袁學(xué)松，　張　靜，　袁　濤

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系,安徽 蕪湖　241000；2.合肥工業(yè)大學(xué)計算機(jī)與信息學(xué)院，安徽 合肥　230009)

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一種改進(jìn)WCA分簇廣播路由在高速公路環(huán)境的應(yīng)用研究

袁學(xué)松1,2，張靜1，袁濤1

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系,安徽 蕪湖241000；2.合肥工業(yè)大學(xué)計算機(jī)與信息學(xué)院，安徽 合肥230009)

摘要：針對高速公路上車輛節(jié)點運動速度快，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁，傳統(tǒng)車載廣播算法廣播覆蓋率低、簇結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，造成網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高等缺點.本文在充分研究高速公路的車載自組網(wǎng)絡(luò)(vehicle ad hoc networks,VANETs)環(huán)境的基礎(chǔ)上，提出了一種基于權(quán)值的HWCA(Highway Weighted Clustering Algorithm)分簇廣播算法.該算法通過增加HRSU(Highway Road Side Unit)節(jié)點，有效控制了成簇規(guī)模，并通過車輛的行駛模型實時確定簇首節(jié)點和首尾網(wǎng)關(guān)節(jié)點，提高網(wǎng)絡(luò)廣播的可靠性.仿真結(jié)果表明，在高速公路環(huán)境下，HWCA較現(xiàn)有的車載廣播算法有更好的廣播覆蓋率，更低的簇首變化頻率，更穩(wěn)定的簇結(jié)構(gòu)，并有效地降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，減小了系統(tǒng)開銷.

關(guān)鍵詞:分簇算法；HWCA；VANETS；HRSU；成簇規(guī)模；高速公路

在高速公路場景下，安裝在汽車中的Vanet節(jié)點運動速度快 ，密度分布不均勻，但運動模型相對于普通公路更有規(guī)律，基本符合跟駛交通流形態(tài).在該場景中，由于節(jié)點速度快，前車若發(fā)生意外，后車跟駛較近很可能發(fā)生連環(huán)追尾事故.相關(guān)研究表明，如果可以使用信息手段將前端突發(fā)事件及時廣播給后車，則會大大減少事故發(fā)生概率.Vanet經(jīng)典廣播協(xié)議有洪泛法、UMB協(xié)議、ABM協(xié)議等.這些算法大多在高速公路行車模型中會產(chǎn)生冗余、競爭和沖突等問題，這些問題嚴(yán)重時會產(chǎn)生“廣播風(fēng)暴”.

1VANET分簇廣播算法與問題描述

在各類車載自組網(wǎng)絡(luò)的廣播算法中最原始的為“洪泛法”,該算法為簡單的MAC層多跳廣播協(xié)議.協(xié)議會導(dǎo)致廣播數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)碰撞、“廣播風(fēng)暴”等問題.近年來UMB[1](Urban Multihop Broadcast)協(xié)議被廣泛應(yīng)用到車載自組網(wǎng)中，該協(xié)議使用請求和確認(rèn)的廣播方式避免的“隱藏終端”問題.隨著節(jié)點密度增大，該協(xié)議在廣播數(shù)據(jù)包時會產(chǎn)生高延時.AMB(Active Magnetic Bearing)協(xié)議常被應(yīng)用在有眾多路口的城市交通中.WCA[2]分簇廣播協(xié)議經(jīng)常被用在MANET中，網(wǎng)絡(luò)利用幾個影響因素對節(jié)點進(jìn)行分簇.因素的權(quán)重隨實際需要進(jìn)行更改，簇內(nèi)通過簇首節(jié)點進(jìn)行廣播，簇間通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)交互.文獻(xiàn)[3]提出的一種加權(quán)的分簇協(xié)議，很好解決了Vanet跟駛狀態(tài)下的分簇問題.但其應(yīng)用到高速公路上仍存在簇首變換頻繁、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高等不足.本文通過分析Vanet中經(jīng)典廣播協(xié)議的優(yōu)缺點，選擇較適合高速場景的基于權(quán)重的分簇算法(WCA，Weighted Clustering Algorithm)，并加以改進(jìn).

2一種可靠的分簇路由算法

2.1HWCA簇首節(jié)點的推舉算法

簇首節(jié)點是簇的中心節(jié)點，是根據(jù)各成員的權(quán)值比較推選出來的.當(dāng)簇首節(jié)點形成后會主動地向成員廣播信息，同時可以通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點將成員發(fā)起的廣播擴(kuò)散到全網(wǎng)，并能在生命周期內(nèi)維護(hù)簇內(nèi)成員的穩(wěn)定.

文獻(xiàn)[2]中提出的經(jīng)典WCA算法大多應(yīng)用在MANET環(huán)境中，該環(huán)境下節(jié)點運動速度較低，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥儞Q不頻繁，需要考慮到MENAT中各節(jié)點的能耗問題.所以算法推舉簇首節(jié)點考慮了各節(jié)點之間的連通度ΔV、移動速度MV、能耗PV和節(jié)點與鄰居節(jié)點的距離DV這四個因素.當(dāng)自組網(wǎng)數(shù)據(jù)通信時，每個節(jié)點會根據(jù)公式(1)計算自己的WV，簇會推舉一個WV最小且穩(wěn)定的節(jié)點作為簇首節(jié)點，式中W1～W4為權(quán)重.

WV=MVW1+ΔVW2+DVW3+PVW4

(1)

HWCA簇首節(jié)點推舉算法借鑒了經(jīng)典算法基于權(quán)的設(shè)計.針對高速公路節(jié)點運動規(guī)律的相關(guān)問題，增加了節(jié)點的位置、節(jié)點運動規(guī)律、節(jié)點連通度等權(quán)重信息.在高速公路的場景中，HWCA算法借助車內(nèi)的GPS定位系統(tǒng)獲取車輛信息，在經(jīng)過HRSU節(jié)點覆蓋范圍時計算前若干時間的平均速度、駕駛習(xí)慣(是否頻繁變道、是否有急剎車、是否經(jīng)常行駛在超車道或應(yīng)急車道)等信息.節(jié)點對駕駛習(xí)慣信息進(jìn)行初步評分得到一個值，其越大表明駕駛習(xí)慣越不穩(wěn)定，不適合做簇首節(jié)點.在經(jīng)典算法中簇首節(jié)點負(fù)責(zé)管理簇規(guī)模，HWCA算法把控制簇規(guī)模大小交給了HRSU節(jié)點.綜上所述，在HWCA協(xié)議中簇首節(jié)點推選權(quán)計算公式如下：

Wh=ChW1+DhW2+VhW3+HhW4+KhW5

(2)

2.2HWCA網(wǎng)關(guān)節(jié)點的設(shè)計

圖1　網(wǎng)關(guān)節(jié)點覆蓋范圍示意圖Fig.1　Schematic diagram of the gateway node coverage

在經(jīng)典的WCA算法中，簇首節(jié)點不僅需要完成簇內(nèi)的通信工作，同時需要通過不同的發(fā)射功率與鄰居簇進(jìn)行信息交流.考慮到DSRC[4]要求，不同發(fā)射功率的簇首節(jié)點已不能滿足Vanet的要求.所以在Vanet的分簇算法中大多使用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)射功率，這樣就需要一個網(wǎng)關(guān)節(jié)點來完成簇間通信問題.高速公路場景中，可能出現(xiàn)如圖1的情景.

雖然簇a和簇c還在通信范圍內(nèi)，a和c則不能通過處于前端的網(wǎng)關(guān)節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.導(dǎo)致廣播不能覆蓋后簇，可能會發(fā)起不必要的簇維護(hù)過程，增大了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān).在HWCA網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)計中，為了解決上述問題，根據(jù)高速公路行車特點，為每個簇設(shè)置了前置網(wǎng)關(guān)節(jié)點和后置網(wǎng)關(guān)節(jié)點.

2.3HRSU節(jié)點的設(shè)計

在Vanet中，傳統(tǒng)RSU通常部署在城市交通道路的兩旁，汽車節(jié)點可以和RSU間進(jìn)行高帶寬數(shù)據(jù)傳輸.當(dāng)沒有合適的RSU和汽車節(jié)點進(jìn)行通信時，汽車節(jié)點可以將要傳輸?shù)男畔㈩A(yù)存在車內(nèi)設(shè)備的本地緩存中，有合適機(jī)會繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[5].在HWCA協(xié)議中，設(shè)計了HRSU節(jié)點.它不僅能夠完成普通RSU的功能，而且讓它具有了簇規(guī)?？刂?、簇首節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點推選等特定功能.

當(dāng)前RSU使用的802.11p協(xié)議支持的最大傳輸距離是1Km.在高速場景下，汽車節(jié)點平均速度約為100Km/h(27.7m/s)，經(jīng)過HRSU的覆蓋范圍約為72s.在該段時間內(nèi)HRSU工作過程如下：當(dāng)?shù)谝惠v汽車進(jìn)入信號覆蓋范圍的時候，RSU開啟計數(shù)器，每經(jīng)過一輛汽車計數(shù)器加一.當(dāng)簇規(guī)模達(dá)到設(shè)定的上限時會發(fā)出通知消息，讓再進(jìn)入覆蓋范圍的車輛進(jìn)入下一簇.同時，HRSU強(qiáng)制簇內(nèi)注冊的汽車節(jié)點離開原簇準(zhǔn)備建立新簇，在建立新簇之前所有的廣播通信均由HRSU完成.HRSU收集覆蓋范圍內(nèi)汽車節(jié)點自身速度、位置、駕駛習(xí)慣等信息并將其記錄在內(nèi)存中.當(dāng)在覆蓋范圍內(nèi)的車輛都將信息傳輸給HRSU時，通過HWCA的推舉算法推舉出簇首節(jié)點、前向網(wǎng)關(guān)節(jié)點、后向網(wǎng)關(guān)節(jié)點和成員節(jié)點并通知各節(jié)點所對應(yīng)的身份信息.在高速公路環(huán)境中，安排10-20Km建立一個站點.在HRSU覆蓋的兩公里范圍內(nèi)各成員接收HRSU廣播信息.當(dāng)各節(jié)點離開覆蓋范圍則根據(jù)相關(guān)算法簇首負(fù)責(zé)對信息進(jìn)行廣播和對簇進(jìn)行維護(hù).

2.4各類數(shù)據(jù)包設(shè)計

為了完成簇網(wǎng)絡(luò)中各種信息、控制和廣播包的傳遞，協(xié)議定義了8種數(shù)據(jù)包，具體如下：

(1)廣播包和緊急廣播包(Broadcast Data Packet, BDP / Emergency Broadcast Data Packet, EBDP )

廣播包是有簇首節(jié)點傳送給成員節(jié)點，HRSU節(jié)點傳給各成員節(jié)點的內(nèi)容數(shù)據(jù)包.包頭區(qū)中存放控制信息，數(shù)據(jù)區(qū)存放著內(nèi)容信息，主要定義了包ID號、發(fā)送包的源ID、包生成時間、包中簇首節(jié)點ID、優(yōu)先級等字段信息.在緊急廣播包中優(yōu)先級設(shè)置為最高.

(2)節(jié)點信息狀態(tài)包(Node Status Packet，NSP)

用在向RSU提供節(jié)點的狀態(tài)信息，同時在協(xié)議后期簇維護(hù)過程中用以節(jié)點間信息交換來推薦簇首.該包信息主要由節(jié)點的當(dāng)前速度、節(jié)點的位置信息、節(jié)點的駕駛習(xí)慣評分以及節(jié)點承擔(dān)簇首的次數(shù)等組成.

(3)HRSU信息傳遞包(HRSU Information Transfer Packet，HITP)

當(dāng)RSU經(jīng)過評估確定簇首、網(wǎng)關(guān)、成員節(jié)點后發(fā)給每個節(jié)點的身份認(rèn)證包.該包定義了RSU ID號、目的節(jié)點ID號、目的節(jié)點身份信息和經(jīng)過加權(quán)后的權(quán)值等信息.

(4)HRSU信息中斷包(HRSU Break Packet，HBP)

該數(shù)據(jù)包是控制包.將在HRSU覆蓋區(qū)域的汽車節(jié)點進(jìn)行簇分離，讓其強(qiáng)制進(jìn)入組網(wǎng)模式.

(5)簇首聲明維持包(Head Announce and Maintenance Packet，HAMP)

節(jié)點在離開RSU覆蓋范圍后，為了維持簇的穩(wěn)定性要進(jìn)行簇維護(hù)和簇重建的過程.在這個過程中簇首定期發(fā)送相關(guān)自身信息給各成員節(jié)點來聲明自己身份.如果根據(jù)簇首推選方案有更小的權(quán)值的節(jié)點，則提出異議，該簇進(jìn)行相關(guān)維護(hù)和重建工作.

(6)網(wǎng)關(guān)維持包(Gateway Maintenance Packet，GMP)

網(wǎng)關(guān)節(jié)點需要能夠與本簇中的簇首進(jìn)行通信，同時需要和鄰居簇的簇首進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以不論是HRSU還是簇建立過程中創(chuàng)建的網(wǎng)關(guān)節(jié)點都需要告知周圍的簇首自己的網(wǎng)關(guān)身份.在HWCA算法中，由于設(shè)置了前向網(wǎng)關(guān)和后向網(wǎng)關(guān)，所以每個網(wǎng)關(guān)節(jié)點最少能和兩個簇首建立通信.

(7)網(wǎng)關(guān)退出包(Gateway Quit Packet，GQP)

在簇維護(hù)過程中，不論是前向還是后向網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)自己不能和兩個或者以上的簇首進(jìn)行聯(lián)系時，主動發(fā)起GQP通知簇首.簇首可以讓各成員節(jié)點競爭網(wǎng)關(guān)節(jié)點.

(8)網(wǎng)關(guān)競爭通告包(Gateway Compete Packet，GCP)

只要網(wǎng)關(guān)發(fā)出GQP，簇首節(jié)點就會向群內(nèi)廣播GCP.符合條件的會獲得簇首授予的網(wǎng)關(guān)身份，同時向周圍簇首發(fā)送GMP告知其網(wǎng)關(guān)身份.

2.5HWCA協(xié)議原理

2.5.1HWCA簇建立過程和簇維護(hù)過程簇建立是由高速路邊的HRSU裝置發(fā)起.其信號覆蓋范圍為以其為中心的1Km的圓形區(qū)域，成簇時間為第一輛車駛?cè)胄盘柛采w范圍到第一輛收到HBP包車離開覆蓋范圍的時間差，簇規(guī)模為S，成簇過程如圖2.

圖2　HRSU成簇流程圖　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖3　節(jié)點自發(fā)成簇流程圖Fig.2　HRSU clustering flowchart　　　　　　　　　　　　　　Fig.3　Clustering chart with nodes

(1)第一輛汽車經(jīng)過HRSU覆蓋范圍時，發(fā)送HBP包，汽車節(jié)點收到HBP包后強(qiáng)制脫離原簇，進(jìn)入組網(wǎng)模式.在該模式下所有的廣播信息不在由簇頭發(fā)布，而是由HRSU節(jié)點接管，同時HRSU自身計數(shù)器加一.

(2)若超時，信號覆蓋的節(jié)點是否達(dá)到成簇的最低要求，若達(dá)不到則轉(zhuǎn)到(6)，否則轉(zhuǎn)至(3).

(3)查看HRSU計數(shù)器是否超過S，若不超過轉(zhuǎn)至(1)，若超過轉(zhuǎn)至(4).

(4)各個汽車節(jié)點向HRSU發(fā)送NSP包，經(jīng)過計算得到該簇的簇首、前向網(wǎng)關(guān)、后向網(wǎng)關(guān)、成員節(jié)點，同時向每個簇內(nèi)節(jié)點發(fā)送HITP包.

(5)發(fā)送成功組組網(wǎng)結(jié)束，否則轉(zhuǎn)至(6).

(6)成簇失敗的節(jié)點將在后續(xù)行駛過程中向周圍廣播NSP包，通過簇維護(hù)的方式加入前簇或后簇.

在行駛過程中，始終向周圍節(jié)點周期性的廣播HAMP包，向周邊節(jié)點告知自己的簇首身份.當(dāng)周邊節(jié)點認(rèn)為自己有更小的權(quán)值或由于意外情況，簇首節(jié)點丟失，會進(jìn)入簇重建過程.簇重建過程如圖3.

圖4　高速公路中網(wǎng)關(guān)節(jié)點的維護(hù)模型Fig.4　Gateway node maintenance model in highway

ⅰ當(dāng)成員節(jié)點找不到自己的簇首或者簇首節(jié)點的權(quán)值受到質(zhì)疑時，任意節(jié)點發(fā)起簇首推選.任意節(jié)點向周邊鄰居節(jié)點發(fā)送NSP包，用來交換各自節(jié)點的綜合權(quán)值信息.

ⅱ節(jié)點通過計算認(rèn)為自己的綜合權(quán)值較小則向周圍廣播HAMP包，若無異議則成為新的簇首節(jié)點周期性的發(fā)送HAMP包，若存在異議則進(jìn)入過程ⅰ.

ⅲ當(dāng)各成員收到HAMP包后將各自的身份調(diào)整至成員節(jié)點或網(wǎng)關(guān)節(jié)點.

當(dāng)成簇失敗的節(jié)點經(jīng)過一段時間的行駛，接受到新簇首節(jié)點的HAMP包，會向其發(fā)出自己的NSP包，若權(quán)值較大則加入簇成員，若權(quán)值較小則質(zhì)疑簇首節(jié)點并發(fā)起簇重建過程.

圖5　網(wǎng)關(guān)節(jié)點維護(hù)流程圖Fig.5　Gateway node maintenance flow chart

2.5.2網(wǎng)關(guān)節(jié)點的維護(hù)過程在HWCA協(xié)議中，在HRSU成簇過程中通常會選擇最先離開信號覆蓋范圍的節(jié)點作為前向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(簇最前端)，最后進(jìn)入信號覆蓋范圍的為后向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(簇最后端).在簇運動過程中，網(wǎng)關(guān)節(jié)點位置會在簇內(nèi)位置發(fā)生變化.圖4中可以看出簇A后向網(wǎng)關(guān)節(jié)點GWA此時已不在簇C簇首節(jié)點HC的信號覆蓋范圍內(nèi).這就意味著簇C將不能和簇A通過GWA交互廣播信息.此時，簇A就需要重新推舉后向網(wǎng)關(guān)節(jié)點，具體過程見圖5.

當(dāng)A簇網(wǎng)關(guān)節(jié)點GWA不能收到至少2個簇首發(fā)布的周期信號HAMP包，則進(jìn)入網(wǎng)關(guān)重選過程.GWA向HA發(fā)送GQP包，HA收到后將向簇成員廣播GCP包.當(dāng)收到2個或更多HAMP的節(jié)點向簇首申請網(wǎng)關(guān)節(jié)點后，簇首通過周期數(shù)據(jù)包HAMP授權(quán)該節(jié)點為網(wǎng)關(guān)節(jié)點.授權(quán)后的節(jié)點向鄰居簇首周期發(fā)送GMP包.

簇首節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點和成員節(jié)點均可以發(fā)起廣播包，EBDP包優(yōu)先發(fā)送.簇首節(jié)點將自己的ID存入廣播包的源ID中，通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點對其他簇進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).

3仿真實驗分析

3.1汽車節(jié)點運動模型與高速公路模型的構(gòu)建

由于汽車在高速公路上同向高速行駛，無需考慮交通信號燈和建筑物的限制.高速運動汽車節(jié)點模型不再適合使用普通的Vanet運動模型.Bai[6-7]等人提出的基于高速公路和曼哈頓流動模型較適合本文場景.在高速公路模型的選擇上，本文使用MOVE[8](Mobility Model Generator for Vehicular Networks)軟件將地圖數(shù)據(jù)庫直接導(dǎo)入到軟件中實現(xiàn)了真實場景的仿真，通過該軟件搭建了某段長約10Km的高速公路.

本次實驗以真實的高速公路為依據(jù)，同時使用節(jié)點運動模擬器SUMO[9]仿真運動高速運動的汽車節(jié)點.實驗的目標(biāo)廣播區(qū)域是長約10Km寬為36m的5車道場景.為反映真實數(shù)據(jù)，節(jié)點的運動速率為80-120Km/h，且只考慮車輛單向從標(biāo)記1運動至標(biāo)記2，當(dāng)場景中的車輛節(jié)點到100輛且保持該車流密度，對各指標(biāo)進(jìn)行提取.實驗分別對車流密度區(qū)間為100-700每間隔50輛車做一次數(shù)據(jù)收集并分析.

在實驗中，運動模型考慮了車輛變道等情況，但未考慮車輛車身長度信息.從簇結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性考慮，設(shè)置協(xié)議中的權(quán)值分別為W1=0.26,W2=0.2，W3=0.21,W4=0.29，W5=0.04.仿真場景的各類參數(shù)入表1所示：

在仿真過程中，對整個網(wǎng)絡(luò)性能主要關(guān)注廣播覆蓋率和端到端延時兩個指標(biāo).而從簇穩(wěn)定性的角度需關(guān)注分簇數(shù)目，簇首改變次數(shù)，簇生存時間等性能指標(biāo).

表1　高速公路場景參數(shù)表

3.2仿真結(jié)果與分析

本次仿真實驗在真實模型下，把HWCA算法、WCA算法和針對跟駛模型設(shè)計的VWCP算法從網(wǎng)絡(luò)性能和簇穩(wěn)定性兩個方面進(jìn)行對比實驗[10].

圖6為仿真場景中分簇數(shù)目，可以看出隨著節(jié)點的增加HWCA算法和VWCP算法的分簇數(shù)保持穩(wěn)定，表示簇很少進(jìn)行重建和分離.在整個600秒仿真時間內(nèi)，由于HRSU使用計數(shù)器有效地限制了簇規(guī)模.所以HWCA中分簇個數(shù)雖比VWCP多，但成簇后簇數(shù)較兩種算法更加穩(wěn)定.圖7-8為簇首改變次數(shù)和簇生存時間，簇首改變次數(shù)越小、簇生存時間越長表示簇首更替越少，簇生存時間越長，簇更穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)越小.從圖中可以看出，當(dāng)車輛節(jié)點增多時，HWCA算法由于權(quán)重因素設(shè)計合理，簇首幾乎沒有改變，較其他兩種算法有很好的穩(wěn)定性.

圖6　簇規(guī)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　D7　簇平均生存時間Fig.6　Cluster scale　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig.7　Average survival time of the cluster

圖8　簇首改變次數(shù)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖9　廣播覆蓋率Fig.8　Change times of cluster head　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig.9　Coverage rate of broadcast

圖10　平均端到端延時Fig.10　Average end-to-end delay of data packets

圖9展示的是三個協(xié)議的廣播覆蓋率，廣播覆蓋率越高說明節(jié)點發(fā)送廣播能可靠的傳播給全網(wǎng).從圖中可以看出WCA和VWCP兩種算法在車輛節(jié)點較少時廣播率可達(dá)98%左右，而由于HWCA算法在節(jié)點較少時使用了HRSU對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，所以廣播覆蓋率接近100%.圖10顯示了三種算法的端到端延時指標(biāo)，該指標(biāo)能反映出廣播包是否能及時到達(dá)各節(jié)點.當(dāng)車輛較少時，在HWCA算法中節(jié)點由于大多是由HRSU進(jìn)行廣播傳輸延時較低.隨著車輛節(jié)點的增多，大多數(shù)廣播發(fā)生在HRSU覆蓋范圍之外，和其他兩種協(xié)議一樣是由簇首節(jié)點負(fù)責(zé)廣播，由于協(xié)議的簇較穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小，所以較其他兩種協(xié)議端到端的延時也更小.

4結(jié)束語

本文深入研究WCA和VWCP兩種廣播協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了一種應(yīng)用于高速公路的HWCA協(xié)議.通過仿真結(jié)果表明，新協(xié)議和經(jīng)典協(xié)議在高速公路環(huán)境下均有很好的廣播覆蓋率，但在車輛節(jié)點較多，路況較為復(fù)雜的情況下，HWCA協(xié)議比經(jīng)典協(xié)議具有有更好的網(wǎng)絡(luò)性能，其形的成簇具有更好的穩(wěn)定性，相關(guān)協(xié)議算法在真實高速公路情景下具有更好的實用價值.

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DOI：10.14182/J.cnki.1001-2443.2016.04.004

收稿日期：2016-4-14

基金項目：安徽省教育廳2016年度高校領(lǐng)軍人才引進(jìn)與培育計劃項目(gxfxZD2016324)；安徽省教育廳省級教學(xué)團(tuán)隊(2014jxtd99)資助.

作者簡介：袁學(xué)松，男，1982，碩士，研究生，副教授，研究方向為主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)、無線傳感網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘.

中圖分類號:TPT393

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號：1001-2443(2016)04-0324-07

Application of an Improved WCA Clustering Broadcast Routing in Highway Scenarios

YUAN Xue-song1,2,ZHANG Jing1，YUAN Tao1

(1.Department of Information Engineering, Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu 241000， China；2.School of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract:Due to the fast vehicle node speed and rapid topological structure change of the highway vehicle network, the traditional vehicle broadcasting algorithms have many drawbacks, e.g. low coverage, unstable cluster structure and high network load. In this paper we study the Vehicle Ad Hoc Networks (VANETs) and propose a novel Highway Weighted Clustering Algorithm (HWCA). First, the amount of Highway Road Side Unit (HRSU) is increased and the cluster scale is controlled. Second, the first node and the gateway nodes of the network cluster are located based on the real-time vehicle driving model. The broadcasting reliability is improved. Finally, the simulation is carried out and the results show that HWCA has better coverage, lower cluster change rate, and more stable cluster structure in highway environment. The proposed algorithm may decrease the network load and cost in highway vehicle broadcasting.

Key words:clustering algorithm; HWCA；VANETS；HRSU；scale of clustering; highway

引用格式：袁學(xué)松，張靜，袁濤.一種改進(jìn)WCA分簇廣播路由在高速公路環(huán)境的應(yīng)用研究[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2016，39(4)：324-330.