車載自組網(wǎng)的路由協(xié)議研究

董敏娥

（陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，陜西 西安 710018）

網(wǎng)絡(luò)的一個比較重要的功能就是進(jìn)行路由，通信的根本目的就是對消息的傳達(dá)，路由就是為消息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸提供最佳路徑的。路由最基本的兩個要素是建立路由和在建立的路由上傳送數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的AODV路由協(xié)議是基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的情況下建立的路由，而車載自組網(wǎng)作為一個有別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)形式，在與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在相通點(diǎn)的同時，在有的方面與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在很大的差異，尤其是作為主要節(jié)點(diǎn)的車輛，具有高速移動性的特點(diǎn)。改進(jìn)后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議所暴露出的很多問題[1-2]。

1 車載自組網(wǎng)路由協(xié)議

AODV（Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing）是一種按需路由，它分為路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)兩部分[3]，所以改進(jìn)后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議同樣也分為路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)兩部分。

1.1 路由發(fā)現(xiàn)

路由發(fā)現(xiàn)負(fù)責(zé)尋找一條路由。為了在車載自組網(wǎng)中得到更好的路由，該車載自組網(wǎng)路由協(xié)議中的節(jié)點(diǎn)由車載節(jié)點(diǎn)和路側(cè)節(jié)點(diǎn)兩部分組成，所以路由算法也是由它們來共同完成。車載節(jié)點(diǎn)和路側(cè)節(jié)點(diǎn)的信息包括IP地址信息和地理位置信息，而在每個車載節(jié)點(diǎn)中保存著周圍車載節(jié)點(diǎn)和路側(cè)節(jié)點(diǎn)的信息，車載節(jié)點(diǎn)和路側(cè)節(jié)點(diǎn)會定期的相互間發(fā)送心跳信息。AODV改進(jìn)后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的發(fā)現(xiàn)過程流程圖如圖1所示。

圖1 路由發(fā)現(xiàn)流程圖Fig.1 Route discovery flow diagram

1.2 路由維護(hù)

路由維護(hù)負(fù)責(zé)對找到的路由進(jìn)行檢查，確定路由是否因節(jié)點(diǎn)移動等原因失效。一旦失效，負(fù)責(zé)通知相應(yīng)的源節(jié)點(diǎn)刪除失效路由。車載自組網(wǎng)路由協(xié)議通過發(fā)送Hello消息幀進(jìn)行的路由維護(hù)。Hello消息幀其實(shí)就是TTL=1時的RREP幀。TTL（Time-To-Live）為IP數(shù)據(jù)包字段，表示該幀的傳播跳數(shù)。Hello消息幀用于監(jiān)測活躍路徑上相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈接狀況。

車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的路由維護(hù)流程[4-5]圖如圖2所示。

圖2 路由維護(hù)流程圖Fig.2 Routemaintenance flow diagram

2 仿真結(jié)果及實(shí)現(xiàn)介紹

2.1 仿真實(shí)驗(yàn)步驟

2.1.1 仿真環(huán)境和參數(shù)的選擇

仿真使用的工具是Matlab，通過Matlab編程來實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議算法，來模擬道路交通情況。仿真能實(shí)現(xiàn)車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，直觀的顯示了路由協(xié)議的性能，同時能得到大量的數(shù)據(jù)，為具體分析路由協(xié)議的性能提供了可靠的依據(jù)。

本文選擇一段1 000米長的路段，行駛10～200輛車，即100～200個車輛節(jié)點(diǎn)，對傳統(tǒng)AODV和改進(jìn)后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議可信路徑距離和協(xié)議開銷進(jìn)行仿真[6]。

2.1.2 仿真數(shù)據(jù)處理

當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)從10逐漸增大到200時，分別記錄下Trusted_path_distance（可信路徑距離）、Trusted_path_hops（可信路徑跳數(shù)）、Hopbyhop_cost（跳數(shù)成本）的值。為了讓仿真更合理、有效，每個節(jié)點(diǎn)數(shù)仿真10次，然后取平均值作為該節(jié)點(diǎn)數(shù)下的結(jié)果。

1）直接取Trusted_path_distance（可信路徑距離）作為協(xié)議性能的衡量參數(shù)。做出節(jié)點(diǎn)的trusted_path_distance（可信路徑距離）坐標(biāo)曲線圖。

2）利用 Trusted_path_hops（可信路徑跳數(shù)）、Hopbyhop_cost（跳數(shù)成本）的值進(jìn)行路由協(xié)議開銷的計(jì)算。我們假設(shè)每個節(jié)點(diǎn)到另外一個節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議開銷是一樣的，記為Cost_base，則源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議開銷可近似為：

協(xié)議開銷=Hopbyhop_cost（跳數(shù)成本）+Trusted_path_hops（可信路徑跳數(shù)）*Hopbyhop_cost（跳數(shù)成本）

然后把協(xié)議開銷作為衡量路由協(xié)議性能的另一個參數(shù)，做出節(jié)點(diǎn)-協(xié)議開銷坐標(biāo)曲線圖。

2.1.3 仿真實(shí)驗(yàn)

分別設(shè)置車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)為10到200，每個車輛節(jié)點(diǎn)數(shù)仿真10次取平均值[7]，所得數(shù)據(jù)如表1和表2所示：

表1 傳統(tǒng)AODV協(xié)議仿真參數(shù)Tab.1 Emulation parameters of traditional AODV protocol

表2 車載自組網(wǎng)路由協(xié)議仿真參數(shù)Tab.2 Em ulation param eters of routing protocol of vehicle Ad hoc network

2.2 仿真結(jié)果的分析與比較

圖3 傳統(tǒng)AODV可信路徑距離仿真Fig.3 Simulation of traditional AODV trusted path distance

圖4 傳統(tǒng)AODV協(xié)議開銷仿真Fig.4 Simulation of traditional AODV protocol overhead

圖5 車載自組網(wǎng)路由協(xié)議開銷仿真Fig.5 Simulation of routing protocol of vehicle Ad hoc network overhead

圖4 和圖5可以看出：對于傳統(tǒng)的AODV協(xié)議，車輛節(jié)點(diǎn)增加時可信傳輸路徑的距離增大，相應(yīng)的協(xié)議開銷也增加。從仿真結(jié)果圖6可以看到：與傳統(tǒng)AODCV協(xié)議一樣，車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的協(xié)議開銷也是隨著車載節(jié)點(diǎn)的增加而增大的，但是相比之下，車載自組網(wǎng)路由協(xié)議開銷隨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加的幅度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的AODV協(xié)議。從圖6還可以看出，隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，車載自組網(wǎng)路由協(xié)議開銷增加幅度減小，這也體現(xiàn)出了AODV路由協(xié)議改進(jìn)后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的一大優(yōu)勢。而這種優(yōu)勢完全是因?yàn)檐囕d自組網(wǎng)路由協(xié)議借助心跳信息來進(jìn)行Hello消息幀的發(fā)送，而使得該協(xié)議開銷幅度大大減少[8]。

3 結(jié)束語

針對車輛高速移動性的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)AODV的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出適用于車載自組網(wǎng)的路由協(xié)議，對協(xié)議的路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制和路由維護(hù)機(jī)制進(jìn)行研究。應(yīng)用Matlab進(jìn)行仿真，驗(yàn)證傳統(tǒng)AODV優(yōu)化后得到的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議能夠在車載自組網(wǎng)中良好的工作；仿真結(jié)果顯示，優(yōu)化后的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議具有更小的協(xié)議開銷。在對車載自組網(wǎng)路由協(xié)議的理論研究完成后，該協(xié)議在3個智能小車上進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，效果良好。

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