車載自組網的路由協議研究

董敏娥

（陜西交通職業技術學院 信息工程系，陜西 西安 710018）

網絡的一個比較重要的功能就是進行路由，通信的根本目的就是對消息的傳達，路由就是為消息在網絡中的傳輸提供最佳路徑的。路由最基本的兩個要素是建立路由和在建立的路由上傳送數據。傳統的AODV路由協議是基于網絡節點是同構的情況下建立的路由，而車載自組網作為一個有別于傳統網絡的網絡形式，在與傳統網絡存在相通點的同時，在有的方面與傳統網絡存在很大的差異，尤其是作為主要節點的車輛，具有高速移動性的特點。改進后的車載自組網路由協議解決了傳統網絡中的路由協議所暴露出的很多問題[1-2]。

1 車載自組網路由協議

AODV（Ad Hoc On-demand Distance Vector Routing）是一種按需路由，它分為路由發現和路由維護兩部分[3]，所以改進后的車載自組網路由協議同樣也分為路由發現和路由維護兩部分。

1.1 路由發現

路由發現負責尋找一條路由。為了在車載自組網中得到更好的路由，該車載自組網路由協議中的節點由車載節點和路側節點兩部分組成，所以路由算法也是由它們來共同完成。車載節點和路側節點的信息包括IP地址信息和地理位置信息，而在每個車載節點中保存著周圍車載節點和路側節點的信息，車載節點和路側節點會定期的相互間發送心跳信息。AODV改進后的車載自組網路由協議的發現過程流程圖如圖1所示。

圖1 路由發現流程圖Fig.1 Route discovery flow diagram

1.2 路由維護

路由維護負責對找到的路由進行檢查，確定路由是否因節點移動等原因失效。一旦失效，負責通知相應的源節點刪除失效路由。車載自組網路由協議通過發送Hello消息幀進行的路由維護。Hello消息幀其實就是TTL=1時的RREP幀。TTL（Time-To-Live）為IP數據包字段，表示該幀的傳播跳數。Hello消息幀用于監測活躍路徑上相鄰節點的鏈接狀況。

車載自組網路由協議的路由維護流程[4-5]圖如圖2所示。

圖2 路由維護流程圖Fig.2 Routemaintenance flow diagram

2 仿真結果及實現介紹

2.1 仿真實驗步驟

2.1.1 仿真環境和參數的選擇

仿真使用的工具是Matlab，通過Matlab編程來實現路由協議算法，來模擬道路交通情況。仿真能實現車輛網絡拓撲圖，直觀的顯示了路由協議的性能，同時能得到大量的數據，為具體分析路由協議的性能提供了可靠的依據。

本文選擇一段1 000米長的路段，行駛10～200輛車，即100～200個車輛節點，對傳統AODV和改進后的車載自組網路由協議可信路徑距離和協議開銷進行仿真[6]。

2.1.2 仿真數據處理

當車輛節點從10逐漸增大到200時，分別記錄下Trusted_path_distance（可信路徑距離）、Trusted_path_hops（可信路徑跳數）、Hopbyhop_cost（跳數成本）的值。為了讓仿真更合理、有效，每個節點數仿真10次，然后取平均值作為該節點數下的結果。

1）直接取Trusted_path_distance（可信路徑距離）作為協議性能的衡量參數。做出節點的trusted_path_distance（可信路徑距離）坐標曲線圖。

2）利用 Trusted_path_hops（可信路徑跳數）、Hopbyhop_cost（跳數成本）的值進行路由協議開銷的計算。我們假設每個節點到另外一個節點的路由協議開銷是一樣的，記為Cost_base，則源節點到目的節點的路由協議開銷可近似為：

協議開銷=Hopbyhop_cost（跳數成本）+Trusted_path_hops（可信路徑跳數）*Hopbyhop_cost（跳數成本）

然后把協議開銷作為衡量路由協議性能的另一個參數，做出節點-協議開銷坐標曲線圖。

2.1.3 仿真實驗

分別設置車輛節點數為10到200，每個車輛節點數仿真10次取平均值[7]，所得數據如表1和表2所示：

表1 傳統AODV協議仿真參數Tab.1 Emulation parameters of traditional AODV protocol

表2 車載自組網路由協議仿真參數Tab.2 Em ulation param eters of routing protocol of vehicle Ad hoc network

2.2 仿真結果的分析與比較

圖3 傳統AODV可信路徑距離仿真Fig.3 Simulation of traditional AODV trusted path distance

圖4 傳統AODV協議開銷仿真Fig.4 Simulation of traditional AODV protocol overhead

圖5 車載自組網路由協議開銷仿真Fig.5 Simulation of routing protocol of vehicle Ad hoc network overhead

圖4 和圖5可以看出：對于傳統的AODV協議，車輛節點增加時可信傳輸路徑的距離增大，相應的協議開銷也增加。從仿真結果圖6可以看到：與傳統AODCV協議一樣，車載自組網路由協議的協議開銷也是隨著車載節點的增加而增大的，但是相比之下，車載自組網路由協議開銷隨節點數量增加的幅度遠小于傳統的AODV協議。從圖6還可以看出，隨著節點數的增加，車載自組網路由協議開銷增加幅度減小，這也體現出了AODV路由協議改進后的車載自組網路由協議的一大優勢。而這種優勢完全是因為車載自組網路由協議借助心跳信息來進行Hello消息幀的發送，而使得該協議開銷幅度大大減少[8]。

3 結束語

針對車輛高速移動性的特點，在傳統AODV的基礎上進行改進，提出適用于車載自組網的路由協議，對協議的路由發現機制和路由維護機制進行研究。應用Matlab進行仿真，驗證傳統AODV優化后得到的車載自組網路由協議能夠在車載自組網中良好的工作；仿真結果顯示，優化后的車載自組網路由協議具有更小的協議開銷。在對車載自組網路由協議的理論研究完成后，該協議在3個智能小車上進行了實現，效果良好。

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