【摘要】：近年來,隨著城市交通擁堵、交通安全和環(huán)境污染等問題的日趨嚴重,車聯(lián)網技術得到人們的廣泛關注。但是,隨著車聯(lián)網技術的不斷發(fā)展,其業(yè)務應用規(guī)模不斷擴大,造成現(xiàn)有頻譜資源無法滿足其通信需求。根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會調查研究顯示,在傳統(tǒng)靜態(tài)頻譜分配政策下,頻譜資源存在著巨大的浪費。認知無線電技術可感知并機會式的接入周圍空閑頻譜,在保證授權用戶正常通信的前提下,使得非授權用戶能與授權用戶共享頻譜。因此,認知無線電技術成為一種為車聯(lián)網通信提供額外空閑頻譜的有效手段。目前已有很多研究機構對認知無線電技術在車聯(lián)網中的應用進行了研究,但都僅僅停留在理論研究與仿真上,沒有成熟的平臺提供實際測試和驗證。論文選題來自于北京市支持中央高校共建項目“基于認知無線電的公交車聯(lián)網應用技術開發(fā)”。論文在對認知無線電技術和車聯(lián)網技術進行研究的基礎上,利用USRP硬件平臺和GNU Radio軟件包,設計并實現(xiàn)了基于認知無線電的車聯(lián)網通信平臺。本文的主要工作如下:首先對認知無線電技術和車聯(lián)網技術進行了概述,包括各自的定義、關鍵技術及目前各自平臺的搭建成果。同時,對目前認知無線電技術在車聯(lián)網中的研究與應用也進行了總結與分析。然后,本文對基于認知無線電的車聯(lián)網通信平臺進行了設計與實現(xiàn),根據(jù)需求分析設計并實現(xiàn)了平臺的網絡結構和節(jié)點架構,重點完成了平臺節(jié)點軟件架構中物理層、MAC層、應用層以及各層之間的接口的設計與實現(xiàn)。物理層設計并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和頻譜檢測模塊,MAC層設計并實現(xiàn)了頻譜合作檢測與融合模塊、多信道操作模塊以及公共支撐模塊,應用層實現(xiàn)了車載終端應用程序和平臺演示監(jiān)控程序,各層間接口采用UDP Socket進行設計實現(xiàn)。最后,分別在靜止和移動環(huán)境中,在有無緊急通信用戶及有無認知無線電功能的場景下對平臺的功能和性能進行測試與分析,證明了平臺在功能和性能上滿足了研究需求。測試結果表明,基于認知無線電的車聯(lián)網通信平臺相比于基于WAVE協(xié)議的傳統(tǒng)車聯(lián)網平臺,一方面降低了對緊急通信用戶的干擾,另一方面在不干擾授權用戶正常通信的前提下提高了頻譜利用率,在授權用戶到達率處于0-0.5范圍內時平均提高了約114.1%頻譜利用率。
[Abstract]:In recent years, with the increasingly serious problems of urban traffic congestion, traffic safety and environmental pollution, vehicle networking technology has been widely concerned. However, with the continuous development of vehicle networking technology, its business application scale is expanding, resulting in the existing spectrum resources can not meet its communication needs. According to the investigation of the Federal Communications Commission, there is a huge waste of spectrum resources under the traditional static spectrum allocation policy. Cognitive radio technology can perceptively and opportunistically access the idle spectrum around it, which enables unauthorized users to share the spectrum with authorized users on the premise of ensuring normal communication between authorized users. Therefore, cognitive radio technology has become an effective means to provide additional idle spectrum for vehicle-connected communications. At present, many research institutions have studied the application of cognitive radio technology in vehicle networking, but all of them only stay on the theoretical research and simulation, there is no mature platform to provide practical testing and verification. The topic of this paper is from Beijing's support for the Central University Co-Construction Project, "bus networking Technology Development based on Cognitive Radio". Based on the research of cognitive radio technology and vehicle networking technology, this paper designs and implements the vehicle networking communication platform based on cognitive radio using USRP hardware platform and GNU Radio software package. The main work of this paper is as follows: firstly, the cognitive radio technology and vehicle networking technology are summarized, including their respective definitions, key technologies and the current platform construction results. At the same time, the research and application of cognitive radio technology in vehicle networking are summarized and analyzed. Then, this paper designs and implements the vehicle networking communication platform based on cognitive radio, designs and implements the network structure and node architecture of the platform according to the requirement analysis, and completes the physical layer and MAC layer of the platform node software architecture. Design and implementation of application layer and interface between layers. The physical layer designs and implements the data transceiver module and the spectrum detection module, the MAC layer designs and implements the spectrum cooperative detection and fusion module, the multi-channel operation module and the common support module. The application layer implements vehicle terminal application program and platform demo monitor program. The interface between each layer is designed and implemented by UDP Socket. Finally, the function and performance of the platform are tested and analyzed in static and mobile environments, with or without emergency communication users and with or without cognitive radio function. It is proved that the platform meets the research needs in function and performance. The test results show that compared with the traditional vehicle networking platform based on WAVE protocol, the cognitive radio based vehicle network communication platform reduces the interference to emergency communication users. On the other hand, the spectrum efficiency is improved without interfering with the normal communication of authorized users, and the spectrum efficiency is increased by 114.1% on average when the arrival rate of authorized users is in the range of 0-0.5.
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN925;U495

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本文編號：2375405