基于车辆间通信的高动态无线传感器网络理论及方法研究

随着汽车保有量快速增加，单纯依靠交通基础设施扩建并不能解决交通拥堵严重和交通事故频发的根本问题，高效智能交通系统(ITS)便成为新的研究热点。交通态势感知信息的获取与融合是ITS的关键步骤之一，它实质上也是一种传感器(网络)系统，本项目针对ITS特殊应用场景，研究车辆作为传感和通信节点的基于车辆间通信的分布式传感网络关键理论和技术，主要包括：⑴基于车辆间通信的高动态无线传感器网络模型；⑵基于RFID的新型全天候车辆定位与车道检测方法；⑶基于车辆间通信的交通态势信息感知与融合模型和方法；⑷应用/位置敏感的分布式传感信息接力传输机制和信息安全机制；⑸基于车辆间通信的高动态无线传感器网络分布式仿真验证系统。项目成果将形成高水平学术论文6~8篇、专利或标准草案2~4项，为构建高动态无线多跳传感器网络提供理论和技术支持，具有重要的学术意义和广阔的应用前景。

在三年的研究时间内，本项目组紧扣项目研究计划书的研究内容，在基于RFID的车辆主动定位、分布式交通态势感知、低控制开销的MAC信道分配机制、基于蚁群算法的交通流感知以及路径寻优、基于位置服务的多跳路由机制、多跳接力传输机制等方面取得了创新性研究成果。并以此为基础，拓展我们的研究范围，取得了丰硕的研究成果，共发表项目资助论文26篇，被SCI检索3篇次，被EI检索17篇次，其中包括9篇期刊论文(国际期刊4篇，核心期刊2篇，与项目直接相关的共8篇)，17篇国际会议论文(与本项目直接相关的共11篇)；项目成果形成了专利共8项，与项目直接相关的7项，软件著作权1项；培养博士、硕士研究生共39名(已毕业硕士研究生23名)。项目主要研究情况如下：.1. 给出了一种比较适合城市和城际交通的分布式智能交通业务体系结构，并围绕该体系结构探讨了适用交通场景的节点移动模型和高动态拓扑捷变的无线传感器网络模型，以便考量分布式无线车辆节点移动特性对通信性能的影响，从而更好地指导系统设计。(项目计划要点1).2. 针对分布式高动态车辆节点对位置的需求，提出了基于RFID的车辆主动定位方法，并对RFID标签的安装部署方案以及定位误差进行了分析。(项目计划要点2和3).3. 提出了一种基于VANET的交通态势感知策略。提出一种基于蚁群算法的交通流预测方法；提出一种基于车辆间多跳协作通信的交通路况获取方案。(项目计划要点3).4. 针对现有车辆Ad-hoc网络环境中多信道MAC机制引起的控制信道瓶颈问题和隐藏终端问题带来的频谱利用率低的缺点，提出了低控制开销MAC协议(LCO-MAC)，能有效缓解控制信道的瓶颈问题和多信道隐藏终端问题，明显提升网络的吞吐量。(项目计划要点4).5. 针对现有路由协议在车辆环境中应用存在的问题，提出了一种适用于车联Ad Hoc网络的分布式位置服务路由方法，能够显著减少网络中传播的位置信息数量，提高数据分组的投递成功率；基于提出的位置服务路由方法，针对事故信息广播的应用需求，提出了一种空时受限的携带前传方法，以克服稀疏车辆密度环境下车辆快速移动带来的路由空洞。(项目计划要点4).6. 针对现有仿真系统不能模拟包含物理层的跨层协作机制的缺陷，设计一种基于UDP组播的分布式网络仿真平台，并开发了仿真软件，已实现对MAC层和网络层协议的初步验证。(项目计划要点5)