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车辆间的通信是智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)架构中的重要组成部分,为了满足车辆间实时可靠的通信,促进了对车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Networks,VANET)的研究,VANET是一种特殊形式的移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks,MANET)。由于与MANET相比,VANET中节点的快速移动使得网络拓扑动态变化,且车辆的移动受到道路拓扑的限制,使得不能将MANET中的路由协议直接运用到VANET。针对大规模的车辆场景,由于簇机制具有合理分配资源、可扩展性好、节省对带宽占用等优点,因此簇路由协议成为VANET中的重要研究热点。
本文首先对VANET中现有的路由协议进行分析,提出了现有协议存在的缺点,然后介绍了簇路由协议应用在车辆环境的优点,为随后的研究工作奠定了基础。本文通过对现有的簇算法进行深入分析,提出了适合车辆环境新的方案。
首先,本文针对大规模车辆环境中簇头的频繁变化,如何优化设计簇头选择问题,给出了一种基于连接度和维持时间的簇路由协议PTBP。通过计算一跳邻居节点间的连接度和维持时间,判断节点的优先级,从而选择优先级最高的节点作为簇头节点,实现了最优簇头选择。数据包仅需在选出的最优簇头节点或是网关节点间传输,以降低网络泛洪开销、提升路由综合性能。本文分别从簇头的选取、簇的形成、簇的维护、路径的选取几方面对协议的具体实现进行了详细阐述,并对该协议进行了性能评估。
其次,本文针对成簇效率问题,给出了一种适应车辆环境的基于单元网格的AP聚簇算法GCAP。通过将若干车辆节点组成的一个单位网格替代某单一车辆节点,从而将单一车辆节点间的聚簇转化为单元网格间的聚簇,以此来提高车辆间的成簇速度。通过网格间授权消息responsibility、可行性消息availability的传输,最终将具有较高相似度的车辆节点聚合为一个簇,从而确定成簇结果。其中,相似性函数的确定取决于节点间的位置差和速度差,以适应车辆拓扑快速变化的场景。并通过仿真分析比较了基于单元网格的AP聚类算法GCAP与车辆网络中的AP算法APROVE在成簇花费时间和簇头变化率上的性能。