工业物联网建立有效和可靠的数据为车载Ad Hoc网络传播解决方案

文摘

工业物联网(IIoT)是工业网络的另一个名字。它集成了各种现有的工业自动化技术与计算、机器学习和通讯技术。IIoT车载ad hoc网络应用程序,是一个自组织网络的车辆往往提供改善道路安全,减少交通拥堵,最终安慰旅客。在VANETs,车辆直接相互交换数据或通过路边单元(限制)。数据传播VANETs经历许多具有挑战性的问题,包括广播风暴,网络分区,断断续续的车辆之间的连接,和有限的带宽。提出了在文学、各种数据传播方案。然而,大多数这些计划是专为城市或公路VANET场景和稀疏或密集的交通条件下进行评估。此外,这些计划同时也不能有效地克服上述问题。在本文中,我们提出一个新的VANETs数据传播协议,它传播的紧急消息在不同流量条件下在不同的场景中。在密集的交通状况,DDP4V采用传输区域的分割的车辆为了选择最合适的运输车辆(NFV)。 Accordingly, it divides the transmission region of a vehicle in three distinct segments and selects vehicle(s) inside the highest priority segment to forward the message to all neighbour vehicles, whereas it also uses implicit acknowledgements for guaranteed message delivery during sparse traffic Conditions. Simulation results show that DDP4V protocol outperforms the other existing related protocols in terms of coverage, network overhead, collision, and end-to-end delay.

1。介绍

物联网(物联网)是一个网络的杂项物品如物理设备、汽车和家用电器。嵌入式与最近电子、传感、网络和通信技术,以连接和沟通。工业物联网(IIoT),也被称为工业网络,提出了物联网技术在制造业(1,2]。IIoT集成了大量的现有的工业自动化技术与最近电子、计算、机器学习和通讯技术。IIoT相信智能机器是比人类更有能力收集和交流数据。这些数据有助于商业智能的工业和商业社区的努力。车辆的临时网络,IIoT应用程序,是一个大型的汽车网络相互通信和路边单元共享的信息(3]。这些自发创建网络互联汽车的特殊需求。VANETs旨在为旅客提供舒适,提高道路安全和交通拥堵。在VANETs,信息交换之间的无线vehicle-to-vehicle (V2V)和vehicle-to-infrastructure (V2I)通信在高速公路和城市场景中。日复一日,越来越多的汽车在公路上引起了一些严重的交通问题包括交通堵塞和汽车滑行。根据世界卫生组织(世卫组织),每年有125万人死亡和5000万人受伤发生由于交通事故(4]。同样的,(5,6]目前的记录和统计事故的主题,死亡和受伤。因此,安全是VANETs的主要目标之一。这些网络也应该提供自动化的道路、舒适、娱乐、环境保护(7,8),等等。目前,VANETs正在成为一个重要的研究领域,研究者的注意力从学术界和工业社区。VANETs分散的网络,每个车辆节点周期性地广播信息,如方向,位置,速度通过信标消息通知邻国的车辆。紧急情况下事故或交通堵塞等利用这些信息来提醒其他遥远的车辆在网络。VANETs目前大量应用程序分为两组,即安全和nonsafety应用程序。通常,安全应用程序需要些小(数据包)消息延迟高技术和高可靠性的比率,而nonsafety应用,如交通信息、方便、高数据速率和娱乐需要多样化的信息功能(9]。

数据传播VANETs是一个数据分布的过程,在每辆车传送消息(数据包)邻国车辆内部网络。通常,数据传播VANETs定向广播。因此,传输车辆不需要接收车辆的地址和路线信息。这导致VANETs消除需要一些复杂的问题如解决设计和决议,路线寻找,拓扑管理。数据传播VANETs经历许多具有挑战性的问题,如广播风暴,网络分区,间歇性地连接网络,和有限的带宽。在所有这些问题的存在,一个有效的和可靠的数据传播过程是一个特殊而艰巨的任务。大部分的汽车产业在VANETs集中高效的数据传播。文献提出了几个数据传播协议设计各种VANETs场景操作在不同流量条件下(10,11]。

本文侧重于数据传播技术,解决了广播风暴,同时网络分区和间歇性连接的网络问题。本文的整体图景和主要贡献我们的工作总结如下:(我)首先,开发一个有效的和可靠的数据传播协议来管理数据在高速公路和城市VANET的场景中传播。(2)其次,马车轮模型介绍,将传输源汽车领域划分为三个不同的部分。这细分协助拟议中的协议选择最好的汽车在许多进行传播过程,从而减少广播风暴问题。(3)此外,冗余传输控制和减少的数量通过仔细选择下一个货运车辆使用NFV选择算法解决密集的交通状况下的可伸缩性问题。(iv)此外,深入回顾几个重要特征的现有数据传播协议VANETs。

剩下的纸是组织如下:部分2介绍了背景知识、相关工作和定性的比较各种数据传播协议。部分3着重于提出DDP4V协议。部分4涵盖了绩效评估和相应的结果,而部分5总结这项工作。

2。相关工作

在文学中,大量的数据传播协议设计和提出VANETs。这些协议可以分为两组的基础上道路场景:用于高速公路和城市VANET场景的协议。

2.1。为高速公路场景数据传播协议

分布式车载广播(DV-CAST)协议(12)和简单的和健壮的传播(阶跃恢复二极管)[13)协议,提出了稀疏和密集的交通条件下工作。DV-CAST和阶跃恢复二极管只取决于单邻居信息通过周期性信标消息。这些协议工作的三个步骤:通过周期性信标消息确定邻居车辆和有关信息建立当地的拓扑,采用广播抑制机制来减少广播风暴问题,和使用store-carry-forward机制来处理分区和分散的网络。阶跃恢复二极管提高鲁棒性、高交货率和低延迟交付的DV-CAST协议。在人脉广泛的协议操作和间歇性连接网络。然而,两人都是为高速公路设计场景和在高机动的场景中表现不好的形成理想的灯塔频率是困难的。同样,漂移协议(14)地址同时广播风暴和网络碎片化问题。

不像DV-CAST和阶跃恢复二极管,漂移协议不需要邻居车辆信息传播数据。漂移协议分配转发优先级最高的汽车(s)位于偏好区域进一步传播数据包,因此,它提供了高效的数据传播和低开销,小的延迟,并扩大了覆盖范围。它减轻了广播风暴通过控制选择NFVs和处理间歇性连接的网络使用store-carry-forward机制。另一个协议,它不依赖于邻居信息数据传播过程是速度自适应广播(SAB):概率SAB、割缝SAB、电网SAB [15]。它使用车辆的速度信息来确定交通条件和选择最合适的NFV。同样,另一个beaconless方法是简单和有效的自适应数据(看见)传播协议(16]。这里每个车辆更新一个冗余率来确定它的邻居车辆密度。随后,每个车辆节点计算其转发优先级和相应的等待时间的基础上slotted-1持久性方法和计算冗余率。

提出了协议称为BROADCOMM,传播的紧急警告消息VANETs使用地理路由(17]。它将高速公路划分为虚拟细胞,建立一个虚拟基础设施移动车辆的运动。本协议使用两级层次结构。在第一个层面上,车辆在一个细胞相互沟通和车辆的邻居细胞位于通信范围。在第二层次,车辆接近细胞的地理中心选择通信与其他车辆在同一细胞以及邻居。这些车辆被称为细胞反射镜(CR)和工作像集群头(CHs)。CR的每个单元格选中的车辆,细胞通过一个选择的过程。一个额外的、基于集群的安全消息广播的方法是VMaSC-LTE [18802.11),它结合了基于集群的多次反射p方法(车辆多次反射稳定的聚类算法(VMaSC))与蜂窝系统长期演进(LTE)。它采用IEEE 802.11 p处理广播风暴和间歇性连接的网络问题,而蜂窝通信系统使用LTE技术由于其宽量程、低延迟。此车辆集群使用VMaSC方法其次是集群头(CH)的选择。当选CHs表现为双重接口节点连接VANET LTE网络。

概率数据传播协议主要用于数据分布在VANETs。不负责任的代理(如果)19)选择NFV的基础上距离车辆和来源邻居车辆的密度。如果协议,每辆车确定是否有这样的车辆在其邻国,这解释了转发概率比较高。如果是的,那么前者车辆不重新发送数据包的“不负责任”,并把它重新发送后面的车辆。它减轻了广播风暴通过控制和调节数据包的传输速率。同样,基于集群的不负责任的转发(CIF) [20.),事件驱动的广播协议,来自。它结合了基于集群结构的概率的方法如果增加实际的可靠性和性能。同样,三个分布和概率数据传播协议,加权持久性、割缝1-persistence和开槽坚持(21),是为增加达到设计能力,减少碰撞在MAC层的数量,在密集的交通状况和减少冗余。因此,每个车辆计算其重传概率利用从全球定位系统获得的信息传输之前接收到的数据包。

MobiCast [22)协议是专为某些特定VANET的应用程序涉及到时空协调和支持基于时间的网络拓扑结构的变化。MobiCast,车辆将数据包传送给他们的邻居为实时通信连接的区域内相关性(佐尔)。它还使用一个动态时变区域,也就是说,转发区在佐尔(ZoF)。车辆在ZoF负责接收的数据分组在一个网络的进一步重新传输。主要这个协议的复杂性是佐尔的选择,ZoF,车辆在ZoF通过一个复杂的技术。同样,MobiCast-Carry-Forward (MCF)协议(9),实际MobiCast已经是一个进步,提出了寻求安慰应用VANETs基于规定的地理区域(佐尔)。两者之间的主要区别是MCF延后的使用技术,这将导致更高的端到端延迟(相对)和在紧急应用程序可能不是可接受的。它提高了实际MobiCast协议而言,传播的成功率和网络开销。

Emergency-Degree-based广播(EDCast) [23)是安全信息数量的基础上设计的。因此,一个紧急程度参数是用来评估数量的信息广播安全消息。EDCast计算优先级的每个安全消息来访问通道根据紧急程度。因此它提供了精确的和最新的车辆的车辆信息网络。

2.2。数据传播协议为城市场景

城市多次反射广播(UMB) [24)基于IEEE 802.11标准的协议旨在解决广播风暴通过多次反射V2V和V2I通信。UMB协议选择最远的车辆从发送方作为下一个数据包广播方向货代。它利用中继器在一个十字路口为了广播数据包四面八方在感兴趣的领域。值得注意的是,使用中继器在每一个十字路口在不同场景中可能并不可行。相反,特设多次反射广播(AMB)协议(25),一个扩展UMB协议,消除了需要的基础设施的支持(直到障碍阻止不同路段之间的视线在十字路口)。相对,AMB协议确认高成功率和有效带宽利用率甚至在数据加载。同样,基于距离继电器选择(DBRS)协议(26)使用基于距离转发策略控制和规范货运车辆的数量。DBRS在每辆车保持一定的等待时间接收到的数据包。的等待时间成反比接收和传送车辆之间的距离。因此,最远的车辆等待时间最短,反之亦然。DBRS表现良好在减轻相同的控制广播风暴的重发数据包,但可能面临低覆盖率。也缺乏车辆的边缘传输范围可能招致高延误。

分散的数据传播协议,自适应方法对信息传播(援助)27),利用选择NFV counter-based转发策略。援助,选择NFV取决于同样的数据包的数量在一个指定的时期。它减轻了广播风暴一些车辆报废计划数据包收到多个其他车辆。援助并不能解决网络分区和网络碎片化的问题。U-Hydi [28)协议地址同时广播风暴和网络碎片化问题。它使用sender-based和receiver-based方法减少广播风暴在密集的城市场景。它利用store-carry-forward技术确保数据包交付通过分散的网络。

geocast数据传播协议基于图分割(dpm) [29日)不需要任何基础设施的支持。它将一个城市的地图场景分为多个区域。后来,dpm创建一个带相关性(佐尔)通过结合多个重大事件发生的地区。它需要一个智能数字地图autosplit技术。同样,基于混合选举骨干(HBEB) [30.)和Network-Coding-Assisted调度(nca) [31日)协议使用backbone-based和network-coding-based转发策略,分别发布数据。HBEB,小骨干,形成一个单一的发起者(骨干节点)内数据的快速和高效的传播网络。骨干节点的选择是通过contention-based转发机制来完成的。nca协议执行V2V和V2I通信和采用有效的数据服务。它还利用缓存策略,允许车辆节点召回他们未被要求的数据,从而提高数据共享和数据服务。

3所示。数据传播协议为车载Ad Hoc网络(DDP4V)

为了解决广播风暴的问题,网络分区,间歇性地连接网络,和最合适的NFV选择在前一节中提到的,我们提出一个有效的数据传播协议VANETs (DDP4V)。拟议中的协议均匀分配应急信息通过网络和最大化的数据传播有关区域内较低的网络开销,低碰撞,较小的延迟。在高速公路和城市VANET场景在不同流量条件下。拟议中的协议减轻了广播风暴虽然数量的冗余传输控制。它提供了保证跨网络分区的数据分布和间歇性连接的网络使用车辆以外的区域有关。DDP4V雇佣了传播的分割区域(称为马车轮)的车辆选择最合适的NFV,提高覆盖率。

定义(车轮)。提出了一个圆形的车辆周围地区与邻国,它可以直接沟通。这个区域分为两个截然不同的部分,也就是说,后面和前面部分。后面部分进一步划分为两个子分段:理想和正常。传输区域的分割是基于车辆的重要性被选为下一个货代。每个部分都有一个独特的包转发优先级,这样理想的部分包括最高优先级其次是正常的,然后之前段。

图1描述了四辆马车的轮子上的概念。这里的邻居车辆可以位于任何地方不加选择地在马车轮子的三个部分。在我们的例子中,传播地区的汽车被认为是一个圆形的区域本身从200到300米左右。然而,除了圆形状也与拟议中的协议。使用马车轮概念的主要优势是避免相同的传输数据包的邻居车辆(接近彼此)位于不同的片段和覆盖相似或更重要的区域,因此减少广播风暴问题。车辆在理想的段是最合适和足够的进行数据传播过程减少了传输(网络负载)的数量。

3.1。提出了协议

拟议的数据传播协议分为不同阶段,如图2。整个过程分为以下六个阶段。

3.1.1。应急检测阶段

在此阶段,检测到紧急或有经验的来源(也称为原始车辆)。突发事件是由一个任意描述事故车辆突然停止在道路。我们假设1-hop邻居车辆的一些基本信息,如车辆ID,位置,方向移动,和距离有关。车辆通过position-aware系统收集信息,如全球定位系统。这些车辆分享此信息来源以及其他车辆网络的建立相应的网络拓扑。源汽车所使用的这些信息后确定车辆的转发优先级和最好的NFV。

3.1.2。紧急消息广播阶段

源汽车启动广播数据包的数据传播过程包含紧急消息。数据包是相反的方向传播紧急通知司机接近的地方。该方法的目的之一是通过多次反射分发数据包通信为了了解从这个沟通的最大车辆数。值得注意的是,DDP4V协议不需要维护和更新邻居信息表,这是困难在密集的交通状况。

3.1.3。定位阶段

拟议中的协议需要一个适当的邻居车辆的分类选择的最佳选择VANETs进一步数据重发,继续传播。在此阶段,起初,收集的信息从邻近车辆用于确定接收传输区域内车辆的数量。之后,源汽车将其传播地区划分为不同的部分,每个部分代表一个地区被一个独特的标签,如图1。分割完成之后,源决定每个接收车辆的位置(用)在这些领域和分类成三组;理想的,正常的,和前面的车辆。因此,最远的车辆在理想段向源汽车是最佳选择,成为下一个数据包的货代。使用这种方法,一个最远的车辆在理想段足以重新发送数据包最低的延迟和取消冗余重发。不存在车辆理想段内,最远的车辆从正常段(s)将转发数据包进行传播的过程。同样,如果不存在车辆内部的理想和正常的片段,然后最远的车辆从之前段(s)将进一步转发数据包。高优先级段内,车辆应该交付数据包直接邻居车辆的最大数量无法访问源汽车。算法1介绍了过程是否接收车辆定位在理想、正常或提前的马车轮。

3.1.4。下一个货代车辆选择阶段

下一个货代车辆负责进一步对接收到的数据包的传输邻国的关注区域内网络。协议的整体性能完全取决于NFV的选择。因此,NFV选择过程是非常重要的对于任何有效的数据传播协议之前,需要一些标准的选择。

NFV选择标准。重要的是要选择最好的车辆作为NFV所有参与车辆的网络之一。在拟议的协议,NFV选择取决于三个不同的参数;的位置,距离,关于源车辆方向。选择决定根据这三个参数对目标确保有效路由数据包。这些参数由POS、经销和DIR,分别和聚合累计值为每个接收车辆(简历)R_我如下: 位置参数定义传输区域内车辆的位置。的位置R_我车辆在理想段增加其成为NFV机会。同样,距离参数代表了车辆从源车辆的最大距离。最远的R_我车辆从源有更多机会成为NFV。同样,方向参数描述车辆有关源的方向。在提出的协议,R_我汽车朝着源汽车将直接参与数据传播过程在密集的交通状况。车辆远离源汽车将参与数据传播过程稀疏处理网络分区交通状况和/或间歇性连接的网络问题。

NFV选择。一旦NFV选择标准设置,选择下一个货代车辆在首次跳数据包传输。正如前面所讨论的,车辆以最大累积值将被选为NFV第一跳。在DDP4V协议,车辆不需要维护你的邻居信息表包含网络中所有车辆的累积值。为即将到来的啤酒花的重新选择过程NFV(二线,三线,等等)是分散的,不需要参与的车辆来源。

3.1.5。紧急消息重播阶段

聚合后的累积值,计算了车辆来源,R_我车辆分配指定的等待时间之前收到数据包的传输。车辆与最高累积值指定最短等待时间。等待时间的计算和分配,也就是说,P1, P2, P3,R_我车辆所示算法1。一旦设置等待时间,R_我车辆调度数据包重传。车辆与最短等待时间立即重新传输数据包完成后等待时间来进行传播的过程。

3.1.6。重新选择阶段

在这个阶段,我们的重点是避免此类车辆的重新选择,NFV,曾参与传播过程。通过重新考虑这样的车辆,拟议中的协议开销的增加和网络。因此,对于这样的目的,该协议DDP4V采用取消已经预定的数据包的策略。因此,在再次收到数据包的啤酒花,车辆取消已经预定数据的重传数据包丢弃。同样的步骤(第三到第五阶段)将重复的NFV重新选择下一跳(第二、第三数据传播过程中等等)。

3.2。数据传播城市VANET的场景

执行数据传播城市VANET场景使用两个不同的情景:没有网络分区和数据传播数据传播在网络分区。

3.2.1之上。数据传播没有网络分区

在DDP4V,一旦检测到紧急车辆,它立即开始传播的数据洪水紧急数据包(用米在有关地区)。正如前面所讨论的,车辆位于理想的部分是最好的选项NFV (s)继续传播过程和减少广播风暴问题,解释在图4。通过接收数据包,每辆车(国际扶轮)验证是否有关区域内。如果是的,那么允许国际扶轮参与数据传播过程(图4,点);否则,它可以用于网络分区。如果R_我谎言有关区域内,那么它检查是否在传输范围内传输的车辆(图4,点B)。如果不是,R_我简单地丢弃接收到的数据包。否则,它验证数据包是否收到第一次(图4,点C)。如果不是,R_我验证接收到的数据包是否已经预定(图4点D)。如果数据包已经预定,取消预定的数据包,然后丢弃它。否则,它直接丢弃接收到的数据包。以防R_我第一次接收到数据包,验证是否在马车里的理想段轮(图4点E)。如果是这样的话,R_我计算其等待时间(P1)。否则,它会检查是否在正常段(图4点F)。如果是这样的话,R_我计算其等待时间(P2)。否则,它集其等待时间(P3),分别见算法1。因此,R_我洪水继续传播过程的数据接收到的数据包里面相关的区域。

3.2.2。数据传播在网络分区

一个城市场景与网络分区今年数据传播过程如图3。作为数据包携带信息的事件没有关注区域内传播网络,当一个源汽车检测网络分区(s),它使用的车辆(s)在有关地区传播网络中数据包。使用车辆以外的相关区域的主要优势是执行车辆之间的数据传播有关区域内由网络分区。在接收到数据包米,每个R_我有关车辆以外的区域验证是否存在网络分区(s)(图4点G),如果没有R_我简单地丢弃接收到的数据包。否则,它检查首次接收到数据包(图4点H),如果没有R_我验证接收到的数据包是否已经预定(图4我)。如果数据包已经预定,它首先取消已经预定数据包然后丢弃;否则,它直接丢弃接收到的数据包。以防R_我第一次接收到数据包,它计算的等待时间和时间表计算数据包的传输时间。等待时间的计算过程有关区域以外的车辆提出了算法2。

3.3。数据在高速公路VANET的场景中传播

在拟议中的协议,传播收到数据包的高速公路场景在城市场景中是一样的。的主要区别是,在高速情况下,取消之前预定的数据包(米),R_我决定了它的距离车辆所示算法1。如果R_我更接近于比T_j,然后安排取消了;否则,接收到的数据包被丢弃的传播不需要了。

4所示。结果和讨论

该方法的性能评估使用网络模拟器OMNET + + (32),车载网络仿真框架静脉(33),和城市流动的模拟器(相扑)[34]。此外,该方法与现有的比较著名的数据传播协议包括简单的洪水,援助(27DBRS], [26],DV-CAST [12]。拟议中的DDP4V评估方法的报道,数据包传输,延迟,和碰撞的数量。

4.1。评价指标

评估的性能提出DDP4V协议对现有数据传播协议,以下评价指标被认为是:(我)报道:它展示汽车的数量(比例)在有关领域,真正接收数据包。换句话说,它描述之间的关系关注区域内的总车辆,这些车辆收到数据包。更多的报道(接近100%)指定数据传播VANETs更可靠的解决方案(2)大量的数据包传输:它对应的数据包总数通过所有车辆在网络传播过程中。高传输速率的数据包可以由于冗余数据包可能导致广播风暴(3)延迟:它是由传播的时间运行数据包通过整个网络,即从源到目标车辆相关区域内。低延迟传播协议的一个重要参数特别是应用程序有时间限制,如紧急消息分布(iv)碰撞:它描述了数据包的平均数量在MAC层内所有车辆的碰撞有关的区域。高碰撞率在密集的交通状况可能导致网络广播风暴的问题。因此最小数量的碰撞(丢包率)所需的高效、可靠的传输

4.2。高速公路VANET的场景

提出DDP4V协议运行在不同VANET场景与多样化的交通状况。最初,我们认为连续满月两天后和场景中,三车道公路,车辆可以在两个相反的方向移动,也就是说,从东到西,从西到东。在每一个相反的公路边,车辆生产建立了生成和插入车辆流入网络恒定速率为800,1000,1200,1400,1600,1800,2000辆/小时。在这个场景中,超车的车辆也保证,通过插入汽车的三种类型:高,温和,使用汽车生产和低速车辆在网络流。这三种类型中,车辆能够达到最高时速33米/秒,26米/秒,分别和20米/秒。因此,场景与三种类型的车辆有不同的属性可能被视为一个动态车载网络。这些车辆的数量设置不同的仿真过程。每个模拟车辆的比例2:1:1(即。,50% of high, 25% of moderate, and 25% of low speed) of the total vehicles.

一旦模拟得到稳定,段后,任意描述事故车辆突然停在高速公路上。它生成一个2048字节的数据包和启动数据传播过程的关注区域内5公里长。在这一点上,数据包是一个紧急消息有关于事故的信息意识。要传播方向相反的公路为了通知司机接近事故的地方。因此,我们的目的是分配应急意识信息在指定的时间内通过多次反射的通信在西方的方向高速公路提醒车辆朝东的最大数量的高速公路(事故)的地方。此外,比特率设置为18兆比特/秒(在MAC层)的传动功率1.6千瓦,导致传输范围的约。为每辆车250米双线下地面传播模式35]。每一个点的结果(如图5)代表平均50多个迭代。表1封面主要仿真参数的总结高速公路场景中使用。

在图5,结果DDP4V和其他协议在高速公路场景不同的交通状况。因此,图5(一个)礼物的覆盖率结果DDP4V和所有其他协议的成功的数据传播在高速公路场景下不同的交通流量。它可以注意到只有两个协议,也就是说,DDP4V和洪水协议,获得最大可能范围内有关面积。在所有的协议相比,DDP4V礼物最好的性能方面的报道交通环境和仿真的间隔,在平均96%的水平。DDP4V产生更紧密的结果如洪水协议;然而,洪水遭受大量的传输协议,导致网络广播风暴。

图5 (b)提供了一个传输数据包的总数有关区域内传播过程中对所有协议在高速公路场景下不同的交通流量。它评估数据传播协议的效率以减少广播风暴在密集的交通情况。因此,少数量的传输确认更好的性能而言,减少广播风暴。洪水协议产生的最高传输速率,因为它不使用任何广播抑制机制。一方面,援助,DBRS和DV-CAST产生更少的传输速度比DDP4V协议,但是,另一方面,他们现在更少的覆盖范围内有关区域(图5(一个))。DDP4V协议提出了高覆盖率可接受的低开销。DBRS协议开销最低的是由于其低数据包交付有关区域内的所有其他车辆。群之间的协议,提供100%的覆盖率,DDP4V显示开销低于洪水协议约55%。

交货延迟的性能评估数据传播协议的平均时间需要交付数据包从源到目标车辆相关区域内。图5 (c)显示所有协议和说明的平均延迟援助协议受到最高的延迟。事实上,援助等待数据包接待来自其他车辆(节中讨论3所示。2的基础上),这些招待会,每辆车决定是否转发数据包或其他车辆。DDP4V,推迟交付车辆密度成反比的传输范围内车辆。因此大量的车辆存在最小交货延迟,因为车辆在理想段重新发送的数据包最短等待时间。DBRS DDP4V协议相比,DV-CAST和协议显示较小的延迟也呈现低覆盖率和小型传播距离。同样,洪水协议确认延迟的最大风险最低的广播风暴问题当交通密度增加有关。虽然DDP4V协议提供了一些额外的延迟在数据包传播一些协议相比,仍其整体延迟的存在显著降低车辆在理想的一部分。

碰撞的数量代表了一个数据包的平均数量在传播过程中碰撞。这个参数在绩效评价中起着基础性作用的数据传播协议,特别是在密集的交通状况。图5 (d)显示所有数据包碰撞的结果。因此,洪水协议,在所有的协议,分析了最多数量的碰撞,交通密度逐渐增加而增加。这是由于缺乏协调车辆中数据包转发过程;,一些车辆盲目转播,试图同时访问有限的可用带宽。剩余协议连同DDP4V现在大约类似行为的冲突,也就是说,平均1碰撞/车辆。DDP4V协议使用有效广播抑制技术,减轻高速公路场景中的广播风暴和交付数据包内所有车辆有关区域以及可接受的延迟和网络开销。

4.3。城市VANET场景没有网络分区

拟议中的协议是评估使用城市场景没有网络分区。我们认为帕萨蒂纳Manhattan-grid场景由x10等距的双车道道路占地面积1公里²。更现实的模拟环境,我们在每个网格设置80 m×80 m障碍使用静脉框架代表高层建筑减弱信号(36]。与高速公路场景中,在此,比特率设置为18兆比特/秒(在MAC层)的传动功率0.98千瓦,导致传输范围的约。为每辆车200米(35]。

一旦模拟得到稳定,车辆(源)位于网格的中心发起传播过程生成和发送2048字节的数据包的所有邻居车辆网络。同样,每一个点的是大约50迭代的平均结果。自DV-CAST协议是专门设计在高速公路场景,我们不评价这个协议。此外,评价指标用来评估DDP4V和其他协议在高速公路场景中被认为是相同的评估这些协议在城市场景。表2封面主要仿真参数的总结城市场景中使用。这边没有信号衰减,由于高层建筑在城市环境中。

结果在城市场景为所有协议没有网络分区图进行了总结6。因此,图6(一)介绍了覆盖率(%)对不同的交通密度。洪水协议声明最大交货率特别高流量密度和数据包发送到有关地区几乎所有的车辆。事实上,洪水协议重新传输数据包目的为所有车辆,因此引发的几率达到100%的覆盖率。在低流量密度,≤250辆/千米²、洪水协议不提供数据包目的所有车辆。其余的协议解释类似的性能方面的报道。初步,交通密度200 - 250辆/千米²所有协议交付数据包,大约80%的车辆。最后,在高流量密度,即400辆/千米²以上,这些协议实现100%的覆盖率。DDP4V,我们相信车辆位于理想段进一步抑制传输数据包的其他车辆在其他领域。因此,一小部分覆盖范围可能会发现在低流量密度。

图6 (b)显示的总数在传播过程中数据包传输。同样,在高速公路场景中,洪水协议提供了最高的开销的同时传输相同的数据分组的所有车辆,导致冗余重发。广播的抑制机制DDP4V协议使它减少传输数据包的数量,也就是说,大约60%,相比,洪水协议。同时,DDP4V显示传播数据的数据包数量低于援助和DBRS几乎一样。因此DDP4V改善网络性能,避免不必要的重发和可用带宽的有效利用。

图6 (c)提出了数据包的平均延迟交付所有车辆。注意洪水协议提供了一个几乎恒定的延迟在多样化的交通密度相比其他协议。在低流量密度,200 - 300辆/千米²延迟,DDP4V导致高于洪水协议。相反,与不断增长的交通密度,DDP4V数据包需要较少的时间交付所有车辆。相对,DDP4V大约25%时间交付数据包低于DBRS援助和协议。这证实DDP4V此类VANET应用程序的最佳解决方案,在数据包交付有严格时间要求不引起高网络负载很重要,例如,紧急警告消息。它可以注意到,在DDP4V协议,交付延迟随交通密度的增加而减小。这可以解释如下:当交通网络密度的增加,更多的车辆在理想的机会也会增加。因此,车辆在理想段最低传输数据包的等待时间,从而减少整个数据包传播延迟。

图6 (d)显示了平均碰撞在MAC层数据包传播过程中。可以注意到,洪水协议经历最多的碰撞,不断增加的交通密度增加。因此,洪水协议不能处理广播风暴问题,特别是在密集的交通状况。剩余的协议显示性能几乎相同的碰撞。在DDP4V协议,控制数量的冗余重发减少了数据包的碰撞车辆不需要争夺访问通道。这些结果表明,DDP4V减轻了广播风暴随着数据包交付到目标车辆可接受的延迟。

4.4。城市VANET场景与网络分区

拟议中的协议进一步评估通过考虑一个城市场景与有关网络分区内的区域。因此,我们准备一个Manhattan-grid场景由twenty-by-twenty等距的双车道道路占地面积4公里²。网络分区相关区域内,我们插入一个大型障碍(200×1000)除了源汽车有关区域分割为两个水平的地区。所以一个地区的车辆不能直接与车辆通信在另一个地区。像前面的场景中,信号衰减,障碍代表高层建筑被认为是在每一个网格。此外,比特率设置为18兆比特/秒的传输功率0.98千瓦,导致传输范围的约。为每辆车200米。

如前所述,一旦仿真成为稳定、车辆(源)位于网格的中心开始传播过程生成和发送2048字节的数据包在网络邻国。然而,数据包只在一个水平地区传播有关源周围地区车辆由于网络分区。因此数据包传播有关区域在一个地区必须通过有关车辆以外区域路由到目标车辆在其他地区。

结果所有协议在城市场景网络分区图进行了总结7。因此,图7(一)介绍了覆盖率(%)为所有协议对多样化的交通密度。交通密度较低(≤200辆/千米²),所有协议交付数据包目的大约35 - 40%的车辆相关区域内。因此,很明显,对所有协议,只有车辆位于同一侧的车辆来源(来源地区)接收传输数据包,因此减少覆盖性能。然而,随着交通密度增加,DDP4V覆盖性能的增加,因为它开始使用车辆以外有关地区为了路由数据包从源区域分区的区域。在高交通密度,即400辆/千米²,DDP4V达到超过90%的覆盖率,洪水高出30%的协议和其他协议。

图7 (b)显示的总数在传播过程中数据包传输。值得注意的是,DDP4V协议提出了最高的开销逐渐增加而增加交通密度。事实上,消息传递所需的额外的数据包通过网络分区,它指导DDP4V面对如此高的开销。尽管DDP4V的高开销,它仍然不让网络满足广播风暴问题。

图7 (c)说明了平均延迟交付数据包目的所有车辆。DDP4V礼物最高的交付延迟传播在网络中数据分区。更高的延迟DDP4V解释有关使用车辆以外的区域,这就需要额外的时间路由数据包在分区的区域网络。交货延迟DDP4V不同女士从300年到400年在不同交通密度在VANETs的大多数应用程序是可以接受的。与前面的场景中,数据传输的延迟降低交通密度增加。这可以解释如下:当交通网络密度的增加,更多的车辆在理想的机会也会增加。因此汽车在理想段最低传输的数据包等待时间,降低整体延迟。

最后,碰撞的平均数量在MAC层数据传播过程如图所示7 (d)。尽管DDP4V显示性能几乎相同的数据包碰撞(高)援助和DBRS仍然低得多(大约一半的数量)比洪水协议。控制的冗余重发DDP4V减少数据包的碰撞,使减少广播风暴问题以及可接受的交货延迟。因此,DDP4V是最合适的选择传播紧急消息在城市场景中有或没有相关区域内网络分区。

5。结论和未来的工作

在本文中,我们提出了一种新的数据传播协议,DDP4V,克服挑战广播风暴,网络分区,间歇性地连接网络,优化下货运车辆(NFVs)选择问题。拟议中的协议显示了潜在的提供一个有效的数据在不同传播VANET场景不同交通状况。提出了合理的性能在三个不同的评估场景:高速公路场景和两个城市场景和没有网络分区。

在密集的交通情况下,DDP4V喜欢理想段内的车辆(s)传播地区重新发送数据包。它减少了数据包传输延迟与日益增长的交通密度在各评估VANET场景为车辆在理想段传输的数据包最短等待时间。马车轮概念帮助DDP4V协议选择最佳的车辆在下个货运车辆进行传播过程和减少广播风暴。DDP4V协议的数量最小化冗余传输NFV通过仔细选择。

DDP4V提出了最佳性能的报道在所有流量条件下每个仿真场景。它优于其他竞争协议和交货率达到约100%在密集的交通条件下高速公路场景。即使在分区城市场景中,它提供了更多的其他评估协议相比,覆盖了30%。外面利用车辆有关区域保证成功的数据传播通过间歇性连接和扩展分区网络覆盖率相比其他评估协议。这也使得基于定时器的机制来决定何时使用选定的车辆(s)应该重新发送数据包。因此,在收到一个新的数据包,每个汽车商店和携带这个数据包,直到其生存时间到期或有关车辆离开区域,从而增加协议的健壮性。

我们建立一个仿真模型,进行综合性能评价DDP4V协议在高速公路和城市VANET的场景中。仿真结果表明,它优于其他相关协议包括援助,DBRS DV-CAST,洪水的数据包交付所有预定车辆用最小的延迟和低开销。作为未来的工作,我们的目标是提高DDP4V协议的性能等重要参数的重复的数据包的数量,包传播,啤酒花的数量。此外,我们的目标是评估我们的提出的协议在现实城市场景。因此,DDP4V是一种有效和可靠的选择传播紧急消息在高速公路和城市场景中有或没有相关区域内网络分区。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持的部分信息与通信技术研究所由韩国政府推广(IITP)拨款(MSIP)(没有。‎2017-0-00770)。也是BK21 +支持的项目(SW人力资源发展计划支持智能生活)由计算机科学与工程学院庆北国立大学,教育部,大韩民国(21 a20131600005)。

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