基于直觉模糊决策的异构车联网网络选择方案研究

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车联网是以车内网、车际网、车载移动互联网为基础,进行无线通信和信息交互的大系统,通过人、车、路、互联网的协同为用户提供个性化的信息服务。在城市环境中存在基于不同无线技术的接入网络,如蜂窝网、WiFi、车载自组织网络,这些网络目标场景和目标用户不尽相同,并且传输速率、覆盖范围、时延等技术指标差异较大。如何设计针对异构车联网环境的网络选择方案来保证用户获取的服务质量(QoS)成为了车联网的研究热点和难点,也是论文所要研究的重点。针对车联网网络选择问题,论文考虑车辆高速移动带来的信号强度快速变化的特性,在剖析相关协议标准和异构车联网特性的基础上,主要针对网络选择算法进行研究,取得了如下主要成果:首先给出了以切换服务器为核心的系统结构,之后为网络信息获取、决策和切换执行设计了符合IEEE 802.21垂直切换协议的整体机制。基于此,为减轻车辆在接入网之间切换过于频繁造成的乒乓效应,整体考虑从本次切换至下次切换之间的决策信息,对这一时间段内的信号强度进行预测,并从切换服务器获取接入网络的通畅度。从而生成备选网络的直觉模糊评价矩阵,以QoS为指标,通过利用逼近理想解方法求解直觉模糊决策问题,得到备选网络的排序。通过高速路场景下的仿真,验证了我们的机制与对比机制相比能够显著减轻乒乓效应,并提升了QoS。其次,考虑到流媒体、在线游戏等不同应用对网络的信号强度、延迟等参数有不同需求,对多应用网络选择算法进行研究。通过选取Sigmoid、指数等形式的效用函数来刻画需求的差异性,结合信号强度和网络拥塞度参数得到各应用对备选网络的直觉模糊评价矩阵。将车辆用户同时使用多个应用时的网络选择问题,转化为直觉模糊群决策问题。通过为相近的评价矩阵赋予更高决策权重的方式,达到兼容更多应用的目的。取评价矩阵中的正负理想情况为基准,求解这一直觉模糊决策问题,达到了满足多应用QoS需求的目的。之后为进一步提升RSU的利用率,给出了一种网络推荐机制,为无自动网络切换功能的用户提供服务,解决了其中的接收推荐信息车辆数的调节问题。最后通过高速路场景下的仿真验证了论文算法在在多应用场景下对QoS的提升作用和推荐机制的有效性。最后,搭建了基于PXI频谱分析仪的高精度信号强度感知平台,可以实现对18个网络频段的信号强度与GPS信息的联合采集。之后,利用该平台进行了校园内信号强度感知测试,构建了信号强度数据库。开发了基于MVP模式的可适配大部分机型的信号强度感知安卓应用,降低了测试成本。之后选取了校园内代表性路段进行了多次测试,利用LSTM方法进行了信号强度预测,最后分析了车辆对信号强度的影响,为研究市区内信号强度的时空变化规律打下了良好的基础。综上所述,论文为网络选择设计了符合802.21的整体机制,基于直觉模糊设计了车辆用户在单一应用和多应用场景下的的网络选择方案,从而满足车辆用户的QoS需求。并开发了基于PXI和Android的信号强度感知平台。论文的研究有助于推进异构车联网网络融合技术和相关应用的发展。
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