D2D通信系统中的最优中继选择及功率分配策略研究

在D2D(device-to-device)通信系统与蜂窝网络共存的场景下,引入中继节点可以有效提高D2D链路的吞吐量同时减小D2D链路对蜂窝网络的干扰?阐述了一种新颖的半双工放大转发双向中继协助D2D通信方案,提出了对应的最优中继选择及功率分配算法?该算法能够在满足蜂窝系统所受干扰小于一定门限值的约束下最大化D2D链路的吞吐量?该算法优化了D2D链路上各发送节点的发送功率;选出了可以使D2D链路吞吐量最大化的中继节点作为最优中继节点?其中,在计算最优功率分配的时候,利用拉格朗日对偶理论以及最速下降法对原功率分配优化问题的对偶问题进行了分层迭代求解?仿真结果表明,提出的策略与已有的方案相比可以显著提高D2D链路的吞吐量?     

基于自适应随机接入的动态 D2D 发现资源分配机制

现有终端直通（device-to-device,D2D）中用户发现成功率低、发现范围小以及不能满足不同用户优先级的业务需求,针对上述问题,提出一种基于自适应随机接入的动态D2 D发现资源分配机制。该机制中具有高优先级的D2 D用户采用传统的随机接入方法向基站发送紧急请求信息;基站根据发送紧急请求信息的高优先级D2 D用户数,构建下一发现周期的发现资源分配信息。根据未成功选择发现资源块的次数,低优先级的D2 D用户自适应的在多信道时隙ALOHA（additive link on-line Hawaii system）和具有能量感知的多信道ALOHA接入机制之间进行切换。D2 D用户根据接收端的信干噪比大小,判断是否成功发现。系统级仿真结果表明,提出的机制与传统的随机信道接入机制相比,不仅能够满足不同优先级用户的业务需求,还能支持更高的发现成功率和更远的发现范围。     

一种时间离散的随机多址通信系统的算法

在总线网络中,每个站点都能独立地决定帧的发送,若两个或多个站同时发送帧,就会产生冲突,导致所发送的帧都出错。因此,一个用户发送信息成功与否,在很大程度上取决于监测总线是否空闲的算法,以及当两个不同节点同时发送的分组发生冲突后所使用的中断传输的方法。介绍一种基于时间离散的随机多址通信系统的算法,能够准确地计算出用户发送信息的成功率、信道的空闲率和信息发生冲突的碰撞率。     

一种高效的冗余编码Mesh流媒体覆盖网

为了减小以Mesh方式传输流媒体的覆盖网络节点动态加入和退出对数据流传输稳定性的影响,建立了一种基于冗余编码的流媒体多播机制.数据源以冗余方式将数据流编码为多个等长的分支,以数据流分支作为路由和传输单位,而网络中的每个节点通过与其他节点建立邻居关系来获取所需的数据分支.在新节点加入的过程中,提出了一种高效的邻居节点选择算法,它充分利用了冗余编码特点,以此降低自身的时间复杂度.在节点失效处理的过程中,推出了一种数据分支替换机制,通过已有父节点的轮转替换可快速恢复数据传输,从而避免了传输中断问题.模拟试验表明:所提机制可以在网络抖动度小于10的范围内保证90%以上节点的传输质量,使得高冗余度的编码更好地适应高度变动的网络;在网络抖动度大于8时,冗余度在0%～33.3%范围内的编码不会显著降低网络的传输效率.     

异构小蜂窝网中D2D模式选择的联合决策方法

为了在更加贴近实际的环境下研究D2D用户的工作模式选择,提出一种新的异构小蜂窝网络中的D2D模式选择方法。该方法通过分析D2D链路的传输功率和信道开销,给出了D2D链路的传输代价函数表达式,以D2D链路传输代价为标准并使用联合决策算法对D2D链路的模式选择进行控制,使得系统D2D链路的传输总代价达到最小。理论分析和仿真结果表明,所提出的方法能够有效的减小系统传输功耗。     

城市场景下车联网数据收集传输规划

为了提高车联网中车辆感知数据的收集率,形式化定义并求解了车联网的数据收集问题,利用车辆的实时交通信息,提出了受限通信场景和非受限通信场景下同时建树同时规划传输时刻的算法。在数据收集过程中动态地判定传输策略,基于贪婪算法的思想递归地寻找父节点,构建一棵动态聚集路由树。在模拟轨迹数据集上进行的大量对比试验表明,所提算法相对其他算法在数据收集率方面有了较大的提高。     

D2D网络中基于SVC视频流缓存的跨层网络编码重传方案

为了降低基站重传视频流的完成时间,针对视频流业务设计了一种D2D网络中基于可伸缩视频编码(Scalable Video Coding, SVC)的视频流缓存跨层网络编码重传方案。该方案首先采用SVC对视频流进行编码以应对终端处理能力的差异性,引入跨层网络编码搜寻最大独立集选取最佳的传输以及编码调度,减少完成时间。其次,针对多协作重传设备间的干扰问题,设计了最佳的资源调度算法,在给定发送设备集的前提下迭代优化设备的发送功率,在不增加完成时间的同时优化系统的吞吐量。仿真结果表明,所提出的方案能够有效地降低完成时延,减少重传次数,增加系统的弹性。     

介入移动汇聚节点的无线传感器网络高效数据收集方法

引入移动汇聚节点解决无线传感器网络高效数据收集问题.网络中固定汇聚节点与移动汇聚节点共存,全部传感器节点都拥有维护到固定汇聚节点的路由,移动汇聚节点进入网络后定期向其附近小范围内的传感器节点扩散自己的声明信息,传感器节点向距自己跳数最小的汇聚节点发送或转发数据包.移动汇聚节点和距离其一跳的传感器节点之间通过有效的应答机制来保证数据的可靠传输.通过仿真结果显示引入移动汇聚节点的数据收集在节省能耗方面明显优于传统网络.在延长网络生存时间的同时,可以获得较高的数据传输成功率和较短的数据传输延迟.     

车联网中基于深度强化学习的高可靠资源分配算法

针对车联网环境下用户通信质量下降以及频谱资源紧张导致车辆与车辆（vehicle to vehicle,V2V）链路的关键信息传输难以满足高可靠性通信需求的问题,提出了一种基于深度强化学习（deep reinforcement learning,DRL）的高可靠资源分配算法。考虑干扰、传输时延和有效传输概率等约束条件,构建了车联网的可靠性保障优化问题;为了进一步保障V2V链路关键信息传输的可靠性,设计了压缩网络来压缩环境状态信息;根据可靠性保障优化问题设计了相应的奖励函数,并基于双深度Q网络（double deep Q-network,DDQN）设计了一种智能资源分配策略。仿真结果表明,所提算法能有效提高车联网的总速率,实现V2V链路关键信息的高可靠传输。     

基于异质链路联动切换的V2I/V2V协作传输策略

随着新一代无线通信技术的发展和交通业务需求的不断增长，车联网（Internet of Vehicle,IoV）作为智能交通领域的重要组成部分得到了快速发展.车辆在高速行驶过程中位置分布的随机性导致IoV网络拓扑结构变化频繁，对用户的信息传输造成极大的影响，针对基础设施稀疏部署的高速公路场景，提出一种基于异质链路联动切换的车与基础设施之间（Vehicle-to-Infrastructure,V2I）、车与车之间（Vehicle-to-Vehicle,V2V）的协作传输策略.根据车辆之间的分布距离对V2V的通信链路质量进行分析，并在动态场景下对链路进行联动切换；研究车辆密度对于车辆分布的影响，推导出IoV网络吞吐量的封闭表达式；为了进一步了解数据交付的情况，将V2I过程和V2V过程进行分离讨论，获得了数据交付时延的封闭表达式.仿真结果表明，在基础设施稀疏部署的高速公路场景中，提出的策略能提高系统的网络吞吐量，降低交付时延.     

基于位置信息的多车协同碰撞预警协议

在车载自组网中,无线信道的通信质量直接影响了EWM(emergence warning message)的多跳广播传输性能.为提高车辆在复杂信道环境下的EWM传输效率、降低延时,综合考虑交通环境下无线网络信号的可靠性、消息传输的实时性及道路交通状况信息,提出一种基于位置信息的多车协同碰撞预警协议(vehicle collision warning protocol,VCWP).该协议在通信范围内选取首选转发车和候选转发车,在进行退避时间的选取时,采取基于邻节点密度的信道竞争机制,以保证EWM在复杂信道环境下的低时延、可靠送达.仿真验证表明VCWP与GPSR(greedy perimeter stateless routing)、IEEE 802.11p协议的BEB(binary exponential back-off)退避策略相比具有良好的性能,提高了EWM传输成功率,降低了时延,为复杂信道通信质量环境下EWM的传输提供了可靠性保证.     

Meet-Cloud for Secure and Accurate Distribution of Negative Messages in Vehicular Ad hoc Network

Keeping Vehicular Ad hoc Network(VANET) from attacks requires secure and efficient distribution of information about bad entities. Negative messages are pieces of information that define the negative attributes of vehicles. By formally defining the negative message, we observe that accuracy is essential for its efficient distribution. We formally define the coverage percentage and accurate coverage percentage to describe the availability and distribution efficiency of negative message. These two metrics can jointly evaluate the performance of a distribution method. To obtain both high coverage percentage and high accurate coverage percentage, we propose meet-cloud, a scheme based on meet-table and cloud computing to securely and accurately distribute negative messages in VANET. A meet-table in a Road Side Unit(RSU) records the vehicles it encounters. All meettables are sent to cloud service to aggregate a global meet-table. The algorithm for distributing and redistributing negative messages are designed. Security analysis shows that meet-cloud is secure against fake and holding on to negative message attacks. Simulations and analysis demonstrate that meet-cloud is secure under denial of service and fake meet-table attacks. The simulation results also justify that meet-cloud outperforms the RSU broadcast and epidemic model.     

Efficient Conditional Privacy-Preserving and Authentication Scheme for Secure Service Provision in VANET

Vehicle Ad hoc NETworks(VANET) can enhance traffic safety and improve traffic efficiency through cooperative communication among vehicles, roadside infrastructure, and traffic management centers. To guarantee secure service provision in VANET, message authentication is important. Moreover, a vehicle user's private information can also be leaked during service provision. A protection mechanism is needed to prevent such leakage. Therefore, we propose a conditional privacy-preserving and authentication scheme for secure service provision in VANETs. The proposed scheme not only satisfies the security requirements of VANETs, but also optimizes the calculation process of signature generation and verification. We carry out a detailed comparative analysis. The result shows that the proposed scheme is more efficient than existing schemes in terms of communication overhead and computational cost. Therefore, our scheme is suitable for secure service provision in VANETs.     

面向停泊车辆的VANET高效数据分发方案

针对VANET车辆节点的高移动性、间歇连通性等独特性质,提出了一种面向停泊车辆的VANET高效数据分发方案,利用路边停泊车辆缓冲并执行数据分发。同时还提出了一种便于分发数据报文至路边停泊车辆的路由方案,并将发布/订阅方案引入到最后阶段的数据分发。理论分析和仿真比较结果表明面向停泊车辆的数据分发方案的优越性,即该方案能以较低网络开销和合理延迟实现更高数据传送率。     

基于历史信息预测转发概率的DTN路由算法

为了尽量减少网络先验知识的使用,提高消息转发成功率,提出了一种基于历史链接信息预测转发概率的算法,综合运用了冗余复制和相遇预测的转发策略,将消息逐步向到达目标节点传输预测概率较高的节点转发,通过二分法复制策略来增加消息转发成功的可能性,并采用了主动冗余消息删除机制.仿真实验表明,随着缓冲区的增大和节点规模的增大,该路由算法的性能明显优于Epidemic,PRoPHET和BSW算法,并且具有很好的网络适应性能.     

基于停放车辆的互联网接入研究

在当下移动互联网无时无处不在的环境中,人们随时随地希望能够以较高的带宽连接到互联网.但当人们在行驶的车辆中时,却只能通过2G/3G连接到网络,并且这些连接能够提供的带宽非常有限,这时我们需要一个在车辆中也可提供较大带宽的网络连接.车载网络技术使智能交通通信方面得到较大的发展,通过智能交通中的车载网络节点和路边基础设施构成的自组织网络可以实现车辆与车辆之间,车辆与路边无线接入点之间的相互通信.本文研究的就是基于上述情况下一种新型的基于停放车辆的互联网接入系统.这个系统保证了移动车辆在最小的带宽存在下,短时间与互联网络进行信息的交互,它能够以某个停放车辆作为中继发散网络的接入点,充当网络的前沿基站.在信息获取到后通过其本身固定的与室内接入的连接,将信息发送到网络上,当车到达下一个可接入点时,返回之前提交休息的应答.这样的研究有助于解决未来的移动车辆的全网络覆盖与交互问题.     

基于阈值的车联网信标传输功率控制算法

研究了基于阈值的车联网信标传输功率控制算法.在保证网络最大连通性前提下,通过预设信道负载阈值,规定信道负载的合理区间,根据阈值调整目标节点载波侦测范围内所有车辆的信标传输功率,将信道负载控制在一定范围内,从而避免信道拥塞.通过仿真八车道高速公路基本路段和实际行车实验,对算法进行了验证及相关分析.结果表明该算法能有效地控制信道负载,避免信道拥塞,增强了车载网络无线信标传输的稳定性和健壮性.     

智能城市车载网络分层分区协作通信模型研究

城市车载网络能为解决城市交通问题提供有效的方法.大多数已存在的传输模型由于不能解决车辆的高速移动、复杂城市交通环境和多变的交通密度问题,导致传输效率低、可靠性能差.该文紧紧围绕城市环境信号传输衰减、红灯等停、固定和周期的公交运行模式,提出分层分区的通信模型.该模型充分利用公交的固定路线运行和普通车辆与公交之间的簇首节点转发策略进行优化,将车辆之间复杂的不确定的传输协议转换成协作的、稳定的3层模型.设计了有限时延内的单跳转发机制,以保证公交协助转发的可靠性和有效性; 设计了簇首触发转发机制以适应不同的车辆密度.仿真实验表明,整体模型具有较高的传输效率和较低的时延,且对于具有高移动性和复杂道路环境的城市车载网络具有较好的适应性.