基于最優(yōu)方案VANET協(xié)議的研究

宋曉雨

（大連職工大學(xué) 遼寧 116033）

0 引言

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）是移動自組網(wǎng)絡(luò)工作組（MANET）在車輛應(yīng)用方面的延伸，也是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在車輛應(yīng)用方面的延伸，目前是一個(gè)很有發(fā)展前景的項(xiàng)目之一。與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比，VANET具有實(shí)施靈活、管理方便、架構(gòu)新穎、強(qiáng)烈實(shí)現(xiàn)、無中心、自組織等方面的特點(diǎn)。

1 車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)方式

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）是一種無線多節(jié)點(diǎn)多跳的移動網(wǎng)絡(luò)，它的通信是通過下面的方式實(shí)現(xiàn)的：道路中每一輛汽車只要安裝了車載路由器并開啟使用（如 3G等）就可以作為車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，路邊的交通設(shè)施只要安裝了通信設(shè)備并開啟通信功能也可以作為車載自組織網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)（如路邊交通信號燈，路邊固定通信設(shè)備，加油站，停車場等等），在一定的通信范圍（一般在幾百米到幾千米）內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)彼此通信，發(fā)送并更新位置、速度等信息；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的物理距離超出通信距離范圍時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以通過輛車之間的在通信范圍內(nèi)的其他車輛或這路邊通信節(jié)點(diǎn)作為媒介多跳實(shí)現(xiàn)通信，更新信息數(shù)據(jù)。假若兩節(jié)點(diǎn)之間的物理距離不在通信范圍內(nèi)，并且兩節(jié)點(diǎn)之間沒有能夠利用的中間媒介節(jié)點(diǎn)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)就會攜帶信息繼續(xù)前行，直到找到通信范圍內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)，將信息數(shù)據(jù)發(fā)送出去，并更新自己現(xiàn)有的信息數(shù)據(jù)，再將信息多跳的傳遞給目的節(jié)點(diǎn)。這種通信是雙向的，所有通信節(jié)點(diǎn)既可以接收信息數(shù)據(jù)，也可以發(fā)送信息數(shù)據(jù)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中也起到路由器的作用，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)多跳的發(fā)送接受。

2 節(jié)點(diǎn)的通信過程

獲取信號→發(fā)射前處理→發(fā)射信號→通過移動網(wǎng)絡(luò)→接收信號→接受后處理。

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANET）的出現(xiàn)，在很多方面都大大方便的人們的出行生活。如基于交通安全方面的應(yīng)用，這一應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，通過交通燈警告、路牌提示、路面情況檢測等方式，幫助人們有效的避免及減少交通事故的發(fā)生，這類應(yīng)用對通信的及時(shí)性和可靠性要求較高；基于交通效率方面的應(yīng)用，這一應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，通過測量車輛信息、路況信息、路徑預(yù)測、收費(fèi)情況等方式，幫助人們改善車輛出行的條件，提高交通效率，這類應(yīng)用對通信的及時(shí)更新和真實(shí)性要求較高；基于商業(yè)方面應(yīng)用，這一應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，通過人們對某些信息的查詢，如查找停車場、餐飲、商場、加油站等，使得商家有了商業(yè)推廣的途徑，通過這一應(yīng)用，讓人們能夠快速找到自己、提高知名度，實(shí)現(xiàn)商業(yè)推廣的目的，同時(shí)也方便了人們的出行；基于娛樂、服務(wù)方面的應(yīng)用，這一應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，通過互動通訊、媒體傳輸、Internet服務(wù)等方式，幫助人們實(shí)現(xiàn)觀看下載視音頻、移動辦公、在線游戲、社交活動等，豐富人們的出行生活，同時(shí)這類應(yīng)用對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高。

隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對于出行的要求也越來越高，人們希望能夠以一種更為安全、更有效率、同時(shí)能夠滿足娛樂的方式出行，車載自組網(wǎng)的幫助人們解決了這一問題并得到普遍應(yīng)用，相信未來還會繼續(xù)發(fā)展。為了使得通信及時(shí)、快速、準(zhǔn)確、安全的實(shí)現(xiàn)，如何建立應(yīng)對拓?fù)渥兓绱丝焖俚木W(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議將是我們的研究重點(diǎn)。目前市場銷售的大部分導(dǎo)航軟件一般采用的是最短路徑策略或最少收費(fèi)策略，這種方式在一般情況下能夠滿足人們的某一出行要求，但對于當(dāng)前交通路況擁堵的情況下，這幾種策略顯然是行不通的，最短路徑或最少收費(fèi)的方式不僅不能給使用者節(jié)省時(shí)間，還可能降低了出行的效率。本文在基于最短路徑的方式上進(jìn)行加工，加入了道路車輛擁堵情況，綜合多種因素選取出最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)方便出行的目的，提高效率。

3 基本假設(shè)

假設(shè)每輛車都能通過車載導(dǎo)航知道自己和其他VANET中車輛節(jié)點(diǎn)的位置，速度，等待時(shí)間及鄰居節(jié)點(diǎn)的距離和方向，并得到電子地圖。汽車節(jié)點(diǎn)間的通信范圍距離為500 m。路口用In表示。從路口I i到路口 I j記為 r ij。當(dāng)相鄰車輛間的物理距離小于1m，并且車輛行駛速度小于12公里/小時(shí)或者車輛的等待時(shí)間超出5分鐘都計(jì)為堵車情況。

4 場景

假設(shè)某車輛想要到某停車場去，通過車載導(dǎo)航可以得知該停車場的位置。該車輛有兩條路徑可以選擇即路徑 1和路徑2。如果按照最短路徑的方法查找，路由就會選擇路徑1上車輛作為嚇一跳節(jié)點(diǎn)，但是由于路徑 1上車輛較少，消息不能及時(shí)傳遞給下一節(jié)點(diǎn)車輛，導(dǎo)致消息滯后，發(fā)送延遲，不能及時(shí)更新。所以相對而言，由于路徑 2上車輛多，在每段通信范圍內(nèi)都有通信節(jié)點(diǎn)存在，保證了消息傳遞的成功性，消息得以及時(shí)更新。為了減少消息更新的延遲，我們應(yīng)盡量選擇車輛密度相能夠保證通信距離的道路，以保證消息能夠順利的轉(zhuǎn)發(fā)出去。同時(shí)在滿足通信距離的前提下，也要將處于堵車的道路排除，避免由于道路車輛擁堵導(dǎo)致效率下降。

在協(xié)議中，車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用連通圖表示。邊的方向就是車輛的行駛方向，每條路段中消息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間作為邊的權(quán)重。本協(xié)議對車輛密度、車速、等待時(shí)間、方向加以判斷和處理，得到每條邊的長度作為權(quán)重，再利用貪婪算法求出該圖的最短路徑，排序，對于滿足車輛密度、車速、等待時(shí)間等判斷條件的所有路徑再用貪婪算法求每條路徑的權(quán)重，再進(jìn)行計(jì)算，求出滿足消息轉(zhuǎn)發(fā)最優(yōu)條件下的距離最短路徑，作為本協(xié)議的最優(yōu)路徑。既保證了數(shù)據(jù)通信的及時(shí)性又能利用較短的路徑到達(dá)目的地。

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