車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的跨層設(shè)計(jì).pdf

1、車載自組網(wǎng)(Vehicular Ad-hocNetwork,VANET)協(xié)議通常采用分層結(jié)構(gòu)。每層進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì),層與層之間通過(guò)明確定義的標(biāo)準(zhǔn)化接口來(lái)實(shí)現(xiàn)信息的交互。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活,每層的功能的實(shí)現(xiàn)方式可以進(jìn)行無(wú)縫的替換。例如,如果一個(gè)已有協(xié)議需要被一個(gè)新的協(xié)議替換,網(wǎng)絡(luò)的其它層并不需要進(jìn)行修改。但這種方法無(wú)法解決自組網(wǎng)中的一些基本問(wèn)題,比如網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。而且,許多智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transp

2、ortation Systems,ITS)的應(yīng)用需要嚴(yán)格的Qos保證,而現(xiàn)有的自組網(wǎng)解決方案無(wú)法滿足這種需求。因此人們?cè)陂_(kāi)發(fā)通信協(xié)議時(shí)引入跨層設(shè)計(jì)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分層設(shè)計(jì)。為了保證協(xié)議的高效性和魯棒性,跨層設(shè)計(jì)允許信息在不同的層間內(nèi)進(jìn)行交換和共享。本文在深入研究了車載自組網(wǎng)VANET中的跨層機(jī)制后,從三個(gè)方面考慮,提出了一種跨層聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計(jì),該方案與傳統(tǒng)方案相比有很大的性能提升。
　　第一方面,我們著重考慮能量效率。能量是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中最

3、重要的資源。對(duì)于車載自組網(wǎng)而言,能量有特殊的意義:它對(duì)傳輸范圍、吞吐量、鏈路穩(wěn)定性等都有所影響。關(guān)于能量,有兩個(gè)問(wèn)題需要研究:一個(gè)是能量供應(yīng),另一個(gè)是功率控制,本文只考慮功率控制的問(wèn)題為了提高鏈路的穩(wěn)定性和吞吐量,我們考慮通信中影響功率效率的兩種狀況。第一,估計(jì)在時(shí)間t時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量。根據(jù)這個(gè)參數(shù),可以為每個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)筑一組―優(yōu)勢(shì)(strong)‖鄰節(jié)點(diǎn)。這組―優(yōu)勢(shì)‖鄰節(jié)點(diǎn)的剩余能量不低于所有鄰節(jié)點(diǎn)的平均值。這樣可以為路由過(guò)程提供―優(yōu)

4、勢(shì)‖節(jié)點(diǎn),從而構(gòu)建更加穩(wěn)定的使鏈路更加穩(wěn)定。但是這種方式也面臨著中間節(jié)點(diǎn)能量耗盡的問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)被很多路徑選為中間節(jié)點(diǎn)時(shí)就會(huì)發(fā)生能量耗盡這種情況。為了解決這個(gè)問(wèn)題我們優(yōu)化設(shè)計(jì)了每個(gè)路徑的能耗。這樣能保證節(jié)點(diǎn)能源能量不被耗盡,并且系統(tǒng)能源能量能夠被充分利用。因此,這樣做會(huì)帶來(lái)吞吐量更大的增益。
　　第二個(gè)方面,我們重點(diǎn)考慮端到端的延時(shí)控制。車載自組網(wǎng)VANET中的延時(shí)的產(chǎn)生主要是由于該網(wǎng)絡(luò)所具有的獨(dú)有特點(diǎn)而產(chǎn)生的,比如高動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)

5、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)變化的車輛密度和網(wǎng)絡(luò)連通性以及數(shù)據(jù)瓶頸的存在等。為了減少路徑延時(shí)和優(yōu)化發(fā)送接收數(shù)據(jù)時(shí)間,我們利用端到端的延時(shí)估計(jì)來(lái)建立路由量度度量。第一步,我們通過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的分組處理延時(shí)來(lái)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)處理時(shí)間,它包含所有單層和層與層之間通信處理時(shí)間。第二步,我們利用端到端的延時(shí)評(píng)估進(jìn)行路由量度度量。利用延時(shí)最短鏈路所建立的路徑,可以減少路徑發(fā)現(xiàn)時(shí)間并且使建立的路由快速收斂。
　　最后,我們重點(diǎn)研究擁塞控制方面問(wèn)題。車載自組網(wǎng)的擁塞會(huì)給通

6、信網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)三個(gè)主要嚴(yán)重問(wèn)題:長(zhǎng)延時(shí)、高開(kāi)銷和大量丟包。所以,車載自組網(wǎng)中的擁塞控制面臨著具體環(huán)境因素帶來(lái)的一些挑戰(zhàn)。研究結(jié)果表明,當(dāng)系統(tǒng)中業(yè)務(wù)量大或存在很多貪婪用戶時(shí),這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致低系統(tǒng)的吞吐量會(huì)降低。當(dāng)有限的緩沖區(qū)滿時(shí)會(huì)發(fā)生擁塞,隨后的數(shù)據(jù)不得不被丟棄。因此,為了改善節(jié)點(diǎn)之間的鏈路和系統(tǒng)性能,我們利用MAC開(kāi)銷、鏈路質(zhì)量和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)速率來(lái)計(jì)算擁塞概率,隨后用這個(gè)參數(shù)來(lái)建立路由量度度量。通過(guò)這種方法可以保證鏈路的高可靠性和高吞吐量