Research on Local Route Repair Algorithms in Vehicular Ad Hoc Network.pdf

1、移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network，MANET）是一種自組織、無中心化、無固定基礎(chǔ)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點群間歇地接近其他節(jié)點的通信范圍，與其他節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)或信息的交換。車載網(wǎng)絡(luò)是一種特殊類型的MANET，它利用處于通信范圍內(nèi)的車載單元和路側(cè)單元（在車上或道路兩側(cè)的設(shè)備），將數(shù)據(jù)在車輛之間(vehicle to vehicle，V2V）或車輛與基礎(chǔ)設(shè)備之間（Vehicle To Infrastructur

2、e，V2I）進(jìn)行交換。由于車載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)性，例如車輛速度隨在不同時段的差異、車流量的變化和不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對車載網(wǎng)絡(luò)在可靠性、服務(wù)質(zhì)量等方面具有不同的網(wǎng)絡(luò)需求，以及車載網(wǎng)絡(luò)的高動態(tài)特性通常會導(dǎo)致路由不穩(wěn)定，加上近年來出現(xiàn)的車載 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（VANETs）單播應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)接入、內(nèi)容、地圖以及數(shù)據(jù)庫下載等方面的不安全性，都要求車載網(wǎng)的協(xié)議具備高度穩(wěn)定或快速恢復(fù)的能力，設(shè)計一種有效適用于車載網(wǎng)絡(luò)并具備穩(wěn)定路由特性的協(xié)議具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。

3、
　　現(xiàn)有研究中已有許多解決路由問題的協(xié)議，例如 AODV，DSR，DSDV，GPSR等路由協(xié)議已廣為研究者所接受，其中 AODV是最廣為研究的路由協(xié)議之一，但其他對該協(xié)議的改進(jìn)在路由失效、路由維護(hù)或修復(fù)方面仍然沒有一個解決方案，是近十多年來研究的熱點問題。為應(yīng)付頻繁的路由失效的問題，傳統(tǒng)的AODV路由協(xié)議要求節(jié)點檢測線路故障，向源節(jié)點報錯并釋放已失效路由的所有資源，源節(jié)點在收到報錯信息后將重新開始一個新的路由接連，這會產(chǎn)生很多額

4、外的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致很高的網(wǎng)絡(luò)延時、數(shù)據(jù)丟失以及網(wǎng)絡(luò)開銷，為解決這些問題，已經(jīng)提出了一些解決方案，其中部分是針對避免路由失效而另一部分是在路由失效后采取措施從故障中恢復(fù)。能量監(jiān)測的方式在節(jié)點電量耗盡時切換到其他節(jié)點，對因節(jié)點死亡而引起的路由失效有一定作用，但還需要方法來進(jìn)行恢復(fù)。這是因為車載網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點的不可預(yù)知性，比如一個節(jié)點可能完全背離給定的路由甚至因為某些不可預(yù)知的原因完全關(guān)閉。因此，為了處理這些路由失效問題，很多研究者采用了局部修復(fù)

5、的方法，這種方法由一個中間節(jié)點檢測到路由故障后在局部嘗試修復(fù)該路由，而不是每一次都讓源節(jié)點重新尋找路由。一些局部修復(fù)的策略已經(jīng)被提出，包括一跳修復(fù)、兩跳修復(fù)和目的節(jié)點修復(fù)。在一跳局部修復(fù)中，節(jié)點接收到數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)到目的地的路線已經(jīng)斷開，則針對斷開連接的節(jié)點進(jìn)行重連接修復(fù)。由于斷開連接的節(jié)點可能是偏離了設(shè)定路由或已經(jīng)關(guān)閉，因而無法重新連接，所以這種方法具有較高的不確定性。兩跳局部修復(fù)以連接到已斷開連接節(jié)點的下一跳鄰居為目的，比一跳局部修復(fù)的

6、效果更好，這是因為當(dāng)一個節(jié)點的直接鄰居失效后，其兩跳鄰居節(jié)點很有可能仍然可用并提供到達(dá)目的地的新路線。然而，如果處理不得當(dāng)，二跳節(jié)點局部修復(fù)可能導(dǎo)致節(jié)點發(fā)送錯誤信息，例如節(jié)點在局部修復(fù)過程中，沒有將整個路由的源節(jié)點作為源，而是將上一跳節(jié)點作為，那么這個節(jié)點最后就只會向修復(fù)節(jié)點發(fā)送反饋信息，而不會向整個路由的源節(jié)點發(fā)送，因此只有修復(fù)節(jié)點和目的節(jié)點之間的節(jié)點更新了如跳數(shù)等路由信息。如果節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)送了一個路由修復(fù)請求，那么就像是一條新路

7、由鏈路的建立請求并等待路由建立，在大多數(shù)機制中，如果這一步發(fā)生錯誤，修復(fù)節(jié)點會向源節(jié)點廣播錯誤信息，并在有需要的情況下建立一條新的路由，這就增加了發(fā)生廣播風(fēng)暴與高丟包率的可能性。除了上述的路由失效的問題，在 AODV的實驗中表明，由于無關(guān)節(jié)點發(fā)送的廣播信息，接收信息產(chǎn)生的路由開銷與發(fā)送的消息相比成指數(shù)增長，這個現(xiàn)象沒有在現(xiàn)有文獻(xiàn)中提到過。
　　為了緩解上述問題，我們提出了一種混合的修復(fù)方案，該方案將兩跳局部修復(fù)與目的節(jié)點修復(fù)相結(jié)合

8、。這種修復(fù)路由的方法首先做一次兩跳局部修復(fù)的嘗試，若修復(fù)成功，則繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，否則采用目的節(jié)點修復(fù)。為實現(xiàn)這一修復(fù)機制，首先需要對傳統(tǒng) AODV作的一些改變，即：在路由建立的過程中，路由表中需要記錄兩跳范圍的路由區(qū)域。本文也在 AODV的反饋信息中嵌入了地址信息，鄰居節(jié)點可以將該地址信息再發(fā)送給鄰居的鄰居的節(jié)點，以確定兩跳范圍的路由信息，這個過程在目的節(jié)點對源節(jié)點的反饋信息中來進(jìn)行。本文還提出了在路由修復(fù)過程中用于建立路由的修復(fù)信息（U

9、nder Repair Message，RUR），這個消息是對所提出機制的一個要求，當(dāng)中間節(jié)點初始化一個目的節(jié)點的局部修復(fù)時，他們需要向源節(jié)點發(fā)送一個單播的路由修復(fù)信息（RUR），用來建立上游路線。當(dāng)源節(jié)點收到該消息后，就對修復(fù)時間進(jìn)行估算，如果在修復(fù)時間之后仍未修復(fù)該線路，且該線路又是必須的，則源節(jié)點需要重新建立一條路徑。在這種方式下，通常會產(chǎn)生的大量額外控制信息和路由廣播消息得到減少，降低了廣播風(fēng)暴的可能性。此外，源可以減少被發(fā)送的

10、數(shù)據(jù)的大小，以降低中間節(jié)點緩存區(qū)溢出的可能性以及節(jié)省帶寬和能耗。本文實現(xiàn)了上述路由修復(fù)機制，為了與 AODV相區(qū)分，稱之為混合修復(fù)的AODV機制（Hybrid Repair AODV，HR-AODV），NS2仿真運行在 Windows7系統(tǒng)下的virtual-box虛擬機中安裝的32位操作系統(tǒng)Ubuntu3.25，實驗結(jié)果表明，該機制在數(shù)據(jù)發(fā)送開銷、丟包率以及包交付率等方面比傳統(tǒng) AODV協(xié)議平均優(yōu)化了約10％的性能。雖然在上述方面的改