車載Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的跨層設(shè)計.pdf

1、車載自組網(wǎng)(Vehicular Ad-hocNetwork,VANET)協(xié)議通常采用分層結(jié)構(gòu)。每層進行單獨設(shè)計,層與層之間通過明確定義的標(biāo)準(zhǔn)化接口來實現(xiàn)信息的交互。這種方式的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)靈活,每層的功能的實現(xiàn)方式可以進行無縫的替換。例如,如果一個已有協(xié)議需要被一個新的協(xié)議替換,網(wǎng)絡(luò)的其它層并不需要進行修改。但這種方法無法解決自組網(wǎng)中的一些基本問題,比如網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。而且,許多智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transp

2、ortation Systems,ITS)的應(yīng)用需要嚴(yán)格的Qos保證,而現(xiàn)有的自組網(wǎng)解決方案無法滿足這種需求。因此人們在開發(fā)通信協(xié)議時引入跨層設(shè)計來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分層設(shè)計。為了保證協(xié)議的高效性和魯棒性,跨層設(shè)計允許信息在不同的層間內(nèi)進行交換和共享。本文在深入研究了車載自組網(wǎng)VANET中的跨層機制后,從三個方面考慮,提出了一種跨層聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計,該方案與傳統(tǒng)方案相比有很大的性能提升。
　　第一方面,我們著重考慮能量效率。能量是無線網(wǎng)絡(luò)中最

3、重要的資源。對于車載自組網(wǎng)而言,能量有特殊的意義:它對傳輸范圍、吞吐量、鏈路穩(wěn)定性等都有所影響。關(guān)于能量,有兩個問題需要研究:一個是能量供應(yīng),另一個是功率控制,本文只考慮功率控制的問題為了提高鏈路的穩(wěn)定性和吞吐量,我們考慮通信中影響功率效率的兩種狀況。第一,估計在時間t時每個節(jié)點的剩余能量。根據(jù)這個參數(shù),可以為每個節(jié)點構(gòu)筑一組―優(yōu)勢(strong)‖鄰節(jié)點。這組―優(yōu)勢‖鄰節(jié)點的剩余能量不低于所有鄰節(jié)點的平均值。這樣可以為路由過程提供―優(yōu)

4、勢‖節(jié)點,從而構(gòu)建更加穩(wěn)定的使鏈路更加穩(wěn)定。但是這種方式也面臨著中間節(jié)點能量耗盡的問題。當(dāng)一個節(jié)點被很多路徑選為中間節(jié)點時就會發(fā)生能量耗盡這種情況。為了解決這個問題我們優(yōu)化設(shè)計了每個路徑的能耗。這樣能保證節(jié)點能源能量不被耗盡,并且系統(tǒng)能源能量能夠被充分利用。因此,這樣做會帶來吞吐量更大的增益。
　　第二個方面,我們重點考慮端到端的延時控制。車載自組網(wǎng)VANET中的延時的產(chǎn)生主要是由于該網(wǎng)絡(luò)所具有的獨有特點而產(chǎn)生的,比如高動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)

5、拓撲結(jié)構(gòu)、實時變化的車輛密度和網(wǎng)絡(luò)連通性以及數(shù)據(jù)瓶頸的存在等。為了減少路徑延時和優(yōu)化發(fā)送接收數(shù)據(jù)時間,我們利用端到端的延時估計來建立路由量度度量。第一步,我們通過每個節(jié)點的分組處理延時來檢測節(jié)點處理時間,它包含所有單層和層與層之間通信處理時間。第二步,我們利用端到端的延時評估進行路由量度度量。利用延時最短鏈路所建立的路徑,可以減少路徑發(fā)現(xiàn)時間并且使建立的路由快速收斂。
　　最后,我們重點研究擁塞控制方面問題。車載自組網(wǎng)的擁塞會給通

6、信網(wǎng)絡(luò)帶來三個主要嚴(yán)重問題:長延時、高開銷和大量丟包。所以,車載自組網(wǎng)中的擁塞控制面臨著具體環(huán)境因素帶來的一些挑戰(zhàn)。研究結(jié)果表明,當(dāng)系統(tǒng)中業(yè)務(wù)量大或存在很多貪婪用戶時,這些問題會導(dǎo)致低系統(tǒng)的吞吐量會降低。當(dāng)有限的緩沖區(qū)滿時會發(fā)生擁塞,隨后的數(shù)據(jù)不得不被丟棄。因此,為了改善節(jié)點之間的鏈路和系統(tǒng)性能,我們利用MAC開銷、鏈路質(zhì)量和每個節(jié)點的數(shù)據(jù)速率來計算擁塞概率,隨后用這個參數(shù)來建立路由量度度量。通過這種方法可以保證鏈路的高可靠性和高吞吐量