湯媛媛，朱 琦，胡 晗

(南京郵電大學(xué) 江蘇省無(wú)線通信重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210003)

1 概 述

車載自組織網(wǎng)絡(luò)(vehicular ad hoc networks，VANETs)作為現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)(intelligent transportation system，ITS)的一個(gè)重要組成部分，已成為當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。在VANETs中，通信主要在車與車之間和車與基礎(chǔ)設(shè)施之間進(jìn)行[1-3]，在安全信息傳遞、輔助駕駛及娛樂(lè)資源共享等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)[4]提出車輛根據(jù)鄰居列表選擇距離自身最遠(yuǎn)的車輛作為候選轉(zhuǎn)發(fā)車輛，并采用指數(shù)退避機(jī)制選擇一個(gè)候選車輛作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。在VANETs中，由于車輛拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法保證通信的穩(wěn)定性。因此，有學(xué)者提出命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)[5](named data networking，NDN)，請(qǐng)求車輛不需要知道內(nèi)容存儲(chǔ)在什么地方，只需要轉(zhuǎn)發(fā)有內(nèi)容標(biāo)記的請(qǐng)求包，網(wǎng)絡(luò)中有對(duì)應(yīng)內(nèi)容的車輛回復(fù)數(shù)據(jù)包，將基于IP的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛脭?shù)據(jù)命名的內(nèi)容檢索方式。文獻(xiàn)[6]將NDN應(yīng)用到VANETs中，提出了V-NDN模型。但是由于在VANETs中車輛動(dòng)態(tài)變化快，請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)成功率較低，所以，如何選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)策略中的一個(gè)主要問(wèn)題[7]。文獻(xiàn)[8]為了解決V-NDN中請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)問(wèn)題，提出了一種混合轉(zhuǎn)發(fā)策略HVNDN，根據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容種類確定不同的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇策略，提高了多跳V2V通信的可靠性和有效性。文獻(xiàn)[9]為了提高VANTEs中數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度，提出了一種多跳和多路徑的VANET轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇算法，該算法利用多條路徑實(shí)現(xiàn)更快的內(nèi)容檢索，提升了內(nèi)容搜索速度，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。文獻(xiàn)[6-9]雖然改進(jìn)了NDN在VANETs中的應(yīng)用，但由于缺乏對(duì)內(nèi)容所處位置的感知，請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇效率不高。因此需要更加高效的內(nèi)容查找和請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)策略。

為了提高請(qǐng)求包的轉(zhuǎn)發(fā)成功率及內(nèi)容的及時(shí)獲取，文獻(xiàn)[10]對(duì)前一個(gè)車輛的請(qǐng)求進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)自身的位置信息和前一個(gè)請(qǐng)求方向選擇下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，避免了請(qǐng)求的回旋轉(zhuǎn)發(fā)，提高了獲得內(nèi)容的成功率。文獻(xiàn)[11]分析了請(qǐng)求包和數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)行為，并提出了CODIE模型，在請(qǐng)求包的轉(zhuǎn)發(fā)中加入跳數(shù)的記錄，并增加了跳數(shù)的限制，避免了請(qǐng)求超時(shí)。文獻(xiàn)[12]根據(jù)內(nèi)容關(guān)系度最大的原則選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，減少了轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求的開(kāi)銷，提高了獲取內(nèi)容的概率。但是該策略沒(méi)有考慮車輛移出通信范圍的情況，只著重于車輛遇到內(nèi)容的時(shí)刻，導(dǎo)致請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇不準(zhǔn)確。同時(shí)，文獻(xiàn)中假設(shè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保持不變，與實(shí)際的車輛場(chǎng)景相差甚遠(yuǎn)。

為了提高車載網(wǎng)絡(luò)中車輛間通信的穩(wěn)定性和內(nèi)容獲取的高效性，在文獻(xiàn)[12]的基礎(chǔ)上，針對(duì)車輛拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化的場(chǎng)景，文中提出了一種考慮內(nèi)容關(guān)系度與留存時(shí)間的轉(zhuǎn)發(fā)策略。車輛動(dòng)態(tài)地更新自身維持的內(nèi)容記錄表，保證內(nèi)容關(guān)系度的準(zhǔn)確性，請(qǐng)求車輛根據(jù)位置、速度等信息計(jì)算留存時(shí)間，由內(nèi)容關(guān)系度與留存時(shí)間綜合決定選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，提高內(nèi)容獲取概率和通信穩(wěn)定性。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高請(qǐng)求的成功率，在轉(zhuǎn)發(fā)策略中加入了內(nèi)容緩存，車輛根據(jù)內(nèi)容關(guān)系度閾值判斷是否需要緩存收到的內(nèi)容。最后，通過(guò)仿真對(duì)提出的策略進(jìn)行驗(yàn)證。

2 轉(zhuǎn)發(fā)策略

假設(shè)在車載網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)車輛都裝備有GPS(global positioning system)，車輛能夠通過(guò)GPS進(jìn)行精確的時(shí)間和位置同步，車輛間可通過(guò)周期性的安全信息廣播獲取周圍車輛的速度、方向等信息。在命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)維持轉(zhuǎn)發(fā)信息表(forwarding information base，F(xiàn)IB)、待處理興趣表(pending interest table，PIT)和數(shù)據(jù)緩存(content store，CS)來(lái)處理請(qǐng)求包和數(shù)據(jù)包[13]。NDN最初是為了有線通信設(shè)計(jì)的，不適用于高速移動(dòng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快的車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。因此，需要對(duì)該方式進(jìn)行改進(jìn)，以適用于車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

假設(shè)在車載網(wǎng)絡(luò)中，有內(nèi)容的車輛定期廣播內(nèi)容摘要信息，收到內(nèi)容摘要信息的車輛更新自身的內(nèi)容記錄表。有請(qǐng)求的車輛先根據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容查找自身的內(nèi)容記錄表，如果有該內(nèi)容的記錄，則廣播請(qǐng)求信息，向周圍車輛獲取該內(nèi)容；如果無(wú)記錄，則請(qǐng)求獲取鄰居車輛的內(nèi)容關(guān)系度；鄰居車輛計(jì)算內(nèi)容關(guān)系度并返回，請(qǐng)求車輛計(jì)算留存時(shí)間及獲取內(nèi)容概率，選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；將該消息告知該車輛。如果在這一時(shí)刻，有多個(gè)車輛選擇同一車輛作為請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，則該車輛比較請(qǐng)求車輛的獲取內(nèi)容概率，選擇其中最大的車輛作為其請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，發(fā)ACK信息進(jìn)行確認(rèn)。未收到ACK信息的車輛則在下一時(shí)刻重新進(jìn)行請(qǐng)求。同時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)向自身一跳鄰居車輛請(qǐng)求該內(nèi)容，如果成功收到該內(nèi)容的數(shù)據(jù)包，則計(jì)算此時(shí)與請(qǐng)求車輛的距離，選擇內(nèi)容的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；收到內(nèi)容的車輛根據(jù)內(nèi)容獲取概率閾值確定是否需要緩存該內(nèi)容；如果未收到該內(nèi)容，則將此信息返回給上一請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)，重新進(jìn)行請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求超過(guò)一定的時(shí)長(zhǎng)，請(qǐng)求車輛仍沒(méi)有收到請(qǐng)求的內(nèi)容，則認(rèn)為此次請(qǐng)求失敗。

3 請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇

當(dāng)請(qǐng)求車輛i未在一定時(shí)間內(nèi)收到一跳鄰居車輛回復(fù)的內(nèi)容j時(shí)，認(rèn)為無(wú)法從鄰居車輛獲取該內(nèi)容，因此發(fā)送請(qǐng)求獲取內(nèi)容關(guān)系度的信息Prob。Prob消息主要包括內(nèi)容摘要，請(qǐng)求車輛ID，初始請(qǐng)求時(shí)刻以及一些可選項(xiàng)。鄰居車輛收到Prob信息后，根據(jù)自身的內(nèi)容記錄表計(jì)算內(nèi)容關(guān)系度，將其通過(guò)Back信息返回，Back信息不僅包含以上四項(xiàng)，還需要包含自身ID和內(nèi)容關(guān)系度。車輛i計(jì)算鄰居車輛在自身通信范圍的留存時(shí)間，結(jié)合收到鄰居車輛回復(fù)的內(nèi)容關(guān)系度計(jì)算鄰居車輛獲取內(nèi)容j的概率，選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，并廣播Ann信息通知對(duì)應(yīng)車輛作為其請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，Ann信息是在Prob信息上加上轉(zhuǎn)發(fā)車輛ID和獲取內(nèi)容概率。收到Ann信息的鄰居車輛若確認(rèn)成為車輛i的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，則回復(fù)ACK信息，告知車輛，ACK信息就是將Ann信息中的獲取內(nèi)容概率換成轉(zhuǎn)發(fā)確認(rèn)標(biāo)記。

3.1 內(nèi)容關(guān)系度獲取

為了方便描述內(nèi)容關(guān)系度的獲取，文中采用文獻(xiàn)[12]中的定義，若車輛中無(wú)某一內(nèi)容但收到鄰居車輛廣播的內(nèi)容摘要信息中包含該內(nèi)容，則稱該車輛遇到該內(nèi)容。擁有內(nèi)容的車輛周期性廣播擁有內(nèi)容的摘要信息。收到內(nèi)容摘要信息的車輛及時(shí)更新自身維持的內(nèi)容記錄表。內(nèi)容記錄表主要包括該車輛遇到內(nèi)容的時(shí)間以及內(nèi)容來(lái)源的車輛序號(hào)。

無(wú)法從鄰居車輛獲取內(nèi)容的請(qǐng)求車輛i會(huì)暫時(shí)停止請(qǐng)求的廣播，開(kāi)始廣播請(qǐng)求獲取內(nèi)容j關(guān)系度的Prob信息。收到Prob信息的車輛x，根據(jù)內(nèi)容摘要查找自身維持的內(nèi)容記錄表，計(jì)算內(nèi)容關(guān)系度。車輛x與內(nèi)容j的關(guān)系度[12]計(jì)算如下：

(1)

F(x)=(1/2)λx

(2)

其中，λ為權(quán)重控制參數(shù)，據(jù)文獻(xiàn)[14]取λ=e-4。

如果記錄的當(dāng)時(shí)擁有該內(nèi)容的車輛現(xiàn)在已不在車輛x的通信距離內(nèi)，則不參與計(jì)算，提高內(nèi)容關(guān)系度的準(zhǔn)確性；對(duì)于仍處于車輛x一跳范圍內(nèi)的車輛，根據(jù)式1、式2計(jì)算內(nèi)容關(guān)系度。發(fā)送Back信息告知請(qǐng)求車輛i自身的內(nèi)容關(guān)系度。

3.2 留存時(shí)間計(jì)算

只根據(jù)內(nèi)容關(guān)系度選擇請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于請(qǐng)求車輛i來(lái)說(shuō)，關(guān)系度最大的車輛為x，其獲取內(nèi)容的可能也是最大的，但根據(jù)式2可知，當(dāng)收到鄰居車輛廣播的內(nèi)容摘要信息越接近于當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)，F(xiàn)(x)的值越大，得到的關(guān)系度值越大。但此時(shí)車輛x很可能駛出車輛i的通信距離，無(wú)法應(yīng)答，造成轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇失敗，請(qǐng)求時(shí)延增大。因此車輛i可以根據(jù)自身與車輛x的速度、行駛方向及通信距離，計(jì)算車輛x在請(qǐng)求車輛i通信距離內(nèi)的留存時(shí)間，提高請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇的成功率。

為了方便描述留存時(shí)間的計(jì)算過(guò)程，假設(shè)一個(gè)雙向的高速公路場(chǎng)景，車輛分布如圖1所示。車輛i廣播Prob信息，請(qǐng)求獲得鄰居車輛關(guān)于內(nèi)容j的關(guān)系度。

圖1 車輛分布

假設(shè)車輛x,y都有關(guān)于內(nèi)容j的記錄，通過(guò)式1計(jì)算關(guān)系度，車輛x的關(guān)系度Cx(j)大于車輛y的Cy(j)。但是從圖1可以看出，車輛x位于車輛i的通信邊緣，在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，車輛x將移出其通信距離，導(dǎo)致通信失敗，因此需要考慮距離因素，計(jì)算車輛x在車輛i的通信距離內(nèi)的留存時(shí)間Ti(x)。

當(dāng)前時(shí)刻車輛i，x，y的速度分別為vi，vx，vy，行駛方向如圖1所示，位置坐標(biāo)分別為(Xi，Yi)，(Xx，Yx)，(Xy，Yy)，則兩車之間的距離為：

(3)

考慮到真實(shí)的交通場(chǎng)景，車輛在Y軸方向上的距離對(duì)于車輛間留存時(shí)間的計(jì)算無(wú)明顯影響，因此在這里將兩車間距離簡(jiǎn)化為：

Di,x=|Xi-Xx|

(4)

根據(jù)車輛行駛方向的不同，將留存時(shí)間的計(jì)算分為以下三種情況：

(1)車輛x與車輛i的行駛方向相同，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，兩車間的距離為：

di,x=|vx-vi|×T

(5)

假設(shè)車輛間的通信距離為R，如果車輛間的距離大于R，則無(wú)法建立通信鏈路，則車輛x在車輛i通信范圍內(nèi)的留存時(shí)間為：

Ti(x)=(R-Di,x)/(|vx-vi|)

(6)

(2)車輛x與車輛i的行駛方向不同，且兩車相互靠近，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，兩車間的距離為：

(7)

車輛x在車輛i通信范圍內(nèi)的留存時(shí)間為：

Ti(x)=(R+Di,x)/(vx+vi)

(8)

(3)車輛x與車輛i的行駛方向不同，且兩車相互遠(yuǎn)離，經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，兩車間的距離為：

di,x=|vx+vi|×T

(9)

車輛x在車輛i通信范圍內(nèi)的留存時(shí)間為：

Ti(x)=(R-Di,x)/(vx+vi)

(10)

3.3 內(nèi)容獲取概率

車輛i廣播Prob信息獲得鄰居車輛的關(guān)系度，再根據(jù)速度、位置、行駛方向計(jì)算鄰居車輛在自身通信距離內(nèi)的留存時(shí)間Ti。假設(shè)車輛i的一跳鄰居車輛的數(shù)目為N，Vk為其中一個(gè)鄰居車輛。則請(qǐng)求車輛i計(jì)算鄰居車輛獲取內(nèi)容j的概率為：

(11)

算法1：請(qǐng)求車輛選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的算法。

1：初始化:請(qǐng)求車輛為i，請(qǐng)求內(nèi)容為j，車輛i的一跳鄰居車輛的總數(shù)為N

2：車輛i廣播Prob信息

3：t時(shí)刻，收到Prob的鄰居車輛x查詢自身記錄表，找到與j相關(guān)的記錄Recordx,j(2,num)，num為記錄內(nèi)容j的次數(shù)，第一行為遇到j(luò)的時(shí)刻，第二行為對(duì)應(yīng)的有j的車輛

4：if num≠0

5：令Cx(j)=0

6：fork=1:num

7：ifDVk,x

8：根據(jù)式2計(jì)算F(t-tk)

9：Cx(j)=Cx(j)+F(t-tk)

10：else

11：Cx(j)=Cx(j)

12：end

13：end

14：通過(guò)Back信息告知車輛i關(guān)系度

15：else

16：不返回關(guān)系度值

17：end

18：車輛i收到n個(gè)關(guān)系度，計(jì)算對(duì)應(yīng)車輛的留存時(shí)間Ti

19：ifn>0

20：forl=1:n

21：根據(jù)式6、式8、式10計(jì)算留存時(shí)間Ti(Vl)

22：根據(jù)式11計(jì)算從Vl獲取j的概率PVl(j)

23：end

24：i從n個(gè)P值中選擇最大值對(duì)應(yīng)的車輛作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)

25：else

26：車輛i從鄰居中隨機(jī)選擇一個(gè)車輛作為請(qǐng)求車輛

27：end

28：i廣播信息告知選擇的車輛作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)或請(qǐng)求車輛

3.4 確認(rèn)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)

從圖1可以看出，考慮內(nèi)容關(guān)系度與留存時(shí)間的影響，請(qǐng)求車輛i根據(jù)算法1選擇車輛y作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。對(duì)于車輛y來(lái)說(shuō)，如果只收到了車輛i發(fā)送的Ann信息，則回復(fù)ACK信息確認(rèn)成為車輛i的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；如果還收到了車輛z發(fā)送的Ann信息，車輛y比較收到的車輛x,z的Ann信息中的獲取內(nèi)容概率，選擇獲取內(nèi)容概率大的車輛作為其請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，發(fā)送ACK信息進(jìn)行告知。如果車輛i收到車輛y發(fā)送的ACK信息，其中請(qǐng)求車輛ID為i，則等待轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)找尋內(nèi)容j并返回?cái)?shù)據(jù)；如果車輛i收到的ACK信息請(qǐng)求車輛ID不為i或未收到ACK信息，則按照算法1重新進(jìn)行請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇。

4 內(nèi)容獲取及緩存

車輛y確認(rèn)成為車輛i的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)后，將向自身通信范圍R內(nèi)的車輛廣播內(nèi)容j的請(qǐng)求信息，收到該請(qǐng)求信息的車輛檢查自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)CS，如果有內(nèi)容j，則將內(nèi)容發(fā)送給車輛y；若無(wú)該內(nèi)容，不進(jìn)行回復(fù)。當(dāng)車輛y收到內(nèi)容j時(shí)，查找此時(shí)請(qǐng)求車輛i的位置，如果在R內(nèi)，則向車輛i發(fā)送數(shù)據(jù)；若不在，則根據(jù)兩車速度、方向和位置選擇在車輛y的R內(nèi)且最靠近請(qǐng)求車輛i的車輛作為內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。

轉(zhuǎn)發(fā)車輛及請(qǐng)求車輛收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)Zipf定律[15]計(jì)算內(nèi)容流行度決定是否緩存該數(shù)據(jù)，內(nèi)容j的流行度為：

(12)

其中，M為內(nèi)容總數(shù)，j∈(1,2,…,M)；η是表征分布的指數(shù)的值，η=0.8。

車輛根據(jù)式1計(jì)算收到的內(nèi)容j的關(guān)系度值。當(dāng)關(guān)度值大于閾值Cthr時(shí)，表明該車輛的R內(nèi)有一定的車輛擁有內(nèi)容j，不需要緩存該內(nèi)容；當(dāng)小于閾值時(shí)，則需要考慮緩存內(nèi)容j。車輛首先檢查CS區(qū)是否有空閑，若有空閑，則直接緩存內(nèi)容j；若CS區(qū)無(wú)空閑，則計(jì)算內(nèi)容j與已存儲(chǔ)的內(nèi)容的流行度，并用內(nèi)容j替換最小流行度的內(nèi)容。

具體的緩存過(guò)程如下：

算法2：內(nèi)容緩存算法。

1：初始化:車輛c收到的內(nèi)容為j，其CS區(qū)大小為Cap，已緩存的內(nèi)容數(shù)量為m，內(nèi)容的關(guān)系度閾值為Cthr

2：根據(jù)式12計(jì)算內(nèi)容j的關(guān)系度Cc(j)

3：ifCc(j)

4：ifm

5：將內(nèi)容j存儲(chǔ)在CS中

6：else

7：fork=1:m

8:根據(jù)式12計(jì)算每一個(gè)內(nèi)容k的流行度qk

9：end

10：找出m個(gè)內(nèi)容中流行度qk最小的內(nèi)容min

11：ifqj>qmin

12：車輛c將內(nèi)容min替換為j

13：else

14：車輛c的CS區(qū)不變

15：end

16：else

17：不進(jìn)行內(nèi)容緩存

18：end

5 仿真與分析

通過(guò)仿真對(duì)基于內(nèi)容關(guān)系度與留存時(shí)間的轉(zhuǎn)發(fā)策略的性能進(jìn)行分析。假設(shè)一個(gè)總長(zhǎng)L=1 000 m的雙向兩車道高速公路場(chǎng)景，車輛服從隨機(jī)分布。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)容的總量可配置，每個(gè)車輛的存儲(chǔ)上限為3個(gè)內(nèi)容，隨機(jī)指定網(wǎng)絡(luò)中20%的車輛為初始內(nèi)容存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，內(nèi)容隨機(jī)分布。車輛的請(qǐng)求信息到達(dá)服從λ=6的泊松分布，請(qǐng)求某一內(nèi)容的概率服從Zipf分布，請(qǐng)求信息的有效時(shí)長(zhǎng)為3 s。具體的仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)

仿真比較了文獻(xiàn)[12]提出的只考慮內(nèi)容關(guān)系度的轉(zhuǎn)發(fā)策略與文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略的性能。性能指標(biāo)為請(qǐng)求成功率和平均路徑長(zhǎng)度，定義如下：

(1)請(qǐng)求成功率：網(wǎng)絡(luò)中初始請(qǐng)求車輛，即請(qǐng)求產(chǎn)生的原車輛成功獲得內(nèi)容的次數(shù)與生成的總的初始請(qǐng)求次數(shù)的比值。

(2)平均路徑長(zhǎng)度：仿真時(shí)間內(nèi)，所有請(qǐng)求車輛從產(chǎn)生初始請(qǐng)求開(kāi)始到獲得所請(qǐng)求的內(nèi)容為止，所經(jīng)過(guò)的轉(zhuǎn)發(fā)車輛總數(shù)的平均值。

圖2 不同車輛數(shù)目下的請(qǐng)求成功率

圖2比較了兩種轉(zhuǎn)發(fā)策略下，隨著車輛數(shù)目的增大得到的請(qǐng)求成功率。從圖中可以看出，文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略得到的請(qǐng)求成功率優(yōu)于文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略，且隨著車輛數(shù)目的增多，請(qǐng)求成功率逐漸增加。這是因?yàn)槲闹刑岢龅霓D(zhuǎn)發(fā)策略綜合考慮了轉(zhuǎn)發(fā)車輛獲取內(nèi)容關(guān)系度與在請(qǐng)求車輛R內(nèi)的留存時(shí)間，去除了已經(jīng)駛出轉(zhuǎn)發(fā)車輛R內(nèi)的擁有內(nèi)容的車輛，提高了關(guān)系度的準(zhǔn)確性，同時(shí)避免選擇可能即將移出請(qǐng)求車輛R的車輛的情況，提高了請(qǐng)求成功率。隨著車輛數(shù)目的增多，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)車輛來(lái)說(shuō)，鄰居車輛的數(shù)目增多，擁有內(nèi)容的可能性增大，選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的范圍也會(huì)相應(yīng)增大，請(qǐng)求成功率也逐漸增大。

圖3比較了兩種轉(zhuǎn)發(fā)策略下，隨著車輛數(shù)目的增大得到的平均路徑長(zhǎng)度。從圖中可以看出，文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略得到的平均路徑長(zhǎng)度低于文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略，且隨著車輛數(shù)目的增多，平均路徑長(zhǎng)度逐漸降低。這是由于請(qǐng)求成功率的提高，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中擁有某一內(nèi)容的車輛數(shù)目來(lái)說(shuō)也相應(yīng)增大，在接下來(lái)的請(qǐng)求過(guò)程中，選擇到的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)獲取內(nèi)容的概率也相應(yīng)增大，請(qǐng)求完成所經(jīng)過(guò)的路徑會(huì)相應(yīng)降低。隨著車輛數(shù)目的增多，鄰居車輛數(shù)目增多，擁有內(nèi)容的車輛數(shù)增多，請(qǐng)求成功率增大，平均路徑長(zhǎng)度相應(yīng)下降。

圖3 不同車輛數(shù)目下的平均路徑長(zhǎng)度

圖4比較了兩種轉(zhuǎn)發(fā)策略下，隨著內(nèi)容廣播周期的增大得到的請(qǐng)求成功率。從圖中可以看出，文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略得到的請(qǐng)求成功率高于文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略，且隨著內(nèi)容廣播周期的增大，請(qǐng)求成功率呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。根據(jù)仿真設(shè)置的參數(shù)及t=R/V，計(jì)算車輛在R內(nèi)留存的時(shí)間約為6 s，對(duì)于文獻(xiàn)[12]來(lái)說(shuō)，廣播周期越小，車輛在R內(nèi)的廣播內(nèi)容摘要的次數(shù)越多，鄰居車輛收到的內(nèi)容信息時(shí)間不斷更新，計(jì)算的關(guān)系度越大，尤其是當(dāng)有內(nèi)容車輛即將移出車輛R時(shí)，得到的關(guān)系度最大，導(dǎo)致選擇的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)不準(zhǔn)確，請(qǐng)求成功率下降。因此隨著廣播周期的增大，請(qǐng)求成功率逐漸增大。但隨著廣播周期的進(jìn)一步增大，車輛不能保證在通信范圍內(nèi)必然廣播一次內(nèi)容摘要信息，造成車輛獲得關(guān)于鄰居車輛擁有的內(nèi)容信息的不準(zhǔn)確，從而帶來(lái)請(qǐng)求成功率的下降。

圖4 不同內(nèi)容廣播周期下的請(qǐng)求成功率

而文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略是根據(jù)關(guān)系度與留存時(shí)間計(jì)算獲取內(nèi)容概率，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的選擇，所以當(dāng)內(nèi)容廣播周期較低時(shí)，請(qǐng)求成功率明顯優(yōu)于文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略。而隨著廣播周期的增大，獲得內(nèi)容的及時(shí)性越低，請(qǐng)求成功率逐漸下降。在廣播周期為1～2 s中，請(qǐng)求成功率有一小段上升，這是因?yàn)楂@取內(nèi)容概率計(jì)算中比例因子設(shè)置的問(wèn)題，導(dǎo)致留存時(shí)間對(duì)獲取內(nèi)容概率影響較小，并沒(méi)有完全避免選擇可能即將移出R的車輛的可能，所以出現(xiàn)了和文獻(xiàn)[12]提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略在廣播周期較低時(shí)一樣的現(xiàn)象。

圖5比較了兩種轉(zhuǎn)發(fā)策略下，隨著內(nèi)容廣播周期增大得到的平均路徑長(zhǎng)度。從圖中可以看出，文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略得到的平均路徑長(zhǎng)度低于文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略。通常請(qǐng)求成功率較低時(shí)，請(qǐng)求成功所需的路徑長(zhǎng)度也越高。文獻(xiàn)[12]的轉(zhuǎn)發(fā)策略符合平均路徑長(zhǎng)度的變化趨勢(shì)。但對(duì)于文中提出的轉(zhuǎn)發(fā)策略來(lái)說(shuō)，平均路徑長(zhǎng)度呈一直上升的趨勢(shì)。這是由于留存時(shí)間的影響一定程度上改善了關(guān)系度的影響，選擇的車輛獲取內(nèi)容的概率仍較高，平均路徑長(zhǎng)度維持在一個(gè)較低的水平。

圖5 不同內(nèi)容廣播周期下的平均路徑長(zhǎng)度

6 結(jié)束語(yǔ)

考慮到車載網(wǎng)絡(luò)中車輛拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化快的特點(diǎn)，提出了一種基于內(nèi)容關(guān)系程度和留存時(shí)間的轉(zhuǎn)發(fā)策略，同時(shí)考慮了內(nèi)容緩存，改進(jìn)了只考慮內(nèi)容關(guān)系程度的轉(zhuǎn)發(fā)策略的不足，較為準(zhǔn)確地估算獲取內(nèi)容的概率。仿真結(jié)果表明，該轉(zhuǎn)發(fā)策略能有效地提高網(wǎng)絡(luò)中的請(qǐng)求成功率，同時(shí)降低了請(qǐng)求成功所經(jīng)過(guò)的路徑長(zhǎng)度，一定程度上減少了請(qǐng)求時(shí)延，提高了網(wǎng)絡(luò)性能。在未來(lái)的車載通信中，高效的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇能快速準(zhǔn)確地找到請(qǐng)求內(nèi)容，降低請(qǐng)求時(shí)延，提高請(qǐng)求成功率，同時(shí)也避免了請(qǐng)求的洪泛式廣播帶來(lái)的信道資源的過(guò)多占用、廣播開(kāi)銷大等現(xiàn)象，能較為快速地滿足車載通信中多種業(yè)務(wù)需求。