文摘

由于车辆通信网络,车辆在路上可以与其他车辆或通信节点在全球互联网。在这项研究中,我们提出一个增强的基于AODV路由机制,以便路边单元(限制)可以提供连续的服务,如视频服务以外的车辆可能是间歇性地报道领域的限制。在高速公路环境中与稀疏限制,限制和车辆之间的通信是由于车辆高速度经常断开连接。要解决这个问题,V2I和V2V通信都是利用。为了减少恢复时间和路线失败的数量放置RSU稀疏环境,备份路由建立通过直接沟通时间较长的车辆RSU。备份路由替代品的主要路线路线断开。也为有效的交接,第二RSU,缩短机制提出的路线。建议的绩效评估机制,我们实施了NS-3-based模拟。

1。介绍

车辆通信环境是由车辆和路边单元(限制)1,2]。汽车可以作为源,目的地,和/或一个中继节点,可以与其他车辆通过vehicle-to-vehicle (V2V)通信和节点以外的车辆通信网络通过限制(即。vehicle-to-infrastructure (V2I)通信)。限制形成了车载通信基础设施但需要安装和维护成本高。因此,限制不能放置人口足以覆盖所有地区。这意味着汽车可能没有直接沟通联系任何限制在两个相邻的临时区域限制。在这种情况下,从限制交付无缝的数据服务,它需要有一个路由机制能够提供路线通过其他车辆从限制到一辆车。也就是说,V2I和V2V通信都是必需的。在这项研究中,我们特别考虑目标车辆通信环境的限制股散乱地放在稳步行驶车辆接收无缝的数据交付服务。假设稳步汽车的原因是我们研究的重点不是车辆之间的通信,但是限制和车辆之间的通信。

到目前为止,各种类型的路由协议提出了车载通信。我们可以分类为车载通信路由协议架构和基于地理位置的路由协议(或地理)。架构路由协议的路由的源和目的节点对保持在节点和要恢复失败的路线。架构路由协议进一步分为活性(或按需)和主动路由协议(3,4]。反应式路由协议寻找一对源和目的节点的路由在路由的设置要求,并主动路由协议配置路由请求之前路线。由于车载网络的拓扑变化频繁,被动的路由机制是喜欢主动。另一方面,地理路由协议在节点不维护路由信息。相反,每个节点决定每个数据包的转发节点转发。换句话说,每个包都有很难找到自己的目的地,这可能导致重大延迟和计算开销。同时,要求节点周期性地交换与其他节点的地理位置信息,导致重要的通信开销。

在这项研究中,我们关注架构路由协议,尤其是被动路由协议,在目标车辆的通信环境。反应式路由协议中,我们的目标是在应用临时按需距离矢量路由协议(AODV) (5)到目标车辆的通信环境。尽管AODV是最初提出了移动ad hoc网络(manet), AODV路由协议视为候选人已有车辆的通信环境,许多研究人员(6- - - - - -14]。因为AODV需要节点维护路线,数据包可以顺利的路线如果他们保持稳定。

最前面的工作应用AODV车载通信环境关注在严酷的车载通信环境中提供可靠的路线。据我们所知,14)是唯一的工作应用AODV V2I环境采用AODV + (15]。然而,在[M-AODV +14)不考虑连续数据的质量交付服务,如视频服务,从限制。因此,在这项研究中,我们提出一个备份路由机制的覆盖范围RSU, inter-RSU交接机制和路线缩短车辆的RSU机制发展方向。我们假设一次只能稳步公路行驶车辆因为我们关注维护路线从/到限制机制。因为车辆从RSU路由到目的地的车辆可以在任何multiple-lane道路车道,车道的车辆是在不改变我们建议的机制。因此,我们的机制很容易适用于multiple-lane道路。

研究的其余部分组织如下。节2,我们将描述AODV的相关工作适应车辆的通信环境。部分3描述了我们提出的详细的操作机制。节4,我们的性能评估机制并分析仿真结果。最后,部分5本研究的结论。

2。相关工作

有研究应用AODV车载通信环境(6- - - - - -14]。先前的研究[6- - - - - -13]分析AODV的性能在车载ad hoc网络(VANETs)和/或试图找出动态车载通信环境中更可靠的方法。在[14),作者提出M-AODV + AODV的修改版本+ (15]。AODV +允许用于AODV MANET节点和节点之间的通信通过网关在全球互联网。M-AODV +扩展了AODV +考虑网络环境经常变化的车辆,这样目标车辆可以根据V2I沟通和I2I路线。在积极的网关(即M-AODV +。,RSU) discovery mechanism of AODV+ is adopted and the mechanism of sharing the information of mobile nodes in the coverage area of an RSU with the other RSUs is proposed. However, M-AODV+ does not provide the way of continuous delivery of data from RSUs to the destination vehicle.

在[16),隐式备份路由AODV (IBR-AODV)机制。在IBR-AODV路线成为备份节点的相邻节点的路线。听到每个备份节点上的正在进行的传输路线,如果它检测到没有应答消息传输数据包,它启动了路由恢复路径上的节点。然后,路径上的节点包括备份节点的路由表。尽管IBR-AODV迅速恢复路由失败,它不试图减少路由失败。此外,IBR-AODV不是专为车辆的通信环境。

在[17),作者提出一个继电器恢复路由维护协议,结合主动和被动路由恢复机制基于AODV马奈。这是双方的共同邻居节点的上游和下游节点作为中继节点选择一个链接。中继节点听到从上游和下游节点和检测可能的链接从上游节点通过偷听重发。如果继电器节点检测到链路中断的可能性,它发送一个通知消息到上游节点,并维护一个链接,上游节点中继节点发送一个确认消息。然后,中继节点成为新的下游节点。梁等。17)还提出一个路线缩短机制中任何节点都可以发起路线缩短过程时,无意中听到一个短的从它的邻国。然而,机制(17)不适合RSU-based车载通信环境。

3所示。RSU-Based AODV路由维护

3.1。RSU-Based车载通信环境

为了方便起见,我们定义的术语与限制有关。我们称之为RSU目前提供数据到目标车辆的服务RSU车辆。RSU服务的覆盖范围已经通过的车辆目的地叫做通过RSU服务的车辆,和目的地的服务RSU车辆正被称为下一个RSU车辆。目前RSU不服务于汽车前往目的地叫做下RSU的车辆。通过服务的交接RSU下RSU发生在过渡区域的两个限制,和下一个RSU成为下一个RSU服务。的下一个服务RSU目的地车辆成为当前服务RSU一旦车辆进入RSU的覆盖范围。图1显示了车载通信环境有两个限制,RSU1 RSU2。

因为费用的问题,限制不能放置足够密集,车辆直接从限制通信服务。因此,我们假设相邻的覆盖领域限制不重叠。

3.2。备份路由机制

在V2I通信环境中,通过服务RSU可以发现频繁链接断开连接的1-hop车辆路线到目标车辆的车辆运动。在这种情况下,AODV恢复失效链接通过使RSU发送一个错误(RERR)消息路由到体细胞。然而,从车载网络的角度来看,RSU没有前兆,所以RSU已经发现一个新的路由到目标车辆。这个过程中繁重的车载网络无线连接能力有限。图2在这种情况下说明了AODV是如何工作的。

我们建议备份路由机制的覆盖区域通过RSU减少路由恢复服务。建立一个备份路由的过程通过服务RSU如下:(1)RSU收集车辆的位置信息在自己的服务范围。(2)基于位置信息,RSU选择车辆Bn1,预计将保持在其覆盖范围最长,作为备份的1-hop车辆路线。(3)的RSU单播一个备份RREQ (BRREQ)消息Bn1无端RREP标志= 1。BRREQ消息修改RREQ消息与TTL = 1和目的地IP地址= Bn1的地址。(4)一旦Bn1接收BRREQ消息,它广播单邻国RREQ的消息。(5)接收RREQ的车辆信息,让信息路由到目的地的车发回RSU无端RREP消息。(6)一旦RSU接收无端RREP消息,它包括备份路由信息的路由表和备份路由的状态设置为不活跃。(7)在检测的链接断开1-hop车辆的主要路线,RSU激活备份路由和删除的主要路线。

图3显示了如何通过服务通过车辆Bn1 RSU使备份路由。我们包括上述的步骤号过程图。

BRREQ消息,包括备份路由(B)国旗RREQ的消息,如图4。

3.3。交接机制

质量的送货服务通过服务目的地RSU恶化车辆远离RSU因为路线延长。因此,通过服务RSU需要决定何时移交到下一个RSU。为此,通过服务RSU获得目标车辆时,车辆的速度信息是在覆盖范围和计算车辆的平均移动速度, 。一旦目标车辆离开RSU的覆盖面积,RSU估计时间, ,当目标车辆预计到达的中间点,通过服务RSU, ,和第二RSU, 。为此,我们假设每个RSU知道周边的位置限制: 在哪里意味着之间的距离和 。

在 ,通过服务RSU发送切换请求(HREQ)消息的地址下RSU目的地车辆。当接下来RSU接收这个HREQ消息,它建立了路由到目标车辆。一旦建立了路线,接下来RSU成为下一个服务RSU和下一个服务RSU发回完成交接(HDONE)消息回通过RSU服务,与此同时,开始传送数据到目标车辆。然后,通过服务RSU停止传送数据到目标车辆。因此,数据传递到目标车辆通过通过服务RSU或未来RSU服务。图5展示了程序的交接RSU1 RSU2。

3.4。缩短路由机制

在图6,我们显示路线缩短的过程。当目标车辆接近到下一个服务RSU, 1-hop车辆,Sn1,接下来的服务RSU通知的地址的下一个服务RSU 2-hop车辆,Sn2,自己的位置和速度信息。Sn1知道Sn2因为它的地址存储在Sn1的路由表。下一个服务RSU广播一个路由缩短RREQ (SRREQ)消息无端RREP标志= 1,S标志= 1,TTL = 1和Sn2目的地IP地址的地址。图4显示的格式SRREQ消息修改RREQ的消息和S标志= 1。

如果车辆没有Sn2收到SRREQ消息,它丢弃消息。当Sn2收到SRREQ消息,它回答了到下一个服务RSU无端RREP消息。一旦RSU接收无端RREQ消息,它修改目标车辆的路线信息,(即下一跳节点。1-hop节点)到目标车辆Sn2。

定期SRREQ消息发送的下一个时期的RSU服务T_SRREQ及时调整路线: 在哪里是SRREQ消息传播的数量目标的下一个服务RSU车辆,Sn1的速度,是车辆的传输范围。

4所示。绩效评估

4.1。数值分析的性能条件

找出我们的机制比AODV的条件控制消息开销的角度来看,我们计算控制消息的数量如RREQ RREP, BRREQ, SRREQ。进行简单的分析,我们使用简化的目标车辆的网络图7。在简化网络,intervehicular距离是车辆的传输范围,简而言之,1跳。在本节中,我们使用“跳”作为单位的物理距离。每个RSU的传播范围啤酒花和之间的距离的界限RSU1 RSU2跳,和被认为是大于0的整数为了简单起见。我们计算控制产生的消息而目标车辆移动从一开始的位置到结束位置如图7。

至于AODV,控制产生的消息的数量 : ,““是路线的数量汽车从复苏而目的地来 。对于每一个跳目标车辆移动,““控制生成的消息。在“”(3),第一项“1”是RREQ RSU1恢复路线生成的消息,第二项””是生成的RREQ的消息覆盖范围的车辆RSU1,第三项“2”是RREP 1-hop生成的消息并从RSU1 2-hop车辆。

我们的控制消息开销机制, ,是: ,“”是积极的复苏路线的数量而目标车辆移动来 。每个主动路由恢复。”“建立备份路径生成的消息。在这里,“1”是BRREQ RSU1和“生成的消息“是RREQ消息生成的覆盖范围的车辆RSU1排除车辆位于和“2”乘以相应RREP消息。第二项”“是RREQ RREP产生的消息在新的路由发现过程中由RSU2到目标车辆位于 。和第三项”“是SRREQ和相应的路线缩短RSU2 RREP产生的消息。

条件,我们的机制优于AODV的控制消息开销 ,导致下列条件:

与任何和值, ,条件(5)是满意的。也就是说,我们的机制总是优于AODV的控制消息开销。

4.2。基于仿真的性能评估

我们NS-3基于模拟器的性能进行评价18]。IEEE 802.11便士作为MAC协议用于车载无线通讯。模拟网络是一条长达2.5公里的单线高速公路有两个限制和十一的车辆。

仿真参数表1。每辆车的传输范围设置为130,RSU设置为250。第一RSU RSU1,放置在500米和第二RSU RSU2,从最左边的点,海拔1800米,如图8(一个)。首先,车辆放置这样第六车辆被放置在RSU1如图8(一个)。图8 (b)显示了最终的仿真网络的状态。

我们评估和比较我们与AODV的机制有或没有提出我们的交接机制。通过模拟,我们测量了数据包的包交付延迟交货率和验证收到的服务质量的目的。

数据9- - - - - -11仿真结果的情况下,车辆的速度是60 km / h。图9显示接收到的数据包的数量目标车辆的前十秒的时间间隔(即。,45秒的结果意味着收到的数据包数量在35 - 45秒间隔)。因为交接发生大约40秒后仿真开始,我们可以观察到的性能第一40秒,备份机制后,提出了缩短路由机制的性能。如图9所示,建议的机制执行比其他两种机制在整个模拟。这表明我们的备份路由和路由缩短机制执行。此外,60秒后,AODV不提供任何更多的数据包到目标车辆。图10显示了平均包交货率(即在仿真开始点。,the result of 45 seconds means the average packet delivery ratio during the 0- to 45-second interval). We can observe a significant performance improvement for the first 40-second interval thanks to the proposed backup route mechanism. In Figure11建议,我们可以观察到机制显示了最小延迟。约50秒之后,AODV的延迟没有交接机制不变,因为没有更多的数据包。

数据12和13显示性能结果为各种车辆的速度。图12显示的平均包交货率的仿真时间的车辆速度60公里/小时,80公里/小时,100公里/小时。AODV的性能没有交接机制是最糟糕的,和拟议的机制优于AODV交接所有情况的机制。车辆速度越高,越少的包交付到目标车辆。图13图形显示的平均包交付延迟整个模拟各种车辆的速度。没有交接的AODV机制给了非常大的延迟,我们的机制使延迟略低于AODV的交接机制。从这些结果,我们可以推断出备份路由机制提高了包交货率,但不给对延迟的性能产生重大影响。

5。结论

AODV是一种被动的路由协议设计马奈与移动节点。车辆通信网络类似于MANET,所以AODV可以应用于车载通信网络。在这项研究中,我们试图找出如何应用AODV和稀疏放置限制车辆的通信网络。通过考虑限制车辆的运动,我们提出备份路由机制通过RSU服务的覆盖范围和简单的交接机制通过服务RSU下RSU和缩短路由机制下RSU服务的覆盖范围。,我们修改了RREQ消息通过添加B国旗和年代的标志。建议的机制的性能被NS-3-based模拟验证。通过模拟,我们表明,我们的机制提高了性能包交货率和延迟与AODV有或没有交接机制。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府(MSIT)(没有。nrf - 2015 r1a2a2a04005646)和MSIT(科技部和ICT),韩国,期(信息技术研究中心)支持下的程序(IITP - 2017 - 2015 - 0 - 00363)监督的IITP(信息和通信技术促进研究所)。