认知车载自组织网络中时延容忍路由研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guoke3zhang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着车联网的迅速发展和车载多媒体通信应用的急剧增加,车载自组织网络的有限频谱资源将无法满足日益增长的车载通信需求。认知无线电技术能够让车载通信设备具有动态接入频谱的能力,可以缓解频谱资源短缺问题和提高车载通信的频谱资源利用率,产生一种新型的网络,即认知车载自组织网络。它的产生同时也带来了一系列新的挑战,逐渐成为了国内外的研究热点。在传统车载自组织网络和认知无线电自组织网络中,路由选择问题已经积累了较多的研究成果。然而,认知车载自组织网络同时具有车辆的高速移动特性和可用信道的动态变化特性,使得这些传统网络的研究成果难以直接应用于认知车载自组织网络中。近年来,国内外学者提出了一些针对认知车载组织网络的路由策略。然而,现有的研究普遍存在以下局限性,使其难以适用于各类认知车载自组织网络应用场景:(1)在恶劣的网络环境下难以获得预期性能。在恶劣的网络环境下,节点的快速移动、网络节点稀疏、环境干扰和频谱的快速变化使得稳定的连通路径无法得到保障,使得现有路由协议难以达到预期性能。(2)较少考虑频谱资源调度,频谱资源利用率低。如何最大化的利用有限的频谱资源,同时降低路由跳数过多带来的频谱资源浪费,仍然是一个有待解决的问题。(3)局限于实时性应用,传输开销大,数据包投包率低。针对非实时性应用,如何在最大化投包率的同时最小化传输开销,是一个具有挑战的问题。(4)基于频谱和链路特性进行路由选择,未考虑网络的社交行为。由于车辆的高速移动特性和可用信道的动态变化难以准确预测,基于频谱信息和链路状态估计的路由策略可能导致次优或不可用的结果。时延容忍路由较适用于节点运动随机和链路频繁中断的网络,采用“存储携带转发”的方式来解决网络分割的问题。为此,本文针对认知车载自组织网络中的时延容忍路由问题,围绕路由选择、频谱资源调度、消息调度和基于社交感知的消息复制、转发等问题开展研究。本文的主要研究内容及创新成果如下:(1)我们提出一种CR-VANETs中基于并行转发的时延容忍路由方案,以最大化投包率。我们首先建立了CR信道可用概率模型和V2V接触持续时间模型,以适应CR频谱动态特性和车辆高速移动性。其次,提出了一种并行转发的路由算法,该算法由路由转发策略和包复制策略两部分组成。在路由转发策略中,我们首先根据CR的频谱特性选择可用的中继节点,再根据有效的V2V接触持续时间挑选出一个中继节点的联合转发集,利于下一跳路由选择。在包复制策略中,候选节点并行转发尽可能多的包副本给尽可能多的中继节点,以增大投包率。同时采用一种混合自适应的策略,结合Drop-oldest和Drop-most机制降低了包存储转发所带来的开销。仿真结果表明,与其它路由方案相比,我们方案的投包率平均提高了17.4%。(2)我们提出一种CR-VANETs中基于联合调度的时延容忍路由方案,在对CR频谱资源进行调度的同时优化路由跳数。首先,我们建立了一个针对CR-VANETs频谱可用性预测的网络模型,并计算出车辆间接触持续时间。其次,基于上述模型计算出的参数,我们定义出V2V的通信链路消耗,将其作为权重因子来评估链路质量,对CR频谱资源进行调度。我们分析了优化目标,将其转化为节点约束的最小生成树问题,并证明该问题是NP难的。最后,针对这个联合调度的路由问题,我们提出了一种结合粒子群优化算法和遗传算法的混合启发式算法。该算法具有种群多样性和快速收敛特性,能对CR频谱资源进行调度,同时优化路由跳数。仿真结果表明,与其它路由方案相比,我们方案的路由跳数平均减少了27.2%。(3)我们提出一种CR-VANETs中基于消息调度的时延容忍路由方案,最大化投包率的同时降低传输开销。首先,我们构建了一个联合转发集并设计了一个转发策略。在这个集合中,我们通过考虑CR信道可用性和V2V接触持续时间来选择中继候选节点。此外,我们评估中继候选节点的优先级以提供可靠的转发策略,并将此优先级作为缓存管理的参考要素之一。我们还给出了所提出的路由方案的消息复杂度。其次,我们提出了一种优化二叉树复制算法,该算法可以快速地传播消息并快速的终止复制过程。我们给出了消息副本上限值的计算过程。最后,基于节点优先级、消息标记和消息剩余生存时间这三个参数,我们提出了一个缓存管理策略,用于权衡优化投包率和传输开销之间的关系。仿真结果表明,与四种CR-VANETs路由方案相比,我们方案的投包率和开销率分别平均提高了25.1%和10.9%。(4)我们提出一种CR-VANETs中基于社交感知的时延容忍路由方案,最大化投包率的同时降低传输开销。首先,我们利用社交中心性来评估PU的活跃概率,为SU获得精确的CR信道可用性概率。其次,我们提出了一种基于相遇的并与地理位置相关的SU社区划分算法。它动态地将SU划分为社区内组和社区间组。然后,我们将不同的策略应用于不同的社区通信过程,以增大投包率并减小开销率。对于社区内组的通信过程,我们使用单拷贝策略,并使用接触持续时间来评估候选节点的转发等级。最后,对于社区间组的通信过程,我们提出了一种优化二叉树复制算法,该算法能够快速复制数据包并终止复制过程,并使用桥系数来评估桥接候选节点的转发等级。仿真结果表明,与四种CR-VANETs路由方案相比,我们方案的投包率和开销率分别平均提高了9%和17.5%。
其他文献
社交网络正渗透到国家安全、经济发展和社会生活等各个方面,其沉淀海量数据的价值逐步显现,围绕社交网络数据的挖掘和保护算法的研究和应用也越来越被人们所重视。相比于传统Web,社交网络的数据种类繁多,非结构化数据占比大,数据的计算、存储和传输方式更加复杂,为面向社交网络的数据挖掘很难做到实时性、准确性和适用性;另外社交网络用户隐私数据丢失严重,急需保护。针对上述问题,本文开展了面向社交网络的数据挖掘与保
学位
在基础设施网络的服务器端(Mobile Support Station,MSS),数据广播以其高度灵活性和可扩展性被认为是数据分发的一个有效方法。无线数据广播技术已经被广泛的应用到企业和科研机构中,涉及到智能交通系统(Intelligent Traffic System,ITS)、车联网(Internet of Vehicles,Io V)和基于位置的服务(Location-Based Servi
学位
随着互联网的快速发展,海量的网络信息给人们的日常生活带来了极大的便利。随之带来的一个问题是过于大量的信息导致人们难以高效地从中获取所感兴趣的知识和信息。针对这一信息过载问题,个性化推荐算法应运而生。这一算法通过对用户或物品进行建模,从而为每个用户提供尽可能满足其需求的推荐对象。目前,该算法已经成功地应用于大量互联网应用中,比如淘宝、微博、抖音等。这使得推荐算法成为了一个兼具商业价值和研究价值的热门
学位
亚洲基础设施投资银行是在后金融危机时代和全球化背景下,由中国主倡的政府间区域多边开发机构,其宗旨是通过在基础设施及其他生产性领域的投资,促进亚洲经济可持续发展、创造财富并改善基础设施互联互通,并与其它多边和双边开发机构紧密合作,推进区域合作和伙伴关系,应对发展挑战。亚投行开业至今已经两年有余。在此期间,亚投行充分学习和借鉴传统多边开发银行、特别是世界银行和亚洲开发银行经验,高效完成了建章立制和组织
学位
报纸
传统无线传感器网络通常工作在资源非常有限的ISM频段,在该公用频段内共存的大量无线通信设备易产生相互干扰,通信环境的恶化将对其通信带宽和业务质量造成极大影响。无线传感器网络要想获得更进一步的发展,首要问题就是在面对有限频谱带宽的约束和复杂环境造成的资源竞争下提供让用户满意的服务质量。认知无线电技术研究的深入和应用的推广,对于频谱资源的有效利用提供了新的思路,也给无线传感器网络技术的发展带来了新的机
学位
基于2011—2019年黄河流域沿线94个地级及以上城市面板数据,借助空间杜宾模型和面板门槛模型实证检验了环境规制和制造业集聚与黄河流域经济高质量发展的关系。研究发现,制造业集聚能够显著抑制黄河流域经济高质量发展,环境规制能够显著促进黄河流域经济高质量发展且对邻地经济高质量发展存在正向空间溢出效应,制造业集聚对黄河流域经济高质量发展的影响存在环境规制门槛效应,制造业集聚对上游经济高质量发展的抑制作
期刊
报纸
报纸
本研究探索众包模式协同激励机制的作用效率。众包模式是一种开放型的创新方式,随着互联网的发展,众包模式越来越受到现代企业的关注,成为了一种新的商业模式。众包模式使企业的边界越来越模糊,它使企业利用参与者的创新成果满足用户需求成为可能,有效降低了企业创新成本,提高创新效率,通过生产模式创新提升了企业的竞争力。当前,众包模式作为一种成功的商业模式,已得到了实践界和理论界的高度重视。学术界也在众包模式实践
学位