基于ICN的車載自組網(wǎng)絡(luò)

重慶三峽職業(yè)學(xué)院　姜　妮

基于ICN的車載自組網(wǎng)絡(luò)

重慶三峽職業(yè)學(xué)院姜妮

隨著車輛的增多，現(xiàn)代汽車技術(shù)也在飛速發(fā)展，然而，汽車導(dǎo)致的交通問題也日益嚴(yán)重，因此智能交通系統(tǒng)（ITS）也應(yīng)運(yùn)而生。同時(shí)由于汽車技術(shù)的提升，車輛上裝配了大量的傳感器和通信設(shè)備，從而形成車載自組網(wǎng)絡(luò)（VANET）。車載自組網(wǎng)絡(luò)存在移動性大，靈活等特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量堪憂，因此將信息中心網(wǎng)絡(luò)（ICN）技術(shù)應(yīng)用其中，可大大解決這些問題。本文主要介紹VANET和ICN的研究現(xiàn)狀，并介紹如何將ICN技術(shù)應(yīng)用到VANET中，充分發(fā)揮ICN優(yōu)勢的同時(shí)優(yōu)化VANET通信。

車載自組網(wǎng)絡(luò)；ICN；信息廣播

引言

如今汽車的已走進(jìn)千家萬戶，走進(jìn)了普通的家庭，人們關(guān)注的不再是能擁有汽車，而是擁有功能更強(qiáng)大，更智能的汽車，并且能給人們出行帶來方便。由于人們對汽車功能的提高，對信息的需求日益增多，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文介紹了目前較熱門的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之一的VANET的產(chǎn)生和研究現(xiàn)狀，以及ICN的產(chǎn)生背景和研究現(xiàn)狀。同時(shí)本文結(jié)合新興的ICN技術(shù)介紹了一種車載自組網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案，分析了該方案的組建原理，應(yīng)用優(yōu)勢，面對的挑戰(zhàn)。

1.VANET技術(shù)

VANET （Vehicular Ad-hoc NETwork）車輛自組織網(wǎng)絡(luò)，VANET 是交通道路上的一組公共的自組網(wǎng)絡(luò)（MANET），同時(shí)，它也是移動自組織網(wǎng)絡(luò)中的一種特殊情況，主要是以行駛的車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作為通信中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)比如說道路交通信息查詢、車間通信和Internet接入服務(wù)、事故預(yù)警、輔助駕駛等，極大的方便了我們的生活。

2.ICN技術(shù)

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)是端到端的信息交互模式，但隨著社會的高速發(fā)展，人類對信息的需求程度提高，端通信不再是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，也就是人們不再關(guān)注信息的來源，而是關(guān)注信息內(nèi)容本身。因此基于終端位置的通信網(wǎng)絡(luò)將無法較好的滿足網(wǎng)絡(luò)中對信息分發(fā)性能的需求，ICN技術(shù)順勢而發(fā)。

3.基于ICN的VANET

由于VANET具有車輛節(jié)點(diǎn)高速移動，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化頻繁，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷起伏較大的特點(diǎn)，用戶只需要知道需要什么信息，而不需要知道這些信息是如何被傳送過來的。而ICN網(wǎng)絡(luò)以信息為中心的思想，恰好適合VANET的應(yīng)用環(huán)境。

根據(jù)前面提到ICN應(yīng)用于VANET中所面臨的三大挑戰(zhàn)，本文將從信息分發(fā)角度提出一個(gè)結(jié)合VANET實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，基于ICN的NDN技術(shù)的改進(jìn)方案。該方案的提出需在假設(shè)一個(gè)較短的時(shí)間范圍內(nèi)，VANET網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)不變。

本方案將跳數(shù)引入VANET中，跳數(shù)即信息轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)過的中轉(zhuǎn)結(jié)點(diǎn)。信息起始節(jié)點(diǎn)跳數(shù)為0，用于節(jié)點(diǎn)判斷自身是否為信息起始，以便進(jìn)行重傳操作。該方案首先需要擴(kuò)展ICN，在PIT中增加hop、sendstamp和count三個(gè)字段，hop代表請求信息從原始請求節(jié)點(diǎn)發(fā)出到經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，sendstamp為對興趣包的最后一次轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間，count代表興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。

本方案的工作原理是需求方發(fā)出興趣包，最短路徑的hop先到達(dá)內(nèi)容方，內(nèi)容方將數(shù)據(jù)包中壓入興趣包的hop值進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)包到中轉(zhuǎn)方后，中轉(zhuǎn)方查看PIT中是否有匹配的興趣包，如果有，再對比hop值差值是否在合理范圍內(nèi)如果hop差值在合理范圍內(nèi)，則將hop值減1并進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，否則不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；如果沒有匹配的興趣包，則說明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)但不改動hop值，這樣就能變向?qū)崿F(xiàn)類ICN中的原路返回，并且返回路徑為最短路徑，極大地減少傳輸?shù)难訒r(shí)。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中中轉(zhuǎn)方起著非常重要的作用，它既要對興趣包進(jìn)行處理，又要雖數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。

當(dāng)接收到興趣包時(shí)，先判斷本地緩存是否有請求內(nèi)容，如果有則生成帶興趣包hop值的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)；如果沒有，則先檢查PIT中是否已有相應(yīng)的興趣包記錄，如果有，則檢查興趣包hop值是否比PIT中的值要小：如果是則表明拓?fù)淇赡馨l(fā)生變化，需要重新轉(zhuǎn)發(fā)并hop值加1，如果不是，則不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；如果PIT中沒有，則記錄該條請求，其中hop=興趣包hop+1，count=1，sendstamp=當(dāng)前時(shí)間戳，并生成新的興趣包轉(zhuǎn)發(fā)。

當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，檢查PIT中是否有相應(yīng)的興趣包，如果沒有，同時(shí)也沒有相同內(nèi)容的緩存，則馬上將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)；如果有，則查看PIT中的hop值：如果為0，則為原始節(jié)點(diǎn)，存入緩存，不轉(zhuǎn)發(fā)，如果不為0，則將數(shù)據(jù)包的hop值與PIT中hop值對比，差值在一定范圍內(nèi)，則認(rèn)為在最短路徑上，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。

這樣的信息處理方案有效的利用了VANET有效的廣播方式進(jìn)行信息傳輸，同時(shí)通過對跳數(shù)的計(jì)算實(shí)現(xiàn)的廣播的有方向性，減少了廣播的范圍，時(shí)延和帶寬的消耗，較有效的解決了ICN應(yīng)用于VANET面臨的信息分發(fā)的挑戰(zhàn)。

4.總結(jié)

由車輛過多引發(fā)的不安全、擁堵問題日益嚴(yán)重，人們對VANET的研究更加迫切。VANET具有提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確路況信息，避免不安全行車，了解周邊娛樂信息的功能，使得VANET具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。但又因VANET組網(wǎng)的特殊性，給該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)。本文通過分析VANET網(wǎng)絡(luò)組成和ICN技術(shù)，提出建立一個(gè)基于ICN技術(shù)的VANET網(wǎng)絡(luò)。通過ICN技術(shù)的以信息為中心的思想指導(dǎo)建立VANET網(wǎng)絡(luò)，并從ICN工作原理出發(fā)，提出將ICN應(yīng)用于VANET將面臨的挑戰(zhàn)。對于信息分發(fā)挑戰(zhàn)提出了一種基于中轉(zhuǎn)次數(shù)（跳數(shù)）計(jì)算的應(yīng)用方案，在減少廣播范圍的同時(shí)，提高了帶寬的利用率，適應(yīng)于VANET網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

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姜妮（1992—），女，重慶人，學(xué)士，現(xiàn)供職于重慶三峽職業(yè)學(xué)院，研究方向：電子通信。