MP2P在車聯網資源共享策略中的應用

羅建康　張巍

摘要：車載網在汽車領域的應用非常廣泛，但由于流動性高的車輛節點，導致網絡拓撲結構的變化非常快，所以傳統的C/S體系結構難以滿足車聯網的需求。文章提出了一種新的移動P2P架構在車聯網中的應用。該種架構能夠滿足移動環境下網絡拓撲結構易變化的特性，能夠使同一路測單元下的各車輛節點共享資源，減少了服務器端的帶寬壓力。關鍵詞：車聯網；MP2P；資源共享

引言

文章中車聯網的系統架構分為三個部分，車載移動終端設備即車載單元處于車聯網系統架構中的第三層，網絡中轉站的路側單元作為第二層，實現數據集中控制的網絡中心作為最上面一層。車輛節點將自身攜帶的資源及采集到的資源傳送到AP站點，AP站點再根據不同的信息種類進行分類處理。這些信息可能的流向是：一是路側單元將這些信息傳回網絡中心，網絡中心對這些信息進行處理利用；二是路側單元之間的信息傳遞，使得相近的路測單元進行信息共享；三是路側單元將信息處理過后再次傳回車載單元，對車載單元進行控制或者使得車載單元對這些信息進行利用。

在車聯網的系統架構中，如果采用傳統的C/S架構會使得服務器端的帶寬壓力非常大，并且在連接過程中的連接不間斷問題也很難保證。所以，我們根據車聯網架構的性質，以及車聯網用戶的需求，提出了一種基于移動P2P技術的合作下載方法用于車聯網中，使得車載單元在：高速移動的環境下獲得良好的用戶體驗。

1 車聯網傳統資源獲取方法

車聯網中傳統的資源獲取方法是采用C/S架構，即客戶端/服務器架構，OBU作為客戶端，RSU作為服務器，OBU統一將資源上傳到RSU，由RSU統—對這些資源進行管理控制以及提供下載。這種架構有兩個優點：一是RSU統—對這些資源進行管理，不易造成資源遺漏。二是保密性好，由服務器統一管理各個OBU，只要服務器的保密性高，就不易造成各個OBU信息的泄漏。C/S架構在車輛網中的部署示意，如圖1所示。

采用C/S架構有一個優點就是可以保證RSU覆蓋下的所有OBU都可以得到及時響應，但是也有一個缺點，就是當RSU覆蓋下的OBU數量過多時會導致RSU負荷過大。其次，如果同一RSU蓋下的多個OBU在不同時間段向RSU請求同一資源時，會使得RSU做重復動作，造成資源浪費。最后，由于車聯網的特性，使得在高速移動環境下網絡連接不穩定造成網絡中斷，影響用戶體驗。

2.1 移動P2P技術

車聯網的P2P模型采用半分布式結構，分為三層，如圖2所示，第一層是用戶終端，攜帶著用戶信息以及用戶資源；第2層為超級節點（Server）和索引節點（Tracker），Server負責存儲用戶終端上傳的資源并對這些資源進行管理分配，Tracker存儲用戶節點的文件列表，用戶終端每次獲取資源都要通過Tracker查詢哪些用戶終端擁有該資源，之后由Server統一調度，控制這些用戶終端向該用戶終端發送資源；最頂層則是中心云，中心云是總后臺，連接著多個AP，管理著連接在這些A吐的Server。

MP2P具有以下特征：

（1）網絡拓撲結構易變化：傳統P2P網絡拓撲結構一般比較穩定，不易發生變化，而MP2P網絡拓撲結構容易發生變化，不穩定，這些特點使得移動環境下網絡連接易中斷。

（2）節點本身資源有限：由于節點本身的移動性，使得節點的計算能力，存儲能力和電源供應能力都受到限制，這使得其在連接AP站點以及和AP站點及其他節點共享資源時必須考慮自身資源限制，使其能力發揮受到一定限制。

（3）網絡層分配地址不統一：傳統P2P網絡在接入路由器時就分配了IP地址，并且不會再改變，而移動P2P網絡由于其移動特性，節點在移動過程中IP地址會經常發生變化。

2.2 移動P2P技術在車聯網中的資源共享方法

資源發現策略是移動P2P網絡中車輛節點獲取其他車輛節點及AP站點資源信息列表的方法，怎樣以一種快速有效的方式響應節點請求并滿足其獲取其他資源信息請求關系到整個網絡的高效性，P2P網絡系統是為實現各節點資源共享而產生的，移動P2P網絡由于其高速移動性，滿足其資源共享策略顯得更為困難，怎樣以更低的成本，在更短的時間內以一種更為有效的方法發現其他節點并獲取其資源信息是這篇論文的研究內容。

移動P2P網絡節點的高速移動性使得其網絡拓撲節點容易發生變化，形成了網絡一致性問題。網絡拓撲一致性問題會造成其連接節點的資源經常發生變化，造成移動擾動性，而且引起數據傳輸的低效。因此，如何提高整個移動P2P網絡的覆蓋層和網絡層結構的一致『生是移動P2P網絡研究的主要內容之一。

數據分發是某個車輛節點通過某種機制方法將其他節點需要的數據通過某種高效的方式分發給所有請求該資源的車輛節點的過程。在整個網絡連接不可靠，資源有限及節點設備受限的情況下，如何以一種高效的數據分發策略直接關系到整個P2P網絡性能的優劣，數據分發基本上有下面四個過程組成：數據處理、路由選擇、數據發送和數據接收，每個過程本身的優劣程度直接影響到整個P2P網絡數據分發策略的優劣。所以，如何結合車聯網移動網絡環境的自身特點，設計一種適用于車聯網的高效的數據分發策略是車聯網移動P2P網絡研究的重要內容。

整個框架分為云端，server，tracker和移動終端四個部分，Tracker用于存儲Server和各個移動終端的資源列表，所有移動終端一旦進入AP的覆蓋范圍時，都會將自己的資源列表傳送給Tracker，當移動終端向服務器發送請求時，服務器會從Tracker的資源列表中查找，如果查找成功，則將相關的資源列表返回給移動終端，實現移動終端的點對點通信，如果查找失敗，Server則會從云端拉取資源。

由于RSU的計算能力、帶寬、內存容量有限，本論文中利用Rsu向中心云開虛擬機為車載單元服務的方法，每個節點的網絡地址及所持有的資源索引都存于中心云的資源列表中，同時，每個節點都擁有一張路由表，查詢只能指向那些路由表中的對等體（即RSu覆蓋范圍內的所有普通節點）。如圖3所示，當A車進入RSU1的覆蓋區域內時，RSU1將A車的網絡地址及所持有的資源索引通過RSU1發送至中心云，當然，B、C車進入RSU1時這個步驟已經完成，同時，覆蓋區域的所有車更新路由表，當RSU1發布一段正是A車所需要的視頻信息時，A車向RSU1發出下載申請，于是RSU1向云中開了一個虛擬機a為A車服務（只有當發出下載申請時才開虛擬機，RSU可以在云中開多個虛擬機，這就涉及到虛擬機通信與同步的概念及相關技術，虛擬機a從資源列表中監測到B車與C車剛好有視頻的片段1、片段2，于是將此資源列表信息通過RSU傳達給A車，為以后A、B、C車離開RSU1的覆蓋范圍組成自組網實現資源共享作鋪墊；當A車進入到RSU2的覆蓋范圍，需要繼續下載時，不再需要在RSU2中開虛擬機，直接改變虛擬機a的AP即可達到目的。

3 結語

信息安全問題是車聯網移動P2P網絡研究中應該關注的重要內容。目前，對移動P2P網絡信息安全的研究主要在以下幾個方面：信任管理、攻擊檢測、訪問控制；對隱私問題的匿名通信和對等信譽方面也會加以研究。移動P2P網絡在車聯網環境下能否發揮更大的作用主要集中在節點信譽方面。集中式的節點信譽管理有著自身缺點，既復雜又不一定可靠，對等信譽由于其便于管理，不屬于集中式管理，是未來節點信譽管理的理想選擇。