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LINUX下NS3仿真平台的车联网通信信道建立与参数计算

摘要 车联网系统主要实现车辆与车辆（V2V）、车辆与设施（V2I）之间的信息交互，是现阶段物联网与 5G 通信技术中最广泛的应用之一。车联网系统作为智能交通系统的重要组成部分，对减少交通事故、缓解交通压力发挥重要作用，因此，研究相关通信技术、确定合理的信道模型十分重要。毕业设计主要完成在 802.11p 专用协议作用下通信信道模型的仿真工作并进行参数计算。首先，确定仿真的信道模型中涉及的通信技术，如 802.11p 协议与 DSRC 协议，并且

对车载自组织网络进行一定的介绍。然后，搭建 NS-3 网络仿真平台，安装 wireshark、gnuplot、netanim 等软件，并学习 NS-3 中脚本编写与其他软件使用的方法，通过 NS-3 编译、运行脚本得到预想的信道模型。运行脚本过程中，通过设定命令行参数的方法改变信道参数，得到不同的信道模型。在命令行的输出中截取可以反应通信信道性能的数据进行处理，为减少收集数据时间，分析命令行数据输出格式，编写 shell 脚本进行数据采集。最后，通过分析获取的数据，将数据绘制成折线图查看参数对信道指标的影响，得出结论，数据传输速率、传输距离、数据包大小等因素会影响信道的吞吐量、延时、丢包率和能量等指标。最终根据对各项性能指标的需求，确定较合理的参数组合，得到吞吐量较高、延时和丢包率较低的通信信道模型。

 

关键词：车联网 车载自组织网络 NS-3 802.11p

目录

第 1 章  绪论 .............

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容及主要思路 

1.4.1 社会效益 3

1.4.2 经济效益 4

1.5 论文组织结构 4

第 2 章  车联网 6

2.1 车联网系统介绍 6

2.2 车联网通信技术分析 7

2.2.1 通信模型 7

2.2.2 专用通信技术 DSRC 8

2.3 本章小结 9

第 3 章  基于 NS-3 的车联网仿真 10

3.1 NS-3 平台介绍 10

3.1.1 主要软件介绍 ................................................................................. 11

3.1.3 常用模块介绍 .............................................................................................. 13

3.2 基于 NS-3 建立通信模型 ..................................................................................... 14

3.2.1 车联网模型建立的网络组件 ..................................................................... 14

3.2.2 车联网仿真过程 ......................................................................................... 15

3.2.3 车联网仿真模型建立的代码编写 ............................................................. 16

3.3 优化实现方法 ........................................................................................................ 16

3.4 软件使用 ................................................................................................................ 17

3.4.1 Netanim ........................................................................................................ 17

3.4.2 Tcpdump 抓包 .............................................................................................. 18

3.4.3 wireshark ...................................................................................................... 18

3.4.4 Gnuplot ......................................................................................................... 19

3.5 本章小结 ................................................................................................................ 19

第 4 章  车联网信道的数据分析以及相应结论 ................................................. 20

4.1 车联网信道指标 .................................................................................................... 20

4.2 信道指标的计算方法 ............................................................................................ 20

4.3 车联网信道模型建立 ............................................................................................ 21

4.4 仿真数据处理分析 ................................................................................................ 22

4.4.1 信道参数对能量消耗的影响 ..................................................................... 23

4.4.2 数据采集和图形绘制 ................................................................................. 24

4.4.3 信道参数对延时的影响 ............................................................................. 25

4.4.4 信道参数对吞吐量的影响 ......................................................................... 27

4.4.5 信道参数对丢包率的影响 ......................................................................... 27

4.4.6 信道参数对功率的影响 ............................................................................. 28

4.5 研究意义 ................................................................................................................ 29

4.6 本章小结 ................................................................................................................ 29

第 5 章 仿真优化 ................................................................................................... 30

5.1 优化方法 ................................................................................................................ 30

5.2 优化结果对比 ........................................................................................................ 31

第 6 章 总结与展望 ............................................................................................... 33

6.1 总结 ........................................................................................................................ 33

6.2 未来工作展望 ........................................................................................................ 33

致  谢 ..................................................................................................................... 34

参考文献 ................................................................................................................. 35

第 6 章 总结与展望
 6.1 总结
 智能交通系统广泛用于生活中，车联网系统作为智能交通中最重要的部分，逐渐成为
 备受关注的研究课题。 论文针对车联网的概念、特点、结构层次以及相关技术进行了介绍，论文主要目标是 
对车联网信道进行仿真，并通过 NS-3 仿真软件进行仿真，并通过其他软件的辅助完成任 
务。论文主要内容的总结： 
（1）论文开始介绍了车联网的概念、特点并介绍了针对车联网设计的协议以及相应 的通信技术。其中详细的介绍了车联网各个结构层次中的关键技术使用和发展情况，针对 车联网使用的协议中，详细介绍了 802.11p 协议的特点、使用场景和优点。 
（2）论文第二部分主要介绍了针对后续仿真过程中使用的软件的搭建和相应的基础环境以及各自的使用方法。
 （3）针对 NS-3 软件进行了详细的介绍，介绍了仿真中经常涉及的模块、编写脚本的流程、以及仿真优化的方法。
 （4）毕业设计通过使用 NS-3 模拟器设计实现了车联网信道仿真模型的建立，并分别从吞吐量、时延、误码率和能量消耗四个部分进行研究，通过获得不同信道参数条件下的 信道性能指标来分析参数对信道性能的影响。 
（5）对仿真模型进行优化，查看优化结果，分析得出结论，最后对算法方面的优化进行介绍。
6.2 未来工作展望
（1）现阶段建立为单一信道模型，后续需要研究多信道模型的特点^[22]。
（2）针对仿真过程的优化方法并不能适用于所有情况只是针对现阶段创建的网络模型，以后可以通过改变算法或改变内置模块，便可以在以后的试验中受用。所以，日后需加强对算法优化的研究力度。
 （3）信息安全是通信中很重要的环节，后续对实现更加安全的信息交互的方法研究。

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