李 明，曹建國(guó)

(1.長(zhǎng)江重慶航道局，重慶 401147；2.華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

VANETs城市場(chǎng)景下基于自適應(yīng)時(shí)延的Geocast路由協(xié)議

李 明1，曹建國(guó)2

(1.長(zhǎng)江重慶航道局，重慶 401147；2.華中科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

基于廣播式的Geocast路由協(xié)議能夠在特定的地理區(qū)域內(nèi)高效地發(fā)布數(shù)據(jù)。然而，廣播模式引起冗余重播，易導(dǎo)致廣播風(fēng)暴問(wèn)題。另外，由于城市場(chǎng)景下建筑物的影響，現(xiàn)有的多數(shù)廣播抑制方案難以應(yīng)用于城市環(huán)境。為此，提出面向城市的基于自適應(yīng)時(shí)延的Geocast路由協(xié)議UGAD。UGAD采用了基于自適應(yīng)時(shí)延的廣播抑制方案，降低發(fā)生廣播風(fēng)暴的概率。同時(shí)，考慮到交叉路口的地理優(yōu)勢(shì)，給位于交叉路口的車輛“優(yōu)惠”時(shí)延，使其具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包權(quán)力，從而提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。此外，考慮到城市道路的復(fù)雜性，UAGD采用基于交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)IF和貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF兩個(gè)模式，依據(jù)不同的道路情況選擇不同的轉(zhuǎn)發(fā)模式，從而降低冗余重播，并保持高的數(shù)據(jù)包到達(dá)率。最后，針對(duì)城市場(chǎng)景進(jìn)行仿真，結(jié)果表明提出的UGAD具有高的數(shù)據(jù)包到達(dá)率，低的數(shù)據(jù)包重播率。

車載網(wǎng)；Geocast；廣播風(fēng)暴；貪婪轉(zhuǎn)發(fā)；基于交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)；時(shí)延

1 Geocast路由協(xié)議與DDT策略

車載網(wǎng)VANETs(Vehicular Ad Hoc Network)中，常需要向某個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有車輛發(fā)布數(shù)據(jù)[1]。因此，基于廣播的數(shù)據(jù)發(fā)布算法廣泛應(yīng)用于VANETs。例如，地域性多播Geocast[2-4]協(xié)議。Geocast是一種基于地域位置的，向指定的目的區(qū)域內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)發(fā)布數(shù)據(jù)包的多播路由協(xié)議[5]。為此，Geocast路由協(xié)議被廣泛應(yīng)用于車輛間交通信息、緊急事件以及商業(yè)廣播發(fā)布。如圖1所示，發(fā)生交通事故，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)此事故的車輛(源節(jié)點(diǎn))需要將此消息發(fā)布后續(xù)車輛，即后續(xù)車輛是消息的目的區(qū)域。

圖1 Geocast路由協(xié)議示意圖

在Geocast路由協(xié)議中，目的區(qū)域ZOR(Zone of Relevance)中所有節(jié)點(diǎn)是數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)。依據(jù)數(shù)據(jù)包傳遞到ZOR方式的不同，Geocast路由協(xié)議可分為基于傳統(tǒng)泛洪的Geocast、定向泛洪的Geocast和非泛洪的Geocast[6]。

在基于傳統(tǒng)泛洪的Geocast路由協(xié)議中，接收到數(shù)據(jù)包后，節(jié)點(diǎn)先判斷是否位于目的區(qū)域ZOR中，若是則將數(shù)據(jù)包傳遞給上層應(yīng)用，并同時(shí)繼續(xù)廣播該數(shù)據(jù)包，若不是則僅廣播該數(shù)據(jù)包。定向泛洪的Geocast路由協(xié)議[7]，是通過(guò)特定的轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF(Zone of Forwarding)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而不是像傳統(tǒng)泛洪那樣向四周廣播數(shù)據(jù)包。在非泛洪的Geocast路由協(xié)議中，源節(jié)點(diǎn)利用單播路由機(jī)制將數(shù)據(jù)包傳遞到ZOF中的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包之后，就在目的區(qū)域ZOR進(jìn)行泛洪，致使ZOF中所有節(jié)點(diǎn)均收到該數(shù)據(jù)包。

在Geocast路由協(xié)議中，存在兩個(gè)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)包傳遞問(wèn)題：一是如何將數(shù)據(jù)包從轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF傳遞給目的區(qū)域ZOR；二是如何在目的區(qū)域ZOR節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包發(fā)布給ZOR內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)。在第二區(qū)域(ZOR)內(nèi)，主要采用泛洪機(jī)制發(fā)布數(shù)據(jù)包，以提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。針對(duì)第一區(qū)域(ZOF)，若采用泛洪機(jī)制將數(shù)據(jù)包傳遞至目標(biāo)區(qū)域，可提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率PRR(Packet Reachability Ratio)。PRR越高，表明數(shù)據(jù)包高效地傳遞了多個(gè)節(jié)點(diǎn)，但是，泛洪機(jī)制存在數(shù)據(jù)包冗余重播，易引起廣播風(fēng)暴問(wèn)題；若采用單播機(jī)制，盡管抑制了數(shù)據(jù)包冗余重播，但是降低了數(shù)據(jù)包傳遞到目的區(qū)域的效率，特別是在城市場(chǎng)景下，車輛間的通信受到高樓等建筑物的阻擋，僅采用單播機(jī)制難以保證高的數(shù)據(jù)包傳遞率。

為此，在Geocast路由協(xié)議中，一方面要抑制廣播風(fēng)暴，另一方面要提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。抑制廣播風(fēng)暴的目的在于避免網(wǎng)絡(luò)堵塞以及數(shù)據(jù)包碰撞。在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)MANET(Mobile Ad Hoc Network)，可將廣播算法分為4類[8]：泛洪式廣播、基于概率式廣播、區(qū)域廣播以及基于鄰居信息廣播。泛洪式廣播就是所有節(jié)點(diǎn)均轉(zhuǎn)播消息，這將引用過(guò)多的冗余(Redundancy)；基于概率式廣播是指消息的接收者依據(jù)概率參數(shù)決定是否轉(zhuǎn)播消息，但是這種方式依賴隨機(jī)參數(shù)，仍會(huì)引用冗余重播。區(qū)域廣播是指向某特定的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)播消息，如基于延時(shí)方案的區(qū)域廣播，其利用距離作為參數(shù)，并轉(zhuǎn)換成延時(shí)參量。離發(fā)送者越遠(yuǎn)，具有越高的轉(zhuǎn)播優(yōu)先權(quán)?；卩従有畔V播是指消息的接收者利用一跳或二跳鄰居節(jié)點(diǎn)信息去獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⑦x擇下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。比如，在VANETs中，每個(gè)車輛周期地發(fā)送beacon包，其包含節(jié)點(diǎn)ID、位置、速度等信息。消息的接收者接收來(lái)自鄰居的beacon包，依據(jù)所有的beacon包的信息，選擇下一跳節(jié)點(diǎn)重播消息，而不是采取分布式重播決定。然而，由于車輛高速移動(dòng)，周期地從beacon包獲取的鄰居節(jié)點(diǎn)信息與實(shí)時(shí)的鄰居信息總是存在差距，從beacon包獲取的信息總是滯后的。

文獻(xiàn)[9]提出了采用距離-推遲-時(shí)間算法DDT(Distance Defer Time)實(shí)現(xiàn)抑制廣播風(fēng)暴。在DDT方案中，收到數(shù)據(jù)包的每個(gè)車輛依據(jù)離發(fā)送者的距離設(shè)置等待轉(zhuǎn)發(fā)該消息的時(shí)延。離發(fā)送者越遠(yuǎn)，時(shí)延越短。若在等待轉(zhuǎn)發(fā)期間，收到數(shù)據(jù)包的復(fù)本(Duplicated packets)，車輛就取消息等待，也不轉(zhuǎn)發(fā)此消息。因?yàn)槭盏綌?shù)據(jù)包的復(fù)本，就意味著已有車輛轉(zhuǎn)播了此消息。通過(guò)DDT抑制廣播風(fēng)暴，緩解數(shù)據(jù)包冗余重播，如圖2所示。

圖2 DDT中數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程

如圖2所示，車輛A、B、C收到來(lái)自S的數(shù)據(jù)包，它們依據(jù)在數(shù)據(jù)包傳播方向上距離S的長(zhǎng)度設(shè)置等待轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。由于車輛A在數(shù)據(jù)包傳播方向上離S最遠(yuǎn)，因此A具有最短的等待時(shí)延，依次是B、C。圖中的1、2、3表示車輛A、B、C轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)先級(jí)。一旦A轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)包，并且B、C收到來(lái)自A的數(shù)據(jù)包的復(fù)本，B、C就不再等待，也不再轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。

DDT策略適用于直路模型(高速公路場(chǎng)景)。然而，在城市場(chǎng)景下，其性能急劇下降，這主要因?yàn)槌鞘协h(huán)境的建筑物阻礙了車輛間的通信，阻礙了車輛間的直接通信，這直接降低了車輛間信息交互的效率[10]，如圖3所示。

圖3 城市環(huán)境中障礙物的影響

如圖3所示，盡管A、C在車輛S的通信范圍，但是由于建筑物存在，使得S無(wú)法向A、C直接傳遞數(shù)據(jù)包。城市環(huán)境中的障礙物阻礙了一跳通信，使得DDT方案無(wú)法直接應(yīng)用于城市環(huán)境。

為此，考慮城市場(chǎng)景的特點(diǎn)，提出面向城市場(chǎng)景的基于自適應(yīng)時(shí)延的Geocast路由協(xié)議UGAD(Urban Geocast based on Adaptive Delay)。UGAD采用基于交叉路口、貪婪兩種轉(zhuǎn)發(fā)模式。在基于交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)IF(Intersection based forwarding )模式中， 位于交叉路口的節(jié)點(diǎn)具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包權(quán)，即短的等待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)間。IF模式利用交叉路口的地理優(yōu)勢(shì)(不失一般性，交叉路口車輛多，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包容易)，提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF (Greedy Forwarding) 模式，目的是降低冗余重播。UGAD利用發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收者、目標(biāo)區(qū)域ZOR位置，計(jì)算角度，通過(guò)這個(gè)角度值對(duì)兩種模型進(jìn)行切換。

2 UGAD方案

UGAD采用自適應(yīng)時(shí)延機(jī)制，從而提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率?？紤]到城市環(huán)境的特點(diǎn)，給位于交叉路口的車輛分配優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)，提高了交叉路口廣播的機(jī)會(huì)。同時(shí)，UGAD使用兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)發(fā)模式，依據(jù)不同的環(huán)境，選用不同的轉(zhuǎn)發(fā)模式，從而降低數(shù)據(jù)包冗余重播，同時(shí)保證數(shù)據(jù)包到達(dá)率。

2.1 基于交叉路口的機(jī)制

考慮到交叉路口特殊區(qū)域位置，不失一般性，交叉路口區(qū)域車輛較多，并且無(wú)障礙物，車輛間能夠直接通信，如圖4所示。處于交叉路口的車輛S，能夠向周圍車輛A、B、C直接發(fā)布數(shù)據(jù)包，不會(huì)出現(xiàn)圖3情況。為此，應(yīng)充分利用交叉路口的地理優(yōu)勢(shì)，使得位于交叉路口的車輛具有數(shù)據(jù)包優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。

圖4 交叉路口的轉(zhuǎn)發(fā)

此外，由于交叉路口車輛較多，為了提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率，使位于交叉路口的車輛具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。

2.2 假設(shè)條件

UGAD假定每個(gè)車輛通過(guò)GPS系統(tǒng)知道交叉路口的位置以及自己的坐標(biāo)位置。Geocast 的目的區(qū)域ZOR表示以p(x,y)為中心，r為半徑的圓。源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包，其包含ZOR的信息，發(fā)送節(jié)點(diǎn)的位置信息。

此外，在UGAD內(nèi)，定義轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF：比源節(jié)點(diǎn)S發(fā)離目的區(qū)域ZOR更近的區(qū)域。

在城市環(huán)境中，依據(jù)路邊建筑物的陰影衰弱可將道路拓?fù)浞指顬橹本€道路和交叉路口。具體而言，兩個(gè)交叉路口之間的直線道路區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)路段，如交叉路口Ii和Ij之間的直線道路區(qū)域rij。

2.3 數(shù)據(jù)包的處理過(guò)程

假定源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送數(shù)據(jù)包M，節(jié)點(diǎn)i收到數(shù)據(jù)包M，并決定是否轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包M。為此，首先節(jié)點(diǎn)i確認(rèn)自己是否位于轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF內(nèi)，如果在，節(jié)點(diǎn)i就有機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包M，進(jìn)而設(shè)置時(shí)延。如果不在，節(jié)點(diǎn)i就丟去數(shù)據(jù)包M，因?yàn)槲挥谵D(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF外的節(jié)點(diǎn)不需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包M。另外，節(jié)點(diǎn)i通過(guò)GPS確認(rèn)自己的位置，同時(shí)從數(shù)據(jù)包M提取源節(jié)點(diǎn)S、目的區(qū)域ZOR的位置，從而保證節(jié)點(diǎn)i知道是否位于轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF內(nèi)，具體過(guò)程如圖5所示。轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域ZOF的車輛，自行計(jì)算時(shí)延，一旦時(shí)延結(jié)束，就轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。若在等待期間，收到數(shù)據(jù)包的復(fù)本，車輛將中斷等待，并取消轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的安排。通過(guò)這種模式，抑制數(shù)據(jù)包冗余重播。

圖5 處理數(shù)據(jù)包的流程圖

2.4 時(shí)延的計(jì)算

為了滿足Geocast的性能要求，UGAD采用兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)發(fā)模式，即貪婪轉(zhuǎn)發(fā)和基于交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)。車輛依據(jù)不同的模式，計(jì)算時(shí)延。

1) 貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF模式

GF模式的目的在于最大化每一跳傳播增益，同時(shí)最小化冗余數(shù)據(jù)包問(wèn)題。在GF模式中，節(jié)點(diǎn)i接收來(lái)自源節(jié)點(diǎn)j的數(shù)據(jù)包M，節(jié)點(diǎn)i依據(jù)式(1)計(jì)算時(shí)延。

(1)

2) 交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)IF模式

IF模式的目的在于提高交叉路口數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)會(huì)，從而增加數(shù)據(jù)到達(dá)率。在這種模式下，位于交叉路口的車輛具有“優(yōu)惠”的時(shí)延，使得位于交叉路口的車輛比其他車輛具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)力。在IF模式中，節(jié)點(diǎn)i接收來(lái)自源節(jié)點(diǎn)j的數(shù)據(jù)包M，節(jié)點(diǎn)i依據(jù)式(2)計(jì)算時(shí)延。

(2)

從式(2)可知，在IF模式下，位于交叉路口的車輛具有“優(yōu)惠”的時(shí)延，離發(fā)送者越遠(yuǎn)，退讓時(shí)間越短。通過(guò)IF模式，提高了數(shù)據(jù)包到達(dá)率。因此，當(dāng)要求高數(shù)據(jù)包到達(dá)率，而不考慮冗余重播時(shí)，可采用IF模式。圖6顯示了IF模式的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)示例。

如圖6所示，源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送數(shù)據(jù)包M，數(shù)據(jù)包從左向右傳輸，鄰居節(jié)點(diǎn)A、B、C、D、E、F均收到數(shù)據(jù)包M，其中F、C、B位于交叉路口，A、D、E位于非交叉路口。依據(jù)式(2)，F(xiàn)、C、B獲取優(yōu)惠退讓時(shí)間，具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包M的權(quán)力。同時(shí)，由于B離S最遠(yuǎn)，其退讓時(shí)間最短，因此，B最先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包M。當(dāng)收到來(lái)自B的數(shù)據(jù)包M的復(fù)本，A、C、D、E、F就取消等待。

2.5 轉(zhuǎn)發(fā)模式的選擇

轉(zhuǎn)發(fā)模式的選擇依賴于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)至源節(jié)點(diǎn)的向量與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)至目的區(qū)域的向量之間夾角。如果轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)有一維路徑(One-dimensional Path)到達(dá)目的區(qū)域ZOR，就啟用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF模式，否則，就啟用交叉路口IF模式，使得位于交叉路口的車輛具有數(shù)據(jù)包的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算源節(jié)點(diǎn)與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的連線和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)區(qū)域連線的夾角，表示這兩種情況差異，如圖7所示。

圖7 兩個(gè)向量的夾角

一旦收到來(lái)自節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)B從數(shù)據(jù)包提取A以及目的區(qū)域的中心點(diǎn)位置，并計(jì)算BA與BC的夾角θ的值，即

θ=arccos(BA·BC)

(3)

定義門限值α。通過(guò)cosθ與α進(jìn)行比較，從而決定選用不同的轉(zhuǎn)發(fā)模式，并用格狀的道路拓?fù)浔硎境鞘袌?chǎng)景。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包，節(jié)點(diǎn)i確認(rèn)位置。如果位于目的區(qū)域內(nèi)，就選用IF模式。因?yàn)槟康膮^(qū)域內(nèi)，通過(guò)優(yōu)先讓交叉路口車輛轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，可提高數(shù)據(jù)包的到達(dá)率；反之，就計(jì)算夾角θ，并將cosθ與α比較。如果小于α，就選擇IF模式，否則就采用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF模式，算法流程圖如圖8所示。

3 性能仿真

3.1 仿真模型以及參數(shù)

圖8 轉(zhuǎn)發(fā)模式的選擇算法

圖9 仿真場(chǎng)景

參數(shù)值仿真平臺(tái)Scenargie16數(shù)據(jù)包大小500byte通信協(xié)議80211p調(diào)制制式OFDM(QPSK1/2)傳輸功率20dBm帶寬10MHz傳輸率60Mbit/s傳播模型ITU-RP1411

表2描述了車輛通信的參數(shù)，包括車輛移動(dòng)模型、車輛密度以及速度等參數(shù)信息。

表2 車輛通信參數(shù)

3.2 性能參數(shù)

為了充分地評(píng)估提出的UGAD算法性能，將GAD與定向泛洪DF(Directed Flooding)、結(jié)合DDT的DF方案(DDT+DF)一起仿真，并進(jìn)行比較。DF方案屬于Geocast路由協(xié)議，但是其沒有采取廣播抑制機(jī)制。而DDT+DF方案結(jié)合DF，并運(yùn)用DDT機(jī)制抑制廣播。從下列兩個(gè)指標(biāo)分析方案的性能：

2)數(shù)據(jù)包重播率(packet rebroadcast ratio)，數(shù)據(jù)包重播率越高，表明數(shù)據(jù)包冗余重播越嚴(yán)重，發(fā)生廣播風(fēng)暴的概率越高。

3.3 仿真結(jié)果分析

1) GAD與DF、DF+DDT相比較

圖10顯示了在目標(biāo)區(qū)域ZOR中3個(gè)方案的NVP-ZOF。NVP-ZOF的值越高，表明數(shù)據(jù)包傳遞率越高。

圖10 NVP-ZOF隨車輛密度的變化曲線

如圖10所示，與DF、DF+DDT相比，UGAD具有最高的NVP-ZOF，DF的NVP-ZOF最低。這主要是因?yàn)镈F方案中的轉(zhuǎn)發(fā)區(qū)域內(nèi)所有車輛都轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，引起數(shù)據(jù)包碰撞，降低了數(shù)據(jù)包傳遞率。而UGAD采用了基于退避時(shí)間的廣播抑制算法，同時(shí)，將位于交叉路口的車輛給予優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)，提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。與DF相比，DF+DDT具有較好的NVP-ZOF性能，原因在于DF+DDT采用DDT的廣播抑制機(jī)制。DF、DF+DDT以及UGAD的數(shù)據(jù)包重播率如圖11所示。數(shù)據(jù)包重播率越高，發(fā)生廣播風(fēng)暴概率越高。從圖11可知，DF方案存在很嚴(yán)重的風(fēng)暴，這主要是因?yàn)镈F沒有采用廣播抑制機(jī)制。而UGAD和DF+DDT通過(guò)廣播抑制機(jī)制將數(shù)據(jù)包重播率控于0.1之內(nèi)，有效地解決了廣播風(fēng)暴問(wèn)題。

圖11 數(shù)據(jù)包重播率隨車輛密度的變化曲線

2)GAD比較

圖12描述了門限值a對(duì)UGAD的到NVP-ZOF的性能影響，在UGAD中，若a=1.0，那么位于交叉路口的車輛總是使用IF模式。從圖12可知，在低車輛密度情況下，即5～25 Vehicle/km，a為0.3、0.5、0.7、1.0下的NVP-ZOF沒有什么變化。然而當(dāng)車輛密度大于30 Vehicle/km，a值越大，NVP-ZOF越大。不過(guò)，在a=0.7變?yōu)?.0時(shí)，NVP-ZOF變化不大。這也說(shuō)明，沒有必要在所有的交叉路口重播數(shù)據(jù)包。如圖13所示，當(dāng)門限值a較小時(shí)，比如0.3或0.5，UGAD具有非常低的數(shù)據(jù)包重播率，這主要是因?yàn)槎鄶?shù)車輛采用了貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF模式。而與a=1.0相比，a=0.7的數(shù)據(jù)包重播率性能較好。

圖12 UGAD的NVP-ZOF隨車輛密度的變化曲線

4 總結(jié)

針對(duì)Geocast路由協(xié)議，提出面向城市場(chǎng)景的自適應(yīng)時(shí)延的Geocast協(xié)議UGAD。UGAD的目的在于提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率，同時(shí)減少冗余重播的數(shù)據(jù)包。為此，UGAD采用基于時(shí)延的交叉路口轉(zhuǎn)發(fā)IF以及貪婪轉(zhuǎn)發(fā)GF兩個(gè)模式，并依據(jù)源節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)包接收節(jié)點(diǎn)以及目標(biāo)區(qū)域ZOR所在位置的不同，進(jìn)行IF與GF模式的轉(zhuǎn)換，從而滿足不同的道路要求。在UGAD中，給位于交叉路口的車輛優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包權(quán)限，提高數(shù)據(jù)包到達(dá)率。仿真結(jié)果表明，UGAD在目的區(qū)域內(nèi)具有高的數(shù)據(jù)包到達(dá)率，同時(shí)保持低的冗余重播性能。

圖13 數(shù)據(jù)包重播率隨車輛密度的變化曲線

[1]CHEN W，GUHA R K，KWON T，et al. A survey and challenges in routing and data dissemination in vehicular ad-hoc networks[C]//Proc.IEEE ICVES 2008.[S.l.]：IEEE Press，2008： 328-333.

[2] MAIHOFER C. A survey of geocast routing protocols[J]. IEEE Communications Surveys and Tutorials， 2004，6(2)：32-42.

[3]于海寧，張宏莉.VANETs路由協(xié)議的研究進(jìn)展[J].電子學(xué)報(bào)，2011，39(12)：2868-2880.

[4]彭沙嬰，林亞平，李超. 一種適用于稀疏無(wú)線網(wǎng)的定向Geocast路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2010，28(5)：8-13.

[5]Maihoer C.A survey of geocast routing protocols[J].IEEE Communications Surveys & Tutorials，2004，6(2)：32-42.

[6]李元振，廖建新，李彤紅，等.城市場(chǎng)景車載Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)鍵參數(shù)分析[J].電子學(xué)報(bào)，2011，38(5)：1154-1158.

[7]KO Y B，VAIDYA N H. Flooding-based geocasting protocols for mobile ad hoc networks[J]. Mobile Networks and Applications， 2012，7(6)：471-480.

[8]WILLIAMS B，CAMP T. Comparison of broadcasting techniques for mobile ad hoc networks[C]//Proc. ACM MobiHoc ’10. Switzerland：[s.n.]，2010：194-205.

[9]BACHIR A，BENSLIMANE A. A multicast protocol in ad hoc networks inter-vehicle geocast[C]//Proc. IEEE VTC 2003. [S.l.]：IEEE Press，2003：2456-2460.

[10]FLEURY M，QADRI N N，GHANBARI M. Improving propagation modeling in urban environments for vehicular ad hoc networks[J]. IEEE Trans. Intelligent Transportation Systems， 2011，12(3)：705-716.

[11]OHWADA Y，MAENO T，KANEDA S，et al. Realistic ITS simulation with scenargie simulator[C]//Proc. IPSJ DICOMO. Turku：[s.n.]，2008：233-234.

Adaptive Delay-based Geocast Protocol in Urban VANETs

LI Ming1, CAO Jianguo2

(1.ChangjiangChongqingWaterwayBureau,Chongqing401147,China; 2.SchooleofComputerScience&Technology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074,China)

The broadcast-based geocast enables efficient data dissemination to vehicles within a given geographical region, but when dealing with broadcast, unnecessary retransmissions must be suppressed by controlling the packet forwarding to avoid the broadcast storm problem. However, most of existing broadcast suppression methods do not work in urban environments since buildings block the communication between two vehicles. In this paper, Urban Geocast based on Adaptive Delay (UGAD) protocol is proposed which adopts delay-based broadcast suppression scheme for urban environments. UGAD makes vehicles at intersections rebroadcast quickly by assigning them preferential delay values. Furthermore, vehicles use two different forwarding modes as parameters in order to fulfill the requirements of geocast. This develops the packet arrival ratio within a given geocast region, while reducing redundant rebroadcasts. Simulation results in an urban scenario show that UGAD achieves high packet arrival ratio as well as low packet rebroadcast ratio compared with existing methods.

VANETs; Geocast; broadcast storm; greedy forwarding; intersection forwarding; delay

?域內(nèi)收數(shù)據(jù)包的車輛NVP-ZOF(Number of vehicles

the Packet within the Given ZOF)，NVP-ZOF越高，表明數(shù)據(jù)包到達(dá)率越高。

TP393

A

10.16280/j.videoe.2015.05.023

2014-07-11

【本文獻(xiàn)信息】李明，曹建國(guó).VANETs城市場(chǎng)景下基于自適應(yīng)時(shí)延的Geocast路由協(xié)議[J].電視技術(shù),2015，39(5).

李 明(1981— )，碩士，工程師，主研智能交通，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；

曹建國(guó)(1985— )，博士研究生，主研集群與網(wǎng)格計(jì)算、分布式軟件性能評(píng)估、對(duì)等計(jì)算、語(yǔ)義網(wǎng)。

責(zé)任編輯：閆雯雯