南通大学基于W77E58及GSM的语音智能门铃设计南通大学毕业设计论文翻译.docx
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南通大学基于W77E58及GSM的语音智能门铃设计南通大学毕业设计论文翻译
本科毕业设计
英文原文及译文
学生姓名：
鞋垫_沙子_鞋子
专业：
通信工程
指导教师：
完成日期：
2013.11.12
认知车联网的通信设备
ZaheerAhmed,HabibullahJamal,ShoabKhan,RizwanaMehboobandAsrarAshraf
摘要：
本文介绍了一种可以通用地访问车载网络设备的智能通信协议。
该设备可以使用不同的MAC和PHY接口在多个频带上进行通信。
该设备不能使用现有的路由协议，因为他们是受到限制的并且工作在一个独特的MAC和PHY接口中。
本文介绍了一种升级版的通信路由协议与车辆装置，他们使用多个MAC和PHY接口作为认知层以达到最佳接口连接、无缝切换和高服务质量的效果。
此设备已通过了三个升级版路由协议AODV_MI,GOLSR_MI和SORP的测试。
该设备采用了多种通讯技术，如GSM，卫星通信，甚高频，超高频，高频，无线宽带和有线连接1。
关键词:
CC（CognitiveController认知控制器），WAVE（WirelessAccessinVehicularEnvironment车载无线接入环境），CCVN（CognitiveCommunicationforVehicularNetworking认知通信车载网络），QoS（QualityofService服务质量）。
Ⅰ.简介
随着通信技术和网络技术的快速发展，对于汽车制造商来说，在汽车内提供智能通信系统以便对用户提供有用的附加服务是刻不容缓的。
这些服务有航行路线，道路安全，防止交通堵塞，追踪，数据的记录，实时声音、视频、网络接入以及车与车相互之间的交流和车与固定的基础设施之间的信息交换。
在行进的车载环境中提供以上这些现有的服务对于研究人员和开发者来说是极具挑战性。
在各种应用程序和可扩展的动态以及无处不在车载环境中，没有一个单独的无线或者有线技术可以解决这样的问题。
在本文中，我们介绍了一种基于与混合组网技术相结合来实现有效覆盖车载网络设备（VND）的新方案。
我们所开发的解决方案是非常符合趋势的，在WAVE概念中利用移动网络和AdHoc网络作为车载通信交流的基本手段[1]。
车载网络设备包含了一个有着无线混合网络的优点但又不是只使用纯单元或纯AdHoc网络传输的通信系统[2]-[4]。
该方案与在车载环境中对订阅服务定义的服务质量（QoS）约束条件是相关联的，如功率、带宽、延迟、抖动等。
因此，把这些应用运行在车辆的嵌入式设备中，他们能够利用异构网络来选择最佳技术，从而能够根据特定的需要来同化最佳性能[4]-[7]。
对异构网络的需求也取决于需要永久连接的应用程序。
当现有网络连接不可用时，系统将切换到下一个最佳可用的网络[5]。
1这项工程是由巴基斯坦塔克西拉工程技术大学捐赠基金会和中心高级研究工程（CARE）以及高级研究中心工程（CASE）所支持的。
ZaheerAhmed巴基斯坦塔塔克西拉工程技术大学（邮箱：
zah67@）
HabibullahJamal巴基斯坦塔塔克西拉工程技术大学（邮箱：
drhjamal@uettaxila.edu.pk）
ShoabKhan巴基斯坦高级研究中心工程计算机工程系（邮箱：
shoab@case.edu.pk）
RizwanaMehboob巴基斯坦高级研究中心工程计算机工程系（邮箱：
rizwanamehboob@）
AsrarAshraf巴基斯坦中心高级研究工程（邮箱：
asrar@）
本文所提出的研究是一个已发表的作品的延伸[8]。
所提出的的车载网络认知通信（CCVN）的核心是车载网络设备（VND）。
该设备可既支持对多个无线链路的移动车辆或路边基础设施（RI）进行配置，同时也支持无线和有线连接。
当一个车载网络设备与另一个车载网设备连接的时候，它的认知控制层实现自动选择并切换到基于定义标准的最优化网络和物理接口。
如果选择低QoS技术经验或一个完全的中断，该层会自动切换到最佳的接入技术。
车载网络设备会根据预定义的QoS参数选择适当的技术措施。
本文分为五个部分，第二部分介绍CCVN的架构，第三部分介绍VND的架构，第四部分描述VND的路由协议以及第五部分介绍CCNV的示例和场景，最后第六节总结全文。
Ⅱ.CCVN系统架构
认知通信车载网络（CCVN）的顶层系统架构如图1所示。
CCVN的主要核心是为车对车，车与路边基础设施，基础设施对基础设施提供实时的多网络接入。
这些措施包括蜂窝网络、移动无线局域网、甚高频、超高频、高频、卫星以及有线连接。
在实际环境中，该系统要满足所有无处不在的链接的严格设计要求[9]。
该系统的设计要灵活地向下兼容。
为了覆盖整个地区的画面，地理区域将被划分为多个区域。
行车环境包括移动实体或移动节点，如汽车，卡车等，这些节点通过可用的无线链路来进行相互间的通信或者与路边基础设施（RI）进行数据交换服务。
这些路边基础设施是静态的实体，如加油站的专门服务点除了为移动节点提供有价值的增值服务外，还可通过有线或者无线连接与其他路边基础设施进行通信。
图1显示了两个区域。
每个区域都有一个特定的RI分区，除了与管理整个系统的服务访问与管理服务器的通信之外，还要负责各个方向的内部通信。
服务访问与管理服务器是一个集负责监控、管理、认证、计费和提供的服务于一身的服务器，主要可以提供地理信息系统的功能，路线引导，拥塞避免，互联网服务，气象预报和服务领域的信息等服务。
因此，它取决于实体类型（移动节点或路边基础设施），相应的车载网络设备根据用户所订阅的服务、服务质量和用户偏好来配置的。
Ⅲ、车载网络设备体系结构
在CCVN中所提出的VND系统层次图如图2所示。
在VND体系结构中，应用程序管理和配置是最高级别的通信层。
它可以提供服务配置，如位置更新，地理信息系统功能，路线引导，避免拥塞，网络服务，气象预报和服务区域信息等。
认知控制器通过混合通信网络的无线或有线链路提供无处不在的连接服务。
底层由用各种网络通讯技术来建立连接不同的通信接口组成，如802.11，以太网，无线电（VHF,HF,UHF），CDMAWLL，GSMGPRS，和卫星链路等。
图1：
车载网络认知通信系统架构
A.认知控制器架构
本文提出的认知控制体系是非常重要的，因为它可以在一个一元化的智能通信网络尤其是在车载应用中能够提供位置感知服务。
认知控制器的核心职责有：
在运行时优化路由选择和管理多种接口。
为了在CCVN环境里能够实现无处不在的链接，三种路由协议也会被设计和呈现在本文中。
其路由选择包括多接口的按需距离矢量路由（GOLSR-MI），启用优化GPS的链接状态多接口路由协议（GOLSR-MI）和面向服务的路由协议（SORP）。
我们所提出的路由协议可以动态维护和更新的GPS信息和链路状态表来形成路由表。
认知控制器接口的逻辑选择会根据链路状态表中的QoS参数和接口优先级的更新情况来选择用于数据通信的最优链路。
B.网络层架构
认知通信网络的多层体系结构如图3所示。
每一层代表一个特定的媒体类型或通信链路。
移动节点都配有VND，因此在本文中节点和VND的意思是相同的。
网络中所有物理层的每个节点上都有多个突起，用虚线表示与相应的媒体类型连接。
设备可以通过多个链路交换信息，这就是混合网络通信。
顶层代表卫星网络，2到4层代表了由UHF，VHF和802.11各自形成的MANET网络。
第四层表示802.16网络，而底层表示GPRS网络。
该装置可以在任意层之间形成混合网络。
虽然每一层都有自己的路由协议，但整个网络有能力做到跨越网络路由来使用不同的网络，并且满足可连接性和服务质量（QoS）的约束。
图2：
车载网络设备架构
多层网络架构和所提出的路由协议的目标是为WAVE提供无处不在的链路，从而使在行车的环境中保证数据交换服务，管理和安全功能的正常进行。
Ⅳ.路由协议
整个地理区域被划分为不同的区域称为大区。
每个大区有一个关键的节点称为道路基础设施（RI），它是用来登记这个大区内的所有其他移动节点。
RIS（也被称为注册机构）为全球网络（GPRS，CDMAWLL、卫星）提供的静态IP地址。
注册节点配备了各种通信接口并提供互联网通过SAMS连接到该大区的所有节点。
注册机构也要维护该大区内所有节点的路由信息，注册的主要区域进一步细分为脱节组节点形成小区。
在一个脱节组中的所有节点之间及直接与注册的通信都是通过同一组网关节点来完成的。
在一个主要区域内的所有节点都具有有限的覆盖（超高频，甚高频，802.11）通信接口，他们运行主动式路由协议GOLSR-MI，而RIS使得全球网络（GPRS，无线和卫星）执行反应性路由协议（AODV-MI）。
所有拥有全球网络的移动节点使用各自的注册机构（RI）来注册并且通过面向服务的路由协议（SORP）进行跨大区通信。
图3：
网络层的体系架构
A.AODV-MI
小区域移动自组网的节点，无论是在VHF/UHF还是在802.11链路都是以小距离进行对等通信。
一个较小的区域内更远地方的节点既可以通过GPRS或卫星链路又可以通过混合通信链路中的网关或中继节点进行通信。
各主要区域的节点通过运行修改版AODV协议的RIS来进行通信，这就叫做主区路由发现的AODV-MI。
AODV-MI使用三种类型的数据包：
路由请求（RREQs），路由答复（RREPs）和路由错误（RERRs）。
AODV-MI的路由协议是现有的AODV的改进形式，并增加了优先级接口和RREQ中的QoS信息和RREP消息。
认知控制器根据优先级接口和QoS在RI节点之间进行可靠的数据接口选择和链路切换。
B.GOLSR-MI
在一个小区域内运行升级版OLSR的节点称为GOLSR-MI。
该GOLSR-MI路由协议是一个升级版OLSR，它增加了GPS信息，优先级接口和QoS信息。
GPS信息包括维度，经度，速度和方向的信息。
GPS和QoS信息使得MPR的选择更可靠、更优化。
认知控制器通过优先级接口和QoS来进行接口选择和可靠的路由数据交换。
C.SORP
为了使在任何地理区域的移动设备可以处于无处不在的连接的状态中，VHF、UHF、802.11是用来进行短距离通信，而卫星，GPRS和无线本地回路（WLL）技术则是跨越整个地理区域来进行通信的。
卫星、GPRS和无线网络技术以及IP地址是动态分配的；因此没有现成的路由发现算法是可以采用。
面向服务器的路由协议（SORP）提出了GPRS网络的路由算法，VHF、UHF、802.11和卫星网络数据通信可以延伸覆盖到小区。
RI包含了其主区中的所有节点的路由信息。
SORP不维护自己节点的路由信息。
SORP通过主要区域内的节点的GOLSR-MI或AODV-MI得到路由信息。
Ⅴ.CCVN示例场景
如图4所示，地理区域分为两个大区，蓝色（主区1）和红色（主区2）分别用RI1和RI2作为为节点的寄存器。
移动节点根据接口类型分别以从1到17作为唯一的编号，字母U，V，W，G1，G2和S代表UHF，VHF，WLAN，GPRS1，GPRS2和卫星链路。
在大区1区，RI1形成一个包括U6，U13，UG1移动节点的小区，这些小区域形成了一个使用GOLSR-MI的UHF移动自组网。
具有最大活性通信链路的节点将被选择为一个小区域的网关，又叫中继节点，节点UG1有着UHF和GPRS1的连通性连接，因此，它成为该小区的网关节点。
在大区2区，RI2形成一个包括移动节点V7，V11，VS4小区，这些小区域同样形成了一个使用GOLSR-MI的UHF移动自组网，同时VS4还有额外的卫星连接。
同样地，主区1内的另一个小区以节点W8、W2和WVG3形成一个使用GOLSR-MI的802.11移动自组网。
因为WVG3拥有VHF，GPRS和802.11的相通性，所以它作为本小区的网关节点。
节点通过VHF、UHF或802.11链路的短距离通信来形成小区域内的移动自组网。
一个较小的区域内更远地方的节点既可以通过GPRS、卫星链路又可以通过混合通信链路中的网关或中继节点进行通信。
节点之间根据各自的RI注册节点的不同并且通过SORP协议进行跨区域通信。
在大区2的节点V14在VHF移动自组网中可以通过GOLSR-MI协议直接与节点V15、VG16进行通信。
节点V14将利用RI2的网关节点VG16和VS4和在同一大区2内的V7或V11节点进行通信。
为了可以在大区内进行通信，源节点将数据发送到其RI注册机上，它通过AODV-MI向大区内的其他的注册机发送路由请求来发现路由。
拥有的注定节点的路由信息的RI登记处向源RI登记处发送包含目标节点的接口类型、优先级和QoS状态的路由回复。
源RI登记处通过各自的大区的注册机的最佳可用链接向目的节点发送数据。
大区1的节点W2要发送数据到RI1才可以与大区2的节点V14进行通信。
RI1通过AODV-MI向所有的寄存器发送路由请求。
如图4所示，RI2在其路由表中拥有节点V14的路由信息，RI2就会向RI1发送路由应答，这样RI1就可以通过RI2发送数据包给节点V14。
表1给出了链路状态表中节点WVG3的信息，*表示所有不在小区内的其他节点。
接口ID结构拥有所有活动链接的ID。
接口优先级包含从1到10的优先级值的环节，其中10代表最高优先级。
QoS字段包含相应的通信链路的QoS值，范围是从1到10，其中10为最高的QoS值。
图4：
节点形成主要和次要的区域
表1：
WVG3的链路状态表
目的ID
下一级跳跃
接口ID结构
接口优先级
QOS
跳数
W8
W8
W
10
10
1
W8
W2
W
10
10
1
W2
W8
W
10
9
2
R
R
WVG1
10,5,9
10,6,8
1
*
R
WVG1
10,5,9
10,6,8
路由算法根据QoS值和跳数来选择最佳的路径。
节点WVG3具有一个由W，V和G来表示它具有无线802.11，VHF和GSM链接的独特ID。
节点WVG3和W8，W2以及RI1来提示“错误！
未找到引用源。
”等信息。
它通过RI1与本大区内的其他节点（*）或者和其他跨区节点进行通信，QoS条目（*）仅表示WVG3和RI1之间的QoS联系。
RI1，RI2的接口表2和表3分别表示各自所在的大区路由信息。
表2：
RI1的链路状态表
目的ID
下一级跳跃
接口ID结构
接口优先级
QOS
跳数
UG1
UG1
G2
10
8
1
W2
WVG3
W,V,G1
10,6,8
9,5,7
2
W2
WVG3
W,V,G1
10,6,8
8,4,6
3
WVG3
WVG3
W,V,G1
10,6,8
10,6,8
1
WV5
WV5
V
9
6
1
U6
UG1
G2
10
7
2
U13
UG1
G2
10
7
2
W8
WVG3
W,V,G1
10,6,8
9,5,6
2
W9
V5
W
10
5
2
W10
V5
W
10
5
2
表3：
RI2的链路状态表
目的ID
下一级跳跃
接口ID结构
接口优先级
QOS
跳数
VS4
VS4
S
10
7
1
V7
VS4
V
10
5
2
V11
VS4
V
10
5
2
VG12
VG12
VG2
8,10
6,8
1
V14
VG16
G1
10
5
2
V15
VG16
G1
10
5
2
VG16
VG16
G1
10
8
1
G17
G17
G2
10
8
1
Ⅵ.总结
本文介绍了一种支持多种异构网络技术的新型车载网络设备。
由于嵌入在设备内的技术可以使得车和车联网络结合在一起，作者认为它将会很快地吸引消费者的眼球。
文中还提出了用于支持VNDs和跨网络边界的无缝切换的CCVN架构。
本装置中的关键逻辑是认知控制器如何基于QoS参数、用户自定义界面的优先级和用户订阅服务结合支持多种物理层的交换路由逻辑来提供最佳的连接。
在移动的AdHoc网络中，VND还可以作为一个网关从而使得两个网络互相连接。
所开发的架构开拓了无处不在的消费类计算设备的视野，最重要的是在更广泛的物理空间实现了包括未被商业移动通信技术和网络技术覆盖的空间连接。
所提出的架构可用于任何需要实现无处不在的连接的应用程序中。
参考文献
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[8]ZaheerAhmed,HabibullahJamal,RizwanaMehboob,andShaobA.Khan,“ANavigationDevicewithMACSupportingMultiplePhysicalNetworksforExtendedCoverageandOperations”,IEEETransactionsonConsumerElectronics,Vol.54,No.3,August2008.
[9]SrisakulThakolsri,ChristianSchaefer,ThomasWalterandWolfgangKellerer,“AccountingManagementforSessionMobilityinanUbiquitousEnvironment”IWCMC’06,July3-6,2006.
ZaheerAhmed：
拉瓦尔品第国防科技大学计算机工程院士，在KINPOE核电站卡拉奇和NED大学获得电子工程学士学位和教育学学士学位，他拥有16年以上的硬件和软件设计与开发的行业经验，他的专业领域是嵌入式系统，工业控制应用，ASIC设计，加密和软件设计和开发。
目前，他正在巴基斯坦塔克西拉工程技术大学攻读博士。
ProfessorHabibullahJamal：
在1974年从巴基斯坦拉合尔工程技术大学获得理学学士学位，分别在1979年和1982年获得了加拿大多伦多大学的选择工程的硕士和博士学位。
在他的职业生涯中，他是享有盛誉的。
他是巴基斯坦塔克西拉工程大学电气工程系的教授，同时担任该校的副校长一职。
他是许多机构包括IEEE的资深会员。
他是第九届巴基斯坦教育论坛的国家教育奖和巴基斯坦国家奖的获得者。
Dr.S.A.Khandid：
美国乔治亚理工学院电气与计算机工程博士；亚特兰大佐治亚洲数字信号处理和数字设计通信系统的博士。
他有着12年以上类似于亚特兰大大公司、图片电话和思科系统的工作经验。
他主要致力于多DSP系统。
作为通信技术的研发小组的领导，他率领团队一起开拓设计系统芯片（SOC）。
他是在2001年获得优秀科学技术的国家教育奖五人当中的一员。
RizwanaMehboob：
巴基斯坦拉瓦尔品第国家科技大学计算机工程硕士。
在巴基斯坦拉合尔电子工程与技术大学完成了他的学业，有着16年以上在复杂的嵌入式系统的开发与设计、硬件和软件架构设计、通信、数据压缩和网络协议设计的工作经验。
目前，她在工程高级研究中心攻读博士学位。
AsrarAshraf：
巴基斯坦高级工程研究中心计算机工程硕士，在巴基斯坦卡拉奇NED大学获得电子工程学士学位。
有着10年以上从事复杂嵌入式系统的开发与设计、硬件和软件架构设计、通信和网络协议设计的工作经验。
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