基于VANET的路由協(xié)議研究

◆黃龍龍

基于VANET的路由協(xié)議研究

◆黃龍龍

(信息工程大學(xué) 河南450001)

VANET的不同應(yīng)用有著不同的網(wǎng)絡(luò)屬性要求，其本身具備的特性也對路由協(xié)議的選擇和使用產(chǎn)生影響。路由器的合理選擇能夠使網(wǎng)絡(luò)性能得到更好的實(shí)現(xiàn)，從而使服務(wù)得到更高的體現(xiàn)。通過對VANET不同類型的應(yīng)用特點(diǎn)以及其對網(wǎng)絡(luò)要求進(jìn)行分析，與不同類型路由協(xié)議有機(jī)結(jié)合，本文主要分析了單播以及多播情況下選擇路由協(xié)議的原因，同時對單播協(xié)議中GPSR+AGF和CAR這兩類路由協(xié)議的構(gòu)造方式進(jìn)行了介紹。

VANET；路由協(xié)議；研究

0 前言

無線組織者網(wǎng)絡(luò)之中，VANET是對其一個方面的拓展?；赩ANET，安裝了車載系統(tǒng)的每輛車都是這一無線網(wǎng)絡(luò)之中的節(jié)點(diǎn)。車載單元所具備的作用就是指的跟其他車輛或路邊接入點(diǎn)，也就是路邊單元互相展開信息交換。跟環(huán)境條件以及交通相關(guān)的信息利用車輛傳感器得到收集，并利用應(yīng)用程序進(jìn)行處理生成數(shù)據(jù)信息同時利用無線網(wǎng)絡(luò)展開有效傳遞。

1 VANET的應(yīng)用類型

智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用目的就是利用對交通相關(guān)實(shí)時流量信息進(jìn)行監(jiān)測以及管理從而使道路安全性以及城市機(jī)動性得到提升。對于VANET應(yīng)用主要有三種類型的劃分，分別為道路安全、商業(yè)服務(wù)以及機(jī)動性能。這之中，現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)在于下列5個方面。

（1）協(xié)作碰撞預(yù)警：車輛進(jìn)行信息收集對或許出現(xiàn)的碰撞進(jìn)行警告；

（2）協(xié)作違規(guī)預(yù)警：RSU對駕駛信息進(jìn)行收集，對或許出現(xiàn)的交通違規(guī)進(jìn)行預(yù)警；

（3）V2V碰撞后通知：車輛可以向其他車輛進(jìn)行碰撞信息通知；

（4）道路擁擠通知：車輛對道路擁擠情況展開監(jiān)測同時向該區(qū)域中的其他相關(guān)車輛進(jìn)行通知；

（5）交通探測：探測車輛對交通信息進(jìn)行監(jiān)測同時利用RSU向交通管理部門進(jìn)行發(fā)送。

各類應(yīng)用所具備的特性以及其網(wǎng)絡(luò)屬性如表1、2所示。

表1 應(yīng)用特性

表2 網(wǎng)絡(luò)屬性

地理范圍中短、中、長依次為＜500m、500m-1km以及＞1km。表2中TTL代表消息的存在時間，依次為單跳路由以及多跳路由；包格式指的就是應(yīng)用信息打包的網(wǎng)絡(luò)分組模式；路由協(xié)議有廣播模式、多播模式、單播模式、匯聚模式四類；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的啟動模式也就是觸發(fā)條件，包括信標(biāo)模式、用戶需求啟動模式以及事件觸發(fā)模式幾種。

通過上述兩表能夠發(fā)現(xiàn)，CCW以及CVW兩者之間存在的共同點(diǎn)為：（1）單跳TCL和廣播路由協(xié)議，也就是指的傳遞信息不需要通過多跳協(xié)議，僅將消息向發(fā)射范圍之中的全部節(jié)點(diǎn)傳遞就行了；（2）信標(biāo)觸發(fā)，指的就是針對周期性消息所采用的發(fā)送模式。兩者之間的不同之處為前者需要通過RSU，但是信標(biāo)觸發(fā)不需要，也就是指的CVW屬于V2I，但是CCW屬于V2V。

此外，除去上述兩種以外的其他應(yīng)用全部要對多跳路由協(xié)議進(jìn)行應(yīng)用，對于哪種路由進(jìn)行選擇都會嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)特性，針對VANET的延伸研究中，對于路由算法的研究是當(dāng)下研究的重點(diǎn)。

2 路由協(xié)議

因?yàn)閂ANET應(yīng)用存在多樣性，針對不同的類別應(yīng)當(dāng)進(jìn)行不一樣協(xié)議的設(shè)計(jì)。廣播需要向整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息發(fā)送，一般情況下會有眾多冗余狀況、競爭狀況以及膨脹問題出現(xiàn)，也就是所謂的廣播風(fēng)暴。而多播指的是向特定的區(qū)域分組包發(fā)數(shù)據(jù)，其對于路由協(xié)議的選擇關(guān)鍵在于對網(wǎng)絡(luò)頻繁變化導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生造成的可靠性問題進(jìn)行解決。但是單播一點(diǎn)要選擇一個從源到接收端的具備穩(wěn)定性的路由協(xié)議。這關(guān)鍵是因?yàn)楫?dāng)某一路徑出現(xiàn)斷裂時怎樣進(jìn)行新路由以及修復(fù)機(jī)制的探尋。

近年來，國內(nèi)外在對 MANET 路由問題的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合VANET自身特點(diǎn)，已經(jīng)提出了很多具有實(shí)用價值的思想和方案。

范存群等提出一種提供高吞吐量的路由算法CRCN，通過對 DSR路由協(xié)議改進(jìn)，提高數(shù)據(jù)的交付率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。但是在密集的 VANET 網(wǎng)絡(luò)中，這種利用其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組多重轉(zhuǎn)發(fā)，顯著增加數(shù)據(jù)分組碰撞率和節(jié)點(diǎn)負(fù)載，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)阻塞。QLAODV路由算法，是AODV 的改進(jìn)算法。通過添加Q_Learing 算法來確保路由的穩(wěn)定性。該算法在拓?fù)浔淼木S護(hù)上有所改進(jìn)，但增加了拓?fù)渚S護(hù)的開銷。在AODV上改進(jìn)的路由算法還有 DAODV(基于位置和移動方向)，AODV-DHCP(在鏈路斷裂上改進(jìn))路由算法，它們在鏈路質(zhì)量上都有優(yōu)化，但是在路由開銷和維護(hù)上沒有改善。CAREFOR算法利用 ping 協(xié)議獲取節(jié)點(diǎn)的密集度，并通過車輛密集度度量數(shù)據(jù)分組的碰撞率，實(shí)現(xiàn)降低數(shù)據(jù)分組的碰撞，提高數(shù)據(jù)分組交付率的目的。

盡管上述算法已經(jīng)針對VANET的特點(diǎn)做了相應(yīng)改進(jìn)，但在完全適應(yīng)VANET上還存在較多不足，如拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、路由表有效時間短、鏈路斷裂頻繁、路由開銷大等。

針對VANET提出的路由算法也越來越多，從不同的角度可以將路由算法進(jìn)行不同的分類。根據(jù)VANET的應(yīng)用需求，可分為延遲容忍路由和非延遲容忍2類路由算法。延遲容忍路由有CMGR、SADV、D-greey 和D-MinCost等。非延遲容忍路由有 GPSR_L、VRP、LOUVR等。本文根據(jù)VANET 路由算法的特點(diǎn)，將現(xiàn)有協(xié)議分成以下4類：( 1 ) 基于位置貪婪路由算法（LGBRP）；( 2 )基于為簇路由算法（CBRP）；( 3 )基于錨節(jié)點(diǎn)路由算法（ABRP）；（4）基于街道集路由算法（SBRP）。

3 路由選擇分析

多播協(xié)議之中所涵蓋的路由協(xié)議全部是基于DRC協(xié)議以及IVC協(xié)議前提下對相關(guān)選項(xiàng)加以變化形成的。當(dāng)下研究熱點(diǎn)之一的單播協(xié)議涵蓋諸多不一樣種類的協(xié)議以及組合，由以上所述，通常單播協(xié)議選擇為None-DTN之中信標(biāo)路由。

而信標(biāo)路由里作為非覆蓋路由的代表就是貪婪周邊無狀態(tài)路由，CPRS一般用途是對其他路由所具備的算法性能進(jìn)行分析時所選用的參考協(xié)議。而覆蓋路由卻是對連接感知路由進(jìn)行選擇，CAR基本可以對基于拓?fù)涞南嚓P(guān)路由協(xié)議進(jìn)行適應(yīng)。

CPRS之中，節(jié)點(diǎn)向距離目的最近的鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，基于恢復(fù)期通過貪婪模式對右手規(guī)則加以實(shí)現(xiàn)：當(dāng)x節(jié)點(diǎn)最早邁進(jìn)恢復(fù)模式，y作為其下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將會延由x以及D作為目的節(jié)點(diǎn)共同組成的虛擬邊界基于逆時針規(guī)則進(jìn)行挨個選取。這一算法對于平面圖形有著嚴(yán)格要求，如果不是平面圖形，一切邊緣全部或許會相互產(chǎn)生相交從而導(dǎo)致路由循環(huán)。基于此，CPRS 配備了可以形成平面圖形的相關(guān)路由，分別為相對領(lǐng)域圖以及加布里埃爾圖。此外，CPRS還擁有兩個不足之處，一是其陳舊性，二是其非動態(tài)性。基于對上述不足之處的解決，設(shè)計(jì)研發(fā)了先進(jìn)貪婪轉(zhuǎn)發(fā)。在ACF中，節(jié)點(diǎn)不僅進(jìn)行位置信息的發(fā)送，也對速度以及方向相關(guān)信息進(jìn)行發(fā)送，其他節(jié)點(diǎn)能夠?qū)δ骋还?jié)點(diǎn)可不可達(dá)進(jìn)行預(yù)測，所以，CPSR通常跟ACF共同使用。

CAR是在AODV的基礎(chǔ)上進(jìn)行的設(shè)計(jì)的一類覆蓋路由，它的節(jié)點(diǎn)與AODV對整個路徑進(jìn)行存儲方式不同，其是對固定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲，也就是對那些用于連接作用的節(jié)點(diǎn)。某一節(jié)點(diǎn)利用對速度向量有沒有跟上一節(jié)點(diǎn)所具備的速度向量保持平行進(jìn)行檢查能夠?qū)υ摴?jié)點(diǎn)屬不屬于固定節(jié)點(diǎn)加以檢測，因此固定節(jié)點(diǎn)屬于已經(jīng)被覆蓋的節(jié)點(diǎn)，其相互之間的路由就能夠通過ACF加以得到。

4 結(jié)語

車聯(lián)網(wǎng)基于安全性、移動性以及交通傳感器具備的效率性提升的目標(biāo)，進(jìn)行技術(shù)平臺的創(chuàng)建，但是因?yàn)檐囕v具備移動性較高以及不確定性的特點(diǎn)，車聯(lián)網(wǎng)所具備的網(wǎng)絡(luò)層一定要展開重新設(shè)計(jì)。單跳協(xié)議基于安全性考量在應(yīng)用上將不適宜，這主要是由于保證安全性需要進(jìn)行一對多通信。所以單播協(xié)議在道路交通探測中應(yīng)用較多，安全性應(yīng)用中幾乎都會對多播協(xié)議進(jìn)行用到。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)層之中，路由協(xié)議是其關(guān)鍵組成之一，由于VANET具備變化無常的特點(diǎn)所以不適用于基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膮f(xié)議，但是使用地理位置協(xié)議時也應(yīng)當(dāng)對多種協(xié)議組合加以選擇，從而對各類協(xié)議擁有的不足之處加以彌補(bǔ)，所以在仿真中進(jìn)行運(yùn)行測試就應(yīng)當(dāng)預(yù)先的加以選擇。

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