC層協(xié)議概述。簡單介紹了MAC層的基本概念。接著對802.11MAC協(xié)議的工作機制進行了簡略的闡述。最后介紹了車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議的相關(guān)情況。第五章,基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議。詳細介紹了802.11pMAC協(xié)議的工作機制。然后在NS-2中通過建立仿真環(huán)境對802.11p協(xié)議的性能進行了分析。第六章,總結(jié)。首先根據(jù)本文的研究工作進行了簡單的總結(jié)。然后介紹了目前的學(xué)習(xí)方向,最后對后期的研究方向提出了展望。第二章車載自組織網(wǎng)絡(luò)車載自組織網(wǎng)絡(luò)是近幾年剛剛發(fā)展起來的新型的網(wǎng)絡(luò)。相對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),車載網(wǎng)有著自己的不一樣的地方。例如節(jié)點具有移動的特點、無能量限制等。這些特征使得車載網(wǎng)的研究和發(fā)展面臨著許多困難。本章將從車載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、特征和典型應(yīng)用三個方面進行簡要介紹。2.1車載網(wǎng)絡(luò)介紹2.1.1網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中是否存在固定的基礎(chǔ)設(shè)施,可以將車載自組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)劃分為三種類型[14]：純蜂窩結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)主要采用了蜂窩通信的基本方式,利用固定的基站作為車輛網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信接口,手機信息并傳播信息,同時可以與蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接起來,以構(gòu)成泛在網(wǎng)絡(luò),主要的通信方式是V2R通信。純自組織結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似,具有自組織、自管理、短距離無線傳輸?shù)忍攸c。它不需要純蜂窩結(jié)構(gòu)的基站等基礎(chǔ)設(shè)施,實現(xiàn)成本較低。主要的通信方式是V2V通信?；旌辖Y(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)將蜂窩結(jié)構(gòu)與自組織結(jié)構(gòu)有效結(jié)合,充分利用兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點進行互補,網(wǎng)絡(luò)中V2V通信和V2R通信將同時存在。在這三種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,純自組織結(jié)構(gòu)的組網(wǎng)靈活多變,具有較高的可擴展性,引起了學(xué)者們的廣泛研究。但是這種網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)的連通性和通信距離等方面具有一定的局限性。為了克服上述局限性,可以在網(wǎng)絡(luò)中部署路側(cè)設(shè)備單元,以提供可靠、高速的網(wǎng)絡(luò)通信,為互聯(lián)網(wǎng)接入、固定點的監(jiān)控等應(yīng)用提供強有力的保證。因此,混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更切合實際應(yīng)用,正受到更多的關(guān)注和研究。2.1.2網(wǎng)絡(luò)特征由于車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種特殊形式的自組織網(wǎng)絡(luò),它具有傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)的一些共有特征,如無中心網(wǎng)絡(luò)、多跳結(jié)構(gòu)、傳輸帶寬有限等問題[15]。但同時,它也有很多獨特之處,主要有：拓撲結(jié)構(gòu)高動態(tài)性：由于車輛運動的高速特性,車載自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的移動速度相對于傳統(tǒng)移動自組織網(wǎng)絡(luò)或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的移動速度已不在同一個數(shù)量級,可以達到25m/s,甚至更高,車輛間的通信時間可短暫至幾秒鐘。因此,車輛節(jié)點的告訴移動將導(dǎo)致拓撲結(jié)構(gòu)的高動態(tài)性,這是車載自組織網(wǎng)絡(luò)在路由設(shè)計時需要重點考慮的一個因素。頻繁孤島性：道路上的車輛密度變化較大,同一路段上不同時間的車輛密度可能呈現(xiàn)出幾倍的差別。在低密度的情形下,由于短距離通信的限制,車輛間將無法保持實時連通,當(dāng)某一車輛與其它車輛均無法連通時,其自身形成"孤島"。移動模型可預(yù)測性：車輛的行駛通常都是限定在固定的道路上,其下一段時間的行駛路徑可以通過車載地圖等方式提前獲取,這可以有較好的預(yù)測快速變化的拓撲結(jié)構(gòu)與頻繁的無連接節(jié)點,從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能。能量無限制性：相對于傳統(tǒng)的自組織網(wǎng)絡(luò),車載自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能量由燃油提供,而無需由蓄電池提供,因此能量在車載自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中將不再有瓶頸限制。通信環(huán)境差異性：在不同的道路環(huán)境下,車輛的通信環(huán)境差別很大。在高速公路上,車輛在不同位置,通信環(huán)境的變化比較微小。但當(dāng)車輛在城市道路上行駛,無線信號可能會受到周圍障礙物的影響。因此車輛行駛到街道的不同位置時,其通信環(huán)境將有明顯的差別。2.1.3典型應(yīng)用車載自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要可以分為以下三類：基于交通安全的應(yīng)用、基于交通效率的應(yīng)用和基于商業(yè)娛樂的應(yīng)用等[16]?；诮煌ò踩膽?yīng)用：基于車載網(wǎng)的交通安全應(yīng)用借助于車載自組織網(wǎng)絡(luò)及時獲取更多的路況信息以降低駕駛員的反應(yīng)延遲。使駕駛員能夠提前做出應(yīng)變措施,以避免交通事故發(fā)生的可能性,降低各類交通事故的發(fā)生率?；诮煌ㄐ实膽?yīng)用：基于車載自組織網(wǎng)絡(luò)的信息收集與傳輸能力,交通部門和車主都能及時掌握各段道路上的車流信息,以引導(dǎo)車流避免進入擁塞路段?；谏虡I(yè)娛樂的應(yīng)用：此類應(yīng)用最為豐富,也最受用戶喜愛。交通信號違章警告、停車點探測等應(yīng)用能夠減輕駕駛員的勞動負荷,互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)等娛樂應(yīng)用能夠提高乘車人員的舒適性和便捷性。2.2研究現(xiàn)狀由于車載自組織網(wǎng)絡(luò)具有明朗的前景,各個國家的學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都對此表示出很大的興趣,并且設(shè)立了一系列相關(guān)的項目。此外,國際上許多高校與知名企業(yè)也聯(lián)合成立了許多相關(guān)的項目,比如有FleetNet項目、CARTALK2000項目、NOW項目、PATH項目、以及VII項目等等。從20XX開始,我國很多研究機構(gòu)也開始逐步關(guān)注車載網(wǎng)的研究。國家自然科學(xué)基金項目相繼支持了一系列的研究項目。例如車用AdHoc網(wǎng)絡(luò)的隱私與安全技術(shù)研究等。同時863項目也相繼支持了多個與車載網(wǎng)相關(guān)的項目。近年來,從高校研究機構(gòu)到各類企業(yè),他們之間的共同努力與合作,將使得車聯(lián)網(wǎng)在我國真正走下云端,逐步進入實質(zhì)性的應(yīng)用階段。2.3主要問題車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種新型無線通信網(wǎng)絡(luò),它存在較多的通信技術(shù)問題。近年來,國際學(xué)術(shù)界對車載自組織網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在以下四大方面：路由技術(shù)、MAC層接入機制、RSU部署與調(diào)度機制以及分布式協(xié)作通信等。路由技術(shù)車載自組織網(wǎng)絡(luò)是一種多跳分布式無線網(wǎng)絡(luò),且網(wǎng)絡(luò)中車輛節(jié)點的通信距離有一定的限制性,使得網(wǎng)絡(luò)中信息的傳輸需要借助于中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā),從而網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計就顯得尤為重要[17]。在車載網(wǎng)中設(shè)計路由協(xié)議時,需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)中車輛節(jié)點的高速運動、拓撲結(jié)構(gòu)的頻繁變化、車輛位置的可預(yù)測性等特征。MAC層接入機制車載網(wǎng)依舊使用無線資源,同樣存在著多個節(jié)點如何合理共享無線頻譜資源問題。且MAC協(xié)議直接控制著節(jié)點何時能夠介入信道以及報文在信道上的發(fā)送與接收,從而MAC協(xié)議的設(shè)計對于車載自組織網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能具有重大的意義[18]。IEEE802.11p[19]又稱WAVE是由IEEE802.11工作組為車載自組織網(wǎng)絡(luò)專用標準化的MAC接入機制。其依舊采用CSMA/CA〔CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance機制,可以看成是802.11標準的一種擴充。MAC層的研究主要是基于對信道進行預(yù)約和控制的思想,使網(wǎng)絡(luò)中的信道狀態(tài)和節(jié)點行為能夠被網(wǎng)絡(luò)以及節(jié)點有效感知控制,從而減少碰撞,保證無線信道的高效性,提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量[20]。根據(jù)鏈路的接入方式,可以將車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的MAC協(xié)議分為以下六大類：基于載波監(jiān)聽的競爭方式、基于分布式時間協(xié)調(diào)方式、基于碼分多路方式、基于忙音多路方式和基于多簇管理方式的接入?yún)f(xié)議。綜合研究表明,基于分布式時隙預(yù)約MAC協(xié)議和基于載波監(jiān)聽技術(shù)的競爭接入是目前研究的最為廣泛的兩種協(xié)議。且由于硬件兼容性問題,基于忙音多路方式和基于碼分多路方式的接入機制在VANET中較難實現(xiàn)。當(dāng)考慮到車輛通信能耗的問題時,MAC層就需要采用高能效的休眠模式和接入控制機制。Kumar等正對車輛和路邊單元通信的環(huán)境、IEEE802.11p協(xié)議的能耗和服務(wù)質(zhì)量〔QoS進行了比較,分析了能量模型以及物理傳播模型,發(fā)現(xiàn)部分接受端休眠可以減少由于監(jiān)聽而帶來的損耗,但仍能保證QoS等指標。眾多的研究問題以及MAC協(xié)議對于網(wǎng)絡(luò)的重要性,驅(qū)動了研究者們對MAC協(xié)議進行更為廣泛與深入的研究。RSU部署與接入機制為了滿足車載網(wǎng)中的通信需求,道路兩側(cè)可以部署一定數(shù)量的RSU,其可以視為網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)設(shè)施。對于不同的道路場景,部署不同數(shù)量以及不同位置的RSU將對網(wǎng)絡(luò)的性能產(chǎn)生較大的影響。部署的RSU數(shù)量越多,網(wǎng)絡(luò)的性能越好,但部署成本將急劇增加。故如何在給定用戶的業(yè)務(wù)量需求、業(yè)務(wù)分布特性和道路模型等條件下最優(yōu)化部署RSU的數(shù)量與位置已成為車載網(wǎng)中的一個重要研究課題。與傳統(tǒng)的接入方式不同的是,車輛具有高速移動特性,其在RSU的覆蓋范圍內(nèi)只有很短的時間,如何在這很短的時間內(nèi)保證車輛與RSU之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行詫⑹且粋€重要的問題。分布式協(xié)作通信協(xié)作通信對空間分集的增益較為明顯。多個分布式用戶之間共享彼此的天線,利用自生及其他參與協(xié)作用戶的天線構(gòu)成一個虛擬的多顯現(xiàn)環(huán)境,從而獲得一定的空間分集增益。上述四大問題構(gòu)成了車載自組織網(wǎng)絡(luò)研究中的重要問題。但將車載自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實際應(yīng)用時,將會面對更多的技術(shù)問題與困難。例如車輛位置的精確定位,如何消除道路兩側(cè)建筑對通信的影響,如何實現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與LTE技術(shù)的相互補充。除了這些技術(shù)問題,車載自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還面臨著一系列的社會與經(jīng)濟因素。如何將車輛之間直接通信的技術(shù)引入市場,如何說服早期購買者去購買VANET設(shè)備與相應(yīng)的服務(wù)逐漸變成一個關(guān)鍵性的問題,在一般情形下,似乎可以通過安裝一些RSU設(shè)備來吸引第一批用戶。正如PrainVarayia在20XX的ACMVANET會議上給出的主題演講：通過分析成本效益差距,人們能夠認識到在市場初期相對于從一開始接收非安全性的廣告,接收高價值的安全類信息的可能性幾乎為零。相信在不就的將來,這些問題將被研究者與運營商相繼解決,人類將享受到來自于車載自組織網(wǎng)絡(luò)所帶來的更為安全、便捷、舒適的交通服務(wù)。2.4本章小結(jié)本章對車載網(wǎng)的概念以及研究現(xiàn)狀、主要問題等進行了簡要介紹。第一節(jié)首先從車載自組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、特點以及典型應(yīng)用三個方面對其進行了介紹。在第一節(jié)的基礎(chǔ)之上,通過國際及國內(nèi)的有關(guān)車載網(wǎng)的各種項目的介紹來對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了闡述。最后,闡述了車載網(wǎng)目前主要面臨的幾個問題：路由技術(shù)、MAC層接入機制、RSU部署與調(diào)度機制以及分布式協(xié)作通信,并詳細介紹了這幾個問題的原因等。第三章網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-23.1NS-2簡單介紹NS〔NetworkSimulator是一種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。NS-2是NS的第2版。它最大的特色在于對任何人和任何組織開放源碼。它主要用于研究網(wǎng)絡(luò)中的路由、MAC等協(xié)議,但是由于它的源碼是開放的,任何人都可以重新設(shè)計和開發(fā)它的源碼。因此,各個研究機構(gòu)和學(xué)者不斷地對其進行開發(fā),擴充它現(xiàn)有的功能。這也使它受到了廣大網(wǎng)絡(luò)研究者的青睞。從本質(zhì)上對NS-2分析,可以把它看成是一個離散的時間仿真器。一個虛擬時鐘在它的內(nèi)部運行,一個個離散的事件驅(qū)動了仿真事件進行。到目前為止,它的功能已經(jīng)很完善了,可以實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的仿真功能,其中包括以下幾個方面：MAC層協(xié)議,比如802.11；應(yīng)用層的流量產(chǎn)生器,比如FTP和CBR；隊列方式,比如CBQ和Droptail；相關(guān)的傳輸型協(xié)議,比如UDP和TCP；以及其它一些路由方面的策略等?，F(xiàn)在存在著很多種網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。而NS-2之所以能夠備受歡迎,有以下幾點原因：1.免費；2.擴展性很好；3.源碼對外開放；4.廣泛的用戶支持。3.2NS-2基礎(chǔ)3.2.1NS-2的運行機制NS-2中的系統(tǒng)時間是離散的,離散事件的發(fā)生驅(qū)動系統(tǒng)時間的進行。它是一個面向?qū)ο蟮姆抡孳浖?。它的基本機制基于分裂對象的模型發(fā)展而來。NS-2的開發(fā)語言同時包含了Otcl與C++,這兩種語言通過TclCL機制連接在一起。由于C++語言具有運行時間短,處理速度快的優(yōu)點,因此,NS-2中基本的網(wǎng)絡(luò)組件,比如節(jié)點、代理、鏈路等,都是通過C++語言來編寫的。而對于網(wǎng)絡(luò)仿真場景的實現(xiàn),由于網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)以及各種參數(shù)都有可能不斷的發(fā)生變化,因此,本文采用了靈活的Tcl腳本來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)場景的編寫。然后通過TCclCL映射機制實現(xiàn)這兩種語言編寫構(gòu)成的模擬網(wǎng)絡(luò)。通過這種映射機制,既可以靈活方便的對網(wǎng)絡(luò)的配置和參數(shù)進行快速的修改,又可以快速的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真過程。3.2.2NS-2的基本組成節(jié)點：NS-2中的節(jié)點有兩種,分別為單播節(jié)點和多播節(jié)點。單播節(jié)點由地址分類器和端口分類器這兩個Tcl對象構(gòu)成。在NS-2中,建立一個節(jié)點的時候,還可以緊接著配置一下這個節(jié)點的隊列類型、MAC類型、物理層類型等一些基本的屬性。在NS-2中建立一個單播節(jié)點的命令：$nsnode+節(jié)點名稱鏈路：NS-2中的鏈路與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)鏈路不同,它同時實現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及部分網(wǎng)絡(luò)層的功能。在NS-2中,我們應(yīng)用最多的是簡單的單向鏈路。在NS-2中建立單向鏈路的命令：setns[newsimulator];$nssimple-link<node1><node2><bandwidth><delay><queue_type>代理：網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包起于代理,同樣也在代理中銷毀,此外,代理還可以實現(xiàn)各種不同層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。比如,NS-2中的代理可以實現(xiàn)TCP和UDP這兩個傳輸協(xié)議應(yīng)用層：在NS-2中,應(yīng)用層分為流量產(chǎn)生器和應(yīng)用模擬器這兩大類。最常用的流量產(chǎn)生器為固定比特率流量產(chǎn)生器〔CBR,一般在UDP代理的上層使用。最常用的應(yīng)用模擬器為FTP應(yīng)用模擬器,一般在TCP代理的上層使用。在NS-2中,應(yīng)用層產(chǎn)生業(yè)務(wù)流量,通過與代理連接實現(xiàn)業(yè)務(wù)流傳輸。3.2.3NS-2的簡單應(yīng)用進行網(wǎng)絡(luò)仿真試驗的主要目的就是在短時間內(nèi),耗費較低的經(jīng)費,了解網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性能,得到研究中需要的相關(guān)數(shù)據(jù)。然后通過對這些數(shù)據(jù)進行分析,得出一定的驗證結(jié)果。所以,除了建立仿真場景之外,對仿真數(shù)據(jù)的記錄和分析也是網(wǎng)絡(luò)仿真中的一件非常重要的事情。也可以根據(jù)自己的需要來對trace文件進行設(shè)置,使其記錄仿真過程中我們感興趣的地方。為了形象地向用戶展示整個仿真過程的運行,NS-2可以通過利用Nam以動畫的形式來展示仿真過程。在仿真過程結(jié)束之后,trace文件中記錄了整個仿真過程的數(shù)據(jù)。如果要研究無線網(wǎng)絡(luò),可以使用gawk工具來分析trace文件。從而得到丟包率、吞吐量等指標。Gawk工具可以篩選或者計算出感興趣的數(shù)據(jù),但是它不能夠直觀地反映相關(guān)結(jié)果。因此,可以利用gnuplot工具通過圖形的方式將吞吐量、端到端延遲等數(shù)據(jù)展示出來。3.3NS-2的仿真過程圖3-1NS-2進行網(wǎng)絡(luò)仿真的基本流程一個完整的仿真過程需要涉及到三個部分：第一部分為修改源代碼實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組件,第二部分為編寫Tcl腳本文件實現(xiàn)仿真場景,第三部分為對仿真結(jié)果進行分析,下面對這三個部分具體的工作做一下介紹：修改源代碼：只有在仿真過程需要用到的基本組件或者協(xié)議在NS-2中沒有的情況下,才會進行修改源代碼。修改源代碼需要用戶具有對NS-2豐富的使用經(jīng)驗和較高的編程水平。由于NS-2是由C++和OTcl這兩種語言編寫而成,在對源代碼進行修改的時候,還要注意對相應(yīng)的OTcl代碼進行修改。編寫Tcl腳本文件：Tcl腳本文件就是用來建立仿真場景,配置網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)同時控制仿真過程的運行和停止。仿真結(jié)果分析；對仿真結(jié)果的分析是整個仿真過程中最能體現(xiàn)仿真效果的一部分,這部分的工作需要用戶對NS-2中的trace文件有所了解和掌握,并且能夠熟練使用gawk、gnuplot等分析工具。3.4本章小結(jié)本章首先對NS-2進行了詳細的介紹。在第二小節(jié)中通過對NS-2的運行機制、基本組成和簡單的應(yīng)用分析,詳細地闡述了NS-2的整體架構(gòu)；最后一個小結(jié)中,通過對NS-2仿真的過程進行流程圖分析,把整個仿真過程清晰地展現(xiàn)出來。第四章介質(zhì)訪問控制〔MAC層協(xié)議概述4.1MAC層的基本概念介質(zhì)訪問控制〔MediaAccessControl,MAC層位于數(shù)據(jù)鏈路層。它主要負責(zé)控制訪問物理介質(zhì)。MAC層協(xié)議在有線局域網(wǎng)〔LAN和無線局域網(wǎng)〔WLAN中都有所應(yīng)用。基于IEEE802.3標準的MAC層協(xié)議是傳統(tǒng)局域網(wǎng)中最主要的MAC層協(xié)議。它通過CSMA/CD方式實現(xiàn)訪問控制。而基于IEEE802.11系列標準的MAC層協(xié)議是目前無線局域網(wǎng)中主流MAC層協(xié)議。根據(jù)訪問信道的控制方式,MAC層協(xié)議可以分為以下三種類型：基于競爭的MAC層協(xié)議：此類型MAC層協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送需求隨機對信道進行訪問。當(dāng)節(jié)點有數(shù)據(jù)要發(fā)送的時候,通過與其他節(jié)點競爭對信道訪問,如果競爭成功了,該節(jié)點就可以發(fā)送數(shù)據(jù),如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞的情況,這個節(jié)點就需要根據(jù)相應(yīng)的重傳策略重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這種MAC層協(xié)議的實現(xiàn)依賴于載波監(jiān)測、退避機制和重傳策略。IEEE802.11系列協(xié)議組中有很多種協(xié)議都是采用DCF機制。這些協(xié)議都屬于基于競爭的MAC層協(xié)議。該類型的MAC層協(xié)議有以下優(yōu)點：按需對物理介質(zhì)進行分配,能夠很好的應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化；不需要復(fù)雜的集中控制算法。無競爭的MAC層協(xié)議：此類型MAC層協(xié)議通過時分多址〔TimeDivisionMultipleAccess,TDMA和同步策略實現(xiàn),每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只能在特定頻段信道的特定時隙發(fā)送數(shù)據(jù)包。每個節(jié)點都享有自己的資源。因此,發(fā)送數(shù)據(jù)包的過程不會出現(xiàn)競爭現(xiàn)象。無競爭的MAC層協(xié)議主要的優(yōu)點為具有很高的可靠性,它的服務(wù)質(zhì)量滿足安全應(yīng)用的要求,缺點在于不能把資源利用最優(yōu)化,不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)負載很大的情況?；旌闲蚆AC層協(xié)議：在這種方式的MAC層協(xié)議中,它把一部分的時隙分配給特定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,剩下的時隙資源通過競爭機制來利用。在最開始的階段,802.11協(xié)議是應(yīng)用最多的MAC層協(xié)議。隨著對網(wǎng)絡(luò)的需求不斷增加,人們已經(jīng)不再滿足于802.11協(xié)議的性能。因此,又制定了802.11n、802.11e等一系列的MAC層協(xié)議標準。每一種協(xié)議標準都適用于不同的網(wǎng)絡(luò)場景,比如802.11n在Wi-Fi中應(yīng)用非常廣泛,而802.11p是針對車載環(huán)境提出的一種MAC協(xié)議標準。4.2基于IEEE802.11標準的MAC層協(xié)議基于IEEE802.11標準的MAC層協(xié)議是IEEE最初針對無線局域網(wǎng)制定的一個標準。它最初用于在無線局域網(wǎng)中控制訪問無線信道。它最高只能達到2Mbps的速率。但是人們的需求不斷增加,因此又提出了一些改進型的協(xié)議。由于這些協(xié)議都是從802.11協(xié)議演進而來,因此,在初步研究無線局域網(wǎng)的MAC協(xié)議時,大多數(shù)的學(xué)者都會選擇先學(xué)習(xí)802.11協(xié)議,并以此為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)其它演進而來的協(xié)議。IEEE802.11MAC層協(xié)議的訪問控制方式有兩種。其中包括分布式協(xié)調(diào)控制〔DCF和點協(xié)調(diào)控制〔PCF。下面將介紹802.11協(xié)議的DCF機制：DCF機制主要的工作方式有接收確認策略、CSMA/CA策略和退避策略。當(dāng)一個節(jié)點傳送一個新的分組包之前,將會對信道進行檢查。若此時信道未被占用,且持續(xù)達到一個分布式幀間隔時長。該節(jié)點將會開始執(zhí)行發(fā)送分組包的過程。如果信道此時被占用了,則需要繼續(xù)監(jiān)測信道。當(dāng)信道再次空閑且時長達到DIFS時長。這時候會隨機生成一個退避時間。然后計時器開始工作,計時結(jié)束后開始發(fā)送數(shù)據(jù)。這個過程是為了避免與其它節(jié)點發(fā)出的分組包產(chǎn)生沖突。如果一個節(jié)點一直在發(fā)送分組包,則在兩次發(fā)送過程之間需要等待DIFS加上一個隨機退避時間。這樣可以降低分組包"追尾"的概率。DCF機制的隨機退避時間并不是連續(xù)的。在等待DIFS時間后,會隨機產(chǎn)生一個退避時間。它是由一個個的時間間隔組成的。每個時間間隔〔的時長與一個節(jié)點監(jiān)測信道是否被占用所需要的時間完全相等。只有在一個時間間隔開始的那一刻,節(jié)點才可以發(fā)送分組包。如表4-1所示,時間間隔的長度依賴于物理層。表4-1時隙時長PHYSlotTime〔CWminCWmaxFHSS50us161024DSSS20us321024IR8us641024在退避過程中,應(yīng)用的是指數(shù)策略。在一個分組包第一次發(fā)送的時候,退避時間為從〔0,-1中隨機挑選的數(shù)與σ相乘的結(jié)果。我們通常把競爭窗口記為。第一次發(fā)送分組包的時候,默認為CWmin。若未能夠成功發(fā)送,則競爭窗口的值會加倍。最終以CWmax為上限。從圖4-1中可以看到默認的CWmin和CWmax。若信道此時被檢查到未被占用,則開始執(zhí)行退避過程。若檢查到信道繁忙,就會終止這個過程。計數(shù)器就會變?yōu)閮鼋Y(jié)狀態(tài)。然后會再次對信道進行監(jiān)測。一直達到DIFS時長。然后退避計數(shù)器就會繼續(xù)工作。如果計時過程還沒有結(jié)束,節(jié)點不可以發(fā)送數(shù)據(jù),直到計時結(jié)束才可以發(fā)送。圖4-1清晰的展現(xiàn)了以上的過程。在一個信道上存在著兩個節(jié)點,分別為節(jié)點A和節(jié)點B。節(jié)點B剛剛成功發(fā)送出去一個分組包。然后,節(jié)點B進行監(jiān)測等待。直到信道空閑且達到DIFS時長之后,隨機產(chǎn)生一個長度為8的退避過程。在這個過程中,一個新的分組包到達節(jié)點A。節(jié)點A進行監(jiān)測等待,直到空閑時間達到DIFS時長。然后節(jié)點A直接發(fā)送分組包。此時,節(jié)點B會監(jiān)測到信道被占用。然后計時器會被凍結(jié),這個時候的數(shù)值為5。當(dāng)節(jié)點A發(fā)送完成之后,B會監(jiān)測到信道未被占用。然后節(jié)點B會繼續(xù)監(jiān)測等待,直到達到DIFS時長。然后節(jié)點B的退避計數(shù)器繼續(xù)開始遞減。當(dāng)它的值減到零的時候,則開始下一個分組包的發(fā)送過程。圖4-1基本訪問過程例子圖4-2RTS/CTS訪問過程接收節(jié)點將等待一個短幀間隔時長,然后立刻返回一個確認分組包。由于SIFS的時長要比DIFS的時長小很多,所以在接收ACK的過程中其它站點沒有機會占有信道。如果發(fā)送節(jié)點成功收到了確認分組包,則其它節(jié)點才有機會訪問信道。若發(fā)送節(jié)點未成功接收到確認分組包,則需要再次進行退避過程,然后發(fā)送分組包。在上面描述的分組包傳送過程中,只發(fā)生了一次握手,這僅僅是介質(zhì)訪問的基本過程。DCF機制定義了一個兩次握手的數(shù)據(jù)包傳送過程,正如圖4-2所示,這種機制里增加了RTS/CTS。如果一個站點要發(fā)送分組包,首先會按照上面所提到的過程進行監(jiān)測、等待、退避。然后先發(fā)送一個長度很短的發(fā)送請求包RTS。如果接收節(jié)點成功收到了RTS分組包,則接收節(jié)點會等待一個短幀間隔時長。然后發(fā)送CTS分組包進行回應(yīng)。如果發(fā)送節(jié)點沒有收到CTS包,則不再發(fā)送后面的數(shù)據(jù)包。RTS分組包或者CTS分組包中包含了數(shù)據(jù)包的一些基本信息,比如發(fā)送這個數(shù)據(jù)包所需要的時間。這些信息可以被任何可收聽到的節(jié)點接收,其它節(jié)點收到之后會在這段時間內(nèi)不會訪問信道。這樣,當(dāng)一個節(jié)點是發(fā)送或者接收節(jié)點的隱藏節(jié)點的時候,只需要收到RTS或CTS分組包中的一個包就可以更新NAV,從而解決了隱藏終端問題,減少了碰撞。RTS/CTS分組包可以很大的提高網(wǎng)絡(luò)的效率。由于RTS/CTS分組包的長度很小,如果數(shù)據(jù)傳送過程出現(xiàn)了碰撞,則立刻停止本次發(fā)送過程,相對于長度很大的數(shù)據(jù)包發(fā)生碰撞,這樣可以節(jié)省很多時間,從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率。4.3車載網(wǎng)MAC層協(xié)議在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中,車輛是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點,其主要特點為高速移動性,而且安全應(yīng)用需要在最小的碰撞概率下建立可靠的通信鏈接。因此,大部分移動網(wǎng)絡(luò)中的MAC層協(xié)議,在車載網(wǎng)中都不是很合適。隨著車載網(wǎng)受到越來越多的關(guān)注,許多研究機構(gòu)或者企業(yè)都在不斷開發(fā)新的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議。其中以IEEE802.11工作組提出的802.11p協(xié)議最為經(jīng)典。802.11p能夠很好的支持車載環(huán)境下的無線通信,是目前應(yīng)用最廣泛的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議。在此之后,IEEE工作組又提出了1609協(xié)議組,該協(xié)議建立在802.11p協(xié)議的基礎(chǔ)之上,其中1609.4協(xié)議對802.11p協(xié)議的功能進行的擴充,使MAC層的功能更加靈活與強大。本章小結(jié)本章介紹了MAC層的基本概念、功能與目前MAC層協(xié)議的研究現(xiàn)狀,然后對基于802.11標準的MAC層協(xié)議的工作機制進行了詳細闡述,最后簡單介紹了車載網(wǎng)MAC層協(xié)議的發(fā)展情況。第五章車載網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議仿真5.1引言根據(jù)前面介紹的車載自組織網(wǎng)絡(luò)的特點?？芍谲囕d網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)負載與車流密度相關(guān)、節(jié)點具有移動的特點等。因此,大多數(shù)移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的MAC層協(xié)議,在車載環(huán)境中都不再適用。其次,車載環(huán)境的應(yīng)用也涉及到好幾個方向,包括交通安全應(yīng)用、多媒體娛樂應(yīng)用、交通管理應(yīng)用等等,不同類型的應(yīng)用對MAC層的要求也不盡相同。交通安全應(yīng)用需要MAC層協(xié)議能夠快速建立一個可靠穩(wěn)定的通信,要求能夠提供很高的服務(wù)質(zhì)量〔QoS,以便能夠及時把消息傳遞給駕駛者,使其有充足的反應(yīng)時間來應(yīng)對緊急狀況；對于多媒體娛樂應(yīng)用,對QoS的要求就降低了許多,只要信息能夠到達即可,對可靠性的要求要比安全應(yīng)用要低得多。在無線局域網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議中,通常把所有的消息都視為同等重要,并沒有區(qū)分對待不同類別的消息。由于無線信道的資源有限,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的負載量很大的時候,這樣就并沒有達到對有限的信道資源進行最優(yōu)化利用。而對于車載網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)的負載量隨車流量密度變化,在特定的時間段,特定的地點,車流量密度會變得非常大,此時網(wǎng)絡(luò)負載量過大,信息的傳遞延遲也變大,此時安全應(yīng)用就不能很起到很好的作用。因此,在車載網(wǎng)的MAC層協(xié)議中,都會對消息進行分類。以消息的重要程度為依據(jù),對其劃分優(yōu)先級。比如最高優(yōu)先級的消息為安全消息,優(yōu)先級相對較低的消息的多媒體消息。這樣在車流量密度較大的情況下,車載網(wǎng)絡(luò)的MAC層能夠最優(yōu)化的利用信道資源,優(yōu)先選擇傳遞安全消息,帶來最大的收益。為了深入的學(xué)習(xí)了解802.11p協(xié)議具體的工作過程與實際性能,本文對NS-2中自帶的802.11源代碼進行了修改,使其實現(xiàn)了802.11p協(xié)議的功能,并且通過建立仿真場景,實現(xiàn)了802.11p與802.11協(xié)議的性能對比分析,從而對802.11p協(xié)議的特點有了清楚的認識。5.2基于IEEE802.11p標準的MAC層協(xié)議5.2.1協(xié)議的基本概述隨著車載網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,802.11p協(xié)議已經(jīng)成為一個成熟的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議,同時,世界各地的許多研究機構(gòu)與學(xué)者也一直在不斷地對車載網(wǎng)MAC層協(xié)議進行更深入的研究,不斷改善其現(xiàn)有的功能,使其能夠滿足車載網(wǎng)應(yīng)用多樣性的需求。802.11p協(xié)議采用了802.11e協(xié)議中提到的增強型分布式信道訪問〔EnhancedDistributedChannelAccess,EDCA機制。并以此為原型對個別參數(shù)做了一定的修改。同時,它去掉了RTS/CTS握手機制,這也是與802.11協(xié)議的另一個不同之處。在802.11p協(xié)議中,為了滿足各類車載網(wǎng)應(yīng)用的不同需求,它將信息分為四個優(yōu)先權(quán)。優(yōu)先權(quán)最高的信息為緊急的安全信息,比如前方道路有障礙物、即將發(fā)生碰撞等；第二級優(yōu)先權(quán)的信息用于車輛在沒有視野的情況下,向其它車輛表明自己的存在。下一等級優(yōu)先權(quán)分配給那些非緊急的信息,比如車輛由于沒油了或者其它原因而不能行駛,向其它車輛求助的信息。對于那些非安全的、用于提供娛樂服務(wù)的信息,它們享有最低的優(yōu)先權(quán)。5.2.2協(xié)議的工作機制在第四章中本文已經(jīng)對802.11協(xié)議的工作機制進行了詳細的分析,802.11p協(xié)議與802.11協(xié)議對比,主要有兩點不同,一是802.11p協(xié)議采用了EDCA機制,將消息分為了四個優(yōu)先級。在每個站點內(nèi)有四個隊列,分別對應(yīng)四個優(yōu)先級。二是802.11p協(xié)議去掉了RTS/CTS握手機制。下面本文將對802.11p協(xié)議的EDCA機制進行詳細的介紹。EDCA機制同樣采用載波監(jiān)測多址接入/避免碰撞〔CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance,CSMA/CA策略,為了支持不同優(yōu)先級應(yīng)用的數(shù)據(jù)同時傳輸,它定義了四種訪問類別〔AccessCategories,ACs,如圖5-1所示。每一個訪問類別都各自通過獨立的DCF機制來競爭傳輸數(shù)據(jù),而且它們采用不同的EDCA參數(shù),包含AIFSN,aCWmin和aCWmax,如表5-1中所列。aCWmin的默認值為15,aCWmax的默認值為1023。圖5-1一個站點內(nèi)的EDCA機制表5-1802.11p的EDCA參數(shù)ACCWminCWmaxAIFSNAC[0]aCWminaCWmax9AC[1]aCWminaCWmax6AC[2]<aCWmin+1>/2-1aCWmin3AC[3]<aCWmin+1>/4-1<aCWmin+1>/2-12如圖5-1中所示,AIFS[AC[i]]是AC[i]的仲裁幀間隔時長,且它滿足公式〔5-1：AIFS[AC[i]]=aSIFSTime+AIFSN[AC[i]]×aSlotTimei=<0,1,2,3><5-1>根據(jù)公式〔5-1和表5-1,可以看出AIFS[AC[i]]的值取決于AIFSN[AC[i]]。AIFSN值越小,AC訪問信道的機會越大。因此AIFSN越小的AC其優(yōu)先級越高。由圖可知,AC的優(yōu)先級等級為AC[3]>AC[2]>AC[1]>AC[0]。此外,不同的AC具有不同的競爭窗口大小。同樣,競爭窗口越小的AC的優(yōu)先級越高。因此,通過以上的EDCA機制,802.11p可以對高優(yōu)先級的信息實現(xiàn)可靠的傳輸。如表5-2所示,當(dāng)一個站點的AC[i]有需要發(fā)送的分組包,站點就會監(jiān)測信道。如果信道空閑時間達到AIFS[AC[i]],則AC[i]的退避計時器就可以計數(shù)。當(dāng)減到零的時候,開始發(fā)送數(shù)據(jù)包。如果退避計時器工作過程中監(jiān)測到信道被占用,則進入凍結(jié)狀態(tài)。然后對信道進行監(jiān)測,直到信道不再被占用且達到AIFS[AC[i]]。接著繼續(xù)進行退避過程。然而,每個站點有四個AC。若兩個或多個AC同時退避完成準備發(fā)送數(shù)據(jù),在站點內(nèi)部就可能發(fā)生碰撞。因此,在站點內(nèi)部設(shè)置了一個調(diào)度器,在出現(xiàn)這種情況的時候,調(diào)度器會使高級別的AC發(fā)送數(shù)據(jù),使低級別的AC重新進行退避,從而避免了出現(xiàn)內(nèi)部碰撞的現(xiàn)象。圖5-2802.11p的信道訪問過程5.3仿真結(jié)果分析在本節(jié)中,本文將對802.11p協(xié)議的整體性能做出評估。評估工具是NS2仿真軟件。為了做好較客觀的評價,將傳統(tǒng)自組織網(wǎng)絡(luò)中的802.11協(xié)議與802.11p協(xié)議進行對比。由于802.11p的特色在于EDCA機制,支持不同優(yōu)先級信息的傳送,因此本節(jié)的性能評價指標為各個優(yōu)先級的吞吐量、端到端延時。其中端到端延時是指數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延。5.3.1仿真場景對兩種協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)仿真的節(jié)點分布場景可以參見圖5-3。五個節(jié)點分布在600m×400m的區(qū)域內(nèi)。每一個節(jié)點以隨機的速度隨機分布在這個區(qū)域內(nèi)的任一點。仿真持續(xù)時間為100秒。在仿真期間,節(jié)點1同時發(fā)送四個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)流,其中AC[0]發(fā)給節(jié)點2,AC[1]發(fā)給節(jié)點3,AC[2]發(fā)給節(jié)點4,AC[3]發(fā)給節(jié)點5。在對802.11協(xié)議進行仿真的過程,節(jié)點1發(fā)送的四個數(shù)據(jù)流沒有設(shè)置優(yōu)先級,這是因為802.11協(xié)議中沒有對消息進行等級分類,所以在分析仿真結(jié)果時,取四個數(shù)據(jù)流的平均數(shù)據(jù)來進行分析。相關(guān)的仿真腳本程序請見附錄。圖5-3仿真場景節(jié)點示意圖5.3.2仿真結(jié)果圖5-4對比了仿真過程中802.11p協(xié)議與802.11協(xié)議的吞吐量?？梢钥吹?802.11p協(xié)議中四個不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)流的吞吐量與802.11協(xié)議中四個數(shù)據(jù)流的平均吞吐量各不相同,且吞吐量都比較穩(wěn)定。假設(shè)802.11協(xié)議中的數(shù)據(jù)流為AC,則吞吐量的大小關(guān)系為AC[3]>AC[2]>AC>AC[1]>AC[0]。這是因為在802.11p中四個數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級不同。在同時有幾個不同優(yōu)先級的數(shù)據(jù)包要發(fā)送時,會先發(fā)送優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)包。因此優(yōu)先級越高的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)重傳退避的概率會越小,發(fā)送前需要等待的時間也越小。在802.11協(xié)議中,由于有四個數(shù)據(jù)流同時發(fā)送,DCF機制中發(fā)生長時間退避的概率會很大。因此,相對于802.11p協(xié)議中的AC[3]、AC[2],其吞吐量要偏低。由于腳本文件中設(shè)置四個數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率、數(shù)據(jù)包類型、大小等參數(shù)都相同,數(shù)據(jù)包的發(fā)送量都是相同的,所以吞吐量一直保持在穩(wěn)定狀態(tài)。在真實的車載網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)負載是依車流量密度變化而變化的,并不是一個固定量,因此在實際網(wǎng)絡(luò)中吞吐量是隨時在變化的。圖5-4仿真過程中802.11p協(xié)議與802.11協(xié)議的吞吐量圖5-5表示的是兩種協(xié)議的端到端延時。由于在整個仿真過程中發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量非常多,在仿真圖中無法清晰表示,因此這里只取了前四十個數(shù)據(jù)包的延時來進行繪圖。計算所有分組包的時延,得到結(jié)果：Delay[AC3]=0.003796,Delay[AC2]=0.004194,Delay[AC]=0.004396,Delay[AC1]=0.004790,Delay[AC0]=0.005293。從圖中可以看出,延時的大小關(guān)系并不是始終保持一樣的,但是整體趨勢符合Delay[AC3]>Delay[AC3]>Delay[AC3]>Delay[AC3]>Delay[AC3]的大小關(guān)系。由此可知,在802.11p協(xié)議中,高優(yōu)先級消息與低優(yōu)先級消息比較,傳輸時延要小。同時AC[3]和AC[2]的傳輸時延也要比802.11協(xié)議中AC的傳輸時延要小,它們倆的可靠性要更好一些。圖5-5仿真過車中802.11p協(xié)議與802.11協(xié)議的時延由以上的仿真結(jié)果可知,802.11p協(xié)議中高優(yōu)先級消息的傳輸時延要更小,發(fā)送幾率要更大,在網(wǎng)絡(luò)負載量較大的情況下可以提供更可靠、穩(wěn)定的通信。面對車載網(wǎng)多樣性應(yīng)用各種不同的需求,802.11p協(xié)議比802.11協(xié)議更能夠有效利用有限的無線信道資源,能夠提高安全應(yīng)用的可靠性。5.4本章小結(jié)本章主要介紹了基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議的基本概念以及具體的工作機制。然后通過網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS-2對802.11p協(xié)議與802.11協(xié)議進行了仿真對比分析。第六章總結(jié)與展望根據(jù)前面五章的敘述和分析,已經(jīng)對車載自組織網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2以及介質(zhì)訪問控制〔MAC層都有了一定的了解。并且對802.11協(xié)議與802.11p協(xié)議的工作機制也有了熟悉的掌握。本章將會對車載網(wǎng)MAC層協(xié)議設(shè)計過程需要注意的方面進行總結(jié),介紹一下目前的學(xué)習(xí)內(nèi)容與后期的研究方向。6.1MAC層協(xié)議設(shè)計總結(jié)經(jīng)過前面對802.11p協(xié)議工作機制的深入學(xué)習(xí)以及對車載網(wǎng)中其它MAC層協(xié)議研究狀況的了解,本節(jié)對車載網(wǎng)MAC層協(xié)議設(shè)計過程需要注意的方面進行了總結(jié)：能量。要盡量減少系統(tǒng)的無用損耗,節(jié)省能量。網(wǎng)絡(luò)效率。在MAC層協(xié)議設(shè)計過程中,需要注意保障網(wǎng)絡(luò)的公平性和實時性。在此基礎(chǔ)上要盡可能提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。動態(tài)性。在車載網(wǎng)中節(jié)點的分布情況和密度等不斷發(fā)生變化。導(dǎo)致車載網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)也不斷隨之改變。因此,MAC層協(xié)議應(yīng)該具有相應(yīng)的動態(tài)特性,以適應(yīng)拓撲結(jié)構(gòu)的變化。算法復(fù)雜度。在車載網(wǎng)中,節(jié)點的儲存空間和運算能力都有限,MAC層協(xié)議應(yīng)該盡量降低算法的復(fù)雜度。與其它層協(xié)議的協(xié)作。車載網(wǎng)的應(yīng)用具有多樣性,這也對網(wǎng)絡(luò)各層提出了一部分共同的要求,比如節(jié)省能量、提高網(wǎng)絡(luò)效率等。因此,提高MAC層協(xié)議與其它層協(xié)議的協(xié)作能力可以獲得更好的系統(tǒng)整體性能。6.2目前學(xué)習(xí)方向與展望6.2.1目前學(xué)習(xí)方向基于802.11p協(xié)議,車載網(wǎng)通過利用專用短距離通信〔DedicatedShort-RangeCommunication,DSRC技術(shù)在交通安全、休閑娛樂等方面實現(xiàn)了很多的應(yīng)用。因此,美國聯(lián)邦通信委員會在5.9GHz頻帶上分配了75MHz的頻段專用于車載通信。如圖6-1所示,整個頻段被分成了七個頻道。包括一個控制頻道和六個服務(wù)頻道?？刂祁l道主要用于安全相關(guān)的應(yīng)用,服務(wù)頻道主要用于各種休閑娛樂應(yīng)用。圖6-1車載網(wǎng)75MHz頻段的分配圖IEEE相關(guān)機構(gòu)隨后提出了1609系列協(xié)議來實現(xiàn)更多的應(yīng)用。其中1609.4協(xié)議是應(yīng)用于車載網(wǎng)MAC層中的上層協(xié)議,它建立在802.11p協(xié)議的基礎(chǔ)之上,工作802.11p協(xié)議的上層。1609.4協(xié)議實現(xiàn)了訪問多個頻道的功能。它通過時間同步技術(shù),把時間劃分成長度為100ms的時間間隔,前50ms切換到控制頻道上來接收安全方面的信息,后50ms切換到各個服務(wù)頻道上來接收非安全方面的信息。通過不同的頻道來發(fā)送安全信息和非安全信息,可以避免不能收到安全信息的情況。在對1609.4協(xié)議的工作機制進行了相關(guān)學(xué)習(xí)之后,目前正嘗試在NS-2中對其進行仿真分析,由于NS-2中并沒有1609.4協(xié)議的源代碼,因此,現(xiàn)階段正在對NS-2中MAC層協(xié)議的源代碼進行修改,以便實現(xiàn)1609.4協(xié)議的功能。6.2.2展望前面主要介紹了車載網(wǎng)目前已經(jīng)成熟的MAC層協(xié)議802.11p和1609.4,在一般的車載網(wǎng)場景中它們能夠很好的實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制的功能。但是車載網(wǎng)的應(yīng)用場景隨時都在動態(tài)變化,難以預(yù)測。比如在交通高峰期,車流量密度非常大,安全方面的信息量較大,給控制頻道分配50ms的時間長度并不能滿足安全應(yīng)用的需求；在交通低峰期,安全信息量小,只是偶爾有安全信息傳送,此時控制頻道卻占用了一半的信道資源,信道資源并沒有得到有效的利用。根據(jù)上面的分析可知,對于100ms的時間間隔,固定的分配給控制頻道和服務(wù)頻道各50ms并不能很好的利用有限的信道資源。因此,這是一個有待于改進的研究方向。如果能夠?qū)崿F(xiàn)100ms的時間間隔隨交通流量的變化而動態(tài)地對控制頻道和服務(wù)頻道進行分配,交通流量變大的時候,控制頻道占的時間也要變長,交通流量小的時候,服務(wù)頻道占的時間也要隨之變長。這樣就可以最優(yōu)化利用有限的信道資源。因此,在以后的工作中,如何合理分配控制頻道和服務(wù)頻道的時間長度這個問題還有待于進一步的研究。結(jié)論本文主要研究了基于IEEE802.11p標準的車載網(wǎng)MAC層協(xié)議以及車載網(wǎng)中其它MAC層協(xié)議的研究狀況。前面的章節(jié)主要對車載網(wǎng)的基本概念、研究現(xiàn)狀及典型應(yīng)用做了簡單的介紹,進而對網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2的作用、基本模擬過程等做了基本闡述,然后對介質(zhì)訪問控制〔MAC層的功能、結(jié)構(gòu)以及目前主要的MAC層協(xié)議進行了簡單介紹。隨后,本文對IEEE802.11p協(xié)議進行了詳細的分析,主要是從工作機制與協(xié)議性能兩個方面,通過網(wǎng)絡(luò)仿真器NS-2建立仿真場景,對802.11協(xié)議與802.11p協(xié)議進行了對比分析,仿真結(jié)果表明802.11p協(xié)議能夠更好地滿足車載網(wǎng)中各種不同類別應(yīng)用的不同需求。最后,本文簡單對目前MAC層設(shè)計過程需要注意的方面進行了總結(jié),然后介紹了目前的學(xué)習(xí)方向和后期有待進一步研究的地方。通過本文的研究工作,可以清楚的了解到車載網(wǎng)MAC層協(xié)議與傳統(tǒng)自組織網(wǎng)MAC層協(xié)議的不同之處,同時對802.11協(xié)議、802.11p協(xié)議和1609.4協(xié)議的工作機制和NS-2網(wǎng)絡(luò)仿真有了深刻的了解,并對車載網(wǎng)MAC層協(xié)議的研究方向進行了展望。但是仍存在一些不足之處：仿真場景可以進一步優(yōu)化,以能夠真實模擬街道場景；可以通過創(chuàng)建馬爾科夫鏈來對802.11p協(xié)議的性能進行分析,使得分析結(jié)果更全面、更準確。在后期碩士研究生的工作中,將會不斷改進研究方法,以期得到更豐富的研究成果。參考文獻YangX,LiuL,VaidyaNH,etal.Avehicle-to-vehiclecommunicationprotocolforcooperativecollisionwarning[C].TheFirstAnnualInternationalConferenceonMobileandUbiquitousSystems:NetworkingandServices,2004:114-123.BiswasS,TatchikouR,DionF.Vehicle-to-vehiclewirelesscommunicationprotocolsforenhancinghighwaytrafficsafety[J].CommunicationsMagazine,IEEE,2006,44<1>:74-82.TsugawaS,KatoS,TokudaK,etal.Acooperativedrivingsystemwithautomatedvehiclesandinter-vehiclecommunicationsinDemo2000[C].ProceedingsofIntelligentTransportationSystems,2001:918-923.[EB／OL].HullB,BychkovskyV,ZhangY,etal.CarTel:adistributedmobilesensorcomputingsystem[C].Proceedingsoft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