一種用于VNETs的內容命名與路由方法

楊鳳++劉金眉++黃珊珊

摘 要：在智能車聯網環境下，節點具有高度的動態特性，現有的互聯網體系架構難以較好的適應這類場景。基于命名數據網絡（NDN，Named Data Networking）這種以內容為中心的新型網絡體系結構，提出一種基于多層P：L對結構的內容命名方法，實現匹配粒度可選特性；設計一種分檔增量計數式布魯姆過濾器結構，實現高效的名字匹配與查詢。該方法可為智能車聯網環境下的高效通信問題研究提供參考與借鑒。

關鍵詞：車聯網；命名數據網絡；布魯姆過濾器

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

作為第一個實用的車聯網系統，Telematics將各種通信方式與車輛信息系統融合，實現了追蹤、導航、安全駕駛、車載無線通信等大量應用，但其主要是面向車輛運營服務的，強調“集成與融合”，對通信網絡本身關注不足；在隨后的一段時間內，CEN、ISO、IEEE等組織先后制定了適用于AVI和ETC等場景，涵蓋從物理層到應用層的專用短距通信標準（DSRC）[1]；作為針對車聯網環境的深度改進協議，802.11p[2]得到了廣泛的關注與研究，這使得車聯網逐步走向實際應用。然而，上述系統、協議大多基于現有的網絡體系架構，而基于TCP/IP的網絡體系架構受限于“身份—位置”的綁定關系，對移動通信的支持較為欠缺。尤其是在智能車聯網環境下，其通信效率不足以支撐未來的應用需求。

命名數據網絡通過解耦“內容—位置”的強綁定關系，提出一種以數據為中心（data-centric）的網絡體系結構[3]，如圖1所示。

本文基于NDN體系結構，研究并提出一種用于VNETs的內容命名與路由方法。

2 相關研究工作（Related work）

在智能車聯網環境下，由于車輛的移動而導致各節點之間的通信鏈路具有較強的時空屬性，網絡拓撲結構呈現出非穩定狀態，而滿足約束條件的連通性拓撲又是實時尋址的基礎。Hou等[4]研究了城市環境下的車聯網連通性問題，引入速度、大小等度量值來描繪車輛移動與網絡連通性并提出了相應的數學模型來表達二者之間的關系。Ait Ali K等[5]分析了車流的時空屬性對網絡拓撲結構和變化的影響，提出了一個適應于城市和郊區環境的移動模型（V-MBMM，Vehicular Mask-Based Mobility Model），基于實際數據的實驗結果表明了該模型的適應性。楊放春等[6]提出了一種支持終端用戶高速移動的垂直切換方法，根據網絡屬性和終端運動趨勢建立相應的切換概率分布，然后根據用戶偏好選擇相應的決策樹進行決策。Zhang等[7]提出并跟進研究“命名數據網絡架構”，對設備與內容進行命名，名字具有層次化結構且對網絡透明，可以有效地解耦內容與地址，能有效支持節點移動。張宏科等[8]提出了一種ICN環境下基于定位器的移動支持方案，可提供增強轉發功能，對車聯網實時尋址研究具有一定的借鑒意義。Grassi等[9]在NDN架構下，研究了車聯網命名、尋址和安全等問題，并在UCLA的車聯網試驗環境下開展了可行性驗證工作。

3 內容命名方法（Content naming method）

內容由提供者發布，其命名由“名字”“公鑰”和“GUID”這三個要素組成，數據訪問由用戶驅動。本文采用基于多層P：L對結構的內容命名方法，實現匹配的粒度可選性，以滿足不同量級的應用需求，提高靈活性，具體如圖2所示。

其中，“P”是發布者公鑰的密碼哈希值，這是一個扁平化的結構，可利用加密哈希函數來實現名字與公鑰的綁定，接收方可通過對應的哈希運算來校驗接收到的“名字—公鑰”綁定關系是否匹配，從而排除虛假的綁定聲明，內在提供抵抗DoS攻擊的能力；“L”是數據塊的唯一識別標簽。通過這種層次結構，能提供更強的內在安全特性。將“公鑰—現實身份”之間的綁定獨立于網絡本身，由第三方CA提供，可以靈活地選擇具體的認證方案并隨同其一起更新、演進，而不用對網絡基礎結構做改動。同時，也能實現不同粒度的內容聚合，可以為同一路由記錄匹配多種粒度的映射關系，在用戶組織機構變更或是部署節點發生改變的情況下，甚至不用更新路由信息就能實現“粒度換靈活性”。

5 結論（Conclusion）

本文針對智能車聯網環境下的高效通信機制開展研究，基于命名數據網絡這種新型網絡體系結構，提出了一種層次化的內容命名方法，設計了一種分檔增量計數式布魯姆過濾器結構。采用該方法與機制，可實現在車聯網這類高度動態場景下的節點命名與自適應快速查找。

參考文獻（References）

[1] W.Xinzhou，et al.Vehicular Communications Using DSRC：Challenges，Enhancements，and Evolution[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications（JSAC），2013，31：399-408.

[2] IEEE Guide for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）-Architecture[J].IEEE Std 1609.0-2013，2014：1-78.

[3] L.Zhang，et al.Named data networking[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2014，44（4）：66-73.

[4] X.Hou，et al.Modeling the Impact of Mobility on the Connectivity of Vehicular Networks in Large-Scale Urban Environment[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，

2016，65（4）：2753-2758.

[5] Ait Ali K，Baala O，Caminada A.On the Spatiotemporal Traffic Variation in Vehicle Mobility Modeling[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2015，64（2）：652-667.

[6] 范存群，等.基于認知自選擇決策樹的垂直切換方法研究[J].通信學報，2013，34（11）：71-80.

[7] Zhang L，et al.Named data networking[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2014，44（3）：66-73.

[8] Rao Y，et al.LBMA：A novel Locator Based Mobility support Approach in Named Data Networking[J].Communications，China，

2014，11（4）：111-120.

[9] Grassi G，et al.VANET via named data networking[C].IEEE Conference on Computer Communications Workshops （INFOCOM WKSHPS），2014：410-415.

作者簡介：

楊 鳳（1981-），女，碩士，副教授.研究領域：車聯網，命名

數據網絡.

劉金眉（1996-），女，本科生.研究領域：車聯網.

黃珊珊（1996-），女，本科生.研究領域：車聯網.