基于可见光通信的V2V路由协议研究

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近年来,随着汽车保有量的增加,城市交通安全成为了研究热点方向,车联网作为智慧交通的关键技术被用来解决交通问题,实现车辆与车辆间(V2V)通信的信息交互。V2V通信时车辆密度很高,传统的车联网基于无线电的通信方式,由于频谱范围有限存在信道资源短缺问题。可见光频谱在400790THz之间,具有较低延时,带宽广的优点,将可见光通信(VLC)应用于车联网具有很大的研究价值。基于VLC的V2V路由协议给出了源车辆到目的车辆最优路径的选择方案,保证车辆间的通信的可靠性能。路由协议研究的提出还可以克服基于射频通信的V2V路由协议延时长、易受攻击等局限性,解决远距离多场景下通信的问题。本文的研究内容如下:首先,介绍了可见光通信的特性以及可见光增益的经典模型,在直道场景下,研究基于输入输出的隐马尔可夫模型进行车辆速度预测,将预测的速度引入可见光增益中,得到改进的可见光增益模型。在弯道场景下,研究了转弯轨迹模型,建立发射角和接收角的修正模型,从而得到了基于轨迹模型的改进可见光增益模型,2种场景下的模型为后续的路由协议研究提供了基础;然后,基于速度预测的可见光增益模型,研究了利用接收光功率及可通信车辆数的车辆候选集方案,建立路由选择函数,在此基础上研究了一种基于多跳中继的V2V的VLC路由算法,对每一条链路进行判断,在确保链路稳定性及接收功率较高的前提下,确定出最优链路。仿真结果表明构建的路由协议在信噪比、误码率方面优于已经提出的最短路径动态路由协议和树状路由协议;最后,基于弯道场景的可见光增益模型,建立VLC损耗模型,并引入VLC的延时模型。进而将车载专用短程通信(DSRC)作为补充技术,从损耗和延时两个性能方面确立通信路径的优化指标,建立VLC-DSRC多跳异构的路由优化模型,解决了单一VLC在弯道上接收角和发射角会产生较大变化,性能不佳的问题。仿真结果表明综合考虑延时和损耗性能的路由协议指标时,异构VLC-DSRC包含了VLC与DSRC两者优点,尤其在延时方面异构VLC-DSRC模式具有最好的性能。
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