ieee 802.15.4协议在车载环境下的建模与性能研究-modeling and performance research of ieee 802.15.4 protocol in vehicle environment.docx

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于必威体育官网网址□，在年解密后适用本授权书。不必威体育官网网址□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要车联网是一个横跨多个学科和行业的新兴的技术领域，包括汽车、旅游和交通运输、通信等，车辆与设备、服务和参与者的连接，使得交通运输和出行更舒适、可持续和安全。IEEE802.15.4协议适用于低速率的无线场景，生产成本及维护成本较低，可广泛应用于无线传感器网络和工业自动化中。本文研究IEEE802.15.4协议在车载环境下的可行性，通过排队论建模分析协议的性能指标。本文对现有IEEE802.15.4协议建模方法马尔科夫链、半马尔科夫链和排队论进行研究比较，提出一种适用于车载场景的数学模型，通过MATLAB软件进行数值仿真，对智能交通系统中该协议的性能进行分析。模型基于M/G/1排队论方法，对星型拓扑结构下非时隙CSMA/CA模式建模，根据协议规范说明将物理层丢包概率纳入考虑，并加入MAC层冲突碰撞机制。采用直接传输模型传输数据，通过数据包和ACK确认包对信道的接入过程进行识别。得到数学模型后，通过MATLAB软件进行数值仿真，得到物理层丢包率和MAC层冲突碰撞机制对系统丢包率、时延等的影响，最后通过仿真结果分析其性能指标。模型和仿真结果得到当物理层丢包率和MAC层冲突碰撞概率在正常范围内，如0.1~0.3时，系统丢包率最高为0.0265，平均时延最大为4.25ms。当车辆通过的密度增大时，平均时延和丢包率也增加。本系统的建模与仿真数据结果证明IEEE802.15.4协议在一定范围内满足车载环境需求的性能要求，为车联网的全面推广和实施提供了更具体的数据和参考。关键词：车联网IEEE802.15.4排队论MATLABABSTRACTConnectedvehicleisanemergingtechnicalfieldwhichcrossesmultipledisciplinesandindustriesincludingautomotive,travel,transportationandcommunications,etc.Byconnectingvehicleswithvariousdevices,servicesandparticipants,weareabletomakeourmobilitymoreenjoyable,sustainableandsafe.IEEE802.15.4protocolisappliedforlow-ratewirelessscenario,whoseproductionandmaintenancecostislow.Itcanbewidelyusedinwirelesssensornetworksandindustrialautomation.ThisthesisstudiestheperformanceanalysisofIEEE802.15.4protocolinvehicularscenarios.ThisthesiscomparestheexistingmodelingmethodsofIEEE802.15.4protocol，suchasMarkovchain,semi-Markovchain,queuetheory,andproposesamathematicalmodelforvehicularscenarios,usesMATLABtodotheoreticalsimulationtoanalyzetheperformanceoftheprotocolinintelligenttransportationsystem.BasedonM/G/1queuetheory,themodelisappliedforstartopologywithun-slottedCSMA/CA.AccordingtotheIEEE802.15.4protocolstandard,thephysicallayerpacketlossprobabilityisconsidere