Research on Local Route Repair Algorithms in Vehicular Ad Hoc Network.pdf

1、移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)（Mobile Ad Hoc Network，MANET）是一種自組織、無(wú)中心化、無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)群間歇地接近其他節(jié)點(diǎn)的通信范圍，與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)或信息的交換。車(chē)載網(wǎng)絡(luò)是一種特殊類(lèi)型的MANET，它利用處于通信范圍內(nèi)的車(chē)載單元和路側(cè)單元（在車(chē)上或道路兩側(cè)的設(shè)備），將數(shù)據(jù)在車(chē)輛之間(vehicle to vehicle，V2V）或車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)備之間（Vehicle To Infrastructur

2、e，V2I）進(jìn)行交換。由于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)性，例如車(chē)輛速度隨在不同時(shí)段的差異、車(chē)流量的變化和不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)在可靠性、服務(wù)質(zhì)量等方面具有不同的網(wǎng)絡(luò)需求，以及車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的高動(dòng)態(tài)特性通常會(huì)導(dǎo)致路由不穩(wěn)定，加上近年來(lái)出現(xiàn)的車(chē)載 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)（VANETs）單播應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)接入、內(nèi)容、地圖以及數(shù)據(jù)庫(kù)下載等方面的不安全性，都要求車(chē)載網(wǎng)的協(xié)議具備高度穩(wěn)定或快速恢復(fù)的能力，設(shè)計(jì)一種有效適用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)并具備穩(wěn)定路由特性的協(xié)議具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。

3、
　　現(xiàn)有研究中已有許多解決路由問(wèn)題的協(xié)議，例如 AODV，DSR，DSDV，GPSR等路由協(xié)議已廣為研究者所接受，其中 AODV是最廣為研究的路由協(xié)議之一，但其他對(duì)該協(xié)議的改進(jìn)在路由失效、路由維護(hù)或修復(fù)方面仍然沒(méi)有一個(gè)解決方案，是近十多年來(lái)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。為應(yīng)付頻繁的路由失效的問(wèn)題，傳統(tǒng)的AODV路由協(xié)議要求節(jié)點(diǎn)檢測(cè)線(xiàn)路故障，向源節(jié)點(diǎn)報(bào)錯(cuò)并釋放已失效路由的所有資源，源節(jié)點(diǎn)在收到報(bào)錯(cuò)信息后將重新開(kāi)始一個(gè)新的路由接連，這會(huì)產(chǎn)生很多額

4、外的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致很高的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、數(shù)據(jù)丟失以及網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，為解決這些問(wèn)題，已經(jīng)提出了一些解決方案，其中部分是針對(duì)避免路由失效而另一部分是在路由失效后采取措施從故障中恢復(fù)。能量監(jiān)測(cè)的方式在節(jié)點(diǎn)電量耗盡時(shí)切換到其他節(jié)點(diǎn)，對(duì)因節(jié)點(diǎn)死亡而引起的路由失效有一定作用，但還需要方法來(lái)進(jìn)行恢復(fù)。這是因?yàn)檐?chē)載網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)的不可預(yù)知性，比如一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能完全背離給定的路由甚至因?yàn)槟承┎豢深A(yù)知的原因完全關(guān)閉。因此，為了處理這些路由失效問(wèn)題，很多研究者采用了局部修復(fù)

5、的方法，這種方法由一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到路由故障后在局部嘗試修復(fù)該路由，而不是每一次都讓源節(jié)點(diǎn)重新尋找路由。一些局部修復(fù)的策略已經(jīng)被提出，包括一跳修復(fù)、兩跳修復(fù)和目的節(jié)點(diǎn)修復(fù)。在一跳局部修復(fù)中，節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)到目的地的路線(xiàn)已經(jīng)斷開(kāi)，則針對(duì)斷開(kāi)連接的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重連接修復(fù)。由于斷開(kāi)連接的節(jié)點(diǎn)可能是偏離了設(shè)定路由或已經(jīng)關(guān)閉，因而無(wú)法重新連接，所以這種方法具有較高的不確定性。兩跳局部修復(fù)以連接到已斷開(kāi)連接節(jié)點(diǎn)的下一跳鄰居為目的，比一跳局部修復(fù)的

6、效果更好，這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的直接鄰居失效后，其兩跳鄰居節(jié)點(diǎn)很有可能仍然可用并提供到達(dá)目的地的新路線(xiàn)。然而，如果處理不得當(dāng)，二跳節(jié)點(diǎn)局部修復(fù)可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)發(fā)送錯(cuò)誤信息，例如節(jié)點(diǎn)在局部修復(fù)過(guò)程中，沒(méi)有將整個(gè)路由的源節(jié)點(diǎn)作為源，而是將上一跳節(jié)點(diǎn)作為，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)最后就只會(huì)向修復(fù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送反饋信息，而不會(huì)向整個(gè)路由的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送，因此只有修復(fù)節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)更新了如跳數(shù)等路由信息。如果節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送了一個(gè)路由修復(fù)請(qǐng)求，那么就像是一條新路

7、由鏈路的建立請(qǐng)求并等待路由建立，在大多數(shù)機(jī)制中，如果這一步發(fā)生錯(cuò)誤，修復(fù)節(jié)點(diǎn)會(huì)向源節(jié)點(diǎn)廣播錯(cuò)誤信息，并在有需要的情況下建立一條新的路由，這就增加了發(fā)生廣播風(fēng)暴與高丟包率的可能性。除了上述的路由失效的問(wèn)題，在 AODV的實(shí)驗(yàn)中表明，由于無(wú)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的廣播信息，接收信息產(chǎn)生的路由開(kāi)銷(xiāo)與發(fā)送的消息相比成指數(shù)增長(zhǎng)，這個(gè)現(xiàn)象沒(méi)有在現(xiàn)有文獻(xiàn)中提到過(guò)。
　　為了緩解上述問(wèn)題，我們提出了一種混合的修復(fù)方案，該方案將兩跳局部修復(fù)與目的節(jié)點(diǎn)修復(fù)相結(jié)合

8、。這種修復(fù)路由的方法首先做一次兩跳局部修復(fù)的嘗試，若修復(fù)成功，則繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，否則采用目的節(jié)點(diǎn)修復(fù)。為實(shí)現(xiàn)這一修復(fù)機(jī)制，首先需要對(duì)傳統(tǒng) AODV作的一些改變，即：在路由建立的過(guò)程中，路由表中需要記錄兩跳范圍的路由區(qū)域。本文也在 AODV的反饋信息中嵌入了地址信息，鄰居節(jié)點(diǎn)可以將該地址信息再發(fā)送給鄰居的鄰居的節(jié)點(diǎn)，以確定兩跳范圍的路由信息，這個(gè)過(guò)程在目的節(jié)點(diǎn)對(duì)源節(jié)點(diǎn)的反饋信息中來(lái)進(jìn)行。本文還提出了在路由修復(fù)過(guò)程中用于建立路由的修復(fù)信息（U

9、nder Repair Message，RUR），這個(gè)消息是對(duì)所提出機(jī)制的一個(gè)要求，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)初始化一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的局部修復(fù)時(shí)，他們需要向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)單播的路由修復(fù)信息（RUR），用來(lái)建立上游路線(xiàn)。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到該消息后，就對(duì)修復(fù)時(shí)間進(jìn)行估算，如果在修復(fù)時(shí)間之后仍未修復(fù)該線(xiàn)路，且該線(xiàn)路又是必須的，則源節(jié)點(diǎn)需要重新建立一條路徑。在這種方式下，通常會(huì)產(chǎn)生的大量額外控制信息和路由廣播消息得到減少，降低了廣播風(fēng)暴的可能性。此外，源可以減少被發(fā)送的

10、數(shù)據(jù)的大小，以降低中間節(jié)點(diǎn)緩存區(qū)溢出的可能性以及節(jié)省帶寬和能耗。本文實(shí)現(xiàn)了上述路由修復(fù)機(jī)制，為了與 AODV相區(qū)分，稱(chēng)之為混合修復(fù)的AODV機(jī)制（Hybrid Repair AODV，HR-AODV），NS2仿真運(yùn)行在 Windows7系統(tǒng)下的virtual-box虛擬機(jī)中安裝的32位操作系統(tǒng)Ubuntu3.25，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)制在數(shù)據(jù)發(fā)送開(kāi)銷(xiāo)、丟包率以及包交付率等方面比傳統(tǒng) AODV協(xié)議平均優(yōu)化了約10％的性能。雖然在上述方面的改