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基于OMNeT 的VANET最优传输路径选择.rar

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    基于 OMNeT VANET 最优 传输 路径 选择
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    二 ○ 一 四 届 毕 业 设 计基于 OMNeT++的 VANET 最优传输路径选择学 院:电子与控制工程专 业:自动化姓 名:白 波学 号:3201100329指导教师:李 刚完成时间:2014 年 6 月 11 日二〇一四年六月摘 要近年来,随着智能交通系统的高速发展,车载自组织网络作为智能交通系统的关键技术备受关注,因此应用于 VANET 车载自组织网络中的关键技术得到了广泛研究。其中,OMNeT++ 是一种面向对象的离散时间仿真软件,并且能够运行于Windows、Linux 等多个操作系统之下,能够对复杂的交通情况、随机的交通突发事件切合实际的模拟与仿真。 随着无线网络技术的发展,提出一种新型的无线网络技术—无线 Ad Hoc 网络(Mobile Ad hoc Networking,MANET ) 。这种无线网络是不依靠任何基础设施,直接由无线节点组建而成的网络,各个无线节点通过无线接口传输数据,具有不依赖固定基础设施的数据传递、自组织和管理等特点。如今,许多路由协议是基于移动自组织网络设计的,而一些协议可以直接应用于 VANET 车载自组织网络中国,从而使 VANET 成为 MANET 在智能交通领域中新的应用技术,已经逐渐成为无线网络及智能交通系统中非常热门的研究课题。 车载自组织网络 VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)可谓是非常关键的技术,它具有高速运动、节点数量大、跟随路径移动以及通信的质量受复杂的环境影响等特点,因此其研究重点及网络体系结构跟常规的无线自组织网络有很大的区别。它是在道路上构建一个自动组织、高效模拟突发交通状况、位置布置开放的车辆间的通信网络。 由于车载自组织网络中车辆节点数量大,VANET 系统中需要解决的难题就是寻找和维护实时路由信息,使得这项研究具有很高的挑战性。本论文在分析了VANET 的特点,总结了 VANET 研究现状的基础上,着重研究了 VANET 下的路由协议,最后提出一种基于 GPCR 路由算法的 VANET 仿真平台的设计与实现。基于位置信息的路由算法,很适用于网络环境高速动态变化的道路交通网络。很多路由协议都采用这种算法,比如 Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)等等。关键词:无线 Ad Hoc 网络,车载自组织网络, OMNeT++ AbstractIn recent years, with the rapid development of intelligent transport systems, vehicle self-organizing network technology as a key concern of intelligent transportation systems, and therefore used in VANET car key self-organizing network technology has been widely studied. Which, OMNeT++ is an object-oriented discrete-time simulation software, and can run on multiple operating systems under Windows, Linux, etc., capable of complex traffic conditions, traffic incidents random realistic modeling and simulationWith the development of wireless network technology, the paper proposes a new wireless network technology - Wireless Ad Hoc Networks (Mobile Ad hoc Networking, MANET). This is not to rely on any wireless network infrastructure, set up by wireless nodes directly from the network, each wireless node to transmit data through a wireless interface, with no reliance on fixed infrastructure for data transmission, such as self-organization and management features. Today, many routing protocol is based on mobile ad hoc network design, and some protocols can be directly applied to VANET vehicle self-organizing network China, making VANET become MANET in the field of intelligent transportation applications of new technology, has gradually become a wireless network and smart transportation system is very hot research topic.Car ad hoc networks VANET (Vehicular Ad Hoc Networks) turns out to be very critical of technology, it has high speed, large number of nodes, the quality of the path followed by the mobile and communications complex environmental impact, etc., and therefore the focus of their research and network architecture with conventional wireless ad hoc networks are very different. Communications network which is built on the road an automatic organization and efficient simulation of unexpected traffic conditions, location, open layout between vehiclesAs the vehicle-vehicle ad-hoc network nodes in large quantities, VANET systems need to solve the problem is to find and maintain real-time routing information so that the study has a high challenge. This thesis analyzes the characteristics of VANET, summed up the status quo on the basis of VANET research, focuses on the routing protocol under VANET. Finally, the design and implementation of a GPCR-based VANET routing algorithm simulation platform. Routing algorithm based on the location information, it is suitable for high-speed network environment dynamic road network. Many routing protocols are using this algorithm, such as Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR), and so on.Keywords: Wireless Ad Hoc Networks, Vehicle Ad Hoc Network, OMNeT++摘 要..................................................................................................................................2第一章 绪论......................................................................................................................61.1 课题研究背景........................................................................................................61.2 国内外研究现状....................................................................................................71.3 课题研究的目的及意义........................................................................................71.4 本次课题研究的创新点........................................................................................81.5 本次论文结构介绍................................................................................................81.6 本章小结..............................................................................................................10第二章 课题理论基础....................................................................................................112.1 智能交通系统的描述..........................................................................................112.1.1 智能交通系统的简单介绍........................................................................112.1.2 智能交通系统中的子系统介绍................................................................122.1.3 无线技术在智能交通系统中的应用........................................................142.2 移动自组织网络的概述......................................................................................152.2.1 移动自组织网络的起源............................................................................152.2.2 移动自组织网络的含义............................................................................162.2.3 移动自组网的独有特性............................................................................172.2.4 移动自组织网络的体系结构....................................................................182.3 本章小结..............................................................................................................20第三章 车载自组织网络—— VANET 的相关研究 .....................................................213.1 车载自组网的概念..............................................................................................213.2 车载自组织网络的结构特点及应用..................................................................233.3 车辆自组织网络面临的问题..............................................................................253.4 本章小结..............................................................................................................25第四章 车载自组织网络中路由协议的研究................................................................264.1 基于位置信息的路由协议..................................................................................264.1.1 辅助路由 GPSR 的介绍 .........................................................................274.1.2 辅助路由 GPCR 协议的介绍 ...............................................................314.2 广播路由协议......................................................................................................324.3 本章小结..............................................................................................................33第五章 OMNeT++仿真软件 ...........................................................................................345.1 OMNeT++软件概述 ............................................................................................345.2 OMNeT++仿真软件的组成 ................................................................................345.3 OMNeT++的总体框架及仿真模型实例 ............................................................355.4 NED 网络描述语言 ............................................................................................375.4.1 NED 网络描述语言的应用特性 ..............................................................385.4.2 NED 网络描述语言的应用实例 ..............................................................385.5 C++中的算法编写 ...............................................................................................405.5.1 C++中的算法实现 .....................................................................................405.5.2 C++算法实现的应用实例 .........................................................................425.6 用 OMNeT++进行仿真建模的大致流程 .........................................................445.7 本章小结..............................................................................................................47第六章 VANET 仿真平台设计与实现 ...........................................................................486.1 算法说明..............................................................................................................486.1.1 路由算法一:基于位置信息的路由算法(GPCR) .............................486.1.2 路由算法二:广播路由............................................................................536.2 VANET 仿真与测试 ...........................................................................................556.2.1 仿真软件组件介绍....................................................................................556.2.2 仿真模型框架及仿真硬件介绍................................................................556.3 本章小结..............................................................................................................57第七章 结论....................................................................................................................587.1 本论文研究结果总结..........................................................................................587.2 前景展望..............................................................................................................60附录....................................................................................................................................65致谢 ................................................................................................................................66第一章 绪论 1.1 课题研究背景 在智能交通系统中,车载自组织网络 VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)可谓是非常关键的技术,它具有高速运动、节点数量大、跟随路径移动以及通信的质量受复杂的环境影响等特点,因此其研究重点及网络体系结构跟常规的无线自组织网络有很大的区别。它是在道路上构建一个自动组织、高效模拟突发交通状况、位置布置开放的车辆间的通信网络。VANET 着重应用于智能交通系统中,它将非常先进的 IT 技术、信息实时更新技术、车辆跟踪技术、计算机处理技术以及电子设备控制技术等高速地集成运用于整个交通运输系统中,并且及时有效地解决交通运输中的问题,保证交通的顺畅,提高交通系统的承载能力,改善驾驶的疲劳情况。 由于车载自组织网络中车辆节点数量大,VANET 系统中需要解决的难题就是寻找和维护实时路由信息,使得这项研究具有很高的挑战性。本论文在分析 VANET 的特点,总结了 VANET 研究现状的基础上,着重研究了 VANET 下的路由协议,最后提出一种基于 GPCR 路由算法的 VANET 仿真设计与实现。 1.2 国内外研究现状 车载自组织网络 VANET 起源于军事应用,后来社会发展需要和人们的生活水平,对于信息获取的要求也急剧需要提高,那么车载自组织网络应用于生活中也是很有必要的,其快速地发展速度也给大量的汽车厂商和研究机构带来了福音,更多的资金投入到车载自组织网络的发展中,更有深度的技术研究投入到车载自组织网络中,使得其更加快速而有效的发展。 就现有数据表明,越来越多的政府机构科研院所和汽车厂商都加入了研究车载自组织网络的研究行列中,可见车载自组网络(VANET)技术的成熟应用指日可待。就研究起始时间而言,日本的汽车电子技术协会是最早研究车载间互相通信。紧跟着,国外的 Car TALK2000 项目也立即被加入研究工作的行列,研究重点就是提高汽车的安全性和舒适性。 1.3 课题研究的目的及意义 车载自组网络 VANET 的英文缩写是 Vehicular Ad Hoc Networks,相对于比较一般移动自组织网络而言,它是一张应用环境比较特殊的移动自组织网络。车载自组织网络 VANET(Vehicular Ad Hoc Networks)可谓是非常关键的技术,它具有高速运动、节点数量大、跟随路径移动以及通信的质量受复杂的环境影响等特点,因此其研究重点及网络体系结构跟常规的无线自组织网络有很大的区别。它是在道路上构建一个自动组织、高效模拟突发交通状况、位置布置开放的车辆间的通信网络。由于车辆间的通信要求及时有效,那么在传输是过程中能够允许的时延也实在是太短,因此对于车载自组织网络的技术要求就更高一个层次。如何选择当前最佳最短路径就是需要解决的重中之重的技术问题。车载组织网络对于路由协议最关键的问题是使用最少量的网络资源来实现最短的传输时延。对于以往研究中的移动自组网络的一些路由协议是完全能够直接应用于当前或者未来的车载自组网络中,但是由于当前和未来的车载自组网络中车辆节点的移动速度特别迅速,那么就显得使用的以往的路由协议的达不到节点位置快速变换的要求。总结这些多的实践与理论对比结果,分析出能够设计出一些路由协议专门应用于车载自组织网络成为车载自组织网络能够高效应用的关键 [1]。 1.4 本次课题研究的创新点 GPCR 的英文全称是 Greedy Perimeter Coordinator Routing,它提出了一种新型的专门解决城市道路环境路由问题的方法,具有创新性地采用了被限制的预备先选择路径的贪婪转发策略,为了保证所选路由路径安全可靠,这种策略提出了在总共的边缘结点中优先使用离目标地址距离最短的结点作为数据路由,这种策略结合了协调结点的概念。其中协调结点是表示位置处于路口的结点,如果要选择下一跳,优先使用离目标地址距离最短的结点作为数据路由。 本论文在分析了 VANET 的特点,总结了 VANET 研究现状的基础上,着重研究了 VANET 下的路由协议,最后提出一种基于 GPCR 路由算法的 VANET 仿真设计与实现。 1.5 本次论文结构介绍 本文主要分为三部分:第一部分是详细地阐述了本次课题研究需要的理论基础知识以及一些关键的支撑技术,例如智能交通系统的概念,VANET 技术国内外研究现状,VANET 技术中路由协议难点等。第二部分主要详细地介绍了本次课题中依靠的仿真平台 OMNET++,以及在 VANET 技术路由算法的基础知识。第三部分就是本次课题研究的重点就是 GPCR 路由算法实现车载自组织网络仿真与设计,这部分的内容分别阐述了 GPSR、GPCR 路由算法的概念,最后实现了基于 GPCR 路由算法的 VANET 仿真设计。 本篇论文章节安排如下: 第一章概括地阐述了本次课题研究的背景以研究目的,简单地分析了 VANET国内外的发展现状,并且明确了本次课题研究的主要内容,需要解决的问题,以及本次研究的创新点。 第二章介绍了如今被广泛关注的智能交通系统。详细地阐述了智能交通系统的定义以及一些典型的智能交通系统模型。然后是介绍了当前智能交通系统中涉及到的无线通信技术,包括智能交通系统中的车辆间互相通信技术、无线传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等。 第三章主要介绍车载自组织网络——VANET 技术中的路由协议的主要内容。由于车辆网络中节点移动速度迅速,网络拓扑结构变化频繁,因此在车载自组织网络中,路由协议的设计成为了重中之重的部分。路由协议决定了两个通信实体之间交换信息的方式,它包括了设定路由路线,转发决策,路由维护,路由恢复等。 就以往研究结果来看,车载自组织网络路由协议的分类主要有三大类,分别 是地理组播路由协议(geocast routing)、单播路由协议( unicast routing) 、广播路由(broadcast routing) 。本章内容中会详细地介绍这几种协议的相互区别以及在实际应用中的区别。 第四章是总结以往经验之后,对 VANET 的技术基础知识进行了简单而详细地阐述。本章主要从三个方面来阐述 VANET 技术,第一个方面车载自组织网络一般采用的三种路由算法,以及它们之间的相互区别,后续的工作会采用 GPCR 贪婪路由算法进行仿真。对于车载自组织网络的技术体系结构作出了详细而明了地介绍。本章的最后是总结了车载自组织网络的关键技术特点,简单提出了在后续的研究中需要解决的技术难点。 第五章着重研究了本次课题研究的仿真软件 OMNeT++。OMNeT++模拟仿真器是面相离散事件的,对于智能交通系统中复杂的交通状况,路边设施的繁多,OMNET++仿真器都可以准确地、快速地将实际与仿真结合,分析交通突发情况,并且及时有效地提出解决办法,使得交通系统通畅,保证了驾驶的舒适度。第六章是 VANET 仿真设计部分。GPCR 是基于位置信息的路由算法,很适用于网络环境高速动态变化的道路交通网络。这个章节分别从路由算法的选择,广播报文处理流程,仿真平台的选择与测试几个方面来阐述车子自组织网络的设计与实现,最后得出预期结论。 第七章是结论与展望部分。着重总结在本次课题研究中涉及到的关键技术和重要理论,是对本次课题研究的梳理与总结,以及在研究过程中遇到的问题和需要进一步研究的方向。
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