城市場(chǎng)景中有基礎(chǔ)設(shè)施的車(chē)聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連通性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在新型車(chē)聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)體系中，如何實(shí)時(shí)構(gòu)建互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，保持穩(wěn)定狀態(tài)為 應(yīng)用層提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而支撐應(yīng)用層智能化服務(wù)，是車(chē)聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化機(jī)制研 究所面臨的一個(gè)難點(diǎn)。
[0003] 目前在車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)VANET中，研究人員對(duì)路由維護(hù)進(jìn)行了相關(guān)研究，取得了一 定成果，主要表現(xiàn)在VANET的三類(lèi)路由協(xié)議上，包括單播(Unicast)，地理組播(Geocast)和 廣播(Broadcast)路由，具體總結(jié)如圖1所示。單播路由又可以根據(jù)其所需要的信息類(lèi)型分 為四類(lèi)，如圖1右半部分所示。第一類(lèi)是傳統(tǒng)的基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議（Topology-based routing protocol)，第二類(lèi)是基于位置的路由協(xié)議（Position based routing protocol)，第三類(lèi)是基于地圖的路由協(xié)議(Map based routing protocol)，第四類(lèi)是基于 路徑的路由協(xié)議(Path-based routing protocol)。
[0004] 早期自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議都屬于基于拓?fù)涞穆酚蓞f(xié)議。在該類(lèi)協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)中 源節(jié)點(diǎn)通過(guò)路由表建立到目的節(jié)點(diǎn)的連通路徑并發(fā)送數(shù)據(jù)。目的序列距離矢量路由 (Destination Sequenced Distance Vector Routing,DSDV)[1]協(xié)議的思想是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都 必須時(shí)時(shí)維護(hù)一張完整的路由表。但是在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化的VANET中，由于維護(hù)和更新路 由信息的開(kāi)銷(xiāo)太大，且路由信息生命周期非常短，DSDV并不適合VANET。源路由協(xié)議 (Dynamic Source Routing，DSR) [2]協(xié)議基于源路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制，通過(guò)消除表驅(qū)動(dòng)方式所需 要的周期性表更新消息，限制網(wǎng)絡(luò)控制報(bào)文的大小，大大減少無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬的開(kāi)銷(xiāo)，并有效 避免網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模路由更新，有效提高實(shí)際傳輸效率。但是，全網(wǎng)范圍內(nèi)的洪泛路由方式還 是導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)載開(kāi)銷(xiāo)非常大。Ad hoc按需距離矢量（Ad-hoc On Demand Distance Vector，A0DV)[ 3 ]協(xié)議結(jié)合了 DSR算法和DSDV算法優(yōu)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不需要或者只維護(hù)部分路 由表，數(shù)據(jù)包頭部不需要攜帶路徑信息，需要連接網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播發(fā)送連接請(qǐng)求，其他 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該消息，并記錄它們是從哪個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到這個(gè)消息，并往回創(chuàng)建臨時(shí)路由到發(fā)起 請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)在于:首先，節(jié)點(diǎn)保存的路由表不存在候選路徑;其次，僅適用于雙向 傳輸信道的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;再次，采用的"超時(shí)刪除"路由機(jī)制，容易造成尚未失效的路由在超過(guò) 生命周期后被刪除。文獻(xiàn)[4]在基于合作機(jī)制的VANET網(wǎng)絡(luò)中，考慮合作機(jī)制產(chǎn)生的通信增 益來(lái)計(jì)算鏈路發(fā)送時(shí)延，綜合鏈路沖突數(shù)和發(fā)送時(shí)延作為路由判據(jù)，設(shè)計(jì)了1011(11111^-Channel Contention-aware Cooperative Metirc)，將其替代A0DV中以跳數(shù)作為路由判斷 依據(jù)，設(shè)計(jì)了 一種分布式路由選擇協(xié)議MCCR(Multi-Channel Contention-aware Cooperative Routing)?？傊?，在這類(lèi)協(xié)議中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)論是否有通信需求都需要維護(hù)全 部或者部分路由信息，而VANET中高速移動(dòng)的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)和頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將會(huì)導(dǎo)致這 類(lèi)協(xié)議無(wú)法發(fā)揮其作用。
[0005] 于是，人們提出了基于位置的路由協(xié)議，依靠車(chē)輛節(jié)點(diǎn)定位系統(tǒng)獲得路由和傳輸 數(shù)據(jù)。裝有定位裝置的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)周期性地廣播本節(jié)點(diǎn)的位置信息，車(chē)輛終端接收其通信半 徑范圍內(nèi)一跳節(jié)點(diǎn)的位置信息，即路由建立僅僅通過(guò)維護(hù)單跳拓?fù)湫畔⑼瓿?。源?jié)點(diǎn)與目 的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程只需要知道下一跳節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地理位置，且在數(shù)據(jù)傳輸中不需要節(jié) 點(diǎn)保存和更新路由信息。所以其更能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)大小和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都在頻繁變化的VANET。貪婪 邊緣無(wú)狀態(tài)路由協(xié)議(Greedy Perimeter Stateless Routing，GPSR)[5]，通過(guò)路由節(jié)點(diǎn)位 置和數(shù)據(jù)包的目的地址來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。GPSR協(xié)議利用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)模式(Greedy Forwarding Mode)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸，當(dāng)其失效時(shí)啟用周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式(Perimeter Forward Mode)，并在 鏈路狀態(tài)正常后恢復(fù)貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式，直至目的節(jié)點(diǎn)收到源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包。然而GPSR在尋找 下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)僅僅根據(jù)直線距離，并沒(méi)有考慮到城市場(chǎng)景中道路、路口、建筑物等的實(shí)際影 響，因此它并不適用于城市道路場(chǎng)景。貪婪邊緣協(xié)調(diào)路由協(xié)議（Greedy Perimeter Coordinator Routing，GPCR)[6]協(xié)議則對(duì)GPSR協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)，使其更適用于復(fù)雜的城市 場(chǎng)景。它主要考慮了街道的路口部分，將數(shù)據(jù)包選擇傳送方向的功能限制在街道路口的車(chē) 輛，在發(fā)現(xiàn)交叉路口存在轉(zhuǎn)發(fā)方向的節(jié)點(diǎn)時(shí)，不用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法而是將數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)送 給該節(jié)點(diǎn)，否則仍然使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式。文獻(xiàn)[7]提出了一種適用于城市場(chǎng)景VANET的路由 算法，通過(guò)采用定時(shí)器的競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)策略選擇合適的下一跳節(jié)點(diǎn)，計(jì)時(shí)器的超時(shí)時(shí)長(zhǎng)和本節(jié) 點(diǎn)地理位置上的優(yōu)秀程度成反比。在岔路口區(qū)域利用Dijkstra算法進(jìn)行下一個(gè)岔路口的選 擇，優(yōu)先選擇物理長(zhǎng)度小車(chē)輛密度大的街道，其與帶有緩存的GPSR和PBRP協(xié)議的仿真對(duì)比 中具有更高的數(shù)據(jù)包遞交率和較低的數(shù)據(jù)延遲。文獻(xiàn)[8]提出了基于交叉路口的地理路由 協(xié)議（Intersection-based Geographical Routing Protocol，IGRP)，以解決城市場(chǎng)景中 VANET的QoS路由問(wèn)題，在計(jì)算量上優(yōu)于GPSR和GPCR。
[0006] 目前的研究熱點(diǎn)集中在基于地圖的路由協(xié)議。地理源路由協(xié)議（Geographic Source Routing)[9]根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，該路徑基于坐標(biāo)位置和在地圖上的位置計(jì) 算而來(lái)，但不能解決車(chē)輛密度太低導(dǎo)致的稀疏連接問(wèn)題。文獻(xiàn)[10]提出地理無(wú)狀態(tài)VANET路 由（Geographic Stateless VANET Routing，GeoSVR)，通過(guò)將節(jié)點(diǎn)位置與數(shù)字地圖和一種 改進(jìn)的限制轉(zhuǎn)發(fā)算法相結(jié)合，克服不可靠的無(wú)線信道問(wèn)題。文獻(xiàn)[11]提出了一種DRES (Distributed Real-time delay Evaluation Scheme)機(jī)制，用于車(chē)輛獲取實(shí)時(shí)性的網(wǎng)絡(luò) 延時(shí)信息，并設(shè)計(jì)了一種采用攜帶轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的基于分布式實(shí)時(shí)信息的VANET路由協(xié)議。該協(xié) 議采用源選徑的路由方式，車(chē)輛根據(jù)對(duì)各道路網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的估計(jì)，采用Dijkstra算法在電子 地圖上計(jì)算出數(shù)據(jù)傳遞延時(shí)最短的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。文獻(xiàn)[12]提出了基于道路使用車(chē)輛交通的 (Road-Based using Vehicular Traffic,RBVT)路由協(xié)議，該協(xié)議采集實(shí)時(shí)車(chē)輛交通信息， 創(chuàng)建由較高網(wǎng)絡(luò)連接概率的連接道路交叉口組成的路徑。
[0007] 車(chē)輛輔助數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(Vehicle-Assisted Data Delivery，VADD)采用了攜帶轉(zhuǎn) 發(fā)機(jī)制[13]，利用可預(yù)測(cè)的車(chē)輛移動(dòng)性來(lái)計(jì)算數(shù)據(jù)包傳送的延遲，找到接下來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包 的道路。位置優(yōu)先探查(Location First Probe，L_VADD)、方向優(yōu)先探查(Direction First Probe，D-VADD)和混合式VADD(H-VADD)等三種不同的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議可以用來(lái)選擇最優(yōu)路徑。 [000 8] 地理組播路由（Geocast routing) [14]本質(zhì)上是一個(gè)基于位置的多播路由，其目 標(biāo)是從源節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包傳送到一個(gè)指定的地理區(qū)域中的所有其他節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為關(guān)聯(lián)區(qū)，很多 VANET應(yīng)用程序可以從中受益。文獻(xiàn)[15 ]提出了車(chē)間地理組播協(xié)議（Inter-Vehic 1 es Geocast protocol，IVG)，廣播報(bào)警信息給高速公路上所有基于延遲時(shí)間算法的危險(xiǎn)區(qū)域 中的車(chē)輛。文獻(xiàn)[16]提出了一個(gè)分布式魯棒的地理組播協(xié)議，用于車(chē)間通信，它的目標(biāo)是將 數(shù)據(jù)包傳送到位于特定的靜態(tài)地理區(qū)域的車(chē)輛，車(chē)輛僅根據(jù)其目前的位置接收或丟棄數(shù)據(jù) 包。
[0009] 文獻(xiàn)[17 ]在分區(qū)的公路上基于地理路由提出了一個(gè)緊急廣播協(xié)議BR0ADC0MM，安 裝在汽車(chē)上的傳感器不斷地收集重要信息，檢測(cè)到任何緊急情況將直接觸發(fā)廣播，該協(xié)議 在消息廣播時(shí)延和路由開(kāi)銷(xiāo)方面優(yōu)于類(lèi)似的基于泛洪的路由協(xié)議。城市多跳廣播協(xié)議 (Urban Multi-Hop Broadcast protocol，UMB)[ 18]是為了解決廣播風(fēng)暴、隱藏節(jié)點(diǎn)和市區(qū) 多跳廣播的可能性問(wèn)題，發(fā)送方節(jié)點(diǎn)在沒(méi)有任何先驗(yàn)拓?fù)湫畔⒌那闆r下，盡量選擇廣播方 向上最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并應(yīng)答數(shù)據(jù)包，當(dāng)該消息傳播的路徑上有交叉口時(shí)，由位于交 叉口的中繼器初始化新的定向廣播。文獻(xiàn)[19 ]提出了 VANET中多跳廣播路由協(xié)議DV-CAST， 同時(shí)適用于密集和稀疏的交通場(chǎng)景。
[0010] 針對(duì)目前主要集中在VANET路由協(xié)議上的研究，從路由類(lèi)型、轉(zhuǎn)發(fā)策略、恢復(fù)策略、 路徑維護(hù)以及適用場(chǎng)景等方面進(jìn)行了具體比較，如表1所示。
[0011] 表1VANET相關(guān)路由協(xié)議比較結(jié)果
[0014] 從現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，目前車(chē)聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議主要針對(duì)同一種無(wú)線接入手段 的車(chē)對(duì)車(chē)(V2V)通信，并不能適應(yīng)如今應(yīng)用的需求。
[0015] 參考文獻(xiàn)：
[0016] [1JPerkins C E ?Bhagwat P.Highly dynamic Destination-Sequenced Distance-Vector rout