車載網絡系統(tǒng)性能分析與組網部署研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)和交通運輸行業(yè)的迅猛發(fā)展，道路交通安全、城市交通擁堵等問題逐漸引起人們的重視，在這種情況下，車載網絡(VANETs)應運而生。車載網絡通過將無線通信技術應用于車輛間通信，大幅度提高道路行車的安全性與交通運輸的有效性。為了確保安全預警信息與車流擁塞信息能夠實時、可靠地傳輸，車載通信系統(tǒng)的整體性能必須得到提升。而車載網絡的自身特性，諸如高速移動性、網絡拓撲動態(tài)變化、車輛位置分布的隨機性、無線信道的衰落特性等，都嚴重影響著通信系統(tǒng)

2、性能，也對車輛間無線通信的可靠傳輸提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。因此，分析網絡隨機特性與無線傳播環(huán)境等不同因素對車載網絡系統(tǒng)性能的影響具有重要意義。
　　本文采用概率論與隨機過程等數學工具，對高速公路場景下動態(tài)隨機的車載網絡進行理論建模，深入地分析了網絡拓撲變化、車輛移動特性、無線衰落信道以及用戶主觀行為等不同因素對車載網絡系統(tǒng)性能的影響，為車載通信系統(tǒng)的上層協(xié)議設計以及網絡規(guī)劃部署提供了理論指導。本文主要工作如下:
　　1)本文根據車

3、載網絡對數據業(yè)務持續(xù)傳輸的需求，對高速公路場景下的無中心車載網絡進行建模，研究了網絡拓撲變化對持續(xù)連通性能的影響。基于車輛到達服從泊松過程的假設，本文得到了車間距離與車輛相對速度的分布特性，進而推導出通信鏈路持續(xù)連通概率，并將鏈路連通性能擴展到全網性能分析中，得到了網絡傳輸容量、全網連通概率、多跳通信中斷概率以及節(jié)點孤立概率的解析表達式。
　　2)受車輛移動特性與無線傳播環(huán)境的影響，通信車輛之間的無線鏈路容易被附近其他移動車輛所遮

4、擋。針對這一情況，本文采用存在車輛遮擋的無線信道模型，分析了車輛移動特性以及實際信道模型對通信鏈路性能的影響。根據存在車輛遮擋的路徑損耗模型與無線信道狀態(tài)轉移模型，本文推導出車間通信鏈路連通概率與任意車輛節(jié)點孤立概率的閉合表達式，并結合車輛節(jié)點的相對運動速度，得到了鏈路持續(xù)時間的分布特性，進而研究了無線信道參數、車輛移動特性以及相對運動情況對鏈路傳輸性能的影響。
　　3)針對駕駛員的主觀行為對車載網絡系統(tǒng)性能的影響，本文建立了基于

5、車間協(xié)作通信的鏈路連通性能分析模型，采用能夠準確描述信道衰落特性的無線信道模型，分別針對當網絡中的干擾信號呈現獨立同分布以及獨立不同分布的兩種情況，推導出車間協(xié)作比例與鏈路連通概率之間的關系?；谒⒌姆治瞿Ｐ?，本文分別在Nakagami與Rayleigh衰落信道下，得到了最優(yōu)協(xié)作比例與不同系統(tǒng)參數之間的數值關系。分析結論揭示了車間協(xié)作比例對網絡連通性的影響，為車載網絡的規(guī)劃與部署提供了理論依據。
　　4)本文借助路邊基礎設施和

6、中繼車輛來提升車載網絡系統(tǒng)性能，針對基于基礎設施和中繼車輛的車載通信系統(tǒng)，提出了基于中繼傳輸的網絡性能分析方法。本文采用基于實際測試的雙斜率分段路徑損耗模型，通過疊加無線信道的小尺度衰落特性，分析了中繼傳輸對基于基礎設施的車載通信信道容量以及鏈路連通概率的影響。基于隨機泊松點過程理論，本文分析了存在中繼車輛節(jié)點的車載網絡連通性，得到了中繼節(jié)點比例與全網連通概率之間的數值關系，考慮發(fā)射功率限制以及系統(tǒng)干擾因素，進而研究了中繼節(jié)點比例的配置