面向车载命名数据网络的数据转发模型的设计与实现

发布时间：2020-09-10 10:35

　　随着物联网的发展日益迅速,人们对汽车的要求也不断提高,智能交通建设到了一个白热化的阶段。由于当前所使用的网络架构是IP体系,导致了目前市场上出现的车联网与真正意义上的车联网有一定的差距。为了缩小这个差距,提出了以内容为中心的数据命名网络架构,即NDN(Named Data Networking)网络。NDN网络架构相比于主机地址为中心的IP网络架构更加适用于车联网的具体场景。从本质上来看,NDN网络架构与IP网络架构的区别就是用以内容命名的数据来对IP地址进行替代,关注的重点从数据的获得途径转变到了数据本身。同时NDN网络架构中的每个节点自身也带有缓存机制,这样就能通过数据的广泛分布来提高数据获取的效率。目前,将NDN网络架构与车联网结合的过程中仍旧面临一些挑战,尤其是在高速移动的车辆节点之间,对于兴趣包转发方式一直是研究热点之一。因此,针对洪泛广播策略造成的信息大量丢失以及开销过重等问题,本文提出了适用于城市道路环境的面向车载命名数据网络的数据转发模型。由于数据是沿着兴趣包转发的轨迹来传递的,因此本文转发模型的设计主要针对兴趣包的转发轨迹。首先,该转发模型为了避免对兴趣包的缓存造成过大的开销,对接收兴趣包的车辆节点做出了条件限制。其次,以找到目标节点位置坐标为出发点,通过地理位置路由中的路间节点算法和路口节点算法判断节点自身是否适合转发该兴趣包。通过这些合理的转发节点构成的转发路径来保证兴趣包传递的可靠性和高效性。在地理位置路由转发算法中,当节点与上一跳节点均处于路间位置时,采用路间节点判断算法(RNJA),通过与上一跳节点间相对位置的改变进行位置预测以及节点传输压力大小来判断当前节点是否适合转发该兴趣包。这一算法不仅降低了平均延迟,还能够均衡整个网络的传输能力;当节点与上一跳节点处于路口位置时,采用路口节点判断算法(CNJA),使用的是方向权重判断方法以及距离权重判断法,该算法以节点与目标节点之间的连线与上一跳节点与目标节点之间的连线的夹角的权重以及节点到目标节点的距离来判断当前节点是否适合转发该兴趣包。转发模型中还设置了兴趣包转发等待机制以及兴趣包存储重传机制来确保兴趣包传播的可靠性。NEWBEACON包的动态广播机制根据车辆节点的速度不同设置不同的发送周期,保证了邻居节点之间信息交互的及时性。为了对提出的数据转发模型进行性能检测,首先通过Bonnmotion轨迹生成工具生成车辆节点的移动轨迹文件,然后使用的NS-3仿真平台对该转发策略以及其他作为对比的转发策略进行仿真模拟实验,模拟车辆之间的通信以及车辆的运行轨迹。通过分析对比实验的结果可知,与原有的几种转发策略相比,本文提出的基于位置的转发模型,不仅可以提高数据包命中率、降低平均延迟,还能够更好的应用于车辆之间的通信。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP393.02;U463.67
【部分图文】：

数据分布,节点结构,兴趣

匹配匹配匹配图 2.3 NDN 节点结构.1.3 兴趣包和数据包处理流程NDN 网络架构在传输的过程中，关注重点不再从一个端到另一个端的“地”，而转变成为“内容”，而 CS 这一结构的设计，将经过节点的有可用数据进行了缓存，使得网络中的数据分布在各处，极大的提高了整个网络的通信效。兴趣包在 NDN 网络架构中的处理过程如图 2.4。CS PIT FIBB.为转发的兴趣包创建 PIT兴趣包丢弃兴趣包回传数据并丢弃兴趣包A.按照协议转发兴趣包

信息服务系统

第 2 章 NDN 体系结构与车联网IEEE 1609.4：该模块负责对信道的控制和操作，制定了协调信道的方法以及合理分配信道资源的方式，支持多信道共同运行[22]。2.3.2 V2V 与 NDN 结合处于车联网中的车辆想要及时了解行驶路线的路况相关信息，例如是否存在堵车的情况或者是有道路施工阻碍车辆行驶等。若采用集中的通信方式，所有的信息都要途径中央服务器，离中央服务器距离远的车辆接收信息的时间就较长，对于信息的传播十分不利。因此，采用分布式的通信方式[23]。车联网中采用分布式通信方式的车辆可以获取具有实时性的信息。如图 2.8 为未来车内信息服务系统。通过这个系统可以将有效的信息传递到系统内，在笔记本、手机等移动终端上都可以安装。

通信模型

第 2 章 NDN 体系结构与车联网者和请求者。当车辆有不同的需求的时候，扮演的角色也不同，不同角色之间是可以相互转变的。生产者就是数据发布者，生产者随时会收到来自邻居节点的数据请求之后，根据自身的实际情况，作出相应回应。数据搬运者的工作只是对其他节点需要的数据进行搬运。数据的消费者作为网络正常运行的推动者，既可以是最先发送兴趣包的车辆节点，也可以是曾经搬运过兴趣包的车辆节点，如图2.9。

【参考文献】