基于Geo—Gnutella P2P的交通流量系統(tǒng)

孫丹東

摘要：車聯(lián)網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)，使高速移動(dòng)下的數(shù)據(jù)交換會(huì)在一定程度上導(dǎo)致比較網(wǎng)絡(luò)存在低的聯(lián)通性和比較高的丟包率。文章設(shè)計(jì)一個(gè)基于地理信息系統(tǒng)的Gnutella P2P網(wǎng)絡(luò)（Geo-Gnutella）的系統(tǒng)管理交通信息，力圖解決上述缺陷。在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將道路劃分為由道路段組成的區(qū)域。路側(cè)單元（ RSU）負(fù)責(zé)的區(qū)域信息交換，多個(gè)路側(cè)單元組成分布式交通信息系統(tǒng)，服務(wù)于交通大數(shù)據(jù)的采集以及車輛查詢實(shí)時(shí)交通信息。通過測(cè)試分析基于地理信息的改進(jìn)的Geo-Gnutella P2P車聯(lián)網(wǎng)，具有較高的連接成功率及較低的丟包率。

關(guān)鍵詞：智能交通系統(tǒng)；自組織車聯(lián)網(wǎng)：Gnutella；交通流量系統(tǒng)

近年來，智能交通技術(shù)得到了初步的應(yīng)用和發(fā)展。例如在道路安全方面，實(shí)時(shí)車道變化警告、電子制動(dòng)警告等。交通預(yù)警的基礎(chǔ)上，輔助計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的情況下可以減少司機(jī)的錯(cuò)誤判斷，從而減少交通事故發(fā)生。AHS的實(shí)驗(yàn)中，智能交通疏導(dǎo)可以分散車流，總體降低交通堵塞的概率。車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)（VANET）是智能交通系統(tǒng)（Intelligent TrafficSystem。ITS）的重要組成部分。汽車可以通過VANET進(jìn)行信息交換。通過實(shí)時(shí)交通系統(tǒng)輔助對(duì)行車路徑進(jìn)行修正，車輛可以選擇最優(yōu)路線。

在Rybicki等[1]的論文中提出了一種車輛基于路側(cè)單元的P2P網(wǎng)絡(luò)的交通信息系統(tǒng)。也就是說，對(duì)等網(wǎng)覆蓋的車輛可以為系統(tǒng)提供健壯性，基于路側(cè)單元的通信可以提供良好的連通性。但是這種P2P系統(tǒng)沒有考慮在高速移動(dòng)的情況下，車輛的移動(dòng)造成與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信隨機(jī)丟失，數(shù)據(jù)切換等問題。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出了一種基于地理信息的G nut ella的P2P架構(gòu)（Geo-Gnutella），將這種改進(jìn)的P2P技術(shù)應(yīng)用于VANET。利用路側(cè)單元組織采集基于路段區(qū)域的車輛構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的交通信息，而路側(cè)單元組成實(shí)時(shí)交通信息系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)提供智能交通相關(guān)大數(shù)據(jù)服務(wù)。

對(duì)于非結(jié)構(gòu)化P2P- GnutellaP2P模式進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，可以適應(yīng)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。應(yīng)用層的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)位于車聯(lián)網(wǎng)的頂端，它依賴車聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息傳遞。為了減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，我們可以減少P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)的維數(shù)。本文提出基于地理信息系統(tǒng)，將道路劃分為“區(qū)域”，而“區(qū)域”由“路段”組成。在每個(gè)路段都通過自組織車聯(lián)網(wǎng)形成P2P網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，保持區(qū)域內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。

在結(jié)構(gòu)中每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)路側(cè)單元（Road SideUnit，RSU），用來管理每個(gè)路段的交通信息。多個(gè)RSU接入互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式信息查詢系統(tǒng)。我們假設(shè)每個(gè)車輛都配備了GPS和4G接入設(shè)備?；诘乩硇畔⒌腉nutella P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)在每一個(gè)路段選舉超級(jí)節(jié)點(diǎn)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施的通信通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行[2]。

綜上，本文所述Geo- Gnutella的車聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)如圖l所示。

2 合作的交通信息系統(tǒng)

在基于VANET的交通信息系統(tǒng)中，基本的關(guān)注點(diǎn)是信息傳遞。信息傳遞依賴于車輛間的路由，但由于車輛行駛速度不同，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷變化。因此，很多方案被提出來解決上述這些問題，例如，基于地理調(diào)度和改進(jìn)的鄰居查找方案、軌跡轉(zhuǎn)發(fā)等。

為了建立實(shí)時(shí)的交通信息系統(tǒng)，有文獻(xiàn)提出構(gòu)建基于車輛間的協(xié)同合作的車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。利用車輛間通信進(jìn)行傳播和查詢交通信息。然而，要持續(xù)地?cái)?shù)據(jù)傳遞需要網(wǎng)絡(luò)上有足夠數(shù)量的車輛。當(dāng)車輛密度不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)中斷。即使我們假設(shè)有足夠的車輛相互通信，當(dāng)車輛密度增加，車聯(lián)網(wǎng)又將被廣播包填滿，維持網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)帶寬占用率變得非常高，造成嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)擁塞[3]。所以我們應(yīng)該考慮控制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。

2.1 P2P覆蓋的車載自組織網(wǎng)絡(luò)

P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)可能提供了一種高效的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，在廣域網(wǎng)絡(luò)中具有自組織性、易擴(kuò)展性和健壯性。由于P2P的這些特點(diǎn)，很多基于P2P的交通信息系統(tǒng)的應(yīng)用被提出。

P2P覆蓋可以分為非結(jié)構(gòu)化的，如Gnutella，結(jié)構(gòu)化如Chord。P2P系統(tǒng)在參與者之間分配資源。從目前的研究來看，P2P VANET有兩種常見的基本架構(gòu)。一個(gè)是無基礎(chǔ)設(shè)施的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是基于基礎(chǔ)設(shè)施的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)。P2P覆蓋可以采用非結(jié)構(gòu)化或結(jié)構(gòu)化的。當(dāng)我們直接搭建一個(gè)沒有基礎(chǔ)設(shè)施的VANET的車輛P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，就像上面的討論一樣，P2P VANET系統(tǒng)將會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)容量低而連接受限、查找成功率低等困擾。

因此，有文獻(xiàn)提出基于基礎(chǔ)設(shè)施的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在這種架構(gòu)下通信的車輛連通性和延遲會(huì)有較大改善。但是文獻(xiàn)中指出，由于通信只依賴于基礎(chǔ)設(shè)施，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致低效率和高延遲。所以，在Rybicki論文中提出了“GraphTIS”解決方案來提高查找性能和負(fù)載分配。2.2有關(guān)車聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)類型

關(guān)于VANET中的網(wǎng)絡(luò)類型，一些文獻(xiàn)提出了一些在V2V和V21網(wǎng)絡(luò)中通過WiFi進(jìn)行車輛通信的方法。但用于VANET時(shí)可能會(huì)有以下不足：（1）當(dāng)車輛高速移動(dòng)時(shí)，WiFi連接不穩(wěn)定，導(dǎo)致頻繁掉線。（2） WiFi覆蓋面積小，當(dāng)被某建筑物遮擋時(shí)，信號(hào)衰減嚴(yán)重。所以為了達(dá)到滿意的覆蓋水平，需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施部署，設(shè)備和維護(hù)成本都太高。也有文獻(xiàn)中，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入的車輛通信，以及在此基礎(chǔ)上建立P2P覆蓋。如今，隨著4G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)更普遍和價(jià)格更低，這種方法將更適合VANET，因?yàn)樗梢蕴峁└叩男?、帶寬和更廣的覆蓋范圍。

專用短距離通信（Dedicated Short RangeCommunications，DSRC）是專門為車載通信設(shè)計(jì)的中短距離無線通信通道。802.llp也稱為車載環(huán)境中的無線接入（WAVE），它可以用于V2V和V21通信的高速移動(dòng)，在此基礎(chǔ)上建立標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)設(shè)施。在文獻(xiàn)中，Nausheen通過仿真提出合并WAVE和移動(dòng)通信網(wǎng)可以提供比較好的效果。WAVE具有低傳輸延遲，我們可以使用WAVE進(jìn)行車輛間近距離通信，而移動(dòng)通信網(wǎng)具有較寬的覆蓋范圍，適合V21通信等較長(zhǎng)距離的通信。二者相輔相成，可以提高服務(wù)可用性，并在大多數(shù)情況下可以平滑地切換。

2.3路段與區(qū)域

在VANET中，如果要準(zhǔn)確獲得實(shí)時(shí)的流量信息，P2P網(wǎng)絡(luò)覆蓋必須穩(wěn)定，查找成功率更高，延遲更低。所以P2P網(wǎng)絡(luò)規(guī)模應(yīng)該減少，所有的VANET數(shù)量都是可控的。本文假定所有涉及ITS的車輛都配備了GPS導(dǎo)航設(shè)備，移動(dòng)蜂窩上網(wǎng)模塊（4G-LTE）和DSRC無線設(shè)備。

為了提高查找性能，道路分為幾個(gè)區(qū)域，該區(qū)域由一些路段組成。在每個(gè)路段中，車輛通過DSRC形成一個(gè)獨(dú)立的P2P網(wǎng)絡(luò)作為P2P節(jié)點(diǎn)。路段規(guī)模的大小應(yīng)該保證車輛能夠直接通信，并確保車輛能夠與負(fù)責(zé)區(qū)域的RSU通信，并且RSU的容量不會(huì)超載。 根據(jù)公式：g=kv

（1） 及V=Vf（l-k/kjam）

（2）

其中k位車輛密度，表示在路段里面單位長(zhǎng)度下車輛的數(shù)量；q為車流量，表示單位時(shí)間內(nèi)通過某固定觀測(cè)點(diǎn)的車輛數(shù)量：v為車速：Vf為最高限速；kjam為堵車時(shí)候車輛密度。

公路場(chǎng)景下IEEE 802.llp收發(fā)器的最大通信距離不足750 m，通信成功率達(dá)到90%，車速達(dá)到120 km/h時(shí)，與RSU的通信時(shí)間約為22.5 s。而在一些文獻(xiàn)中，車輛之間距離400 m以內(nèi)的將表現(xiàn)出可以接受的結(jié)果，包傳遞率（PacketDelivery Rate，PDR）高度依賴于底層環(huán)境。而RSU與負(fù)責(zé)交換數(shù)據(jù)的“超級(jí)車輛”節(jié)點(diǎn)之間采用4G-LTE傳輸數(shù)據(jù)。通過計(jì)算與分析得知，我們?cè)诔鞘械缆访? km部署一個(gè)RSU設(shè)備，在城市高速公路每4 km-個(gè)，高速公路每10 km一個(gè)。在具體的地形和地形上，RSU的數(shù)量可以根據(jù)車速與車流量進(jìn)行調(diào)整。一個(gè)RSU負(fù)責(zé)一個(gè)區(qū)域的通信，我們將一個(gè)區(qū)域劃分為若干個(gè)路段，每個(gè)路段的距離為400 m，每個(gè)路段的P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)是有限的，每個(gè)車輛都有一個(gè)本地的地圖副本了解所有路段，然后通過接入系統(tǒng)的GPS位置信息來控制P2P廣播范圍。

路段ID由GPS確定采用唯一標(biāo)識(shí)，我們可以將道路ID和區(qū)域ID以及路片ID組合為RSID（ Road Segment ID）。例如，道路ID為X201，區(qū)域ID為0023（與路側(cè)單元ID相同，RSUID），路片ID為02，路由左側(cè)和右側(cè)的最后一個(gè)編號(hào)為0或1。因此，RSID為X2010023020和X2010023021，如圖1所示。

對(duì)于交叉區(qū)域，路段可能重疊，我們可以通過GPS信息變化確定行駛方向，以確定車輛屬于哪個(gè)RSID。當(dāng)車輛行駛到地下隧道時(shí)，高層建筑覆蓋無法捕捉到GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)導(dǎo)入自主導(dǎo)航系統(tǒng)，這樣可能對(duì)數(shù)據(jù)傳輸造成一定影響凹，本文不作討論。

3 Geo-Gnutella P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)

3.1 Gnutella網(wǎng)絡(luò)

在Gnutella網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)既是客戶端又是服務(wù)器，所以稱為servent。Gnutella 0.6提出了Ultrapeer（超級(jí)種子）系統(tǒng)。Ultrapeer系統(tǒng)通過將網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)分類為葉節(jié)點(diǎn)和超級(jí)節(jié)點(diǎn)，具有分層網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。葉節(jié)點(diǎn)只允許連接到超級(jí)節(jié)點(diǎn)。超級(jí)節(jié)點(diǎn)作為葉節(jié)點(diǎn)的代理連接到上層網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)可以控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，減少消息處理和路由負(fù)擔(dān)。所以這種Gnutella網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)半分布式拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，但性能比以前有了很大的提高。Gnutella網(wǎng)絡(luò)具有高度的容錯(cuò)性，丟棄的部分servent不會(huì)中斷正在進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)操作，而且這個(gè)特性恰好適用于VANET資源的搜索和下載。

3.2 Geo-Gnutella P2P車載自組織網(wǎng)結(jié)構(gòu)

本文所提出的Geo-Gnutella系統(tǒng)是路上車輛通過DSRC形成車載自組織網(wǎng)絡(luò)，并在應(yīng)用層形成的P2P網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這種網(wǎng)絡(luò)是Gnutella P2P網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)算法，不屬于通常意義的Gnutella網(wǎng)絡(luò)，它們之間不能相互通信。

3.2.1背景描述

當(dāng)車輛進(jìn)入路段時(shí)，將通過GPS和導(dǎo)航地圖中獲取RSID和RSU信息。如果車輛不久前與某些Geo-Gnutellaservent進(jìn)行了通信，則該車輛將嘗試與存儲(chǔ)在其緩存中的其他超級(jí)車輛進(jìn)行通信。如果所有的超級(jí)節(jié)點(diǎn)車都不在線，在緩存中沒有數(shù)據(jù)或沒有連接到網(wǎng)絡(luò)，則在x秒后，車輛將向負(fù)責(zé)該區(qū)域的RSU發(fā)送請(qǐng)求。RSU在網(wǎng)絡(luò)上充當(dāng)GnutellaGWebCache。在RSU的緩存中存儲(chǔ)了該區(qū)域的超級(jí)節(jié)點(diǎn)信息和每個(gè)路段的第一級(jí)服務(wù)器（如果沒有超級(jí)節(jié)點(diǎn)用戶），那么車輛將通信超級(jí)節(jié)點(diǎn)或第一級(jí)服務(wù)器并嘗試加入Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)，如果RSU緩存空白或者RSU提供的所有超級(jí)節(jié)點(diǎn)和第一個(gè)servent都無法連接，車輛可能是第一個(gè)進(jìn)入該區(qū)域的servent。它將被存儲(chǔ)在RSU緩存中，直到第二輛車加入相同的路段。在這種Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)中，所有車輛到車輛（Vehicle-to-Vehicle，V2V）通信將使用DSRC，所有車輛到RSU通信使用通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接互聯(lián)網(wǎng)。

3.2.2建立Geo-Gnutella P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)

在該系統(tǒng)中，一個(gè)區(qū)域包含多個(gè)路段，每個(gè)路段形成一個(gè)Geo-Gnutella覆蓋網(wǎng)絡(luò)。如果兩輛車屬于不同的路段，則兩輛車不能通信。由于車輛在行駛，因此，當(dāng)一輛車進(jìn)入?yún)^(qū)域并被選舉成超級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)，為了保持上層網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，那么它們?cè)诿恳粋€(gè)路段都是超級(jí)節(jié)點(diǎn)，直到離開該區(qū)域或該車輛網(wǎng)絡(luò)中斷系統(tǒng)重選。根據(jù)系統(tǒng)需要，葉節(jié)點(diǎn)可以變成超級(jí)節(jié)點(diǎn)：超級(jí)節(jié)點(diǎn)也可以降級(jí)成為一個(gè)葉節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)?shù)诙v車進(jìn)入路段時(shí)，也會(huì)自動(dòng)嘗試連接Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)。它從本地緩存或區(qū)域RSU的緩存中獲取超級(jí)用戶的IP地址列表。當(dāng)系統(tǒng)沒有超級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)，它將提供RSU緩存的該區(qū)域在線第一個(gè)車輛IP地址。一旦獲得了同一路段上的第一輛車的IP地址，就會(huì)建立一個(gè)TCP/IP連接，并啟動(dòng)握手序列。客戶端是第二臺(tái)啟動(dòng)初始連接請(qǐng)求的車輛，而回應(yīng)連接請(qǐng)求并提供資源的車輛就作為服務(wù)器。當(dāng)然在Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)中，車輛既是服務(wù)器又是客戶端。

為了建立Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)覆蓋，兩輛車將通過發(fā)送“Geo-Gnutella連接”握手。Geo-Gnutella的連接不僅包含“Gnutella連接”的原始參數(shù)，還包含一些GPS參數(shù)來控制連接規(guī)模。這些GPS參數(shù)包含當(dāng)前位置坐標(biāo)（X，Y），方向角（0），速度（V），時(shí)間（T）。

例如，兩輛車可能握手以下過程。

Client

Server

Geo - GNUTELLA CONNECT/0.6

User-Agent： ITShare/l.O

X-GPS： Xi，Yi，Oi，Vi，Ti

X-UltraPeer：False

Pong-Caching： O.l

<1f>

Geo-GNUTELLA/0.6 200OK

User-Agent：ITShare/l.O

X-GPS： Xj，Yj，Oj，Vj，Tj

X-UltraPeer：False

Pong-Caching： O.kcr>

X-UltraPeer-Needed：True

<1f>

Geo-GNUTELLA/0.6 200 0K

X-UltraPeer：True

<1f>

[binary messages]

[binary messages]

客戶端與服務(wù)器建立TCP連接。頭部報(bào)文為“Geo-GNUTELLA CONNECT/0.6”，這作為Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)。服務(wù)器響應(yīng)“Geo-GNUTELLA /0.6200 OK”表示要連接。如果服務(wù)器由于某種原因而不能連接，它應(yīng)該以錯(cuò)誤代碼進(jìn)行響應(yīng)并關(guān)閉連接。“用戶代理”是用戶代理標(biāo)識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)HTTP頭。“X-GPS”是Geo-Gnutella中定義的特殊標(biāo)題。雙方通過“X-GPS”值來確定是否建立連接。當(dāng)車輛進(jìn)入路段時(shí)，將通過導(dǎo)航設(shè)備獲取路段的邊界坐標(biāo)值。兩輛車在相同的路段和相同的方向，連接將建立。

我們可以參考inpolygon算法或C#函數(shù)PtInRect來判斷多邊形區(qū)域（路段）內(nèi)的點(diǎn)，并且可以計(jì)算角度來確定車輛是否在同一個(gè)方向。例如，如果一個(gè)車輛的方向角度是。，另一個(gè)是β，α-β|<45或360-|α-β|<45，那么我們可以考慮兩輛車在同一個(gè)方向。方向角定義為車輛方向和北方的順時(shí)針方向角。實(shí)際上，GPS是根據(jù)上一次的位置來判斷方向角的。在某些轉(zhuǎn)彎路段可能會(huì)造成錯(cuò)誤的判斷而導(dǎo)致連接中斷，但是通過劃分路段和超級(jí)節(jié)點(diǎn)可以降低這種錯(cuò)誤發(fā)生的概率。

頭部“X-UltraPeer： False”是指車輛（servent）不是超級(jí)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)車輛是否成為超級(jí)節(jié)點(diǎn)，取決于網(wǎng)上是否需要更多的超級(jí)節(jié)點(diǎn)。頭部“X-UltraPeer-Needed”可以平衡網(wǎng)絡(luò)上超級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)“X-UltraPeer-Needed”的值為正時(shí)，表示希望對(duì)方的S ervent成為超級(jí)節(jié)點(diǎn)。如果有時(shí)網(wǎng)絡(luò)中有太多的超級(jí)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)超級(jí)連接另一個(gè)超級(jí)同級(jí)時(shí)，超級(jí)節(jié)點(diǎn)可能會(huì)發(fā)送“X-UltraPeer-Needed： False”來協(xié)商另一側(cè)成為一個(gè)葉級(jí)節(jié)點(diǎn)。通常情況下，在Geo-GNUTELLA系統(tǒng)中，一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)的葉節(jié)點(diǎn)不超過30個(gè)。繼續(xù)上面的例子，當(dāng)作為服務(wù)器的車輛發(fā)送“X-UltraPeer-Needed： True”的頭部時(shí)，客戶車輛發(fā)送“Geo-GNUTELLA/0.6 200 OK”同意該連接，成為一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)并發(fā)送“X-UltraPeer- UltraPeer：True”。當(dāng)一個(gè)車輛在一個(gè)區(qū)域內(nèi)成為一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)，它將發(fā)送一個(gè)消息給負(fù)責(zé)該區(qū)域的RSU，RSU隨之更新緩存。其他車輛加入時(shí)，過程是一樣的。為了減少RSU的負(fù)載，車輛首先在本地緩存中獲取超級(jí)列表。當(dāng)本地緩存為空或所有超級(jí)用戶離線時(shí)，車輛將向RSU發(fā)送請(qǐng)求。這將確保車輛快速連接到Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)保持RSU緩存呼叫的計(jì)數(shù)非常低。

當(dāng)車輛離開路段時(shí)，會(huì)通過發(fā)送一個(gè)再見命令斷開所有連接，但保持超級(jí)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。當(dāng)它離開一個(gè)區(qū)域并進(jìn)入一個(gè)新的區(qū)域時(shí)，它會(huì)發(fā)送一個(gè)消息給這個(gè)區(qū)域的RSU，這樣它就可以查詢超級(jí)同志的列表并注冊(cè)自己。在這個(gè)系統(tǒng)中，一個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)只保留少量的與超級(jí)節(jié)點(diǎn)的連接。一個(gè)超級(jí)節(jié)點(diǎn)作為Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)的葉節(jié)點(diǎn)的連接代理，這樣可以減少消息處理量和網(wǎng)絡(luò)中對(duì)等節(jié)點(diǎn)數(shù)量，以及減少VANET之間的維持連接的流量，分區(qū)段處理Gnutella有利于整體路網(wǎng)信息采集效率的提高。這些Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)在路段上被分隔，又通過超級(jí)節(jié)點(diǎn)和多個(gè)RSU將這些Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)連接起來形成智能交通系統(tǒng)[5]。

4 交通信息查詢

車輛要查詢當(dāng)前位置到達(dá)目的地的實(shí)時(shí)交通信息，將該請(qǐng)求發(fā)送到該區(qū)域的RSU。因?yàn)檐囕v可以從導(dǎo)航設(shè)備獲得路線，所以它發(fā)送請(qǐng)求包括路線上的所有RSU。RSU轉(zhuǎn)發(fā)查詢并收集其區(qū)域的信息。所有RSU完成交通信息采集，并將數(shù)據(jù)匯總返回給車輛。為了避免同時(shí)進(jìn)行更多的車輛查詢，RSU會(huì)將交通信息緩存幾分鐘。但是應(yīng)該建立一個(gè)機(jī)制，如果突發(fā)堵塞，應(yīng)該強(qiáng)制更新緩存。RSU應(yīng)該存儲(chǔ)歷史交通信息數(shù)據(jù)，以提供分布式交通信息查詢、分析和預(yù)測(cè)服務(wù)?？梢栽O(shè)計(jì)一個(gè)爬蟲程序進(jìn)行交通信息收集，具體信息查詢架構(gòu)不在本文討論。

5 結(jié)語

本文論述了一個(gè)用Geo-Gnutella P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的實(shí)時(shí)協(xié)同交通信息系統(tǒng)，對(duì)Gnutella算法進(jìn)行了改進(jìn)，通過分區(qū)路段和動(dòng)態(tài)GPS信息限制了各個(gè)區(qū)域的P2P網(wǎng)絡(luò)傳播。

實(shí)時(shí)交通信息是車載網(wǎng)絡(luò)中的重要應(yīng)用之一。本文不涉及P2P網(wǎng)絡(luò)的安全性。Geo-Gnutella網(wǎng)絡(luò)的超級(jí)節(jié)點(diǎn)和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建相結(jié)合，動(dòng)態(tài)調(diào)整整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全策略，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)威脅的變化，主動(dòng)找到惡意節(jié)點(diǎn)是本文今后的工作。我們可以在P2P VANET覆蓋網(wǎng)絡(luò)中共享一些車聯(lián)網(wǎng)用戶都關(guān)注的媒體文件，使用Gnutella爬蟲搜索分享資源下載，我認(rèn)為這是未來研究的一個(gè)非常有趣的方向。