基于Veins的车联网仿真平台设计与实现

毕业设计说明书指导者：评阅者：2018年5月15日毕业设计（论文）中文摘要基于Veins的车联网仿真平台设计与实现摘要：智能车联网技术的出现，为提高道路交通安全性、改善交通系统运行效率以及节能环保提供了一个全新的平台，但车联网技术的测试实验存在众多问题。有效的解决办法是进行仿真验证，车联网仿真不仅可以解决这些问题，还支持大规模仿真实验，提供可靠的实验数据。在此背景下，本文设计并实现了基于Veins的车联网仿真平台，对建议行驶车速进行应用研究，还提出一种基于车路协同技术的建议车速算法，并对危险信息广播应用进行仿真实验，在危险信息广播下驾驶员通过广播信息提前预知道路前方的交通状况，可帮助预防80%各类交通事故的发生，道路的交通效率提高30%以上。关键词：车联网VeinsDSRC车路协同毕业设计（论文）外文摘要Title__DesignandImplementationofVANETSimulationPlatformBasedonVeinsAbstractTheemergenceofsmartVANETtechnologyprovidesabrand-newplatformforimprovingthesafetyofroadtraffic,improvingtheoperationalefficiencyoftransportationsystems,andenergyconservationandenvironmentalprotection.However,therearemanyproblemsinthetestexperimentofcarnetworkingtechnology.Theeffectivesolutionistocarryoutsimulationverification.Vehiclenetworkingsimulationcannotonlysolvetheseproblems,butalsosupportlarge-scalesimulationexperimentsandprovidereliableexperimentaldata.Inthiscontext,thispaperdesignsandimplementsavehicle-vehiclenetworkingsimulationplatformbasedonVeinsandappliesresearchontheproposeddrivingspeed.Italsoproposesaproposedvehiclespeedalgorithmbasedonvehicle-roadcoordinationtechnologyandconductssimulationexperimentsonhazardousinformationbroadcastingapplications.Underthedangerinformationbroadcast,thedriverknowsinadvancethetrafficconditionsinfrontoftheroadthroughbroadcastinformation,whichcanhelpprevent80%ofalltypesoftrafficaccidents,andincreasetheroadtrafficefficiencybymorethan30%.Keywords：VANETVeinsDSRCIntelligentVehicleInfrastructureCooperative-1-目录1绪论................................................................21.1研究背景及意义................................................21.2国内外研究现状................................................21.3本文内容及结构................................................22Veins车联网仿真架构设计.........................................-5-2.1交通仿真软件SUMO............................................-5-2.2网络仿真软件OMNeT++.........................................-6-2.2.1OMNeT++框架...............................................-7-2.2.2网络描述（NED）语言.......................................-7-2.2.3专用短程通信协议.........................................-10-3建议行驶速度的研究.............................................-11-4车路协同系统控制单元的设计和实现...............................-14-4.1路侧单元设计....................................错误!未定义书签。4.2车载单元设计....................................错误!未定义书签。4.3Zigbee无线传输网路.........................................-14-5危险信息广播交通的研究.........................................-15-5.1应用介绍...................................................-15-5.2仿真实验设置...............................................-15-5.2.1建立仿真路网.............................................-16-5.2.2仿真编译运行.............................................-17-5.2.3仿真结果.................................................-20-结论............................................................-23-参考文献......................................................-24-7致谢............................................................-26--2-1绪论1.1研究背景及意义随着社会的发展，汽车渐渐成为人们最重要的代步工具，汽车的保有量的增加给我国乃至全世界带来了严重的交通问题。城市交通拥塞、道路交通安全、节能减排成为当今社会交通发展的焦点问题。智能交通系统(IntelligentTrafficSystem，ITS)是将电子科技技术、信息科技技术、传感器技术等集成于现有的道路设施基础上，形成的一种实时、高效、准确的综合智能交通运输管理系统[1]。ITS包含道路上的车辆和各种交通设施，在系统对道路行驶的车辆及交通道路设施进行智能化管理与控制的同时，提高道路交通安全和效率。车联网是ITS与物联网（TheInternetofThings，IOT）的融合产物，是ITS的重要组成部分。2017年12月，工信部和国家标准化管理委员会正式对外发布《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》(以下简称《建设指南》)，文件指出，到2020年，初步建立能够支撑驾驶辅助及低级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系；到2025年，系统形成能够支撑高级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系。车联网（TheInternetofVehicle，IOV）是以无线局域网络为基础，按一定的体系架构及通信协议和数据交互标准，实现V2X(Vehicletoeverything)无线通信和信息交换，以实现智能化综合交通管控的一体化网络，是IOT技术在ITS领域的延伸[2]。车联网技术的出现为解决交通系统拥塞、提高道路交通安全以及节能减排提供了新的平台，然而在真实的车联网技术测试实验中存在以下问题：(1)车联网的真实试验需要大量的汽车和实验参与者，需要对试验车辆进行改装，一次实验成本非常高；(2)真实的现场试验中危险性很大，参与实验人员可能会处于危险的环境中；(3)另外在进行真实试验时不能准确控制实验条件，同时也无法使其重现。解决以上问题的有效办法是进行仿真验证，因此使用车联网仿真平台对真实测试进行预实验是十分重要的。本文拟搭建基于Veins的车联网仿真平台，将交通仿真软件SUMO和开源的无线通信仿真软件OMNeT++联合起来，并通过TCP/IP协议进行信息实时交互。SUMO是由德国宇航中心开发的，微观、连续的道路交通仿真架构和模型基础，适用于对道-3-路交通的仿真研究。OMNeT++是一个应用广泛的开源的网络仿真器，它具有可扩展的、模块化的基于组件的C++仿真库，主要用于无线网络仿真研究。因此，基于Veins的车联网仿真平台包含一套完整的道路以及网络模型，可以在不牺牲速度的情况下尽可能逼真地实现车载网络模拟。1.2国内外研究现状国外在车联网仿真的应用研究方面相比于国内更成熟，因此有众多的车联网仿真平台。TraNS[3](TrafficandNetworkSimulationEnvironment)是瑞士洛桑联邦理工学院开发的用于车载网络的仿真环境，是第一个开源的VANET仿真框架。TraNS将交通仿真工具SOMO和网络仿真工具NS-2通过TraCI(TrafficControlInterface)形成一个反馈环，实现了仿真工具间动态双向连接和实时交互。TraNS提供了图形用户接口来快速、简单地设置仿真时所需的参数。MoVES[4]（MobileWirelessVehicularEnvironmentSimulation）是由意大利博洛尼亚大学开发的采用并行化和分布式技术的VANET仿真框架，该框架可实现模块化，支持可扩展性。MoVES框架注重仿真性能研究，可实现对车辆的微观行为仿真，但在网络仿真方面存在不足之处。VSimRTI[5]（TheV2XSimulationRuntimeInfrastructure）由德国戴姆勒汽车信息技术创新研究所（DCAITI）开发的车联网仿真软件，它是一个用于评估智能交通系统解决方案的综合框架。VSimRTI可以对车辆运动和复杂的通信技术（如V2X通信和蜂窝网络）进行详细建模。VSimRTI采用了IEEE标准定义的建模与仿真高层体系结构实现了多个模拟器之间的同步和通信[6]。它是一个灵活的系统，可以动态地模拟交通流。VSimRTI对不同的模拟器进行整合从而可以模拟智能交通的各个方面系统。模拟器的简单集成和可交换性使其能够对车辆交通，尾气排放，无线通信的进行仿真。此外，目前VSimRTI正在扩展用来电动移动场景的仿真。NCTUns[7]是台湾交通大学开发的一种高保真和可扩展的VANET仿真器。NCTUns是一个将用户级进程，操作系统内核和用户级仿真引擎集成到协作网络仿真系统中的软件工具。NCTUns网络模拟器是一个高保真和可扩展的网络模拟器，能够模拟有线和无线网络中使用的各种设备和协议。NCTUns有着许多独特的传统网络模拟器（如OPNETModeler和ns-2）无法轻松实现的优势[8]。北京交通大学开发基于HLA（HighLevelArchitecture）高层体系结构的车联网仿-4-真平台，该平台将微观