基于ＶＡＮＥＴｓ的路由協議研究

張曉靜

【摘 要】本文介紹了車載自組網的特點，并針對車載自組網的服務模式、運行特點，提出了一種面向服務的分布式路由協議。

【關鍵詞】無線自組網 車載自組網 路由協議

1 車載自組網主要特點

車載自組網是極其特殊的移動自組織網絡，它同樣存在一般無線自組網所固有的問題，如隱藏點問題、暴露點問題、信道捕獲問題等。不過也帶有自身獨特的特性。

車載自組網的主要特點包括：由于節點高速移動性(速度大致在5}42m/s之間)，導致網絡拓撲結構變化快，路徑壽命短。

（1）無線信道質量不穩定，受多種因素影響，其中包括路邊建筑、道路情況、車輛類型和車輛相對速度等。

（2）節點通過發動機可以提供源源不斷的電力支持，車輛的承載空間也可以確保天線的尺寸和其他額外的通信設備，同時還具有強大的計算能力和存儲能力等。

（3）節點移動具有一定的規律性，只能沿著車道單/雙向移動，具有一維性。

道路的靜態形狀使得車輛移動是受限制的，車輛軌道一般可預測。

2 車載自組網路由研究

2.1傳統無線自組網路由協議

到目前為至，根據自組網的特性研究人員已經提出了一些路由協議。這些移動自組網的路由協議，可以根據不同的分類原則，從多個角度加以分類：

(1)表驅動型路由(Table Driven),按需驅動型路由(On Demand-driven)和混和型路由(hybrid)。

(2)平面型路由(flat)和層次型路由(hierarchical)。

(3)單路徑型路由(single-path)和多路徑型路由(multi-path)。

(4) GPS輔助型路由(GPS assisted)和非GPS輔助(non-GFS assisted)型路由。

在以上這幾種自組網路由協議分類中，表驅動型路由、按需驅動型路由和混和型路由的分類方式是目前使用的最為普遍的。

2.2車載自組網路由協議設計面臨的問題

在車載自組網中，網絡節點能量有限且一般沒有能量補充，因此路由協議需要高效利用能量;同時由于WSNs節點數目通常很大，節點只能獲取局部的網絡拓撲結構信息，路由協議還要能在局部網絡信息的基礎上選擇合適的路徑。

因此移動自組網路由協議，如AODV, DSR等，并不適合車載自組網，這主要是由于以下幾個原因：

（1）頻繁而可預測的拓撲變化。由于車載自組網絡中車輛運動的絕對和相對速度快(在大多數道路情況下，車輛的運行速度超過801cm/h，甚至更高)，車載自組網的拓撲結構變法十分頻繁。

（2）通信鏈路生命期短。觀察和實驗結果顯示，即使假定車輛的信號范圍是500米，通信鏈路的有效生命周期也僅平均為1分鐘。并且，如果消息的傳遞需要多跳完成，有效傳輸時間將進一步被減小。

（3）頻繁的網絡分隔。由于車載自組網絡的高速移動性，網絡會被頻繁地分割(或重新組合)成很多部分。一個車輛很有可能無法與離它不是很遠的另一車輛通信。

（4）有限的冗余度。在車載自組網絡中，系統的冗余能力，或者臨時性地，或者功能性地受到了限制。

（5）豐富的資源。在車載自組網中，節點往往沒有這些硬件資源的限制，而對協議其它方面的性能有更高的要求。

2.3分布式路由協議

根據數據傳輸的緊急程度不同，我們可以把適合VANETs中的路由協議分為兩類，一類是和安全相關的緊急應用中的消息分發機制，一類是非緊急應用的路由協議。消息分發傳遞的數據是突發的、少量的，通信時間短，而且通常沒有固定的消息接收者，這類通信要求數據傳遞時延小、可靠性高。經典路由算法的路由建立需要較長的時間，不適合緊急消息分發。非緊急應用的路由協議往往用來在車輛間實現資源的共享，或者通過車載自組網向車輛提供Internet接入服務。這種數據通信的持續時間較長，能夠容忍一定的時延和數據丟失。

（1）DPP路由

DPP路由協議處理高速路車載自組網的消息傳播。其主要思想是把高速路上的車輛劃分為簇，每個簇都有一個簇頭和一個簇尾，簇內節點的數據根據目的地的方向分別被傳給簇頭或簇尾。簇頭和簇尾負責轉發收到的數據給下一個相鄰簇，并保存數據直到收到對數據被正確接收的確認。

（2）SAR(Sgaially Aware Routing )路由

算法的主要思想是利用靜態的數字地圖數據構建網絡的拓撲圖，然后根據圖算法找到從源節點到目的節點的一條路徑。數據包根據發現的路徑，采用源路由方法，被傳遞到目的節點。此外，如果車輛找不到前向數據的鄰居節點，它采用下面三種方法之一來恢復路由:①緩存該數據一定的時間然后重新發送；②放棄源路由，采用貪婪前向算法；③重新根據數字地圖計算另一條路徑。

（3）CBLR路由

CBLR路由算法假設所有的車輛能夠通過GPS獲得自身的位置，它把網絡劃分為多個簇，每個簇由一個簇頭和多個在簇頭通信范圍內的成員組成。簇頭和簇成員通過下面的方法產生：車輛廣播一個消息，如果它收到簇頭的回復，則把自己作為簇頭的成員;如果沒有收到，則其自身成為簇頭。簇頭為了維持自己的簇，每隔一定的時間發送一消息通知成員。

（4）OSR路由

GSR，其主要的目的是解決城市中障礙物的問題。GSR要求車輛裝備有GPS設備和當前車載自組網工作區域的數字地圖。服務請求者根據的Dijkstra算法在數字地圖上找出從服務請求者到目的節點的最短路徑，然后數據按照這條路徑來路由數據包。

3 結束語

隨著人們對個人通信要求的提高，人們越來越希望有一種更安全、高效率的方式移動到目的地。目前，雖然一些新的策略已經被引入到車載無線自組網路由協議的設計中，如充分挖掘用戶需求，使用位置、能量信息等，在一定程度上解決了VANETs路由協議的自適應性和自配置性問題，但總的說來，車載自組網中路由研究還處于探索階段，還需要對各種車載網環境中的路由問題進行全面的分析和設計。

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