文摘
最关键问题在VANET是频繁失败的路线由车辆的机动性高,增加网络过载引起的控制信息,以及增加数据包的交货时间。短通信路由一生常常在数据包传输源和目的地之间的车辆,导致重建一个新的路线的重新变得更加频繁和消耗大量的网络资源。面对这些问题,许多研究已经考虑路线稳定和源和目的地之间的路线一生的决心汽车作为提高服务质量的重要因素在VANET网络。然而,这项研究没有考虑到的路线最长的一生是最稳定的路线和假设车辆以一个恒定的速度移动时它们之间的直接通信。此外,它没有模型数据包交付时间源和目的地之间的车辆。出于这个原因,我们建议使用车辆密度预测的两个协议数据包交付时间之前发送的数据和使用车辆的运动信息来确定寿命最长的路线,考虑车辆速度的变化对高速公路上安慰应用程序。计划评估函数的车辆密度测量的平均路线一生,数据包交付的比例,控制开销,平均端到端延迟,吞吐量,线路故障产生的平均数量在数据包的传输。
1。介绍
车载ad hoc网络(VANETs)允许车辆通过机上直接相互通信单元(酸)设备形成vehicle-to-vehicle沟通,或通过固定与现有基础设施设备在路边叫路边单元(RSU)形成vehicle-to-infrastructure通信(1,2];他们是智能交通系统(ITS)的重要组成部分[3]。VANETs支持广泛的安全应用程序做出准确的决策由司机和为更好的控制和缓解道路交通部门的交通堵塞。因此,对道路交通事故的数量将会减少。此外,他们提供了许多nonsafety为乘客提供的应用程序的能力与其他乘客旅行在其他车辆,共享多媒体内容,玩网络游戏,上网,检查电子邮件,等等。4- - - - - -6]。
不幸的是,高度动态的网络拓扑结构的内在特征导致几个挑战开发之前的应用程序。这些挑战包括频繁破损的链接建设两辆车之间的路径,因为它们短寿命。这种情况导致了一个更频繁的重建路线。除此之外,网络分段和路线破裂导致增加数据包交付时间源和目的地之间的车辆(数据包队列等待时间)。这个问题的结果到一个数据包投递率低,增加了端到端延迟,增加控制包,和消耗大量的网络资源。提高这些指标实现要求的服务质量,一个有效的和可靠的路由协议需要提供最稳定的航线支持VANETs nonsafety应用程序交换。
许多协议在文献中提出了改善两个通信车之间的通信效率。这些协议试图找到更稳定的路线通过选择汽车旅行在同一个方向7),或车辆除以组(8),或通过建立稳定的骨干道路使用连通支配集(CDS) (9),或者通过使用一个进化图从源到目标车辆(10),或行驶车辆数除以集群(11,12]。所有这些协议并不确定最稳定的路线,他们的表现仍然是远离寻求服务质量的水平。本研究假设车辆以一个恒定的速度移动在链接的一生中计算两辆车之间的直接通信。在这种情况下,链接一生并不准确由于变异在路由建立车辆的速度。因此,准确的链接一生中是一个重要的指标,显著影响稳定性的多次反射在VANETs路由协议。此外,这项研究没有预测数据包交付时间也减少的一个重要指标丢失的数据包的数量和网络超载。
为了克服这些限制,我们提出两个方案nonsafety应用在高速公路环境中。这些计划预测最稳定路径传送两个交流工具和考虑数据包交付时间在发送数据之前,以避免频繁失败的路线。因此,降低数据丢失的数据包和控制消息。论文的主要贡献如下:(我)确保路线的最长寿命期间将选择路线建立;也就是说,我们的方案确定的路线最长的寿命在所有可能的途径源和目的地之间的车辆在路由请求。(2)模型的源和目的地之间的数据包交付时间车辆使用数学计算。换句话说,源汽车预计交货时间的数据包目的地车辆在发送数据之前要知道有多少数据包发送之前破裂的路线。(3)预测寿命的联系,考虑车辆的加速和减速的速度在两辆车之间的直接沟通,也就是说,我们考虑车辆的加速或减速的速度目前的计算时间,两辆车在直接沟通。
本文的其余部分组织如下:部分2提出了相关工作。部分3礼物链接寿命预测模型。部分4介绍了数据包交付平均时间预测模型。部分5显示最稳定的路线建设。部分6提出了模拟和结果。最后,我们给出一个结论7。
2。相关工作
网络路由协议的挑战在VANETs吸引更多的研究努力,和许多路由协议提出了确定路线基于路线。
Menouar et al。13]提出movement-prediction-based路由(MOPR)为了避免破裂到数据传输的链接。MOPR预测未来的节点的位置,以便选择最稳定的路线,有足够的寿命数据传输。MOPR的性能取决于预测精度的估计数据传输时间,取决于各种组件如网络带宽和司机的行为。
确定一个更稳定的路线,塔勒布et al。8ROMSGP]提出了方案,组织车辆根据他们的运动方向。最稳定的路线是由选择的路径最长的链接过期时间。作者没有考虑到的情况,没有汽车旅行团体运动的方向相同。
Namboordiri和高14)提出一项prediction-based路由(PBR)协议,确定一个稳定的路线在公路优先车辆旅行源运动的方向相同。这个协议预计一生的路线和预先决定了新航线之前旧的休息。这些作者认为汽车旅行以恒定速度的持续时间链接。
刘等人。15)提出了一个稳定的策略路由协议(SDR)相结合的方向和路径广播时间预测到AODV [16]。在特别提款权,车辆分组基于位置和路线选择是基于持续时间的联系。作者没有考虑到的情况没有足够的车辆在一个给定的方向范围参与路由发现过程。
Eiza和倪10)提出了一个进化graph-reliable临时按需距离矢量(EG-RAODV),允许找到最可靠路径从源到目的地。他们提出了一个扩展版的进化图模型,模型和形式化VANET通信图(VoEG),他们开发了一种新的进化图迪杰斯特拉算法(EG-Dijkstra)找到最可靠的旅程(MRJ)基于VoEG旅程的可靠性。这个协议的问题是,在每个给定时间,源车辆必须充分了解VANET通信图。此外,作者认为,沿着同一个方向的车辆在一个恒定的速度在高速公路上,他们没有考虑车辆密度。
在[17],提出的方案ARP-QD算法路由协议的跳数、连接持续时间和连接,以应对动态拓扑和保持算法的稳定性和效率之间的平衡。然而,这并不足以只使用一个全球距离反映的总体QoS路由路径。
作者的18)提出了AODV协议的一个增强版本,名为En-AODV多媒体应用需求的处理路线不稳定问题。En-AODV利用跨层信息链接质量结合知识的最终目的地接收车辆建立最稳定路径传送源和目标车辆和快速反应的发生链接失败在这个路径和提供另一个链接的质量很好。作者没有考虑到的情况,没有车辆朝着目的地区域。
作者在12]提出了一种新的clustering-based可靠低延迟多路径路由方案采用蚁群优化技术来计算最优路线之间的交流汽车的可靠性、端到端延迟、吞吐量和能源消耗。虽然计划降低端到端延迟和RREQ消息,它不确定最稳定的路线,不考虑速度的变化在车辆之间的直接通信。
作者的19)提出了一个可靠的路由协议建立一个更可靠的源和目的地之间的车辆路线,称为AODV-R。他们把链接的可靠性度量原AODV路由协议。在这个方案中,源车辆选择路线基于最大可靠性值在所有收到回复消息路由。他们认为,汽车将不会改变他们的速度通过加速或减速时间期间T。同时,这个计划不确定最稳定的路线。
在[20.),作者提出了一个新颖的活性vehicle-to-vehicle网络路由协议,MA-DP-AODV-AHM命名。后者是基于AODV路由协议的修改与hello消息和路由发现过程,为了建立可靠、稳定的路线从源到目的地的车辆。在这个方案中,中间车重播路由请求消息,如果速度低于一个阈值和转发和接收车辆都没有不同。此外,这个方案适应广播的频率周期性“你好消息”抑制播放不必要的和冗余的你好消息。这项工作的作者没有考虑到的情况没有足够的汽车这方面的约束(速度低于一个阈值和车辆不发散)的广播路由请求消息。除此之外,他们还没有确定最稳定的路线,没有考虑速度的变化在车辆之间的直接通信。
所有这些计划的链接一生并不准确,因为这些计划假设期间车辆的速度是常数计算车辆之间的直接联系一生。此外,他们不选择的路线最长的寿命,不考虑数据包交付时间在发送数据之前,除了MOPR和ROMSGP。除此之外,所有这些计划不模型这个数据包交付时间,没有考虑到的情况没有车辆朝着同一个方向或者向目的地,除了MOPR ARP-QD, CRLLR。因此,这项工作的目标是第一个预测的路线最长的一生不管方向的高速公路上的车辆。其次,模型数据分组交付nonsafety应用程序的平均时间。
表1提供现有方案的比较准确的链接一生,一生路线,数据包交付时间,参与车辆在构建的路线。
3所示。环寿命预测
让( , ), ,和的位置、速度和加速度的车辆吗米在时刻 ,分别。( , ), ,和的位置、速度和加速度的车辆吗n在时间 ,分别。( , )和( , )是车辆的位置米和n在时刻 ,分别。
我们假设每个车辆的加速度是恒定在一个直接沟通。横坐标轴平行的方向运动的车辆米和n设备计算。车辆之间的距离米和n纵轴上的每个报告半径可以忽略不计(R)每辆车的覆盖范围(例如, )。
3.1。车辆米和n在同一方向
假设车辆米和n横坐标轴的积极意义上的旅行。因此,距离乘汽车旅行米和n在延迟t(t1−t0)是由以下方程(21,22]:
我们可以写
所以从(1)- (3),我们代表了时间t,在此期间,车辆之间的距离米和n将在x设在,由以下方程: 在哪里和 。
如果车辆米和n具有相同的加速度,然后车辆保持沟通的时间直接规定吗 在哪里和 。
如果车辆米和n没有相同的加速度,那么在这种情况下,我们计算方程的三角洲(4),也就是说, (我)Si (和 )或(和 ):的最长时间的车辆米和n留在直接沟通t这些车辆将之间的距离R(例如, )。这次由以下公式表示: (2)Si (和 )或(和 ):在这种情况下,有两种可能性。
第一个案例:一个车辆树叶覆盖范围的其他前速度变得平等(即, )。在这种情况下,最长时间t的两辆车留在直接沟通( )制定了
例二:车辆米和n在直接通信(例如, )这时他们的速度是一样的。在这种情况下,最长时间的两辆车留在直接沟通( )是 ,在哪里是在一个较低的速度或等于其他是时候这些车辆在直接沟通后超过另一个的速度。因此 在哪里和(和是车辆的位置米和n在时刻 ,分别)。的时间tfi在两辆车之间的距离R( )是
因此
备注:如果车辆米和n旅行的负方向x设在,我们改变d - 通过- - - - - -d和- - - - - -通过- - - - - -在以前的公式。
3.2。车辆米和n在相反的方向
的时间t在此期间车辆之间的距离米和n将在x设在由以下方程: 在哪里和 。
的最长时间t的两辆车留在直接沟通( )制定了 在哪里 。
4所示。数据包交付时间的预测
模型数据分组交付时间,我们首先,确定道路上的汽车数量。确定这个数量的汽车,每一个定期广播消息存在的道路的长度;而且每一个收到新消息的存在和更新的道路上的车辆数量的表称为路上的车辆密度(VDR)。车辆等待两个连续的信息存在间隔听到一辆汽车。如果还没有收到任何消息,车辆数量减少。
我们假设在路上车辆均匀分布。因此,车辆的平均数量在每辆车的通信范围的整数部分是以下公式: 在哪里R是沟通的半径范围内,N路上的车辆数量,l路的长度。
让数据包交付时间是邻居吗我。所以数据包传输时间之和,有点通过媒介的传播时间。因此(23- - - - - -25] 在哪里包的大小,是比特率在中,货代和它的邻居之间的距离吗我,是在介质中的传播速度。
我们认为通过媒介传播时间常数货代和他们的邻居之间无论他们在货代的覆盖范围。因为,传播速度相比太大货代和他们的邻居之间的距离。因此,我们考虑一个邻居的数据包交付时间我是恒定的,即 ,在哪里n货代的是邻居的数量。
我们假设最坏的情况下,在任何时候,每个车都有一个数据包发送给邻居;和所有车辆都有相同的机会发送一个数据包到邻居。所以,等待时间发送一个数据包我订单的货代
例如,如果货代是第一个将发送一个数据包,然后等待时间是0 ((1−1)T);和等待时间过去,会发送一个数据包n邻居是n T((n+ 1−1)T)。
因此,等待的平均时间由货代在发送数据包n邻居是
因此,数据包交付邻居之间的平均时间n邻居是
因此,数据包交付平均时间从源到目的地的人 在哪里车辆的数量建立源和目的地之间的路线的车辆。
当源汽车有一个数据包发送到目标车辆,它计算路线之间的剩余时间和目标车辆。如果这个左路线时间小于数据包交付平均时间,启动一个新的路由请求源车辆;否则,它发送数据包。
的交货时间来验证公式的数据包(19),我们模拟的交货时间(使用NS2)数据包源和目的地之间的车辆根据车辆的密度与4车道高速公路5公里的在两个相反的方向,如图1。车辆的速度变化之间的0公里和100公里。我们的模拟没有考虑数据包队列中的等待时间的车辆。
图2显示数据包的交货时间的公式(19)和模拟数据包的交货时间非常接近。
5。最稳定的路线建设
道路网络模型由一个结束后由两个十字路口道路段高速公路环境中或在城市环境。这条路有相同的特征如长度、宽度、和车道的数量。每个通道都有一个独特的交通密度(图2)。每辆车配备全球定位系统(GPS)提供关于其位置信息,速度和方向。最后,每个源汽车知道目的地的位置通过使用位置服务,如RLSMP [26]和ZGLS [27]。
给定一个有向图G (V,E)被定义为一个有限集合V= { , , ,…,}的顶点,是车辆和有限集的边缘,是任何两辆车之间的剩余时间留在彼此直接沟通。
每当车辆接收发现消息的路由,它保存消息的标识符和一生的旅行路线表,称为路由请求表(RRT)。
我们试图确定最稳定路径源和目的地之间的车辆。一生的路线(RLT)是最低链接一生(图象)之间的联系,构建源和目的地之间的路线的车辆。如图3,最稳定的路线是由车辆S-A-I-K-D,和这条路线的一生是4 st。
当源汽车本身之间想要确定一个新的路线和目标车辆,它广播一个新的发现消息路由的接近目的地的通信范围。然后,当目标车辆收到这个路由请求消息,它复制路线一生,这一生的时刻计算路线的回复。接下来,它将后者发送给源。
决定这条路线,我们提出两个方案:第一个使用信标消息和其他不使用它。这些计划是一个扩展我们的工作(28]。
这些计划的想法是,每辆车可以再次重新发送相同的路由请求消息如果它允许增加的路线。
5.1。计划没有灯塔的消息
每个源汽车(s)知道的距离d(年代,d)本身和目的地之间的车辆(d)因为每个源汽车知道目的地的位置车辆使用位置服务。我们使用这个距离来确定路由请求消息的有效参数,以便它不会无限期地重播尚在整个网络。
当源汽车要确定一个新的路由到目标车辆,它增加了其信息(标识、位置d(年代,d),速度,方向,和RLT 0在路由请求消息源汽车)(RRM)和广播在其通信范围。
每个接收机车辆(r),在接近目标车辆的通信范围内,计算链接(图象)和生命周期d(f, r)本身和以前的货代之间车辆(f)。然后,它检查是否不是目的地d(r d) (d(f d)d(r), f)小于或等于0米。如果是,它删除RRM。否则,它计算新的RLT(即图象,如果以前的货代是源车辆;否则,新RLT图象之间的最小和RLT RRM)。接下来,检查其RRT RRM是否尚未收到相同的。如果它没有,它可以节省新RLT RRM RRT的id,然后将其信息(id、位置d(r d),速度,方向,和新RLT)代替以前的货代RRM车辆。接下来,它广播后者在其通信范围的接近目的地。否则,它检查是否新RLT大于RLT RRT。如果是这样,它修改的RLT RRT RLT。然后,它把它的信息,而不是那些以前的货代RRM车辆。接下来,它广播后者在其通信范围的接近目的地。否则,它将删除它。
每下一个接收车辆将做同样的操作,由之前的接收车辆,直到发现消息路由到目的地或源和目的地之间的距离车辆变得不那么等于0米(算法1)。
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5.2。计划与信标消息
假定每辆车定期发送信标消息的信息(位置、速度、运动方向、标识符和当前时间)到邻国。然后,每个车辆结构周边信息提取信标消息列表。发现,每当一个新邻居,一个新条目添加和设置的计时器。车辆等待两个连续间隔听到邻国灯塔。如果还没有收到任何消息,邻居的条目被删除。
在这个方案中,当源汽车想要发送一个数据包的目的地,它检查如果是后者是它的邻国之一。如果是,它发送数据包。否则,它增加了其信息(标识符和RLT 0的源汽车)的路由请求消息(RRM)和广播在其通信范围。
然后,每个接收机车辆(r),在接近目标车辆的通信范围内,计算图象本身和以前的货代之间车辆(f)。然后,它决定了新RLT(即图象,如果以前的货代是源车辆;否则,新RLT图象之间的最小和RLT RRM)。接下来,检查其RRT RRM是否尚未收到相同的。如果它没有,它可以节省新RLT RRM RRT的id,然后将其信息(标识符和新RLT)代替先前的RRM货代。在那之后,它会检查目标车辆是否在邻国。如果是,它发送给RRM。否则,它广播后者在其通信范围内接近目的地。否则,它检查是否新RLT不是严格大于RLT RRT。如果不是,它会删除它。否则,它会检查是否有下一个接收器,仍与当前接收器)(直接沟通一段时间严格大于RLT RRT。 If this is not the case, it deletes the RRM. Otherwise, it modifies the RLT in its RRT by the new RLT. Then, it puts its information instead of those of the previous forwarder in the RRM. Next, it checks whether the destination is among its neighbors. If it is, it sends to it the RRM. Otherwise, it broadcasts the latter in its communication range on the side close to the destination.
每下一个接收车辆将做同样的操作,由之前的接收车辆,直到发现消息路由到目的地(算法2)。
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6。仿真和结果
我们使用的模式IDM-LC微观流动模型的工具车辆临时网络流动模拟器(VanetMobiSim),我们使用NS2实现协议。车辆被部署在一个5000×80区域。这个地区有四个车道的高速公路双向的。车辆能够相互通信使用IEEE 802.11 MAC层。0米/秒之间的车辆的速度波动和27 m / s。我们认为是512字节的数据包大小,模拟400年代,你好间隔1 s,包4包/秒的速度。我们设置十多次反射CBR流车辆通过网络和从不同的时间开始实例,并继续在整个模拟的剩余时间。传播范围是保持在250米。仿真结果是平均超过20模拟运行。
我们评估性能的路由方案MSRP-BM ROMSGP和厂商建议零售价,更像我们的算法的本质,和位置辅助路由(LAR1) [29日],选择最短路径。这些计划是航线平均寿命评估,数据包交付的比例,控制开销,平均端到端延迟,吞吐量和平均路线失败期间生成数据的传输数据包数量。
仿真参数表进行了总结2。
数据4和5显示厂商建议零售价的高稳定性和MSRP-BM ROMSGP和LAR1相比,因为我们的计划确定的路线最长的寿命。因此,与其他人相比,它变得更稳定,LAR1生命周期价值最低的路线。LAR1选择最短的路线,很快当车辆的速度和数量增加。ROMSGP选择最短的路线在车辆属于同一组;出于这个原因,它的路线是稳定而LAR1。
数据6和7显示延迟是最大最小数量的汽车,它是线性下降随着车辆数量的增加,因为减少断开连接的数量。平均端到端延迟我们的方案是最低的(尤其是当车辆数量增加)相比ROMSGP和LAR1因为路由的稳定性,降低了队列的数据包数量,因此,交货延迟的数据包源和目的地之间的车辆。
数据8和9展示所有方案包交货率的增加,道路上车辆密度的增加,我们的方案实现一个好的包比ROMSGP和LAR1交货率。这是因为我们的计划前进道路通过预测数据包最稳定的路线考虑速度变化;相反的ROMSGP决定一个稳定的路线通过选择最短的路线在车辆属于同一组和LAR1选择最短路径。最稳定的路线的选择允许线路破损的数量的减少和队列的数据包数量。包交货率不是更好,因为车辆的非均匀分布的流动模型。此外,我们还没有使用一个方法使数据到目标车辆,如carry-and-forward机制(30.]。
在数据10和11,我们考虑所有控制数据包路由中使用的过程中,除了信标消息MSR-BM方案。所有的路由协议的控制开销增加的增加车辆的数量。LAR1不预测一个稳定的路线;因此,它生成更多的控制开销,因为频繁的路由重建。ROMSGP确定一个稳定的路线通过建立车辆路线的同一组;因此,它提供了与LAR1相比减少控制开销。我们计划预测最稳定的路由,减少高程度的重建路线;出于这个原因,他们有更少的控制开销比其他路由协议相比。
在数据12和13,我们的方案比ROMSGP和LAR1更好的吞吐量。因为厂商建议零售价和MSR-BM路径的持续时间较长,道路破坏的数量减少,同时控制开销减少与其他路由协议。ROMSGP最低吞吐量LAR1相比。这是因为ROMSGP决定了旅游的路线,车辆在同一组(它们是不够的)相反的方案和LAR1不考虑运动的方向。当车辆数量的增加,ROMSGP吞吐量比LAR1迅速增加。这是因为ROMSGP有足够数量的车辆选择一个稳定的路线和LAR1决定最短路径。
如数据所示14和15,路线的平均数(的错误)的协议都低于ROMSGP LAR1,因为我们计划选择最稳定的路线和预测数据包发送数据之前交货时间。LAR1选择最短路径,不管它是否可靠。ROMSGP优于LAR1因为它预言一个稳定的路线通过建立车辆属于同一组,它创建一个新的替代路线之前路线破损。
如数据所示16- - - - - -19根据车辆密度,我们计划与信标消息(MSRP-BM)最低包交货率和吞吐量。此外,MSRP-BM规范化路由负载和最高最高的平均数量的失败相比,我们的计划没有信标消息路由(厂商建议零售价)。这是解释为周期性信标消息的带宽。
7所示。结论
我们的计划旨在提高舒适的交流在高速公路的应用。他们预测的最稳定的路线通过选择路线最长的寿命。他们是基于链接的预测寿命和寿命考虑速度变化的路线。此外,我们计划预测数据包交付时间之前发送数据。他们比较ROMSGP LAR1在高速公路环境中。结果表明,我们的方案有较高的平均路由寿命,更高比例的包交付,更高的吞吐量,降低平均端到端延迟,降低平均路由故障数量相比,现有的计划。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。