基于VANET的路由協議研究

◆黃龍龍

基于VANET的路由協議研究

◆黃龍龍

(信息工程大學 河南450001)

VANET的不同應用有著不同的網絡屬性要求，其本身具備的特性也對路由協議的選擇和使用產生影響。路由器的合理選擇能夠使網絡性能得到更好的實現，從而使服務得到更高的體現。通過對VANET不同類型的應用特點以及其對網絡要求進行分析，與不同類型路由協議有機結合，本文主要分析了單播以及多播情況下選擇路由協議的原因，同時對單播協議中GPSR+AGF和CAR這兩類路由協議的構造方式進行了介紹。

VANET；路由協議；研究

0 前言

無線組織者網絡之中，VANET是對其一個方面的拓展。基于VANET，安裝了車載系統的每輛車都是這一無線網絡之中的節點。車載單元所具備的作用就是指的跟其他車輛或路邊接入點，也就是路邊單元互相展開信息交換。跟環境條件以及交通相關的信息利用車輛傳感器得到收集，并利用應用程序進行處理生成數據信息同時利用無線網絡展開有效傳遞。

1 VANET的應用類型

智能交通系統的應用目的就是利用對交通相關實時流量信息進行監測以及管理從而使道路安全性以及城市機動性得到提升。對于VANET應用主要有三種類型的劃分，分別為道路安全、商業服務以及機動性能。這之中，現在的研究熱點在于下列5個方面。

（1）協作碰撞預警：車輛進行信息收集對或許出現的碰撞進行警告；

（2）協作違規預警：RSU對駕駛信息進行收集，對或許出現的交通違規進行預警；

（3）V2V碰撞后通知：車輛可以向其他車輛進行碰撞信息通知；

（4）道路擁擠通知：車輛對道路擁擠情況展開監測同時向該區域中的其他相關車輛進行通知；

（5）交通探測：探測車輛對交通信息進行監測同時利用RSU向交通管理部門進行發送。

各類應用所具備的特性以及其網絡屬性如表1、2所示。

表1 應用特性

表2 網絡屬性

地理范圍中短、中、長依次為＜500m、500m-1km以及＞1km。表2中TTL代表消息的存在時間，依次為單跳路由以及多跳路由；包格式指的就是應用信息打包的網絡分組模式；路由協議有廣播模式、多播模式、單播模式、匯聚模式四類；網絡協議的啟動模式也就是觸發條件，包括信標模式、用戶需求啟動模式以及事件觸發模式幾種。

通過上述兩表能夠發現，CCW以及CVW兩者之間存在的共同點為：（1）單跳TCL和廣播路由協議，也就是指的傳遞信息不需要通過多跳協議，僅將消息向發射范圍之中的全部節點傳遞就行了；（2）信標觸發，指的就是針對周期性消息所采用的發送模式。兩者之間的不同之處為前者需要通過RSU，但是信標觸發不需要，也就是指的CVW屬于V2I，但是CCW屬于V2V。

此外，除去上述兩種以外的其他應用全部要對多跳路由協議進行應用，對于哪種路由進行選擇都會嚴重影響網絡特性，針對VANET的延伸研究中，對于路由算法的研究是當下研究的重點。

2 路由協議

因為VANET應用存在多樣性，針對不同的類別應當進行不一樣協議的設計。廣播需要向整個網絡進行信息發送，一般情況下會有眾多冗余狀況、競爭狀況以及膨脹問題出現，也就是所謂的廣播風暴。而多播指的是向特定的區域分組包發數據，其對于路由協議的選擇關鍵在于對網絡頻繁變化導致的網絡拓撲發生造成的可靠性問題進行解決。但是單播一點要選擇一個從源到接收端的具備穩定性的路由協議。這關鍵是因為當某一路徑出現斷裂時怎樣進行新路由以及修復機制的探尋。

近年來，國內外在對 MANET 路由問題的研究基礎上，結合VANET自身特點，已經提出了很多具有實用價值的思想和方案。

范存群等提出一種提供高吞吐量的路由算法CRCN，通過對 DSR路由協議改進，提高數據的交付率和網絡吞吐量。但是在密集的 VANET 網絡中，這種利用其他節點進行數據分組多重轉發，顯著增加數據分組碰撞率和節點負載，將導致網絡阻塞。QLAODV路由算法，是AODV 的改進算法。通過添加Q_Learing 算法來確保路由的穩定性。該算法在拓撲表的維護上有所改進，但增加了拓撲維護的開銷。在AODV上改進的路由算法還有 DAODV(基于位置和移動方向)，AODV-DHCP(在鏈路斷裂上改進)路由算法，它們在鏈路質量上都有優化，但是在路由開銷和維護上沒有改善。CAREFOR算法利用 ping 協議獲取節點的密集度，并通過車輛密集度度量數據分組的碰撞率，實現降低數據分組的碰撞，提高數據分組交付率的目的。

盡管上述算法已經針對VANET的特點做了相應改進，但在完全適應VANET上還存在較多不足，如拓撲結構不穩定、路由表有效時間短、鏈路斷裂頻繁、路由開銷大等。

針對VANET提出的路由算法也越來越多，從不同的角度可以將路由算法進行不同的分類。根據VANET的應用需求，可分為延遲容忍路由和非延遲容忍2類路由算法。延遲容忍路由有CMGR、SADV、D-greey 和D-MinCost等。非延遲容忍路由有 GPSR_L、VRP、LOUVR等。本文根據VANET 路由算法的特點，將現有協議分成以下4類：( 1 ) 基于位置貪婪路由算法（LGBRP）；( 2 )基于為簇路由算法（CBRP）；( 3 )基于錨節點路由算法（ABRP）；（4）基于街道集路由算法（SBRP）。

3 路由選擇分析

多播協議之中所涵蓋的路由協議全部是基于DRC協議以及IVC協議前提下對相關選項加以變化形成的。當下研究熱點之一的單播協議涵蓋諸多不一樣種類的協議以及組合，由以上所述，通常單播協議選擇為None-DTN之中信標路由。

而信標路由里作為非覆蓋路由的代表就是貪婪周邊無狀態路由，CPRS一般用途是對其他路由所具備的算法性能進行分析時所選用的參考協議。而覆蓋路由卻是對連接感知路由進行選擇，CAR基本可以對基于拓撲的相關路由協議進行適應。

CPRS之中，節點向距離目的最近的鄰節點進行數據發送，基于恢復期通過貪婪模式對右手規則加以實現：當x節點最早邁進恢復模式，y作為其下一跳轉發節點將會延由x以及D作為目的節點共同組成的虛擬邊界基于逆時針規則進行挨個選取。這一算法對于平面圖形有著嚴格要求，如果不是平面圖形，一切邊緣全部或許會相互產生相交從而導致路由循環。基于此，CPRS 配備了可以形成平面圖形的相關路由，分別為相對領域圖以及加布里埃爾圖。此外，CPRS還擁有兩個不足之處，一是其陳舊性，二是其非動態性。基于對上述不足之處的解決，設計研發了先進貪婪轉發。在ACF中，節點不僅進行位置信息的發送，也對速度以及方向相關信息進行發送，其他節點能夠對某一節點可不可達進行預測，所以，CPSR通常跟ACF共同使用。

CAR是在AODV的基礎上進行的設計的一類覆蓋路由，它的節點與AODV對整個路徑進行存儲方式不同，其是對固定節點進行存儲，也就是對那些用于連接作用的節點。某一節點利用對速度向量有沒有跟上一節點所具備的速度向量保持平行進行檢查能夠對該節點屬不屬于固定節點加以檢測，因此固定節點屬于已經被覆蓋的節點，其相互之間的路由就能夠通過ACF加以得到。

4 結語

車聯網基于安全性、移動性以及交通傳感器具備的效率性提升的目標，進行技術平臺的創建，但是因為車輛具備移動性較高以及不確定性的特點，車聯網所具備的網絡層一定要展開重新設計。單跳協議基于安全性考量在應用上將不適宜，這主要是由于保證安全性需要進行一對多通信。所以單播協議在道路交通探測中應用較多，安全性應用中幾乎都會對多播協議進行用到。網絡設計層之中，路由協議是其關鍵組成之一，由于VANET具備變化無常的特點所以不適用于基于網絡拓撲的協議，但是使用地理位置協議時也應當對多種協議組合加以選擇，從而對各類協議擁有的不足之處加以彌補，所以在仿真中進行運行測試就應當預先的加以選擇。

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