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喷泉码在车载自组织网络中的应用

李朋武  
【摘要】:车载自组织网络(VANET)作为智能交通系统的重要组成部分,不仅具有移动自组织网络无中心、自组织、多跳的特点,还具有节点高速移动、移动具有定向性、网络规模庞大等特点。车辆之间除了可以直接在通信范围内传输信息,还可以利用中间车辆进行多跳路由转发,实现远距离传输。车辆可以与路边基础设施进行信息双向传输,实现信息上传和下载。由于车辆的快速移动,拓扑结构不断变化,信息传输受信道条件变化影响较大。在紧急情况下传输安全信息时,对信息传输时延要求更高。为了提高信息传输效率,减小传输时延,选取适合车载网络信息传输的编码方案显得非常重要。车载自组织网络中车辆节点发送的包经过网络传输由于包的冲突或超时等原因而未被目的车辆接收,这与删除信道一部分编码比特以某个概率被删除类似,因此选取删除信道下编译码复杂度低、性能较好而又能适应车载网络环境的编码方案成为关键。喷泉码作为一类特殊的无码率编码,能持续不断的产生编码比特,而在接收端只要接收到足够的编码比特即可准确译出,能够适应车载自组织网络编码方式的需求。其中LT码、Raptor码作为喷泉码的两类重要编码已被应用于Ad Hoc等网络中。本文先简单介绍了喷泉码的概念,并根据喷泉码的特点给出了喷泉码的一些应用场合。随后详细介绍了LT码、SRLDPC码、Kite码、RA四类喷泉码,分析各编码的特点。结合车载自组织网络中数据包传输的特征,本文为四类喷泉码选取适合车载自组织网络信息传输的编译码算法。为了研究不同编码在基于数据包传输的车载网络环境中的影响,本文分别对这四种编码在车载自组织网络下进行系统仿真并分析其性能。针对车载自组织网络的网络特征,并结合喷泉码的特点,本文设计了多接入中继方案和并行传输方案。在OPNET仿真软件中进行高速公路场景设计,收集平均成功恢复比特速率和译码开销统计量,比较采用四种编码情况下的网络性能。通过比较分析,在多接入中继方案中利用中继可以改善系统性能,在中继进行异或处理可以提高目的端译码准确率。在并行传输方案中采用喷泉码可以减少译码开销,将完成译码的目的节点转变成源节点并协助发送信息给新的目的节点,可以提高新的目的节点的平均成功恢复比特速率。本文最后在多接入中继方案的基础上提出了路边基站动态接入方案,针对该方案进行仿真得出,当适当降低车辆行驶速度可以有效减少基站切换的丢包数,增加基站与车辆的中继连接时间,提高目的车辆平均成功恢复比特速率。


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