随着现代化城市的迅速发展,交通管理手段的相对滞后,公路规划建设的不配套,加之汽车拥有量的猛增,“城市交通拥堵”问题已成为现代城市管理所面临的难题。智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)正逐步成为世界各国解决交通拥堵问题的研究方向。车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)是物联网在智能交通领域的应用。根据交通的实际运行环境,车辆自组织网络的通信功能主要划分为车辆-基础设施(Vehicle-to-Infrastructure,V2I)通信和车辆-车辆(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信。通过对车辆自组织网络的研究,在有效缓解交通拥塞、改善交通状况和提升乘客的舒适度等方面具有重要意义。目前的车辆自组织网络研究大部分都基于仿真,车辆自组织网络的通信数据通过普通实验方法较难获取,实地测试代价昂贵,交通仿真是可以采取的有效方法之一。本文从交通系统微观仿真角度,进行基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络建模与仿真研究。(1)确定基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络的分层协议模型车辆自组织网络的分层协议模型从低到高依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等五层。在构建车辆自组织网络仿真平台时,物理层和数据链路层有专门为网络制订的802.11p等协议;网络层通过改进路由协议,提高网络总体性能;传输层和应用层已有成熟的协议。(2)构建基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络的车辆移动模型使用OPNET Modeler软件构建车辆移动模型,OPNET Modeler采用分层的网络模拟方式。从协议的角度,节点模块符合开放系统互联模型OSI(Open System Interconnection)标准,从下到上分别为物理层、MAC(Medium Access Control)层、ARP(Address Resolution Protocol)层、IP(Internet Protocol)封装层、IP层、TCP(Transmission Control Protocol)层和业务层。(3)进行基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络MAC层的研究(1)车辆自组织网络的V2I单车道单向运行场景的建模与仿真在城市道路交通场景下,除交叉口外,车辆节点呈线状分布。因为网络拓扑结构变化不大,在模拟仿真过程中忽略不重要的因素,建立城市道路交通场景下的车辆模型。(2)车辆自组织网络的V2I双车道双向运行场景的建模与仿真在车辆自组织网络单跳场景中,信息在车辆-车辆单跳通信中,传输距离较短,并且只有一跳。仿真实验表明当改变车辆的行驶速度,不影响网络的通信性能;当改变车辆的有效通信范围,通信范围的增加不改变信息传递的负载、吞吐量和时延的变化趋势,仅增加了通信持续的时间。(4)进行移动自组网的先进路由算法与路由协议研究在基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络多跳场景中,针对移动性比较强的V2V网络,仿真实验表明车辆在低速运行时,AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector)协议在吞吐量、网络平均时延、路由负载、丢包率和路由平均跳数等性能上都优于DSR(Dynamic Source Routing)协议,更适合网络的通信需求。(5)进行基于物联网的智能交通系统中车辆自组织网络的安全应用研究车辆自组织网络的传输层和应用层具有成熟协议,从网络的V2I具有冗余系统场景的安全应用角度建模与仿真。在同一车辆安装两套独立的车载单元(On Board Unit,OBU),两个车载单元并行工作。在越区切换的过程中,保证车辆上至少有一个网络接口处于可用的状态。仿真实验表明安装一套车载单元车辆的行驶速度能够影响越区切换,但对具有冗余系统的系统,几乎不受车辆速度的影响。研究以物联网为基础进行交通系统微观仿真研究。最终实现车辆精准识别、路网动态监控、交通指挥调度实时精准的目标。本文的研究工作由甘肃省自然科学基金项目(编号1310RJZA071)和甘肃省高等学校科研项目(编号2016B-031)资助展开。