基于路口的VANETs路由道路連通性預(yù)測(cè)方法綜述

蔡震

摘 要：車(chē)輛自組織網(wǎng)絡(luò)（VANETs）路由中，基于路口的地理路由協(xié)議能很好的適應(yīng)城市VANETs的環(huán)境，其中道路連通性預(yù)測(cè)在路由協(xié)議中具有決定性的作用，本文分析并比較了經(jīng)典VANETs路由協(xié)議中采取的各種道路連通性預(yù)測(cè)方法的工作機(jī)制和優(yōu)缺點(diǎn)，最后進(jìn)行總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：VANETs；道路連通性預(yù)測(cè)；交通路口

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.105

1 引論

相較于MANETs（Mobile Ad hoc Networks， MANETs），VANETs（Vehicular Ad hoc Networks，VANETs）因本身移動(dòng)車(chē)輛作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的特殊性，有兩點(diǎn)不同。首先，車(chē)輛移動(dòng)速度快，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也隨之變化頻繁。再者，車(chē)輛之間的信號(hào)通訊會(huì)受到城市中道路間距離以及建筑物影響，節(jié)點(diǎn)間信息只能沿道路傳輸。故MANETs中的眾多成熟的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)路由算法無(wú)法有效的應(yīng)用到VANETs的特殊環(huán)境[1-3]中。于是一種基于城市交通路口的自組織路由機(jī)制展現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)，其主要工作機(jī)制如下：當(dāng)數(shù)據(jù)包在直路上傳送時(shí)，其還沿用無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)路由經(jīng)典的貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略向前發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)路口區(qū)域的車(chē)輛節(jié)點(diǎn)時(shí)，再根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決策路由線路，即沿哪條道路繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)包。

道路路由決策主要判定因素有如下兩點(diǎn)：其一，下一路口距離目的節(jié)點(diǎn)的實(shí)際距離長(zhǎng)短；其二，未來(lái)道路網(wǎng)絡(luò)連通性或數(shù)據(jù)包傳輸延遲時(shí)間的大小。目前的交通車(chē)輛普遍裝備了衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）和城市電子地圖，可以來(lái)完成到目的節(jié)點(diǎn)實(shí)際距離的計(jì)算。所以，如何預(yù)測(cè)道路的連通性成為了VANETs路由協(xié)議的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。

2 道路連通性預(yù)測(cè)方法

對(duì)于道路連通性預(yù)測(cè)計(jì)算主要分為兩大類(lèi)，一是通過(guò)獲取第三方（如谷歌地圖）提供的實(shí)時(shí)路況信息（如車(chē)流量、平均車(chē)速），再結(jié)合道路數(shù)據(jù)（如長(zhǎng)度、曲度）建立道路連通性模型，計(jì)算連通性概率和傳輸延遲時(shí)間，進(jìn)而選擇路由線路；二是通過(guò)車(chē)輛間定時(shí)的“hello”信息交換，得到當(dāng)前道路的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌源藖?lái)選擇路由線路。以下將介紹VANETs經(jīng)典路由協(xié)議中的道路連通性預(yù)測(cè)方法。

2.1 VADD

VADD[4]在路口節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由決策時(shí)，其采用第三方提供的道路車(chē)輛密度和車(chē)輛平均速度等信息建立道路數(shù)據(jù)包延遲時(shí)間預(yù)測(cè)模型，公式如下。

當(dāng)車(chē)輛平均間距小于R時(shí)，延遲時(shí)間被視為數(shù)據(jù)包多跳傳輸所需的時(shí)間可以忽略不計(jì)；當(dāng)大于R時(shí)，要考慮某時(shí)刻沒(méi)有后繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)而當(dāng)前節(jié)點(diǎn)車(chē)輛暫時(shí)攜帶數(shù)據(jù)包繼續(xù)行駛的情況，即對(duì)于平均車(chē)速快、車(chē)輛密度高的道路，其延遲時(shí)間也相對(duì)較小。

VADD相對(duì)于其它路由協(xié)議，擁有更高的傳輸率，但是道路延遲時(shí)間預(yù)測(cè)模型采用的是第三方提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于VANTEs中節(jié)點(diǎn)車(chē)輛位置變化頻繁的特點(diǎn)。

2.2 SADV

SADV[5]在道路選擇時(shí)，SADV采用了相鄰路口的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)之間定時(shí)發(fā)送控制包以測(cè)量延遲時(shí)間的方法（Link Delay Update， LDU），把一個(gè)時(shí)間段內(nèi)此道路上控制包的平均傳輸延遲時(shí)間作為路由道路選擇的參考。

SADV相對(duì)于VADD，其數(shù)據(jù)來(lái)源是實(shí)際測(cè)量出來(lái)的，實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性相對(duì)提高。但因?yàn)殪o態(tài)節(jié)點(diǎn)之間的定時(shí)控制包交互，增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，且在每個(gè)路口部署靜態(tài)節(jié)點(diǎn)在目前現(xiàn)實(shí)中可行性不高。

2.3 VVR

VVR[6]類(lèi)似于距離矢量路由，VVR中道路上每個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳的定時(shí)“hello”信息交換獲得當(dāng)前道路的連通性，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)可知自己是否與兩端路口連通，如連通下一跳節(jié)點(diǎn)是誰(shuí)。

VVR的道路連通性預(yù)測(cè)基于道路實(shí)時(shí)信息，在查詢多跳鏈接通路的時(shí)候，實(shí)時(shí)性效果最佳。但正如距離矢量路由一樣，VVR存在著慢收斂的問(wèn)題，即能連通的“好消息”傳得快，鏈接中斷的“壞消息”傳的慢，致使新路由可能與舊路由發(fā)生沖突，甚至產(chǎn)生回路。

2.4 GyTAR

GyTAR[7]采用了一種比較新穎的道路連通性預(yù)測(cè)方法，其將需要預(yù)測(cè)的道路分成若干區(qū)域，區(qū)域中心位置的組頭車(chē)輛會(huì)將本區(qū)域車(chē)輛的數(shù)量依次加到一個(gè)名為CDP的控制包中，傳送回上一路口（如圖1）。

圖1 CDP傳遞示例

處于路口的節(jié)點(diǎn)在收到CDP后，通過(guò)其中包含的各個(gè)區(qū)域的車(chē)輛數(shù)量以及道路長(zhǎng)度為每個(gè)備選路口方向計(jì)算出一個(gè)分?jǐn)?shù)，以此來(lái)進(jìn)行道路選擇。分?jǐn)?shù)高的道路即離目的節(jié)點(diǎn)距離短、車(chē)輛密度高，且各區(qū)域車(chē)輛數(shù)偏差小的道路將會(huì)被選擇，其計(jì)算公式如下。

GyTAR增加了對(duì)道路車(chē)輛密度均勻性對(duì)于連通性影響的考量，有效防范了道路上車(chē)輛分布“中空”的情況。但其在CDP發(fā)包車(chē)輛的選取上也存在漏選的現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致CDP發(fā)送間隔偏差較大，用于計(jì)算連通性的車(chē)輛密度信息的實(shí)時(shí)性并不穩(wěn)定。同時(shí)CDP作為控制包的每一次傳輸都會(huì)給道路產(chǎn)生一定的負(fù)載。

3 總結(jié)

（下轉(zhuǎn)第130頁(yè)）

（上接第120頁(yè)）

本文介紹了VANETs路由協(xié)議中經(jīng)典的道路連通性預(yù)測(cè)方法，大致分為通過(guò)第三方交通信息和車(chē)輛間交換實(shí)時(shí)信息建立預(yù)測(cè)模型兩種方法，如何設(shè)計(jì)一種在實(shí)時(shí)性和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載上均表現(xiàn)出色的道路連通性預(yù)測(cè)方法是我們未來(lái)工作的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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