【正文】 ................................................................................ 15 NS2 的節(jié)點(diǎn)模型 ............................................................................................................ 15 NS2 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建 .................................................................................................... 16 NS2 下無線傳輸?shù)哪芰磕Ｐ? ........................................................................................ 17 NS2 工具介紹 ................................................................................................................ 18 數(shù)據(jù)分析工具 awk 簡介 .................................................................................... 18 動(dòng)畫演示的工具 NAM....................................................................................... 20 添加 GPSR 路由算法在 NS2 下 .................................................................................. 21 目錄 II 本章小結(jié) ....................................................................................................................... 21 第四章 基于車載網(wǎng) GPSR 的改進(jìn)算法 ................................................................................... 23 車載網(wǎng) GPSR 算法的不足 ............................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，有著非常廣闊的前景。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們的生活水平在逐漸的提高，對(duì)生活質(zhì)量也有了越來越高的要求，越來越多的家庭開始擁有私家車了。這些問題都給現(xiàn)代的交通系統(tǒng)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在我看來，如果能夠?qū)崿F(xiàn)車輛間的通信，使得車輛之間能夠迅速、快捷的獲得其他車輛的信息，從而讓駕駛者能快速的做出正確的反應(yīng)，那么就可以很大限度的降低交通事故的發(fā)生，從而能在一定的程度上緩解道路的擁堵。 最近幾年來，信息技術(shù)在不斷的快速發(fā)展，我們能在越來越廣泛的地方使用無線網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用范圍很大。無線網(wǎng)絡(luò)擁有廣闊的市場前景和較高的研究價(jià)值。在應(yīng)用方面，如果將移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到車載系統(tǒng)，使得在網(wǎng)絡(luò)中的車輛能進(jìn)行相互的通信，這 不但可以實(shí)現(xiàn)事故報(bào)告，交通狀況信息查詢，而且還能對(duì)駕駛者進(jìn)行輔助駕駛，使得駕駛者在非可視范圍內(nèi)能得到其他車輛信息及路況信息，使駕駛者得到及時(shí)的消息，從而做出準(zhǔn)確的判斷，有利于車輛自身的安全駕駛，這樣就會(huì)提高交通系統(tǒng)的性能，減少交通事故的發(fā)生。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)不但能解決車輛間的通信，還能對(duì)于交通安全及車輛的智能化、便利化也有著非常重要的作用，對(duì)于提升車輛的信息化、自動(dòng)化程度，甚至是擴(kuò)大到國防等應(yīng)用的領(lǐng)域， 都是具有著十分重大的意義的，所以已經(jīng)引起了各國研究機(jī)構(gòu)的很大興趣。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)在的交通安全事故情況已經(jīng)處于高發(fā)期， 交通安全的形勢非常嚴(yán)峻。但是，這種組網(wǎng)的 方式卻有兩個(gè)很大的缺陷：車輛和車輛之間并不能通信，這就導(dǎo)致降低了各車輛之間的信息交流；而且由于這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠容納的用戶容量是有限的，所以肯定會(huì)影響車輛終端的發(fā)展。車輛自組織網(wǎng)絡(luò)來自于自組織網(wǎng)絡(luò)（ Ad Hoc），是自組網(wǎng)絡(luò)在交通領(lǐng)域的另外一種特殊的應(yīng)用，是專門以車輛之間的通信為場景而建立的自組織網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)路邊節(jié)點(diǎn)與車輛之間、車輛與車輛之間的相互通信。從 2020年起，歐洲科學(xué)家們已經(jīng)分別開創(chuàng)了了 Car－ 2－ Car、 FleetNet、 WILLWARNE、 ADASE、COMCAR、 DRiVE、 CHAUFFEUR 2 等項(xiàng)目對(duì)車輛間的通信進(jìn)行研究，而美國也成立了 Vehicle Safety Consortium[3]，日本則成立了 Advanced Safety Vehicle Program，而且通過了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來用于研究車輛間的通信。另外，從 2020 年開始， MobiCom 每年都會(huì)進(jìn)行關(guān)于研究 VANET 的專題研究會(huì)。 最近幾年來，各國的研究人員通過分析一些移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，研究其中的傳輸控制協(xié)議的設(shè) 計(jì)，發(fā)現(xiàn)了一些對(duì) VANET 中傳輸控制協(xié)議的設(shè)計(jì)具有重要借鑒的思想以及方案，但仍然缺乏專門針對(duì) VANET 網(wǎng)絡(luò)這個(gè)相對(duì)來說還是很特殊的移動(dòng)自組網(wǎng)來進(jìn)行的一些專門的研究。同時(shí)，對(duì)比分析了 GPRS 協(xié)議與 AODV 協(xié)議，并在NS2上設(shè)置了場景，進(jìn)行仿真比較。仿真結(jié)果表明， GPSR 基于地理位置的路由協(xié)議由于是以最遠(yuǎn)距離的轉(zhuǎn)發(fā)，其比 AODV 更適用于車常州工學(xué)院延陵學(xué)院 3 載網(wǎng)應(yīng)用的這種環(huán)境，在相同的條件下，丟包更少，延時(shí)更短。 論文結(jié)構(gòu) 第一章 給出了課題研究的背景意義及研究現(xiàn)狀。路由協(xié)議作為車載網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)之一，它的性能很大程度上決定了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。 第 二章 分析了車載自組網(wǎng)的現(xiàn)狀，其中分析了車載網(wǎng)的特點(diǎn)，車載網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，車載自組網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)，其中包括：自組網(wǎng)無線接入技術(shù)， GPS 定位技術(shù)，車載自組網(wǎng)路由協(xié)議。 第三章 介紹了 NS2 模擬與仿真工具，網(wǎng)絡(luò)仿真的方法和一般過程， NS2 的節(jié)點(diǎn)模型， NS2 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建， NS2 下無線傳輸能量模型，以及如何添加 GPSR 算法在 NS2下。針對(duì)車載網(wǎng) GPRS 算法的不足，對(duì)算 法進(jìn)行了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，并添加然后在 NS2 下。 針對(duì) GPSR 算法的不足，提出了改進(jìn)算法，并在 NS2 下進(jìn)行了 GPSR 算法與 GPSR 改進(jìn)算法對(duì)比。 常州工學(xué)院延陵學(xué)院 4 第二章 車載自組網(wǎng)現(xiàn)狀 車載自組網(wǎng) VANET 是指道路上車輛與車輛間，車輛與路邊的固定接入點(diǎn)之間通過相互 通信共同組成的一種開放移動(dòng)的 Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)開放的、自組織的車輛間通信網(wǎng)絡(luò)，在智能交通系統(tǒng) ITS （ Intelligent Transportation System）中起著很重要的作用。 車載自組網(wǎng)概述 車載自組網(wǎng)的特點(diǎn) 移動(dòng)自組網(wǎng)沒有預(yù)先指定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò) ,節(jié)點(diǎn)可以自由移動(dòng) ,網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)間不斷改變。車載自組網(wǎng)它是移動(dòng)自組網(wǎng)所派生發(fā)展出的一個(gè)新的分支。 圖 21 車載自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 常州工學(xué)院延陵學(xué)院 5 活動(dòng)場 景 車載自組網(wǎng)中，可以布置在一個(gè)實(shí)際的地圖上。原來移動(dòng)自組網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模型對(duì)于車載自組網(wǎng)來說，其中的一些特點(diǎn)已經(jīng)不再適合 ,這時(shí)候，創(chuàng)建一個(gè)新的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)模型是很有必要的。 移動(dòng)模型 公路和街道這些都是固定的，所以車輛必須在這些先前指定的路徑上運(yùn)動(dòng)。例如在十字路交叉路口或交通道路收費(fèi)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(wǎng)絡(luò)不連通。而在車輛稀疏的聲所 , 網(wǎng)絡(luò)可能頻繁斷裂 ,這樣隨機(jī)的連通性也會(huì)使一般的路由協(xié)議產(chǎn)生性能的降低，或者不適用。由于車輛的高速移動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致不斷的變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,假設(shè)兩輛車以 20m/s 的速 度向相反的方向運(yùn)動(dòng) ,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(xù)的時(shí)間是 5 秒。 節(jié)點(diǎn)特性 車輛都能裝備一定的通信設(shè)備，能支持高速移動(dòng)下的通信。由于汽車的能量不再受到像傳統(tǒng) Ad hoc 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的能量限制，因此，可以不像 MANET 中需要考慮車載網(wǎng)中能量的問題，相對(duì)于 Ad hoc 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，車載網(wǎng)存儲(chǔ)計(jì)算能量比較強(qiáng)大。第四個(gè)特性使得車載網(wǎng)帶來了前所沒有的機(jī)會(huì)，世界各地學(xué)者企業(yè)界越來越關(guān)注車載網(wǎng)，車載網(wǎng)絡(luò)具有廣闊的前景。 圖 22 車載自組網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu) 在車載自組網(wǎng)中 ,可以采用 OSI 的七層協(xié)議模型來進(jìn)行研究，車載自組網(wǎng)的分層體系結(jié)構(gòu)在如圖 22 所示。 屬性 場景 車載自組網(wǎng) 無線自組網(wǎng) 地理環(huán)境 嚴(yán)格限制 無限制 運(yùn)動(dòng)模式 有規(guī)律的運(yùn)動(dòng) 無規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，隨機(jī)性大 延時(shí)要求 嚴(yán)格 一般 外圍設(shè)備 GPS 導(dǎo)航地圖 可能有 GPS，一般成本低 無線干擾 受高大建筑、交通狀況影響 360o通信，無干擾 應(yīng)用層 表示層 會(huì)話層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 鏈路控制層 MAC 層 物理層 常州工學(xué)院延陵學(xué)院 7 MAC 層主要負(fù)責(zé)媒體的功率控制、服務(wù)質(zhì)量、公平接入等問題，主要用來解決檢測是否有沖突的發(fā)生與碰撞，隱藏終端和暴露終端的問題。 路由層主要包括的內(nèi)容：車載網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)是通過多跳來傳輸數(shù)據(jù)的，路徑的查找、路徑的選擇是網(wǎng)絡(luò)層需要解決的問題。 IEEE 。 IEEE 是一個(gè)由 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)充的通信協(xié)議 ,主要用于車載電子無線通信。應(yīng)用層面包括高速車輛之間以及車輛與 ITS 路邊基礎(chǔ)設(shè)施 ( 千兆赫頻段 )之間的數(shù)據(jù)交換。 GPS 定位技術(shù) 目前定位系統(tǒng)主要有以下幾種： 美國全球定位系統(tǒng) (GPS) 全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System)是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著硬件、軟件的不斷改進(jìn)與完善 ,全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域一直在不斷地開拓 ,現(xiàn)在已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各種部門 ,而且開始不斷深入人們的生活之中。到那時(shí) ,它的導(dǎo)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(gè)系統(tǒng)將 會(huì)處于全球領(lǐng)先的地位。從設(shè)計(jì)方向來看 ,GPS 的定位精度低于“伽利略”?！百だ浴笨梢詾榈孛娴氖褂糜脩籼峁?3種信號(hào) :加密且且需滿足更多要求的信號(hào)、加密且要交費(fèi)使用的信號(hào)、可以免費(fèi)使用的信號(hào)。 常州工學(xué)院延陵學(xué)院 8 中國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗” “北斗”由 30 顆非靜止軌道衛(wèi)星組成和 5 顆靜止軌道衛(wèi)星組成。預(yù)計(jì)大概在 2020 年左右。 全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System)的定位技術(shù)。如今，全球定位系統(tǒng)硬、軟件不斷的完善 ,功能不斷的改進(jìn)，它的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地增加 ,目前已應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各種部門 ,并開始不斷的深入人們的日常生活。各種 Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議可以被用于車載網(wǎng)絡(luò)，例如 aodv[8]， dsdv， dsr協(xié)議等，但高速度變化的拓?fù)浜屯ㄐ欧秶沟脗鹘y(tǒng) Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)中性能很差，無法滿足車載自組網(wǎng)的需要。 車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的分類 路由協(xié)議是車載網(wǎng)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其中節(jié)點(diǎn)高速的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)頻繁變化，所以路由技術(shù)已經(jīng)成為了 車載自組網(wǎng)推廣挑戰(zhàn)之一。 車載自組網(wǎng)的路由協(xié)議的分類如下： 圖 23 車載網(wǎng)路由協(xié)議的分類 車載網(wǎng)路由協(xié)議的分類基于地圖的路由GPCR基于位置的路由基于拓?fù)涞穆酚蒅SRGPSRAODVOLSR常州工學(xué)院延陵學(xué)院 9 基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議 先前的車載自組網(wǎng)的路由協(xié)議大部分都來自于傳統(tǒng)的移動(dòng)自組網(wǎng)，通過周期性的互動(dòng)在節(jié)點(diǎn)之間傳遞信息，得到全網(wǎng)的范圍或者局部范圍內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)的路由。 表 反應(yīng)式路由協(xié)議與先驗(yàn)式路由協(xié)議 的對(duì)比研究 比較內(nèi)容 反應(yīng)式路由協(xié)議 先驗(yàn)式路由協(xié)議 路由信息的獲取 有數(shù)時(shí)發(fā)送時(shí)獲取 始終得到全網(wǎng)范圍路由 獲得路由的等待時(shí)間 等待時(shí)間長 先驗(yàn)式的建立 路由算法體系結(jié)構(gòu) 平面路由結(jié)構(gòu) 絕大多數(shù)是平面路由結(jié)構(gòu) 周期性路由更新 不需要 需要 控制信息的開銷 隨著移婦產(chǎn)科節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)增強(qiáng)而增大 隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加而變大 其中 AODV［ 8］ 是反應(yīng)式路由協(xié)議的經(jīng)典，本文重點(diǎn)介紹 AODV 路由協(xié)議。有三種類型的消息控制幀：路由請(qǐng)求RREQ(Route Request)、路由應(yīng)答 RREP（ Route Reply）和路由錯(cuò)誤 RERR(Route Error)消息。源節(jié)點(diǎn)廣播 RREQ 消息到附近節(jié)點(diǎn)，附近節(jié)點(diǎn)再轉(zhuǎn)發(fā)給它的鄰居節(jié)點(diǎn)，知道到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。如圖 24 所示。如果 B 接收到來自 A 的 RREQ，會(huì)建立到 A 的逆向路由，此時(shí) B 并沒有到 G的路由，所以繼續(xù)廣播給它的鄰近