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第11期 米振强等：基于模型分析的城市环境下车载移动Adho心网络路由协议改进策略 .1481. 包括AODV、DSR等，这类路由协议中，只有源节点 系统的参考意义不明显，所以，很多针对车载Ad 有数据包发送时才会启动路由发现过程，路由负载 hoc网络的移动模型被提出来，如Freeway(FWY) 相对较低，因此比较适合于强移动性低速率的网络 模型、Random Point Group Mobility(RPGM)模型 环境，正是基于上述特点，按需路由协议目前是 和Manhattan(MH)[模型，其中具有代表性的是 MANET路由协议研究的主流， MH模型，本文采用MH模型为车辆节点运动模型 将传统Ad hoc网络应用于车载通信是一个较 进行建模，并在其基础之上分析、设计适用于车载系 新的研究领域，不同于传统的MANET,车载Ad hoc 统的路由协议， 网络主要具有以下的特点：①节点速度较高，但其 在文献[6]中，Bai等引入了Manhattan模型，模 移动轨迹被限制在道路中，由一定的规则来约束，并 型中节点的移动被限制在网格空间中，在平行和竖 且与其他运动节点相关，随机性相对较低：②不同 直的道路上移动，如图1所示，在交叉口按照一定的 道路之间即使距离较小，但由于高层建筑物的阻碍 概率选择左转右转或者直行，其主要目的就是仿真 使得其正常通信的可能性较低；③车载通信网络在 城市道路环境下的网络状况，MH模型中，同向车 城市环境下节点密度较高；④车载Ad hoc网络对 道的节点之间的链路比较稳定，反向车道链路比较 于数据发送速率要求较低，基于上述特点，传统的 容易断裂，节点的移动速度依赖于其前一个时刻的 MANET路由协议并不能完全适用于车载Ad hoc 运动速度以及相邻节点的移动速度，并遵循如下 网络，因此国际上有很多研究机构和组织致力于设 法则： 计适用于车载Ad hoc的路由协议，Kap等]提出 了GSR(geographic source routing)协议，根据获得 的目的车辆的位置信息，源节点利用城市地图计算 一系列的包必须通过的顶点来到达目的车辆；Seet 等[3]提出了A一STAR(anchor-based street and traffic aw are routing)协议，A STAR利用了城市公 交车作为信标路径，以实现对包发送率的高连接性 能，计算信标路径采用Dijkstra's最短路径算法； Wu等[提出了MDDV(mobility-centric data dissemination algorithm for vehicular networks) 法，假定了网络的密度稳定，沿源到目的节点的轨 图1 Manhattan模型示意图 迹，让信息包按照距目的节点最近节点转发，此转发 Fig.I Schematic diagram of the Manhattan model 需要利用地理信息和网络密度，这种方法增强了路 由的可靠性，但是当网络密度变化迅速时，会导致很 (1)IV:(t+1)|=|V:(t)|+random()· 长的延时.上述协议与算法均利用了GPS信息[) a:(t); 的支持进行路由选择 (2)Hi,Hj,Ht,D.(t)≤sDP|V:(t)l≤ 基于上述分析，本文在针对车载Ad hoc网络建 V(t),当且仅当节点j与节点i处于同一条道路 模的同时，提出一种适用于城市车载Ad hoc网络环 上，并在其前方，式中，SD代表两个节点的安全距 境的基于行驶方向信息的类AODV路由协议 离，「V:(t)|代表节点i在t时刻的移动速度， DBAP(direction based AODV routing protocol). |a:(t)表示节点i在t时刻的加速度，D,(t)表示 真结果表明，在不降低网络性能的情况下，DBAP路 在t时刻节点i与节点j之间的直线距离 由协议可显著降低路由负载以及路由断链率， 1.2AODV路由协议 AODV (Ad hoc on-demand distance vector) 1研究背景 由协议是一种反应式按需驱动路由协议，由于其在 1.1适合于车载Ad hoc网络的随机移动模型 协议性能、健壮性及其可扩展性等方面较之其他协 车载Ad hoc网络研究中，多数研究者使用的移 议有很大优势，因此被广泛的接纳并采用 动模型是Random Waypoint(RWP)模型.由于此 AODV路由协议的路由发现过程如下：源节点 模型没有考虑到车载Ad hoc网络的特点，因此基于 首先检查自身的路由表，如果路由表中存在到达目 此模型进行的仿真分析精确性不高，对于实际车载 的节点的有效路由，则使用该路由进行数据发送；否包括 AODV、DSR 等这类路由协议中只有源节点 有数据包发送时才会启动路由发现过程路由负载 相对较低因此比较适合于强移动性低速率的网络 环境．正是基于上述特点按需路由协议目前是 MANET 路由协议研究的主流． 将传统 Ad hoc 网络应用于车载通信是一个较 新的研究领域不同于传统的 MANET车载 Ad hoc 网络主要具有以下的特点：① 节点速度较高但其 移动轨迹被限制在道路中由一定的规则来约束并 且与其他运动节点相关随机性相对较低；② 不同 道路之间即使距离较小但由于高层建筑物的阻碍 使得其正常通信的可能性较低；③ 车载通信网络在 城市环境下节点密度较高；④ 车载 Ad hoc 网络对 于数据发送速率要求较低．基于上述特点传统的 MANET 路由协议并不能完全适用于车载 Ad hoc 网络因此国际上有很多研究机构和组织致力于设 计适用于车载 Ad hoc 的路由协议．Karp 等［2］提出 了 GSR （geographic source routing）协议根据获得 的目的车辆的位置信息源节点利用城市地图计算 一系列的包必须通过的顶点来到达目的车辆；Seet 等［3］ 提 出 了 A－STAR （anchor-based street and traffic aware routing）协议A－STAR 利用了城市公 交车作为信标路径以实现对包发送率的高连接性 能计算信标路径采用 Dijkstraʾs 最短路径算法； Wu 等［4］ 提 出 了 MDDV （ mobility-centric data dissemination algorithm for vehicular networks） 算 法假定了网络的密度稳定沿源到目的节点的轨 迹让信息包按照距目的节点最近节点转发此转发 需要利用地理信息和网络密度．这种方法增强了路 由的可靠性但是当网络密度变化迅速时会导致很 长的延时．上述协议与算法均利用了 GPS 信息［5］ 的支持进行路由选择． 基于上述分析本文在针对车载 Ad hoc 网络建 模的同时提出一种适用于城市车载 Ad hoc 网络环 境的 基 于 行 驶 方 向 信 息 的 类 AODV 路 由 协 议 DBAP（direction based AODV routing protocol）．仿 真结果表明在不降低网络性能的情况下DBAP 路 由协议可显著降低路由负载以及路由断链率． 1 研究背景 1∙1 适合于车载 Ad hoc 网络的随机移动模型 车载 Ad hoc 网络研究中多数研究者使用的移 动模型是 Random Waypoint （RWP）模型．由于此 模型没有考虑到车载 Ad hoc 网络的特点因此基于 此模型进行的仿真分析精确性不高对于实际车载 系统的参考意义不明显．所以很多针对车载 Ad hoc 网络的移动模型被提出来如 Freeway （FWY） 模型、Random Point Group Mobility （RPGM）模型 和 Manhattan （MH） ［6］ 模型其中具有代表性的是 MH 模型．本文采用 MH 模型为车辆节点运动模型 进行建模并在其基础之上分析、设计适用于车载系 统的路由协议． 在文献［6］中Bai 等引入了 Manhattan 模型模 型中节点的移动被限制在网格空间中在平行和竖 直的道路上移动如图1所示在交叉口按照一定的 概率选择左转右转或者直行其主要目的就是仿真 城市道路环境下的网络状况．MH 模型中同向车 道的节点之间的链路比较稳定反向车道链路比较 容易断裂节点的移动速度依赖于其前一个时刻的 运动速度以及相邻节点的移动速度并遵循如下 法则： 图1 Manhattan 模型示意图 Fig．1 Schematic diagram of the Manhattan model （1） ｜Vi （ t ＋1）｜＝｜Vi （ t ）｜＋random （ ）· ｜ai（ t）｜； （2） ∀ i∀ j∀tDij （ t）≤SD⇒｜Vi（ t）｜≤ ｜Vj（ t）｜当且仅当节点 j 与节点 i 处于同一条道路 上并在其前方．式中SD 代表两个节点的安全距 离｜Vi （ t ）｜代表节点 i 在 t 时刻的移动速度 ｜ai（ t）｜表示节点 i 在 t 时刻的加速度Dij（ t）表示 在 t 时刻节点 i 与节点 j 之间的直线距离． 1∙2 AODV 路由协议 AODV （Ad hoc on-demand distance vector） ［7］路 由协议是一种反应式按需驱动路由协议由于其在 协议性能、健壮性及其可扩展性等方面较之其他协 议有很大优势因此被广泛的接纳并采用． AODV 路由协议的路由发现过程如下：源节点 首先检查自身的路由表如果路由表中存在到达目 的节点的有效路由则使用该路由进行数据发送；否 第11期 米振强等： 基于模型分析的城市环境下车载移动 Ad hoc 网络路由协议改进策略 ·1481·