基于最優方案VANET協議的研究

宋曉雨

（大連職工大學 遼寧 116033）

0 引言

車輛自組織網絡（VANET）是移動自組網絡工作組（MANET）在車輛應用方面的延伸，也是物聯網絡在車輛應用方面的延伸，目前是一個很有發展前景的項目之一。與傳統有線網絡相比，VANET具有實施靈活、管理方便、架構新穎、強烈實現、無中心、自組織等方面的特點。

1 車輛自組織網絡的實現方式

車輛自組織網絡（VANET）是一種無線多節點多跳的移動網絡，它的通信是通過下面的方式實現的：道路中每一輛汽車只要安裝了車載路由器并開啟使用（如 3G等）就可以作為車輛自組織網絡的一個節點，路邊的交通設施只要安裝了通信設備并開啟通信功能也可以作為車載自組織網絡的一個節點（如路邊交通信號燈，路邊固定通信設備，加油站，停車場等等），在一定的通信范圍（一般在幾百米到幾千米）內節點之間可以實現彼此通信，發送并更新位置、速度等信息；當兩個節點之間的物理距離超出通信距離范圍時，節點可以通過輛車之間的在通信范圍內的其他車輛或這路邊通信節點作為媒介多跳實現通信，更新信息數據。假若兩節點之間的物理距離不在通信范圍內，并且兩節點之間沒有能夠利用的中間媒介節點時，該節點就會攜帶信息繼續前行，直到找到通信范圍內的其他節點，將信息數據發送出去，并更新自己現有的信息數據，再將信息多跳的傳遞給目的節點。這種通信是雙向的，所有通信節點既可以接收信息數據，也可以發送信息數據，同時每個節點在網絡中也起到路由器的作用，實現信息數據多跳的發送接受。

2 節點的通信過程

獲取信號→發射前處理→發射信號→通過移動網絡→接收信號→接受后處理。

車輛自組織網絡（VANET）的出現，在很多方面都大大方便的人們的出行生活。如基于交通安全方面的應用，這一應用的實現，通過交通燈警告、路牌提示、路面情況檢測等方式，幫助人們有效的避免及減少交通事故的發生，這類應用對通信的及時性和可靠性要求較高；基于交通效率方面的應用，這一應用的實現，通過測量車輛信息、路況信息、路徑預測、收費情況等方式，幫助人們改善車輛出行的條件，提高交通效率，這類應用對通信的及時更新和真實性要求較高；基于商業方面應用，這一應用的實現，通過人們對某些信息的查詢，如查找停車場、餐飲、商場、加油站等，使得商家有了商業推廣的途徑，通過這一應用，讓人們能夠快速找到自己、提高知名度，實現商業推廣的目的，同時也方便了人們的出行；基于娛樂、服務方面的應用，這一應用的實現，通過互動通訊、媒體傳輸、Internet服務等方式，幫助人們實現觀看下載視音頻、移動辦公、在線游戲、社交活動等，豐富人們的出行生活，同時這類應用對于網絡帶寬的要求較高。

隨著人們生活質量的不斷提高，對于出行的要求也越來越高，人們希望能夠以一種更為安全、更有效率、同時能夠滿足娛樂的方式出行，車載自組網的幫助人們解決了這一問題并得到普遍應用，相信未來還會繼續發展。為了使得通信及時、快速、準確、安全的實現，如何建立應對拓撲變化如此快速的網絡路由協議將是我們的研究重點。目前市場銷售的大部分導航軟件一般采用的是最短路徑策略或最少收費策略，這種方式在一般情況下能夠滿足人們的某一出行要求，但對于當前交通路況擁堵的情況下，這幾種策略顯然是行不通的，最短路徑或最少收費的方式不僅不能給使用者節省時間，還可能降低了出行的效率。本文在基于最短路徑的方式上進行加工，加入了道路車輛擁堵情況，綜合多種因素選取出最優方案，實現方便出行的目的，提高效率。

3 基本假設

假設每輛車都能通過車載導航知道自己和其他VANET中車輛節點的位置，速度，等待時間及鄰居節點的距離和方向，并得到電子地圖。汽車節點間的通信范圍距離為500 m。路口用In表示。從路口I i到路口 I j記為 r ij。當相鄰車輛間的物理距離小于1m，并且車輛行駛速度小于12公里/小時或者車輛的等待時間超出5分鐘都計為堵車情況。

4 場景

假設某車輛想要到某停車場去，通過車載導航可以得知該停車場的位置。該車輛有兩條路徑可以選擇即路徑 1和路徑2。如果按照最短路徑的方法查找，路由就會選擇路徑1上車輛作為嚇一跳節點，但是由于路徑 1上車輛較少，消息不能及時傳遞給下一節點車輛，導致消息滯后，發送延遲，不能及時更新。所以相對而言，由于路徑 2上車輛多，在每段通信范圍內都有通信節點存在，保證了消息傳遞的成功性，消息得以及時更新。為了減少消息更新的延遲，我們應盡量選擇車輛密度相能夠保證通信距離的道路，以保證消息能夠順利的轉發出去。同時在滿足通信距離的前提下，也要將處于堵車的道路排除，避免由于道路車輛擁堵導致效率下降。

在協議中，車輛自組織網絡的拓撲結構用連通圖表示。邊的方向就是車輛的行駛方向，每條路段中消息轉發的時間作為邊的權重。本協議對車輛密度、車速、等待時間、方向加以判斷和處理，得到每條邊的長度作為權重，再利用貪婪算法求出該圖的最短路徑，排序，對于滿足車輛密度、車速、等待時間等判斷條件的所有路徑再用貪婪算法求每條路徑的權重，再進行計算，求出滿足消息轉發最優條件下的距離最短路徑，作為本協議的最優路徑。既保證了數據通信的及時性又能利用較短的路徑到達目的地。

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