车载自组织网络单播车载自组织网络单播 (unicast)(unicast)路由的解决思路路由的解决思路

陈开恒khchen69@

VANET路由相关的特点

• 高速变化的拓扑。由于节点之间相对高速的移动， VANET的拓扑一直在改变。 e.g. 假设车辆的无线通信半径为 250m，在最坏的情况下，车辆之间的相对速度为 25m/s，链路的持续时间只有 10s。

• 频繁的网络分割。由于与上面类似的原因， VANET网络的连通性也频繁的变化。尤其是在车辆密度较低的时候，网络有很大的概率是不连通的。路由的设计必须要考虑到网络分割的存在。

VANET路由相关的特点

• 充足的能量和储存能力。 VANET中的无线通信节点为车辆而不是普通的手持设备，所以可以很轻松的提供足够的能量用于支持无线通信和计算，在路由过程中，能量和储存可以认为是无限的。

• 无线通信的地理性。与传统网络中单纯依靠 ID号或者 IP地址不同，由于车辆的移动性是依赖于已有道路，无线通信的地理特征较大。甚至有些网络应用对于报文的目的区域就是特定的地理空间。

VANET路由相关的特点

• 移动模型和可预测性。由于无线节点的高速移动和拓扑的动态性，移动模型和预测是网络路由协议设计的重要考虑依据。车辆节点的运动本质上受限于高速公路、道路或者是街道，所以给予速度和地图，节点的移动在短期内可以被预测。

• 不同的通信场景。 VANET网络常常会呈现两种不同的无线通信环境。在高速公路的通信场景中，环境是简单而且是一维的。而在城市环境中就变得更加复杂，城市中的道路常常被有很多十字路口和多叉路口。

VANET路由的全局信息

• 节点的 ID。每个节点在 VANET网络中都有一个唯一的ID标识，用来区分不同的节点。

• 节点的地理位置。在做路由决策的时候考虑到节点的位置信息，根据位置服务，可以获得目的节点的位置，然后根据地理位置来选择路由路径。

• 静态的地图信息。在城市场景里，由于车辆节点的移动依赖于道路，所以路由的路径也由若干个道路组成，已知静态的地图信息，可以帮助路由选路的决策。

VANET路由的全局信息

• 动态的车辆分布信息。地图信息虽然可以指引路由方向，但是街道上到底有无车辆分布会影响路由性能。若已知每个街道上的车辆密度，则可以更好的做出路由决策。但是这个信息的获取和更新很难。一般的获取方式有：– 第三方地图服务，使用第三方提高的带有车辆交通流量信息的地图来判断。更新较慢，可能 1 或者几个小时才更新一次。

– 假设存在全局的路边传感器节点网络，可以动态的收集并交互全局的动态车辆分布信息。

VANET路由的局部信息

• 单跳邻居信息。在 Ad hoc网络中，节点之间通常基于beacon 包来通告单跳邻居自己的存在 (e.g. hello 包 )。通过 beacon 包可以更新单跳的邻居信息，获得邻居节点的ID号、位置、速度 ( 矢量 )、竞争窗口、队列长度等信息。

• 街道内的车辆信息。相比于全局的车辆信息，车辆所在的街道的局部信息更容易获得和更新。通过两种方式可以实现：– 车辆之间通过多跳的 beacon 包迭代，街道内的车辆共同维护一个报告街道内车辆信息的 beacon 包，并通过时间戳来实现更新。

– 街道内有一个简单的传感器设备符合收集并通告街道内车辆的信息。

修改MANET路由

• 基于路由生命期的修改：– 动机：适应 VNAET中移动性大、拓扑变化的特点。– 代表： PRAODV ， PRAODVM– 策略：

• PRAODV使用节点的距离和速度来预测节点之间的链路生命期，并以此为依据选路。

• PRAODVM 建立了一个可选路由，它使用最长的连 接时间来代替最短路径来实现选路。

– 弱点：依赖于预测算法的精确性。

修改MANET路由

• 基于地理区域的修改：– 动机：在路由发现中考虑目的节点的区域。– 代表： ZOR ， LAR– 策略：

•在发起路由请求前，估计目的节点会处于的位置，只有在 Zone of Relevance(ZOR)内的节点才会再次广播路由请求的报文。

– 弱点：依赖于预测的 ZOR。

基于位置的路由

• 经典的基于位置的路由 GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing) 在 VANET中的应用存在很多问题。– 由于车辆特殊的分布，节点和贪婪的下一跳往往存在

树木、设施等障碍物，影响网络通信。– 车辆的特殊分布会大量导致 local maximum的情况

， GPSR中平坦化的解决方案，把节点根据最近的邻居化为 1 跳将会引起额外的很多 delay

– 高速的移动性会在路由选择中导致很多 routing loop的发生。

– 很多时候报文会被送到错误的方向。

基于位置的路由

• 改进自 GPSR的路由协议 GPCR(Greedy Perimeter Coordinator Routing)通过在街道口节点的帮助来避免GPSR 在 VANET环境中的问题。– 节点在街道内的时候才用贪婪的方式选择下一跳。– 在街道口的时候，节点优化把报文传递给被选出的

Coordinator节点。– Coordinator节点为在路口的节点，而非跨过了一个路口的节点。

– 本质上， GPCR通过节点角色的识别，根据目的节点的位置，实现了一个按照街道为路径的路由过程。

基于静态地图的路由

• GSR(Geographic Source Routing)协议假设有静态城市地图的信息来选择路由。– 路由算法的输入是源节点的位置、目的节点位置 (通过

RLS获得 )以及城市地图。输出是包含街道口序列的路由路径。

– GSR使用 Dijkstra最短路径算法来进行路由决策，动机认为地理路径最短对应着路由跳数最小。

– GSR的路由分为两个部分，在两个街道口之间，采用基于位置的贪婪选择，达到街道口之后，根据事先的决定的路径选路。

基于静态地图的路由

• GSR有一个非常显而易见的缺点，就是没有考虑节点的动态分布，隐形添加了一个节点均匀分布的假设。 A-STAR (Anchor-based Street and Traffic Aware Routing)协议也借助了城市的静态地图，同时加入了对于预知交通信息的考虑。– ASTAR假设已知城市的公交车路线，因为行驶公交车的街道通常具有一定的车辆分布的可靠性，所以在路由选择的时候优先选择。

– ASTAR在遇到 local maximum的时候才用存储转发的方式，比起 GSR 和 GPSR中的平面恢复更加适合车载网络的环境。

基于静态地图的路由

• 前面所说的都是属于节点主要决策下一跳的路由， TO-GO是一个利用了静态地图的机会路由协议，使用静态地图信息来决定下一个街道，使用两跳邻居信息来决策下一跳节点。– TO-GO使用两跳邻居的信息来获得节点可以到达的最

远距离，可以到达最远距离的节点优先被选择。– 在候选集确定的时候 TO-GO使用无线信道质量来决定

转发节点的集合，然后使用地理前进来作为优先权的决策。

基于局部街道动态信息的路由

• GyTAR(improved Greedy Traffic Aware Routing protocol)是一个使用局部街道动态信息的路由协议，每次路由决策都发生在街道口，路由选择结合局部街道的车辆密度和地理前进来做出路由选择。– 对于每个下一跳的街道口，通过评分来选择。 score

(J) = α × [ 1 - Dp] + β × [ min (Navg/Ncon , 1) ]– 路由的过程分为两个阶段，下一个街道的选择和街道内的贪婪转发。

基于全局动态信息的路由

• VADD(vehicle-assisted data delivery)假设知道全局的车辆密度，根据密度来推算报文通过街道的时延，密度越高，时延越少。– 时延模型：– 根据全局的车辆动态分布的信息和街道内的 delay模型， VADD分析了源节点到目的节点的所有可能性，然后做出路由选择。

– VADD 还提供了不同的版本用于在街道口的选择优化。

基于全局动态信息的路由

• ACAR （ Adaptive Connectivity Aware Routing ）假设知道全局的车辆密度，根据密度来推算街道内节点的连通性。– ACAR对于街道内连通性考虑了车辆的密度和红绿灯的因素，还根据传输错误率考虑投递成功率。

– ACAR也分为全局的街道选择和局部的贪婪策略。在局部贪婪的时候， ACAR选择剩余错误率最小的节点，实现了链路质量和地理前进的简单结合。

– ACAR 还提出了一个 On-The-Fly的策略来实现算法所需要的信息的收集。

基于全局动态信息的路由

• RBVT(road-based using vehicular traffic)通过动态的测量全局街道的连通性来实现路由选路。– RBVT分为两个版本， RBVT-R 和 RBVT-P。前者在路由之前先发起一个路由请求，以街道为单位进行广播找路。后来动态的维护街道之间的连接性，用于路由过程。

– 很明显， RBVT-R在成功率上更高，因为每次路由都临时选择路径。 RBVT_P在时延上更好，因为每次路由不需要花费找路的时延。

– RBVT存在很多控制报文，会占用无线信道资源，加剧信道竞争和干扰。

基于全局动态信息的路由

• 针对基于街道的路由可能会出现一个街道成为瓶颈的情况， VLBR(VANET Load Balanced Routing) 采用反馈 +重选路由的方式。– VLBR最初路由的选择是根据街道内车辆密度和街道长度的结合。

– 然后在路由的过程中，如果发生了拥塞，拥塞节点将回传一个反馈报文，源节点把拥塞的街道删去，重新进行选路。

基于全局动态信息的路由

• IGRP(Intersection-based Geographical Routing Protocol) 基于全局的动态信息，对街道的连通性、时延、 BER做了统计上的分析，用于提出保证 QoS的策略。– 连通性、时延和 BER的分析假设车辆是符合泊松分布的，然后得出报文的跳数。在稀疏场景下考虑存储转发的影响。

– IGRP通过遗传算法，求得满足 QoS 约束(Delay 、 Hop 、 BER)情况下的通信半径的设置，然后通过集中式的控制，完成一次路由过程。

THANK YOU再次提醒论文提交：

nhpcc409@163.com