《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 通信與網(wǎng)絡(luò) > 設(shè)計應(yīng)用 > VANET中多跳廣播方案的研究進展
VANET中多跳廣播方案的研究進展
2016年電子技術(shù)應(yīng)用第12期
龔 恒1,,林 濤1,,侯長軍2,,肖 雪1
1.重慶電子工程職業(yè)學院,重慶401331,;2.重慶大學 生物工程學院,,重慶400030
摘要: 交通信息的分發(fā)是車聯(lián)網(wǎng)VANETs(Vehicular Ad Hoc Networks)的重要應(yīng)用之一,,而交通信息的分發(fā)依賴于廣播方案,。為此,,針對VANETs提出了許多新的多跳廣播方案。首先對現(xiàn)有的多跳廣播方案進行了分類 ,,然后著重分析和總結(jié)了近年來具有代表性的廣播方案,隨后,,對評估這些方案的性能指標進行總結(jié),,并從方案的評估模型、仿真平臺以及使用的性能指標這三個方面對這些方案進行比較,。最后,,指出理想的廣播方案未來可能的突破方向。
中圖分類號: TN915
文獻標識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2016.12.002
中文引用格式: 龔恒,,林濤,,侯長軍,等. VANET中多跳廣播方案的研究進展[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2016,,42(12):10-15.
英文引用格式: Gong Heng,,Lin Tao,Hou Changjun,,et al. Research progress of multi-hop broadcasting protocol in VANETs[J].Application of Electronic Technique,,2016,42(12):10-15.
Research progress of multi-hop broadcasting protocol in VANETs
Gong Heng1,,Lin Tao1,,Hou Changjun2,Xiao Xue1
1.Chongqing College of Electronic Engineering,,Chongqing 401331,,China; 2.Bioengineering Department,,Chongqing University,,Chongqing 400030,China
Abstract: Disseminating traffic information is one of important application, which relies on broadcasting protocols. Many new routing protocol are presented for VANETs(Vehicular Ad Hoc Networks). Firstly, there protocols are classified, and the existing representative routing protocols for VANETs are analyzed and summarized.Moreover, performance metric of the existing routing protocols is summarized, and a qualitative comparison with evaluation model, simulation platform and metric is given in this paper. Finally, possible directions of future research related to broadcasting protocol are proposed.
Key words : VANETs,;multi-hop broadcasting,;delay;probabilistic,;network coding

0 引言

    隨著自組織無線通信和車輛技術(shù)的快速發(fā)展,,在不久的將來,交通信息方向?qū)l(fā)生重大轉(zhuǎn)變,。未來,,將采用分布式的移動探測點(Probes)收集和分布實時的交通信息,不再引用嵌入基于基礎(chǔ)系統(tǒng)中的固定傳感節(jié)點,。車輛的分布式網(wǎng)絡(luò),,即車聯(lián)網(wǎng)VANETs(Vehicular ad hoc networks)[1-2]成為無基礎(chǔ)設(shè)施、自組織的交通信息系統(tǒng),。在VANET中,,每個車輛就是一個移動傳感節(jié)點,承擔收集,、分發(fā)交通信息的角色,。

    分發(fā)交通信息是VANETs中最根本的問題。相比于Internet內(nèi)的單播數(shù)據(jù),,交通信息通常具有定向廣播(Broadcast-oriented)特性,。換而言之,交通信息是公共利益(Public interest),,受益的是一群車輛,,而不是某個體車輛。因此,,與單播協(xié)議相比,,廣播方案更適合于VANETs,。廣播方案的主要優(yōu)勢在于車輛不需要目的地址,而單播協(xié)議需要準確的目的地址,,這就避免了路由發(fā)現(xiàn),、地址解析以及拓撲管理等復(fù)雜環(huán)節(jié)[3-4]。 為此,,本文著重分析VANETs的廣播方案,。目前,研究人員已提出許多廣播方案,,這些方案可分為單跳廣播和多跳廣播,。

    在多路廣播方案中,通過網(wǎng)絡(luò)泛洪方式傳輸數(shù)據(jù)包,。通常,,當源車輛廣播了信息數(shù)據(jù)包后,位于源車輛鄰近區(qū)域的車輛就變成下一跳轉(zhuǎn)發(fā)車輛(節(jié)點),,并扮演著通過重播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù),。類似地,后續(xù)的車輛繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,。通過這種方式,,能夠?qū)⒃垂?jié)點的數(shù)據(jù)包傳輸至遠距離的車輛。

    目前,,研究人員已提出眾多的基于多跳的廣播協(xié)議,,如圖1所示。本文針對這些多跳廣播協(xié)議進行分析,,解析它們的特點,。

zs2-t1.gif

1 多跳廣播協(xié)議

    多跳廣播協(xié)議是通過泛洪方式傳遞數(shù)據(jù)包。然而,,在VANETs使用純(Pure)泛洪方案是不足夠的,,原因有兩點:可擴展性和數(shù)據(jù)包碰撞。隨著網(wǎng)絡(luò)密度的增加,,導(dǎo)致相同的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)反復(fù)重傳,,這將引起信道帶寬的浪費,這就說明純泛洪方案不適應(yīng)于密集網(wǎng)絡(luò),,不具有可擴展性,。此外,,在密集網(wǎng)絡(luò),,由于在同一個區(qū)域大量數(shù)據(jù)包同時廣播,不可避免會引起數(shù)據(jù)包碰撞,,即廣播風暴問題[5],。為此,,一個優(yōu)質(zhì)的多跳廣播協(xié)議必須要解決這兩個問題。

    目前,,解決擴展性和碰撞兩個問題的常用方法就是降低冗余重傳數(shù)據(jù)包的數(shù)量,。換而言之,只選擇部分車輛重傳數(shù)據(jù)包,。依據(jù)現(xiàn)在多跳廣播協(xié)議特性,,可分為基于時延、基于概率和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播方案,。

1.1 基于時延多跳廣播

    所謂基于時延多跳廣播就是每個接收了數(shù)據(jù)包的車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前,,設(shè)定不同的延時等待,只有延時完畢,,再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,,具有最短延時等待的車輛具有重播數(shù)據(jù)包的最高優(yōu)先權(quán),此外,,為了避免冗余,,一旦監(jiān)聽到其他車輛已重播了數(shù)據(jù)包,車輛放棄等待,。通常,,延時時間是關(guān)于車輛與傳輸數(shù)據(jù)包的源車輛間的距離函數(shù),一般距離越遠,,延時時間越短,,成為下一跳重播節(jié)點的幾率越大。接下來,,分析幾種典型的基于時延多跳廣播方案的特性,。

1.1.1 城市多跳廣播UMB方案[6]

    UMB(Urban Multi-Broadcast)方案目的在于解決廣播風暴、節(jié)點隱藏以及多跳廣播中的可靠性問題,。UMB方案首先將源節(jié)點傳輸范圍內(nèi)的道路劃分幾個區(qū)域(Segments),,位于最遠Segments內(nèi)的車輛具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)力。此外,,UMB方案引用定向-廣播(directional broadcast)和十字路口廣播(Intersection broadcast)兩種模式,。

    在定向-廣播(directional broadcast)模式中,當車輛i需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時,,i首先傳輸請求廣播控制包RTB(Request -to-Broadcast),,其包含了自己的位置和數(shù)據(jù)包傳輸方向。位于車輛i傳輸范圍內(nèi)的車輛一旦收到RTB,,它們就開始傳輸被稱為Black-burst的干擾信號(Jamming Signal),。Black-burst的時長L是關(guān)于車輛i與接收RTB的車輛間的距離d的函數(shù),如式(1)所示,。

    zs2-gs1.gif

    其中R表示車輛的傳輸范圍,、S表示時隙的時長,。從式(1)可知 ,距離d越遠,,時長L越長,。

    車輛(假定車輛j)傳輸了Black-burst后,車輛j繼續(xù)監(jiān)聽信道,。如果發(fā)現(xiàn)信道忙,,則表明有其他車輛正在傳輸Black-burst。在這種情況下,,車輛j將放棄轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)力,。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)由其他車輛完成。反之,,若信道是空閑的,,車輛j向車輛i回復(fù)被稱為消除廣播的數(shù)據(jù)包CTB(Clear-to-Broadcast)。成功傳輸了CTB的車輛被選為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的下一跳車輛,。

    一旦車輛i接收到CTB,,車輛i就開始傳輸DATA數(shù)據(jù)包。當車輛j收到DATA數(shù)據(jù)包后,,車輛j向車輛i回復(fù)確認數(shù)據(jù)包ACK,。如果在規(guī)定時間內(nèi),車輛i未能收到ACK控制包,,那么整個過程重新開始,。

    然而,UMB方案并非是免碰撞的協(xié)議,。當一個segment內(nèi)有多個車輛時,,它們可能會同時傳輸CTB,這就會引用碰撞,。

1.1.2 智能廣播SB[7]

    由上述分析可知,,UMB方案中下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)車輛需要等待很長的時間才能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。為此,,文獻[18]提出智能廣播SB(Smart Broadcast)方案,,通過為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)車輛設(shè)定短的等待時間解決這個問題。

    SB方案的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程如下所示,。當車輛(仍假定車輛i)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包,,首先車輛i傳輸RTB,其包含位置,、傳輸方向和競爭窗口尺寸(Contention window size)等信息,。位于車輛i傳輸范圍內(nèi)的車輛將接收到RTB,它們從RTB提取車輛i的位置信息,并決定自己的“sector”,。最后,它們再依據(jù)自己所屬的sector,,選擇競爭時延,。

    依據(jù)文獻[7],UMB方案設(shè)定了NS個sector,。位于第r個sector內(nèi)的車輛可從式(2)所示的時延集內(nèi)隨機地選擇自己的競爭時延Wr

    zs2-gs2.gif

其中r=1,,2,…,,NS,,并且r=1表示最遠的sector。cω是競爭時延的時長,。如式(2)所示,,位于最遠sector內(nèi)的車輛(r=1)等待的時延最短。

    當?shù)却龝r延計時完畢,,車輛(仍假定車輛j)就向車輛i傳輸CTB包,。若成功接收了CTB包,車輛i就傳輸數(shù)據(jù)包DATA,。

    文獻[7]對SB和UMB方案的性能進行了對比分析,。結(jié)果表明SB方案在數(shù)據(jù)包傳輸率方面優(yōu)于UMB方案,主要原因在于:UMB方案的數(shù)據(jù)包碰撞率隨著車輛密度的增加而提升,。而SB方案的數(shù)據(jù)包傳輸率趨于一常數(shù),,不隨車輛密度變化而波動。

1.1.3 有效定向廣播EDB[8]

    文獻[8]提出了基于時延的多跳廣播協(xié)議,,其工作流程與UMB和SB方案類似,。然而,EDB(Efficient Directional Broadcast)方案未引用RTB和CTB控制數(shù)據(jù)包,。此外,,EDB方案引用了定向天線,每個車輛裝有兩個定向天線,,波束寬度為30度,。

    與UMB方案類似,EDM方案依據(jù)車輛所處的位置不同,,定義兩類數(shù)據(jù)包:道路上數(shù)據(jù)包和十字路口數(shù)據(jù)包,。位于道路上的車輛,若它(假定車輛i)需要傳輸數(shù)據(jù)包,,車輛i直接傳輸數(shù)據(jù)包,,其后面的車輛跟著轉(zhuǎn)發(fā)。為了減少冗余重傳數(shù)據(jù)包,車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前設(shè)定不同的延時等待,。延時的時長是關(guān)于離源車輛(車輛i)的距離函數(shù),,如式(3)所示。

    zs2-gs3.gif

其中R表示傳輸范圍,、d表示車輛離源車輛i的距離,。max_WT表示最長的等待時間。

    如式(3)可知,,離源車輛i越遠的車輛具有越高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán),。一旦延時等待完畢,車輛就立即傳輸ACK確定包,。其他車輛監(jiān)聽到ACK包,,表明有車輛具有比自己更高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán),自己就放棄這次競爭轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)任務(wù),。當源車輛i收到ACK,,車輛i就傳輸數(shù)據(jù)包DATA。此外,,為了提高可靠性,,如果在max_WT內(nèi)沒有車輛轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,車輛將周期地廣播數(shù)據(jù)包,。

1.1.4 Slotted 1-Persistence Broadcasting[9]

    文獻[9]提出Slotted 1-Persistence廣播方案,,其類似于其他的基于時延多跳廣播方案。離源車輛i越遠的車輛,,具有越高的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)權(quán),。當接收到數(shù)據(jù)包,車輛就依據(jù)給定的時隙(Time slot)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,。時隙是關(guān)于車輛離源車輛的距離函數(shù),。假定車輛給定的時隙zs2-gs4-s1.gif

zs2-gs4-5.gif

其中Dij表示車輛j離源車輛i的距離、R為傳輸范圍,、NS表示預(yù)定的時隙數(shù),。

    與Slotted 1-Persistence廣播方案類似,文獻[13]提出基于車輛密度的緊急廣播VDEB(Vehicle-density-based Emergency Broadcasting)方案,。VDEB方案也采用等待時隙,,其是關(guān)于距離的函數(shù)。與Slotted 1-Persistence不同的是,,VDEB方案考慮了車輛密度信息,,并依據(jù)該信息決定合適的時隙數(shù)。

1.1.5 分發(fā)安全消息的可靠RMDSI方案

    文獻[10]針對網(wǎng)絡(luò)不連接問題,,提出RMDSI(Reliable Method for Disseminating safety information)方案,,從而提高通信的可靠性,。RMDSI方案利用延時給每個車輛配置不同的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)。與EDB類似,,當接收到了數(shù)據(jù)包,,車輛就依據(jù)式(3)計算等待時延,當時延計時完畢,,就轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,。在等待過程中,車輛一直監(jiān)聽信道,,一旦發(fā)現(xiàn)其他車輛已轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)包,就取消自己轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù),。

    RMDSI方案的另一個特性就是引用了解決網(wǎng)絡(luò)斷裂的機制,。每個轉(zhuǎn)發(fā)車輛都保存它已轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的副本,直到它監(jiān)聽到來自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點發(fā)送的副本(Duplicate)或者數(shù)據(jù)包的有效期已過,。如果沒有監(jiān)聽到來自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點發(fā)送的副本,,則表明網(wǎng)絡(luò)可能斷裂。在這種情況下,,轉(zhuǎn)發(fā)車輛就繼續(xù)重播,,直到它監(jiān)聽到來自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點發(fā)送的副本。通過這種機制應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)斷裂,,提高數(shù)據(jù)包傳輸成功率,。

1.1.6 多跳車輛廣播MHVB

    文獻[11]提出多跳車輛廣播MHVB(Multi-Hop Vehicular Broadcast)方案。與其他基于時延廣播方案一樣,,MHVB方案引用了轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包進行時延等待機制,,時延的時長是關(guān)于距離函數(shù)。然而,,不足的是:文獻[11]中并沒有給出計算時延時長的具體函數(shù),。

    與其他基于時延廣播方案不同,MHVB方案采用了交通擁擠檢測機制,。交通擁擠,,意味著車輛密度高,在這種環(huán)境下,,每個車輛廣播自己消息的間隔應(yīng)增大,。基于這個原理,,MHVB方案利用鄰居數(shù)和行駛速度信息對交通擁擠進行檢測,。當車輛發(fā)現(xiàn)自己的鄰居數(shù)大于門限值X,并且自己的行駛速度低于門限值Vmax,,表明交通擁擠,,在這種情況下,車輛將增加廣播間隔。

1.1.7 RBLSM

    文獻[12]提出RBLSM(Reliable Broadcasting of life safety messages)方案,。RBLSM方案也采用時延等待機制:車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前,,進行時延等待,直到時延計時完畢,,才轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,。與其他時延等待方案不同的在于:RBLSM方案不再將離源車輛遠的車輛給予最高的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包權(quán),反而,,就離源車輛最近的車輛,,給予最高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。此外,,RBLSM方案也采用了RTB,、CTB控制包。

    與RBLSM方案類似,,文獻[14]提出基于鏈路的分布式多跳廣播LDMB(Link-based Distributed Multi-hop Broadcast)方案,。與RBLSM方案不同,LDMB方案中車輛在計算等待時延時,,不僅考慮離源車輛的距離,,還融入了交通密度、傳輸范圍以及數(shù)據(jù)包傳輸率,。

1.2 基于概率的多跳廣播

    所謂基于概率的多跳廣播就是指每個車輛設(shè)定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率,,如文獻[15-17]。由于不是所有的車輛都能夠轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,,冗余數(shù)據(jù)包的數(shù)量和數(shù)據(jù)包碰撞率得到有效的下降,。基于概率的多跳廣播方案最關(guān)鍵的因素在于如何設(shè)置數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率,。接下來,,分析一些典型的基于概率的多跳廣播方案。

1.2.1 Weighted p-Persistence

    文獻[9]采用Weighted p-Persistence策略計算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率,。車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前,,先依據(jù)離源車輛的距離計算轉(zhuǎn)發(fā)概率:

    zs2-gs6.gif

其中Dij表示車輛j離源車輛i的距離、R為傳輸范圍,。依據(jù)式(6)可知,,離源車輛越遠,具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包優(yōu)先權(quán)的概率越大,。然而,,這個概率函數(shù)并沒有考慮車輛密度信息,因此,,如果網(wǎng)絡(luò)密集,,轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量仍然很大,。此外,文獻[32]提出與Weighted p-Persistence類似的方案,,轉(zhuǎn)發(fā)概率正比于離源車輛的距離,。

1.2.2 優(yōu)化的自適應(yīng)概率廣播OAPB

    文獻[15]提出了優(yōu)化的自適應(yīng)概率廣播OAPB(Optimized Adaptive Probabilistic Broadcast)方案。OAPB方案依據(jù)局部的車輛密度計算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率,。每個車輛通過交互HELLO數(shù)據(jù)包,,計算自己的局部車輛密度信息。假定車輛j收到數(shù)據(jù)包,,其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率φj

    zs2-gs7.gif

其中,,N1、N2和N3分別表示車輛j的一跳鄰居數(shù),、二跳鄰居數(shù)和三跳鄰居數(shù),。

    此外,為了進一步減少被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量,,具有相同轉(zhuǎn)發(fā)概率φ的車輛設(shè)定不同的時延:

zs2-gs8.gif

    仿真結(jié)果表明OAPB方案在廣播開銷和數(shù)據(jù)包傳輸率方面優(yōu)于DB(Deterministic Broadcast),。原因在于OAPB能夠依據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性自適應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)概率,。

1.2.3 AutoCast

    文獻[16]采用了AutoCast廣播方案,,依據(jù)車輛一跳鄰居數(shù)計算轉(zhuǎn)發(fā)概率p:

    zs2-gs9.gif

其中Nh表示一跳鄰居數(shù)。從式(9)可知,,轉(zhuǎn)發(fā)概率隨著一跳鄰居數(shù)的增加而下降,。然而,顯然,,AutoCast廣播方案能夠正常工作是以Nh大于或等于5為前提的,。但是,文獻[16]并沒有描述在Nh小于5時,,AutoCast廣播如何計算轉(zhuǎn)發(fā)概率,。

    此外,為了提高覆蓋率和可靠性,,AutoCast廣播方案采用了周期性重播機制,。重播間隔t:

zs2-gs10.gif

    與MILE和按需MILE相比,AutoCast廣播方案的性能有顯著提高,。MILE方案只是一個簡單的周期廣播協(xié)議,,節(jié)點周期性轉(zhuǎn)發(fā)接收到的數(shù)據(jù)包。而按需MILE方案是基于MILE的優(yōu)化版,,降低轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量,。仿真結(jié)果證實了AutoCast廣播方案在數(shù)據(jù)包傳輸率和傳輸速度方面均優(yōu)于MILE和按需MILE方案。原因在于AutoCast方案考慮了車輛密度信息計算轉(zhuǎn)發(fā)概率,,這有助于降低數(shù)據(jù)包碰撞概率和增加數(shù)據(jù)包傳輸率,。

1.2.4 不可靠轉(zhuǎn)發(fā)IF

    文獻[17]提出了不可靠轉(zhuǎn)發(fā)IF(Irresponsible Forwarding)方案,。IF方案依據(jù)離源車輛距離和車輛密度信息計算轉(zhuǎn)發(fā)概率p,如式(11)所示,。

    zs2-gs11.gif

其中ρs表示車輛密度,、z表示傳輸范圍、d為車輛離源車輛的距離,。c為形狀參數(shù)shaping parameter,,且c≥1。注意到式(11),,其不同于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率函數(shù),。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率函數(shù)是關(guān)于距離的線性函數(shù)。從式(11)可知,,轉(zhuǎn)發(fā)概率p隨著距離d的增加而提高,,隨著網(wǎng)絡(luò)密度ρs的增加而下降。

    文獻[17]進一步分析證實:可通過形狀參數(shù)c控制轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量,。此外,,IF方案維持轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量趨于常數(shù),即使是在車輛密集區(qū)域,,這點說明,,IF方案具有可擴展性。

1.3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播

    網(wǎng)絡(luò)編碼是一種新穎消息分發(fā)方式,,其能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量[18],。如圖2所示??紤]一個簡單的場景(如圖2(a)),,節(jié)點C位于節(jié)點A、B之間,,并且節(jié)點A,、B不能直接相連接。假定A需要向節(jié)點B傳輸一個數(shù)據(jù)包,,同樣,,節(jié)點B也需要向節(jié)點A傳輸一個數(shù)據(jù)包。由于節(jié)點A,、B不能直接相連接,,它們只能借助于節(jié)點C轉(zhuǎn)發(fā)。具體而言,,節(jié)點A先將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給C,,然后C再轉(zhuǎn)發(fā)給B。類似地,,節(jié)點B將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)C,,然后由C轉(zhuǎn)發(fā)給A,。顯然,這種簡單的方式,,發(fā)生四次數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā),。

zs2-t2.gif

    若采用網(wǎng)絡(luò)編碼,如圖2(b)所示,,首先,,節(jié)點A向C發(fā)送數(shù)據(jù)包,然后,,節(jié)點B也向C發(fā)送數(shù)據(jù)包,。接下來,節(jié)點C利用異或XOR操作,,對接收到的兩個數(shù)據(jù)進行編碼,,編碼后,再廣播,。最后,,節(jié)點A、B接收到編碼后的數(shù)據(jù)包,,再進行XOR操作就能夠得到自己所需的數(shù)據(jù)包,,這個過程只需要三次數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。

    上述分析可知,,通過網(wǎng)絡(luò)編碼分發(fā)消息能夠有效地降低數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù),,提高了寬帶利用率,。接下來,,分析典型的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的廣播方案。

1.3.1 COPE

    文獻[19]采用了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)議COPE,。在實施過程中,,COPE主要分為三步:(1)機會監(jiān)聽(Opportunistic listening);(2)機會編碼(Opportunistic listening),;(3)鄰居學習(Neighbor state learning),。機會監(jiān)聽充分利用無線廣播媒介探聽的優(yōu)勢,每個節(jié)點將自己監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)包存于自己緩沖區(qū),,但僅存一段時間,。當機會來臨時,將這些數(shù)據(jù)包進行編碼,。機會編碼就是指節(jié)點利用一些規(guī)則對數(shù)據(jù)進行編碼,,然后再向外傳輸,但是,,需要保證接收節(jié)點能夠正確地對已編碼的數(shù)據(jù)包進行解碼,。鄰居學習就是接收哪個鄰居節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包,。為此,每個節(jié)點周期地向鄰居節(jié)點廣播自己緩存區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)包,。

1.3.2 CODEB

    文獻[20]提出CODEB方案,,其將COPE擴展到自組織網(wǎng)絡(luò)。與COPE類似,,CODEB方案引用機會監(jiān)聽,。此外,每個節(jié)點周期地廣播自己的一跳鄰居清單,。這樣,,每個節(jié)點能夠構(gòu)成兩跳的鄰居清單,從而形成廣播主線,。

    基于概率廣播方案中,,利用概率選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。與基于概率廣播方案不同,,CODEB方案從鄰居節(jié)點中選擇一些節(jié)點構(gòu)成子集,,該子集內(nèi)的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。每個節(jié)點利用PDP(Partial Dominant Pruning)算法構(gòu)建自己的子集,。

    仿真結(jié)果表明CODEB方案在數(shù)據(jù)包傳輸率,、數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)方面的性能優(yōu)于僅采用PDP算法未利用網(wǎng)絡(luò)編碼的方案。原因在于網(wǎng)絡(luò)編碼能夠減少數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù),。

1.3.3 EBCD方案

    文獻[21]提出基于EBCD(Efficient Broadcasting Using Network Coding and Directional Antennas)方案,。EBCD方案結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)編碼和定向天線的優(yōu)勢。與CODEB方案類似,,EBCD方案利用DDCDS(Dynamic Directional Connected Dominating Set)算法構(gòu)建轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集,。與CODEB不同之處在于:EBCD方案中網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用到定向天線的每個sector區(qū)域。仿真結(jié)果證實EBCD方案能夠有效地降低數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù),。

1.3.4 DifCODE

    文獻[22]提出DifCODE方案,。與CODEB方案類似,DifCODE方案利用多點轉(zhuǎn)發(fā)MPR(Multi-point relay)算法計算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點集,。與CODEB方案不同之處在于機會編碼策略,。在CODEB方案中,源車輛的所有鄰居車輛都需要能夠立即解碼所接收到的數(shù)據(jù)包,。這限制了編碼機會,。而DifCODE方案釋放了這個限制性,允許節(jié)點緩存那些不能立即解碼的數(shù)據(jù)包,。仿真結(jié)果表明,,與基于概率方案相比,DifCODE方案具有低的冗余率,。

2 性能指標

    目前,,研究人員采用眾多的方法評估多跳廣播方案的性能指標,。為此,依據(jù)每個性能指標的特性,,所有性能指標分為三類:頻率,、空間、時間,,如表1所示,。頻率類的性能指標主要涉及到計數(shù),如數(shù)據(jù)包的數(shù)量和車輛數(shù)量,??臻g類的性能指標主要涉及到距離的測量,而時間類的性能指標是關(guān)于時間的測量,。

zs2-b1.gif

    表1的第2列給每個性能指標進行編號,。表1的第3列列舉每個性能指標,從表1可知,,有些性能指標是非常類似的,。第4列描述了計算每個性能指標公式,第5列描述了性能指標的單位,,第6列表示該性能指標的使用頻率,。

3 多跳廣播方案的性能比較

    第1節(jié)已分析了各類典型的多跳廣播方案的特性,為了更充分地分析各方案的特點,,表2還從評估模型,、仿真平臺以及使用的性能進行總結(jié)。

zs2-b2.gif

4 總結(jié)與展望

    針對VANET網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的消息分發(fā)方案進行了分析和總結(jié),。依據(jù)特性的不同,,將現(xiàn)有方案分為三類:基于時延、基于概率和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播方案,。隨后,,總結(jié)了評估多跳廣播方案的性能指標,。

    盡管研究人員提出眾多的多跳廣播方案,,但仍存在需要亟待解決問題。

    (1)理論性能分析的缺失

    從表2可知,,目前僅少數(shù)多跳廣播方案進行理論性能分析,,多數(shù)方案僅采用仿真。因此,,通用于分析多跳廣播方案的基礎(chǔ)理論模型值得研究,。理論模型首先應(yīng)該包含車輛移動模型,這直接影響到網(wǎng)絡(luò)拓撲和網(wǎng)絡(luò)連接,。其次,,應(yīng)該能夠包含數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模型,。

    (2)真實場景測試的缺失

    現(xiàn)有多數(shù)廣播方案均是采用簡單直線道路場景進行測試。然而,,分發(fā)交通信息的多數(shù)場景是發(fā)生于城市交通,,而城市交通的道路結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜,不再是簡單的直線道路場景,。因此,,廣播方案應(yīng)該需要在一個復(fù)雜的,逼近真實城市交通場景中進行測試,。

參考文獻

[1] 于海寧,,張宏莉.VANETs路由協(xié)議的研究進展[J].電子學報,2011,,39(12):2868-2880.

[2] ABBOUD K,,ZHUANG W.Analysis of communication link lifetime using stochastic microscopic vehicular mobility model[C]//IEEE Globecom,Atlanta,,GA,,USA,Dec.2013:405-410.

[3] CHENG H T,,SHAN H,,ZHUANG W.Infotainment and road safety service support in vehicular networking: From a communication perspective[J].Mech.Syst.Signal Process.,2011,,25(6):2020-2038.

[4] ALASMARY W,,ZHUANG W.Mobility impact in IEEE802.11p infrastructureless vehicular networks[J].Ad Hoc Netw.,2012,,10(2):222-230.

[5] 李元振,,廖建新,李彤紅,,等.城市場景車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)競爭轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)鍵參數(shù)分析[J].電子學報,,2011,38(5):1154-l158.

6-22略



此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。