开题报告李v2

济 南 大 学

硕 士 研 究 生 学 位 论 文

开 题 报 告 表

研究生姓名： 李保珠 导师姓名： 刘悦 学科、专业： 计算机应用技术 所属学院：信息科学与工程学院

填表说明 1、开题报告表一律用计算机打印，逐项填写，不得空项。 2、除评价部分外，其余内容用5号宋体字打印。 3、文献综述可单独装订成册作为附件上交。 4、全部内容填写完毕后在规定时间内上交研究生秘书。

2009 年 11 月 15 日

学科、专业 毕业论文题目 论 文 类 型 计算机应用技术 研 究 方 向 车用自组织网路由策略研究 计算机应用技术 基础研究 应用研究 √ 开发研究 其 他 选题的目的、意义和研究动态： 1论文选题的目的、意义 过去一个世纪以来，汽车极大的改变了人类的生产生活方式。随着经济社会和“汽车时代”的迅速发展，交通问题日益突显，道路交通事故已经成为全球性公共安全问题。交通事故因其极强的 “杀伤力”被称为世界“头号杀手”[1]，智能交通成为世界各国研究的热点。而建立合理、有效的交通通信系统对于实现智能交通来说至关重要，也是实现智能交通的重点和难点。智能交通系统( Intelligent Transport Systems, ITS)作为一个全新的课题，正在引起学术界和各大知名汽车制造商的关注。 智能交通系统是未来交通系统的发展方向，其是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智能交通系统的主要目的是提高交通运输的安全性和效率。而ITS中车间无线通讯是提高安全性的重要手段之一[2]。作为智能交通系统重要基础之一的车辆网络概念就是在这种需求背景下提出的。 车辆网络(Vehicular Ad hoc Networks，VANET)是专门为车辆间通信而设计的自组织网络，它创造性地将自组网技术应用于车辆间通信，使司机能够在超视距的范围内获得其他车辆的状况信息（如车速、方向、位置、刹车板压力等）和实时路况信息[3,4]。车辆网络是移动自组织网络（Mobile Ad hoc Network, MANET）一个新兴的研究分支，其中车辆为网络的移动节点。VANET与MANET 的相似之处在于其快速运动的节点和不断变化的网络拓扑结构[5 ] . 而VANET 与MANET 的不同之处在于其节点的运动路径是在既定的道路上,不会做出各种曲线运动. 在VANET 中,车辆的运动速度受规定车速、道路交通状况和交通控制机制的. 此外,未来的车辆会装备有可充电的能源或太阳能设备,因此VANET 将不会存在MANET 所具有的能量受限的问题. 从以上特点可以得出,VANET 是一种非常灵活的,且相对易于控制管理的MANET[6]。 车辆网络的设计目标是建立一个车辆间通信的平台，不仅提高交通效率，还为司机的通行带来可靠安全和多重便利，使旅行者更加舒适。车辆网络的应用包括交通管理和多媒体信息的共享. VANET 应用于交通管理可以分发交通事故、道路堵塞等路况信息, 实现交通事故告警，帮助驾驶员避免碰撞[7]；在交叉路口、高速路入口等关键地点进行引导和协调[8] ,这样可以有效减少交通事故,提高行车安全,高效管制城市交通；能实现道路交通信息查询、高速公路缴费和车辆间语音视频通信等功能。 VANET 还可以在车辆间共享天气信息、加油站和餐馆地点等信息. VANET 作为末端网接入Internet ,还可以提供音乐下载、资讯共享等服务。在2003 年ITU-T 的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车辆网络技术有望在2010 年将交通事故带来的损失降低50%[9]，从而避免由此带来的每年数十亿的经济损失，减少几十万人的伤亡，同时可以大量减少汽油的消耗和尾气的污染。 随着近几年来车辆间通信技术逐渐成为智能交通系统领域中的热点问题(车辆、交通的发展需要通信的支持)，而传统的车辆通信网络为了处理避免碰撞、紧急消息报警、动态路线安排、实时交通状况监控等应用，需要在每条道路配备相应的路边基础设施。由于路边基础设施架设困难，维护成本高，阻碍了车辆间通信技术的推广。因此，VANET特别是VANET路由协议引起了智能交通系统研究者的广泛关注[10]。由此可见，数据分发是车辆网络所能提供各类应用的基础，所以，必须开发出对各类应用来透明的、高效的、可靠的及实时的数据分发途径，才能保证车辆网络中其他应用的正确运行;并且数据分发应能根据不同的应用需求来满足特定的设计目标。 2研究动态 目前国内外对VANET的研究也大都是基于经典的网络体系结构来进行的。下面分层介绍车辆网络相关技术的研究现状： 2.1物理层 由于车载自组网独特的性质，决定了其对物理层的要求比较苛刻：要求在高速移动的环境下具有较强的顽健性，减少因高速移动引起的信号突变所带来的影响，尤其是在高速下产生的多普勒效应等的影响；支持高速率传输，提供多跳连接（甚至是在节点密度比较小的情况下）,保证足够的信息交互；而且对于安全报警信息延迟要非常小，支持突发性数据流, 保证其实时性；与MAC 层协议接口相匹配；另外，需要工作在无需授权的频段内，以保证其应用普及。 目前国外所应用的车载自组网系统所采用的物理层技术主要是基于802.11(Wi-Fi)[11]标准和UTRA-TDD(TD-CDMA)[12]技术，例如CarTalk 与F1eetNet 项目都采用了UTRA-TDD 技术，C2C 联 盟则主张使用改进后的802.11b 技术。 此外，目前在我国最为普及的GSM 移动通信技术，其稳定的性能被大家所接受， 而支持自组织方式的GSM 网络(A-GSM[13])是受Lucent 技术公司资助，对下一代GSM 蜂窝网中继能力进行研究的课题：该课题研究人员试图在尽可能减少对现有GSM 系统改动的基础上，使移动台具有中继功能，由此来增强GSM网络的覆盖能力。由此可见GSM 技术应用在自组网中是可行的，其性能也完全符合车载自组网的要求，所以车载自组网物理层也可以尝试采用GSM技术。 2.2 MAC层 MAC 协议直接控制报文在信道上发送和接收，它的优劣直接影响到极为有限的无线资源的使用效率，对车载自组网的性能起着决定性的作用。MAC 层除了需要解决隐藏终端，暴露终端和资源分配的公平性等普遍问题外，车载自组定的应用环境和业务需求是其要面临的特殊问题：如车载终端移动速度快，网络的拓扑结构高度动态变化，需要支持突发的优先级高，实时性强的交通安全类业务应用，许多实时业务需要以广播形式发送等。因此，基于自组网的车载通信系统MAC 协议需要具备以下特征[14]:①支持车辆高速移动性；②保证通信的实时性和可靠性；③具有较好的可扩展性；④具有较高的带宽利用率；⑤采用全分布式自组网方式；⑥为每个用户提供公平的通信机会；⑦提供高效、及时的广播机制。 MAC 层主要是完成无线资源分布式仲裁和管理的工作，其接入方式首先需要考虑的是一个公平 性的问题，可以从两个角度进行考虑：①从节点的角度出发，力图保证节点之间占用的信道带宽相 等。②从业务流的角度考虑，力图保证业务流之间占用的信道带宽相等。但是，不论从哪个角度考虑 该问题，最终都归结为如何在MAC 协议中确保每个网络节点的公平接入。 在国内，也有一些研究机构和大学对车载自组网MAC 协议进行研究，不过更多的是在军事领域 进行研究。信息工程大学[15]提出了一种移动自组织网络新型MAC 协议BR-TDMA，该协议采 用分布式控制，支持分组突发业务和资源预留的实时业务，对网络规模不敏感，较好地解决了隐藏、 暴露终端等问题。郑州信息工程大学[16]提出了一种新型的用于自组网车载通信系统的MAC 协议CCR-ALOHA。该协议采取竞争与预约相结合的分配方式，并将用于预约的控制时隙和业务时隙相分离，能够提供可靠的单跳广播信道和高效的多跳广播服务，平均分组时延较小，具有较好的可扩展性。 2.3 网络层 由于车载网络拓扑的频繁变化，节点移动速度很快，路由技术成为了车载自组网中的重大挑战之 一。在早期实验平台中使用的是一些简单洪泛路由技术[17]。目前，在车载自组网中使用的路由协议大致可以分为3 类： ① 基于拓扑的路由(TBR,topology-based routing)协议；②基于位置的路由(PBR,position-based routing,)协议；③基于地图的路由(MBR,map-based routing)协议，DSDV(Destination-Swquenced Distance-Vector)协议时一种距离矢量路由协议，是由传统的Bellman-Ford路由协议改进得到的，它利用目的节点序列号来解决DBF算法的路由环路和无穷技术问题。 AODV[18](Ad-hoc On-Demand Distance Vector Routing)是一种按需路由协议，它根据业务需求建立和维护路由，由DSDV[19]算法发展而来。它利用了目的节点序列号确保了所有路径在任何时间都为无环路的和所有的路由信息都是最新的，同时避免了传统的距离矢量路由算法所具有的问题（例如无穷技术问题）。 GSR(Geographic Source Routing)[20]是基于地理位置和拓扑结构的路由协议。GSR通过位置服务获取目的节点的位置信息之后，需要额外利用电子地图的信息计算从本节点到目的节点的最佳路由，路由计算的算法选择Dijkstra最短路径算法。信息在节点间的传递仍使用贪婪转发。为了增大路由策略的灵活性，中间节点在数据包到达后可以利用Dijkstra 最短路径算法重新计算最佳路由，以获得性能的提高[21]。协议非常简单，并且容易实现，但在应付快速变化的拓扑结构方面效率非常的差，并且很容易因为车辆移动的方向不同而产生很频繁的网络分割问题。 GPCR（Greedy Perimeter Coordinator Routing）[22]提出了专门解决城市环境中的路由问题的方法，它采用了受限的基于预选路径的贪婪转发策略，为了提高路由的可靠性，协议在所有的边缘结点中选择最接近于目标地址的结点进行数据路由，协议引入了协调结点的概念，协调结点是指处在路口的结点，当选择下一跳时，协议会优先选择处在交叉路口的结点来进行路由。 [23]GPSR（Geographical Perimeter Stateless Routing）是比较有名的利用地理位置来优化路由的协议。节点在发送数据前不寻找路由，不保存路由表。移动节点直接根据位置信息（包括自己的、邻节点的以及目的节点的位置信息）制定数据转发决策。数据分组中通常携带目的节点的地理位置信息。网络中相邻节点间通过周期性广播分组获得其他节点的位置信息。源节点或中间节点根据这些位置信息，将数据分组传送给一个或多个相对自己而言距离目的节点更近的邻节点[24]。 SAR(spatial aware routing)[25]是针对路由空洞障碍的进一步改进，也可以说是在GPSR 路由协议的基础上的进一步改进，基本思想是：建立一个网路节点组成的空间模型图，模型图中的点表示车辆网络中的一些重要连接点(车辆、路边设施等)，边表示连接点之间的连接。图中的点是根据GIS 中有用信息中提取出来，最后通过编写一个地理数据文件(geographic data files)语法分析器，从空间模型图中提取道路的相关信息。把源节点和目的节点的位置映射到空间模型中，然后利用图论中的最短路经算法来计算源到目的节点的路径。但是空间感知路由协议SAR 存在一个缺点，空间模型建立是否准确，决定了路径上是否有合适的转发节点。 在国内，也有一些大学和研究机构进行了车间通信路由的研究。南京邮电大学[26]分析了4 种目前用于车辆间通信与位置有关的路由协议，并指出目前的车在自组网路由协议的转发决定大都是由转发节点决策，一种新的基于邻居节点竞争的转发策略被提出，如何将它运用于车辆间通信也是一个需要研究的方向。北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室[27]针对大城市环境下面向车辆通信的移动自组网通信技术进行了分析与研究总结出车辆运动的规律性，结合该规律，在DSR 路由协议的基础上进行路由算法改进，采用分层次的结构，由特殊群体的车辆，如出租车、公车等作为簇头节点负责某一区域的车辆通信，提出了改进的自组网路由协议以及适用该协议的网络结构，有效的降低簇头选举和网络重新分簇所带来的路由重选的广播和路由交换时带来的通信开销。 2.4 应用层 VANET是一种特殊的自组织网络，由于工作在特殊的环境中并且与一般的应用层的应用又有着不同，所以对于服务质量的要求也比一般的服务类型要求要高，网络中的服务根据服务质量要求的不同可分为与安全与非安全相关的服务。 (1) 安全服务： 事故预感/合作转发冲突警告（CFCW）[28-31]，造成终端冲突的典型原因是驾驶员的疏忽或是突然的制动，这种原因在交通事故中占据了很大的部分，CFCW提出了驾驶辅助服务来避免这种事故的发生，J.-P. Hubaux[32-35]则提出了信息确认机制来保证信息本身的安全。 (2) 非安全应用 信息服务的应用则主要包括交通条件的查询，Internet服务接入等方面，交通查询会很大的改善交通条件，其中包括位置，速度，车辆密度，交通阻塞等方面，几乎所有的都会和车辆的位置相关，所以许多车辆定位技术吸引了大量的研究。而现有的定位技术[36-38]可根据车辆是否载有GPS系统分为两类都是基于GPS的定位技术而在实际的环境中，并不是所有的车辆都载有GPS系统，并且由于信道环境的阻碍，使得有些车辆不能够利用GPS技术来获取自己的位置，A. Benslimane 等人[39,40]提出了基于三角测量方法的分布定位系统，利用载有GPS系统的车辆来辅助未载有GPS系统的车辆，但由于车辆的快速移动使得这种方法的精度很低， (3) Internet 接入 Internet接入技术也是一种非常重要的应用，可以为车辆提供丰富的服务，如果车辆可以连接到Internet，可以获得文件传输，数字地图下载等服务来改善车辆的运行情况，将每个车辆作为移动结点并分配IP地址，现在主要的分配方式有分布式[41,42]，最大努力接入[43-45]和基于中心的接入方式[46,47]。 研究方案： 1 网络结构的研究： 整个车载自组网分为两部分：车与车（V2V，vehicle to vhicle）和车与设施（V2I，vehicle to infrastructure）。图1显示了车载自组网在真实环境中应用的一个模型示意[48]。 图1 车载自组网结构示意 可以看到，卫星通信系统分别为车载自组网提供全球定位服务(GPS，global positioning system)和数字多媒体服务(DMB，digital multimedia broadcasting)。车与车通信使车辆之间能够通过多跳的方式进行自动互联，这好比车与车之间能够像人一样互相交谈，起到提高车辆运行的安全和疏导交通流量等作用。车载自组网除了可以单独组网实现局部的通信外，还可以通过路灯、加油站等作为接入点的网关(gateway)，连接到其他的固定或移动通信网络上，提供更为丰富的娱乐、车内办公等服务。 2 可靠的路由设计： 自组网是由一组具有路由功能的节点组成的分布式无线多条网络，它不依靠任何预设的网络基设施[49].因为自组网中节点的传输范围有限，源节点在向目的节点发送数据时，通常需要其它节点的辅助，所以路由协议是自组网中不可缺少的一部分。从功能上讲，路由协议是通讯网络中的一套将业务数据从源节点指引到目的节点的机制。路由协议的主要设计目标是：满足应用需求的同时尽量降低网络开销，取得资源利用的整体有效性，扩大网络吞吐量[50-53]。其中，应用需求一般包括时延、时延抖动、丢包率等诸多因素。而网络容量可以看作一个函数，该函数与网络中每个节点的可用资源、网络中的节点数、节点密度、端到端通讯的频率和拓扑变化的频繁程度等因素有关。 自组网中的路由协议主要包括路径的产生、路径的选择和路径的维护三项核心功能。其中，路径的产生是指根据集中式或分布式的网络状态信息和用户业务需求生成路径，网络状态信息和用户业务状态信息选择最适当的路径，在自组网路由协议中，路径产生和路径的维护这两项功能通常合在一起称为路由发现。路径维护是指对所选路径进行维护。由于自组网是一种没有预设基础设施的网络，它工作于无线环境，通常带宽受限，而且节点具有移动性，因此，路由协议还必须充分考虑这些因素所造成的影响。 综上所述，自组网的路由协议设计需要综合考虑用户业务需求、网络能力、自组网的特点和运行环境、路由协议的基本功能等诸多因素。基于这些，为Internet设计的许多路由协议并不能直接适用于自组网，主要原因如下： 在网络拓扑结构快速变化的情况下，协议无法及时收敛，产生大量的不可靠路由和路由环路，而且路由开销过大。为了适应自组网的需要，必须设计新的路由协议。路由协议是自组网的一个研究热点。 2.1 面对挑战 （1）某些节点转发数据任务量大的问题 在移动节点组网过程中，可能导致某一个或几个邻居节点转发数据量很大，而其他节点转发的数据量太少，使此节点的邻居节点不能大体平均完成数据分组的转发。转发数据量大的邻居节点会基本处于忙碌状态。当数据分组特别多时（超过接收队列的最大容纳限度），这样接收队列就会丢弃多余的分组，造成数据分组的丢失。当重传丢失的数据分组时，一是造成资源的浪费；二是会增加时延，并很可能会造成交通事故；三是造成恶性循环，致使系统崩溃。 （2）链路中断时，分组转发时延增大。 网络的拓扑结构变化时，可能使链路发生中断，某个目的节点在中间节点中的路由项可能失去效用。当源节点向目的节点发送分组时，中间节点就会无法转发数据分组。这时，有两种传统的解决办法：源节点路由重建和本地修复。 源节点路由重建：节点检测与某个邻居节点之间的链路中断，这将使所有使用这段链路的路由失效，因此要通知所有受到影响的源节点。考虑到受影响的路由可能不只一条，采用由检测到中断的节点在一条范围内广播出错消息的方式。节点收到这个消息后，判断自己是否会受到影响，把相应路由项置为无效，如果该节点还存在上游节点，则继续广播这个消息，否则丢弃该分组，一直到源节点。然后，源节点发送广播消息，重新寻找到目的节点的路由。 本地修复：中间节点检测到链路中断时，先缓存来自源节点的数据分组，同时发送路由请求，目的节点如果收到该请求，则恢复路由应答，路由修复成功；否则，在一定时间内没有收到路由应答，则还是要向源节点报告路由失效消息，有源节点进行相应处理。 这两种过方法都能够很有效的解决链路中断的情况，但是无论是源节点路由重建还是本地修复都要广播路由请求分组，等待目的节点回复路由应答分组，重新建立路由。这不仅在自组网内产生了大量的广播分组，还增加了分组从源节点到目的节点的时延。对于车用自组织网络，汽车的移动速度较快，网络拓扑结构变化较频繁。以上两种方式不仅起不到令人满意的效果，甚至还可能造成网络的瘫痪。 2.2 解决方案 （1）针对某些节点转发数据任务量大的问题，可以采用多径的方式。通过建立多条无环且链路不相交的路径，使到达目的节点的路径不止一条。把要发送的数据包大致平均的分配到每条链路上，可以减少一条链路转发数据的负担。即使待转发的数据分组很多时，也不至于造成网络瘫痪。 （2）针对链路中断时，分组转发时延增大的问题，可以采用直接广播的方式继续传递数据分组。当数据分组在转发的过程中，突然找不到到达目的节点的路径，这时可以采用广播的方式继续传递数据分组。无论是源节点路由重建还是本地修复都需要广播分组以寻找到目的节点的路由并且还需要目的节点的回复来建立路由，这样在很大程度上浪费了时间，增加了时延。直接广播的方式能够很快的找到目的接地。但是直接广播的方式也存在一定的缺点。例如源节点有多个分组要发送时，就要不听的广播，造成网络上大量的广播分组。而基于车用自组织网络特点（节点移动速度快，拓扑结构变化频繁），这种方法还是比较合适的。 3 3 网络仿真 由于VANET的设计在国内还鲜有研究，而国外所有的协议设计的应用都会先使用仿真软件进行可靠性的测试后才能应用，设计采用NS－2网络仿真软件实现对协议设计的效果进行仿真。仿真需要对协议的数据传成功率，端到端的延迟等协议效果进行模拟估计来检测协议的效果。

研究计划进度和经费预算： 第一阶段（2009年11月至2009年12月） 完善设计方案，完成开题。 第二阶段（2010年2月至2010年7月） 进行路由协议的设计。 第三阶段（2010年8月至2010年9月） 对协议的效果进行仿真并进一步完善协议。 第四阶段（2010年10月至2010年11月） 测试并修改自己的方案，进一步完善协议。 第五阶段（2011年12月至2011年5月） 撰写毕业论文，准备答辩。 预期达到研究结果： 1 结合传统的路由协议，再加上多径路由的效果，建立一个能平均分担数据分组的新的路由协议。数据分组少时，这种协议可能起不到显著的效果；但当数据分组很多时，这种协议就能起到很好的作用，减少一条路径转发分组时的负担。 2 针对车用自组织网络（一种特殊的移动自组织网络）的特点，直接广播数据分组，避免了大量的路由开销，同时很好地适用于车用自组织网络中路由不稳定的要求。 3 使用NS－2对设计的协议进行效率的精确的仿真。

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导师对开题的意见： 导师签字： 考核小组对开题的意见： 考核小组负责人签字： 年 月 日 所在学院对开题的意见： 负责人签字： 年 月 日 年 月 日考核小组对报告人查阅专业技术文献情况的评价

1.查阅与本专业相关的专业技术文献数量是否达到50篇？ 2.查阅的文献是否全面,是否反映本学科专业的最新学术动态,对撰写硕士学位论文是否具有指导意义? 3.文献综述是否认真、有条理，能否较全面地概括文献的主题和创新点？ 请对文献综述进行综合评价并给出成绩（合格、不合格）。

济南大学硕士研究生学位论文开题报告评分表

研究生姓名： 学科、专业（学院盖章）： 时间： 年 月 日 论文题目 评审项目 权重 80-100分 一、选题 （A） 30% 60-80分 60分以下 80-100分 20% 60-80分 60分以下 80-100分 三、参考文献 30% 60-80分 (C) 60分以下 80-100分 四、文字报告（D） 10% 60-80分 60分以下 五、口头报告(E) 总 分 80-100分 10% 60-80分 60分以下 评 分 标 准 A 选题有较强的理论意义、实用价值，深刻的学术研究内涵。 B研究课题属本学科前沿课题，具有自己独到见解。 A选题有一定的理论意义、实用价值，有一定的学术研究内涵。 B研究课题属本学科的发展方向，并具有先进性。 A选题缺乏理论意义和实用价值。 B研究课题没有体现本学科发展方向先进性，难度欠佳。 A内容充实，研究方法先进，时间安排合理 B观点、结论可行 A内容基本充实，时间安排合理，研究方法一般， B结论的可行性有待探讨 A内容较少，方法一般 B观点、结果不可行 文献引用合理，全面了解国内外研究现状及进展情况。 文献引用基本合理，基本了解国内外研究现状及进展情况。 文献引用不合理，对国内外研究现状及进展情况了解不全面。 备注： 专业文献最少50篇，其中理工类 外文文献不少于10篇。 得分（百分制） 二、研究方案及结论的可行性 (B) 表达条理清晰，分析严谨，文笔流畅，较好掌握坚实宽广的理论基础和系统专业知识 条理较好，层次分明，文笔较流畅，基本掌握坚实宽广的理论基础和系统专业知识 语句不通，条理不清，文笔不留畅，未能掌握坚实宽广的理论基础和系统知识 组织严密、逻辑性强、表达清楚。 基本概念清晰、层次分明。表达较清楚。 表达较差 总分=0.3A+0.2B+0.3C+0.1D+0.1E 评审小组组成：

组成 姓名 成员 职称 单位 本人签字 注：此评分表作为硕士研究生评选奖学金和评优必备的材料之一