基于位置信息的特定环境车载自组织网路由协议研究

摘要

近年来,随着无线通信技术的快速发展和交通领域信息化的迫切需求,催生了人们探索无线通信在智能交通方面的应用研究——车载自组织网络(VehicularAd Hoc Networks,VANET)。VANET是一种特殊的移动自组织网,其特点是不需要固定的基础设施支撑便能随时随地快速构建一个自组织的车辆间通信网络,以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询、车间通信和Intemet接入服务等应用。由于车载自组织网本身具有高速移动性、道路可预测性、司机驾驶行为的不确定性,使得在如此复杂的情况下提供一套有效的路由机制成为车载自组织网的研究难点。本文在分析国内外相关领域研究现状并对比已有的车载自组织网的路由协议,对基于位置的路由协议进行了相应的改进,主要工作如下:
　　 针对城市交通环境十字路口路由选择效率低且跳数过多的问题,本文提出一种基于方向优先的地理位置路由策略。虽然已有的路由协议可通过在十字路口加入固定节点来缓解效率低的问题,但是这样却增加了外在基础设施不仅实施困难而且预算成本较高。本文通过电子地图获得路段信息,并将此信息添加在节点的分组头中通过信标周期性地广播。依据信标判断节点的类型和转发方式,普通节点采取贪婪转发的方式,预测节点采取受限的贪婪转发,而十字路口节点决定路由转发的方向。由于在十字路口场景采用了受限的贪婪转发,因此可以使得数据分组包以更少的跳数、更短的路径成功投递。
　　 针对城市郊区或者高速公路场景容易遇到路由空洞的现象,本文提出了一种基于两跳节点信息的地理位置路由协议。目前车载网络中的路由协议大都仅限在一跳范围或者短距离通信多跳范围内的贪婪转发研究,只有在遇到路由空洞时才采取修复策略,并不能很好的提前预测空洞。本文通过邻居节点的信息交换使得每个节点都能掌握自身两跳范围内的节点位置信息,并将两跳节点位置信息保存在节点的邻居表中,当数据分组转发寻找路由时,根据邻居表的信息在节点实现贪婪转发时可以提前预测空洞,从而有效的避开空洞,本算法能够减少空洞发生的概率。
　　 本文采用网络模拟仿真验证所提出的算法。实验中使用了网络仿真平台NS2和交通仿真模拟器MOVE,其中仿真场景为美国德克萨斯州及其周边环境,使用SUMO产生仿真的交通流量脚本。目前路由协议主要从数据包的成功投递率、端到端的时延和分组延迟率三个方面进行性能比较,所以本文从这三个方面着手与现有的路由协议对比分析。仿真结果表明基于方向优先的地理位置路由策略能够以更少的路由跳数,更短的路径实现数据分组包的成功投递;而基于两跳节点信息的地理位置路由协议,在避免路由空洞方面存在着很大的优势。