車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中基于數(shù)據(jù)屬性的興趣包轉發(fā)方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)領域，特別涉及興趣包轉發(fā)監(jiān)聽等時間公 式設計、數(shù)據(jù)屬性因子計算、興趣包轉發(fā)模型設計。
【背景技術】
[0002] 工業(yè)界和學術界對于車載網(wǎng)絡的研究已經(jīng)超過了數(shù)十年，相關的學術成果包括車 間多跳路由算法，移動性管理方案等等。其中傳統(tǒng)的多跳路由算法包括先應式的WRP、DSDV， 反應式的DSR、A0DV，以及混合式的ZRP、HARP等等。先應式路由是由有線網(wǎng)絡路由協(xié)議直接 移植過來的，就像有線網(wǎng)絡那樣，先應式路由首先建立一個到達可達節(jié)點的最優(yōu)路徑表并 持續(xù)維護該表，更新所有節(jié)點的路由信息。反應式路由是為了避免先應式路由產(chǎn)生的大量 網(wǎng)絡開銷，只在需要發(fā)送信息的時候建立一條路由路徑，是一種按需運行方式?；旌鲜絼t是 按場景需要將先應式與反應式混合使用?？刹徽撌窍葢剑磻竭€是混合式路由模式，節(jié) 點都需要消耗大量的資源和網(wǎng)絡開銷來更新網(wǎng)絡路徑表，而由于車載網(wǎng)絡節(jié)點移動速度 快，網(wǎng)絡拓撲變化頻繁，其中不但發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點可能移動，被選中的中間路徑節(jié)點也 會隨時移動，所以這種網(wǎng)絡路由算法很容易因節(jié)點網(wǎng)絡拓撲更新不及時造成通信失敗。 Haerri等人的文章展示出上述傳統(tǒng)ad hoc路由算法在車載網(wǎng)絡中表現(xiàn)出的高延遲和高丟 包率（參見文南犬：Haerri J，F(xiàn)ilali F,Bonnet C.Performance comparison of AODV and 0LSR in VANETs urban environments under realistic mobility patterns[C]// Proc.of 5th IFIP Mediterranean Ad-Hoc Networking fforkshop(Med-Hoc-Net-2006), Lipari, Italy.2006,1045.)〇
[0003] 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(Named data networking)作為一種近年來被提出的新型網(wǎng)絡架 構，可以從根本上改變車載網(wǎng)絡的設計方式。作為信息中心網(wǎng)絡的一個分支，命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡 直接應用數(shù)據(jù)名稱來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā)。相對于當前IP網(wǎng)絡架構中將數(shù)據(jù)發(fā)送給某個特定的 車輛，車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡則是直接去獲取某個特定的數(shù)據(jù)，而在車載網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)的名稱相 對于節(jié)點的網(wǎng)絡拓撲更加穩(wěn)定，所以車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡相對于以點對點為核心的IP網(wǎng)絡架 構能更好的適應網(wǎng)絡拓撲的變化，并且車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡去除了為車輛分配IP地址的需 要，數(shù)據(jù)自認證的方式可以使車載網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信更加安全。
[0004] 命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡首次由Jacobson在文章中提出（參見文獻:Jacobson V，Smetters D K,Thornton J D,et al.Networking named content[C]//Proceedings of the 5th international conference on Emerging networking experiments and technologies. ACM, 2009:1-12.)，文章提出網(wǎng)絡內(nèi)有三種主要的網(wǎng)絡實體:數(shù)據(jù)生產(chǎn)者，數(shù) 據(jù)消費者和轉發(fā)者。通常每個網(wǎng)內(nèi)實體都會維護三個表:緩存表(Content Store-CS)，待滿 足興趣表（Pending Interest Table-PIT)和轉發(fā)信息表（Forwarding Information Table-FIB)。其中CS記錄了節(jié)點接收并緩存下來的數(shù)據(jù)，PIT則記錄了已經(jīng)通過此節(jié)點轉發(fā) 出去但還未收到傳回數(shù)據(jù)的興趣包以及對應的上一跳節(jié)點，F(xiàn)IB是通過網(wǎng)內(nèi)路由協(xié)議維護 的數(shù)據(jù)名稱與對應下一跳接口的信息，這與當前TCP/IP架構中路由器的轉發(fā)表的功能基本 類似，但它允許匹配多個端口進行轉發(fā)。圖1展示了命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)轉發(fā)過程。當一 個興趣包到達節(jié)點，節(jié)點會首先查詢CS表，如果有匹配數(shù)據(jù)，則立即回傳;若CS中沒有，則檢 查PIT表中是否有相同興趣包轉發(fā)記錄，如果有則直接在對應PIT記錄中添加此次傳來興趣 包的接口；如果CS和PIT都沒有記錄，則查詢FIB尋找下一跳接口并添加 PIT記錄。對應的當 一個數(shù)據(jù)包回傳進來時，節(jié)點會通過PIT記錄將數(shù)據(jù)回傳給請求接口，以此可以依次回傳直 至到達數(shù)據(jù)請求者。如果一個數(shù)據(jù)到達但PIT中沒有記錄，這說明該數(shù)據(jù)是未被請求過的， 出于安全考慮將會被直接丟棄。其中不論是興趣包還是數(shù)據(jù)包都不會攜帶IP地址，興趣包 的轉發(fā)完全基于包內(nèi)的數(shù)據(jù)名稱，而數(shù)據(jù)包回傳則完全基于節(jié)點對應PIT中的記錄。
[0005] 與當前IP網(wǎng)絡架構點對點的傳輸模式不同，用戶在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中獲取信息的方 式是發(fā)出帶有所需數(shù)據(jù)名的興趣包，用戶并不關心所要的數(shù)據(jù)是由數(shù)據(jù)產(chǎn)生者發(fā)回還是由 沿途某個節(jié)點緩存提供的。這種架構非常適合車載網(wǎng)絡的應用環(huán)境，例如，在車載網(wǎng)絡中， 用戶并不關心前兩段路口的紅綠燈信息亦或某個停車場的車位信息是由哪個車輛提供的， 駕駛人員關心的只是數(shù)據(jù)本身。相比于去找某個特定的并且隨時移動的車輛，車載命名數(shù) 據(jù)網(wǎng)絡則是去找某個數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的名稱比動態(tài)的網(wǎng)絡拓撲結構更加穩(wěn)定，所以車載命 名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡更能適應車輛移動帶來的頻繁拓撲變化。圖2表示了車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與當前 車載網(wǎng)絡傳輸模式對比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 通過仿真以及研究現(xiàn)有技術發(fā)現(xiàn)，僅僅考慮車間距離的轉發(fā)模式不能完全適應車 載網(wǎng)絡的應用場景，該模式雖然在轉發(fā)單數(shù)據(jù)塊組成的數(shù)據(jù)時可以表現(xiàn)出較短的數(shù)據(jù)獲取 延遲，例如紅綠燈信息，路況信息，停車位信息等一些由單個數(shù)據(jù)包即可表達的內(nèi)容。但是 當車載應用需求的數(shù)據(jù)為多數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)時，例如街道照片，音樂，語音信息等等需要切割成 多個數(shù)據(jù)塊依次回傳的數(shù)據(jù)，該機制表現(xiàn)出了較高的數(shù)據(jù)回傳延時和數(shù)據(jù)接收失敗率。僅 依靠距離選擇下一跳節(jié)點的路由算法仿真結果顯示出，單數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)回傳平均延時為1 秒，而多數(shù)據(jù)塊的回傳平均延時為86秒，我們認為造成多數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)回傳延時很高的原因 是由于車輛的移動，在后續(xù)數(shù)據(jù)塊回傳過程中，此前幫忙轉發(fā)興趣包，擁有此PIT記錄的車 輛有可能駛出通信范圍，使得數(shù)據(jù)包無法回傳給請求者。
[0007] 為了解決上述問題本發(fā)明采用了如下技術方案:車載命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中基于數(shù)據(jù)屬 性的興趣包轉發(fā)方法，包括以下步驟：
[0008] 車輛節(jié)點監(jiān)聽到鄰居車輛發(fā)出的興趣包，車輛節(jié)點從興趣包中提取出前一跳車輛 的位置L，行駛車速^和行駛方向D1;然后車輛節(jié)點根據(jù)聽等時間公式計算出等待時間，進入 監(jiān)聽狀態(tài)；當?shù)却龝r間結束時還未監(jiān)聽到其他車輛轉發(fā)該興趣包，則車輛節(jié)點轉發(fā)該興趣 包，若在等待時間結束前監(jiān)聽到有其他車輛轉發(fā)該興趣包，則取消轉發(fā)。所述鄰居車輛為車 輛節(jié)點傳輸半徑內(nèi)的車輛。
[0009] 以上所述聽等時間公式為
[0010] Twait = ffl · Tdis+ff2 · Tvc+ff3 1 Tlocation+Tca
[0011 ] 式中Twait為聽等時間，Tdis為車輛間距時間，TVC為車輛狀況時間，。。。^^為車輛位 置時間，為沖突避免時間，WLW2和W3分別表示Tdis、Tvc和Τι_& η的屬性系數(shù)。
[0012]具體地，所述車輛間距時間Tdis的計算方式為
[0014] 其中T_stant為時間影響常數(shù)，取值為5ms，DmaxS車輛傳輸半徑，即信號能傳到的最 遠距離，D( sender, tra_itter)為車輛節(jié)點（即當前轉發(fā)車輛)與上一跳發(fā)送車輛的距離，該距離 可以由興趣包中攜帶的上一跳車輛位置L和本車輛當前位置求得。
[0015] 具體地，所述車輛狀況時間TVC的計算方式如下
[0016] TvC = Tconstant * ( | V2-Vl | + | D2-Dl | ) * S
[0017] 其中Tc_tant為時間影響常數(shù)，別為車輛節(jié)點（即當前轉發(fā)車輛)和上一跳 發(fā)送車輛的行駛速度，〇2與01分別代表車輛節(jié)點（即當前轉發(fā)車輛)行駛方向與上一跳發(fā)送 車輛行駛方向，S代表車輛節(jié)點（即當前轉發(fā)車輛)是否為固定路線車輛且經(jīng)過特定區(qū)域，如 果條件符合，則s=0,如果條件不符合，即為車輛為非固定路線車輛或者路線不經(jīng)過對