高速公路車載自組網數據收集協議及仿真研究

謝明鈺

摘 要：近年來車載自組織網絡已成為無線自組網新的研究重點。鑒于車載自組織網絡自身高動態性網絡拓撲結構等相關特點，使得傳統的數據收集協議在VANET中的表現并不理想。所以，對于車載自組織網的研究主要集中在對VANET數據收集協議方面。文中總結了近些年出現的VANET數據收集協議，并選取其中AODV和DSR兩種協議，在模擬高速公路的相關場景下，通過設置不同的參數研究兩種不同的性能指標，得出AODV協議比DSR協議性能好的結論。

關鍵詞：車載自組織網絡；數據收集；NS-2；AODV

中圖分類號：TP39；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）09-00-02

0 引 言

車載無線網絡以信息收集、處理、發布、交換為主，為參與者提供豐富的服務。車載無線網絡將車輛內部的相關器件、車輛與路邊節點、車輛與車輛、車輛與互聯網連接起來，構成一個異構的復雜網絡系統，為車載智能交通系統提供多樣化的應用。車聯網符合“云計算”[1] （Cloud Computing） 、“物聯網[2]” （Internet of Things，IoT）兩大炎手可熱的研究主題，順應當今信息技術的發展趨勢。車載自組織網絡（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）具有自組織、易擴展、易部署、低代價、低通信延遲等優點[3] ，是車載網絡中最重要的一種組網形式。數據收集是VANET中一項至關重要的技術，如何在VANET中提高網絡通信的性能，根據不同的需求進行有效的數據收集，是學術界一直關注的研究熱點。

本文總結了近些年出現的VANET數據協議，選取其中的DSR（Dynamic Source Routing，DSR）、AODV（Ad hoc On-demand Distance Vector Routing，AODV）協議，由17個無線節點組成VANET，建立一個M型固定的拓撲結構，再加一個移動節點來模擬固定節點的數據收集場景，通過設置不同的參數研究了兩種協議的相關性能指標，得出AODV協議較DSR協議性能好的結論。

1 車載自組網數據收集協議

數據收集協議可以在一定程度上節省能耗。目前常見的數據收集協議包括EMDA（Energy—Efficient Meter Data Aggregation Protoco1，EMDA）、AODV、PEADG（Power Eficient Algorithm for Data Gathering，PEADG） 、DSR等。但是以上協議中已得到廣泛認可的是AODV協議、DSR協議。

AODV協議與DSR協議均具有一系列優點。在消除路由環路方面，AODV協議通過使用序列號來避免出現路由環路，而DSR使用源路由機制消除路由環路。此外，DSR協議轉發數據分組的中間節點無需存儲路由信息，節省了存儲空間；AODV協議支持中間節點應答，能使源節點快速獲得路由，而DSR允許節點偵聽數據分組，緩存路由信息；AODV協議能快速響應活躍路徑上的斷鏈，并具有良好的可擴展性。而DSR支持到目的節點的多條路徑。

2 仿真實驗

采用網絡仿真軟件NS-2[4]對DSR和AODV協議進行性能分析，通過仿真分別得到了其數據包的平均端到端延遲、端到端時延、網絡吞吐量，以此來衡量數據收集協議的性能。

2.1 仿真環境

我們采用17 個無線節點來組成車載自組織網絡。其中DSR的隊列類型為CMUPriQueue，而AODV采用DropTail/PriQueue。模型中每個節點的無線傳輸范圍為 50.0 m，我們將仿真時間設置為20.0 s。將移動節點的初始坐標設為（50.0，93.3），移動節點開始傳送數據的時間設為1.0 s，研究將其移動速度分別設置為10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0（單位均為m/s）時AODV和DSR協議的端到端時延、平均端到端時延以及平均吞吐量等性能指標。我們采用CBR業務作為一種典型的無連接UDP 業務來進行仿真實驗。我們在相同的實驗場景下采用相同的數據源分別對兩種協議進行模擬運行，使仿真結果盡量準確。

2.2 仿真結果與分析

圖1、2分別為AODV協議和DSR協議的仿真圖。圖3展示了兩種協議的平均端到端時延性能，可以看出隨著移動節點速度的增大，AODV及DSR協議的變化趨勢相同，均呈下降趨勢，但相對于同一移動速度，AODV協議的時延略大于DSR協議，當速度大致在56～66 m/s范圍內時，DSR協議的時延略大于AODV協議的時延。圖4展示了兩種協議的端到端時延性能，由圖4可知，當移動節點的速度在（10，20）以及（20，30）兩個區間范圍內時，DSR協議的時延波動范圍較大，此后波動范圍較小，而AODV協議的時延波動范圍一直較小。由于只進行了一次實驗，所以會出現較大的波動范圍，當進行多次實驗取平均值后，便不會出現這種現象。由此可以看出AODV協議的時延性能較DSR協議的性能好。

圖5展示了模型仿真中網絡的吞吐量，由圖可見，隨著移動節點速度的增大，兩種協議的網絡吞吐量性能變化趨勢相同，均呈下降趨勢。在相同的速度下，DSR協議的網絡吞吐量大于AODV協議的吞吐量，因此在本實驗中DSR協議的網絡吞吐量性能較AODV協議的性能好。

3 結 語

在車載自組網應用中，通信半徑的限制使網絡中車輛節點之間的數據交互形式是多跳轉發進行的，因此數據收集協議和路由協議是其重要的組成部分。由于傳統的路由協議不能有效地應用，無線自組網中的數據收集技術、路由技術有非常廣闊的研究空間。本文詳細介紹了車載自組網的主要特點，以及典型的數據收集協議，并分析了其中兩種協議的優缺點，并在一定場景下，通過設置不同的參數研究了兩種不同的性能指標，得出AODV協議較DSR協議性能好的結論。

參考文獻

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