MP2P在車聯(lián)網(wǎng)資源共享策略中的應用

羅建康　張巍

摘要：車載網(wǎng)在汽車領域的應用非常廣泛，但由于流動性高的車輛節(jié)點，導致網(wǎng)絡拓撲結構的變化非常快，所以傳統(tǒng)的C/S體系結構難以滿足車聯(lián)網(wǎng)的需求。文章提出了一種新的移動P2P架構在車聯(lián)網(wǎng)中的應用。該種架構能夠滿足移動環(huán)境下網(wǎng)絡拓撲結構易變化的特性，能夠使同一路測單元下的各車輛節(jié)點共享資源，減少了服務器端的帶寬壓力。關鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；MP2P；資源共享

引言

文章中車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構分為三個部分，車載移動終端設備即車載單元處于車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構中的第三層，網(wǎng)絡中轉站的路側單元作為第二層，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中控制的網(wǎng)絡中心作為最上面一層。車輛節(jié)點將自身攜帶的資源及采集到的資源傳送到AP站點，AP站點再根據(jù)不同的信息種類進行分類處理。這些信息可能的流向是：一是路側單元將這些信息傳回網(wǎng)絡中心，網(wǎng)絡中心對這些信息進行處理利用；二是路側單元之間的信息傳遞，使得相近的路測單元進行信息共享；三是路側單元將信息處理過后再次傳回車載單元，對車載單元進行控制或者使得車載單元對這些信息進行利用。

在車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構中，如果采用傳統(tǒng)的C/S架構會使得服務器端的帶寬壓力非常大，并且在連接過程中的連接不間斷問題也很難保證。所以，我們根據(jù)車聯(lián)網(wǎng)架構的性質，以及車聯(lián)網(wǎng)用戶的需求，提出了一種基于移動P2P技術的合作下載方法用于車聯(lián)網(wǎng)中，使得車載單元在：高速移動的環(huán)境下獲得良好的用戶體驗。

1 車聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)資源獲取方法

車聯(lián)網(wǎng)中傳統(tǒng)的資源獲取方法是采用C/S架構，即客戶端/服務器架構，OBU作為客戶端，RSU作為服務器，OBU統(tǒng)一將資源上傳到RSU，由RSU統(tǒng)—對這些資源進行管理控制以及提供下載。這種架構有兩個優(yōu)點：一是RSU統(tǒng)—對這些資源進行管理，不易造成資源遺漏。二是保密性好，由服務器統(tǒng)一管理各個OBU，只要服務器的保密性高，就不易造成各個OBU信息的泄漏。C/S架構在車輛網(wǎng)中的部署示意，如圖1所示。

采用C/S架構有一個優(yōu)點就是可以保證RSU覆蓋下的所有OBU都可以得到及時響應，但是也有一個缺點，就是當RSU覆蓋下的OBU數(shù)量過多時會導致RSU負荷過大。其次，如果同一RSU蓋下的多個OBU在不同時間段向RSU請求同一資源時，會使得RSU做重復動作，造成資源浪費。最后，由于車聯(lián)網(wǎng)的特性，使得在高速移動環(huán)境下網(wǎng)絡連接不穩(wěn)定造成網(wǎng)絡中斷，影響用戶體驗。

2.1 移動P2P技術

車聯(lián)網(wǎng)的P2P模型采用半分布式結構，分為三層，如圖2所示，第一層是用戶終端，攜帶著用戶信息以及用戶資源；第2層為超級節(jié)點（Server）和索引節(jié)點（Tracker），Server負責存儲用戶終端上傳的資源并對這些資源進行管理分配，Tracker存儲用戶節(jié)點的文件列表，用戶終端每次獲取資源都要通過Tracker查詢哪些用戶終端擁有該資源，之后由Server統(tǒng)一調度，控制這些用戶終端向該用戶終端發(fā)送資源；最頂層則是中心云，中心云是總后臺，連接著多個AP，管理著連接在這些A吐的Server。

MP2P具有以下特征：

（1）網(wǎng)絡拓撲結構易變化：傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡拓撲結構一般比較穩(wěn)定，不易發(fā)生變化，而MP2P網(wǎng)絡拓撲結構容易發(fā)生變化，不穩(wěn)定，這些特點使得移動環(huán)境下網(wǎng)絡連接易中斷。

（2）節(jié)點本身資源有限：由于節(jié)點本身的移動性，使得節(jié)點的計算能力，存儲能力和電源供應能力都受到限制，這使得其在連接AP站點以及和AP站點及其他節(jié)點共享資源時必須考慮自身資源限制，使其能力發(fā)揮受到一定限制。

（3）網(wǎng)絡層分配地址不統(tǒng)一：傳統(tǒng)P2P網(wǎng)絡在接入路由器時就分配了IP地址，并且不會再改變，而移動P2P網(wǎng)絡由于其移動特性，節(jié)點在移動過程中IP地址會經(jīng)常發(fā)生變化。

2.2 移動P2P技術在車聯(lián)網(wǎng)中的資源共享方法

資源發(fā)現(xiàn)策略是移動P2P網(wǎng)絡中車輛節(jié)點獲取其他車輛節(jié)點及AP站點資源信息列表的方法，怎樣以一種快速有效的方式響應節(jié)點請求并滿足其獲取其他資源信息請求關系到整個網(wǎng)絡的高效性，P2P網(wǎng)絡系統(tǒng)是為實現(xiàn)各節(jié)點資源共享而產(chǎn)生的，移動P2P網(wǎng)絡由于其高速移動性，滿足其資源共享策略顯得更為困難，怎樣以更低的成本，在更短的時間內以一種更為有效的方法發(fā)現(xiàn)其他節(jié)點并獲取其資源信息是這篇論文的研究內容。

移動P2P網(wǎng)絡節(jié)點的高速移動性使得其網(wǎng)絡拓撲節(jié)點容易發(fā)生變化，形成了網(wǎng)絡一致性問題。網(wǎng)絡拓撲一致性問題會造成其連接節(jié)點的資源經(jīng)常發(fā)生變化，造成移動擾動性，而且引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡托АＲ虼耍绾翁岣哒麄€移動P2P網(wǎng)絡的覆蓋層和網(wǎng)絡層結構的一致『生是移動P2P網(wǎng)絡研究的主要內容之一。

數(shù)據(jù)分發(fā)是某個車輛節(jié)點通過某種機制方法將其他節(jié)點需要的數(shù)據(jù)通過某種高效的方式分發(fā)給所有請求該資源的車輛節(jié)點的過程。在整個網(wǎng)絡連接不可靠，資源有限及節(jié)點設備受限的情況下，如何以一種高效的數(shù)據(jù)分發(fā)策略直接關系到整個P2P網(wǎng)絡性能的優(yōu)劣，數(shù)據(jù)分發(fā)基本上有下面四個過程組成：數(shù)據(jù)處理、路由選擇、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收，每個過程本身的優(yōu)劣程度直接影響到整個P2P網(wǎng)絡數(shù)據(jù)分發(fā)策略的優(yōu)劣。所以，如何結合車聯(lián)網(wǎng)移動網(wǎng)絡環(huán)境的自身特點，設計一種適用于車聯(lián)網(wǎng)的高效的數(shù)據(jù)分發(fā)策略是車聯(lián)網(wǎng)移動P2P網(wǎng)絡研究的重要內容。

整個框架分為云端，server，tracker和移動終端四個部分，Tracker用于存儲Server和各個移動終端的資源列表，所有移動終端一旦進入AP的覆蓋范圍時，都會將自己的資源列表傳送給Tracker，當移動終端向服務器發(fā)送請求時，服務器會從Tracker的資源列表中查找，如果查找成功，則將相關的資源列表返回給移動終端，實現(xiàn)移動終端的點對點通信，如果查找失敗，Server則會從云端拉取資源。

由于RSU的計算能力、帶寬、內存容量有限，本論文中利用Rsu向中心云開虛擬機為車載單元服務的方法，每個節(jié)點的網(wǎng)絡地址及所持有的資源索引都存于中心云的資源列表中，同時，每個節(jié)點都擁有一張路由表，查詢只能指向那些路由表中的對等體（即RSu覆蓋范圍內的所有普通節(jié)點）。如圖3所示，當A車進入RSU1的覆蓋區(qū)域內時，RSU1將A車的網(wǎng)絡地址及所持有的資源索引通過RSU1發(fā)送至中心云，當然，B、C車進入RSU1時這個步驟已經(jīng)完成，同時，覆蓋區(qū)域的所有車更新路由表，當RSU1發(fā)布一段正是A車所需要的視頻信息時，A車向RSU1發(fā)出下載申請，于是RSU1向云中開了一個虛擬機a為A車服務（只有當發(fā)出下載申請時才開虛擬機，RSU可以在云中開多個虛擬機，這就涉及到虛擬機通信與同步的概念及相關技術，虛擬機a從資源列表中監(jiān)測到B車與C車剛好有視頻的片段1、片段2，于是將此資源列表信息通過RSU傳達給A車，為以后A、B、C車離開RSU1的覆蓋范圍組成自組網(wǎng)實現(xiàn)資源共享作鋪墊；當A車進入到RSU2的覆蓋范圍，需要繼續(xù)下載時，不再需要在RSU2中開虛擬機，直接改變虛擬機a的AP即可達到目的。

3 結語

信息安全問題是車聯(lián)網(wǎng)移動P2P網(wǎng)絡研究中應該關注的重要內容。目前，對移動P2P網(wǎng)絡信息安全的研究主要在以下幾個方面：信任管理、攻擊檢測、訪問控制；對隱私問題的匿名通信和對等信譽方面也會加以研究。移動P2P網(wǎng)絡在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下能否發(fā)揮更大的作用主要集中在節(jié)點信譽方面。集中式的節(jié)點信譽管理有著自身缺點，既復雜又不一定可靠，對等信譽由于其便于管理，不屬于集中式管理，是未來節(jié)點信譽管理的理想選擇。