基于软件定义的车载网络路由协议研究

发布时间：2020-03-27 14:40

【摘要】：在车载自组织网络VANET(Vehicular Ad Hoc Networks,本文中简称:车载网络)中,车辆之间通过无线技术进行互相连接。在现实中,车辆在道路中的位置会不断变化,因此车载网络的网络拓扑结构具有变化迅速以及不可预测的特性。车载网络中所具有的多跳路径、车辆快速移动性、网络规模大等特征,使得设计高性能的车载网络路由协议极具挑战性。软件定义车载网络结合软件定义网络技术与车载网络,通过将车辆网络设备的数据平面与控制平面分离,控制逻辑集中到控制器上,能够获得全局网络信息,并作出全局最优的决策,从而提高网络资源利用率。本文首先介绍了传统车载网络与软件定义车载网络之间的差别、软件定义车载网络的特征与优势;以及车载网络中的一些经典路由协议的工作原理、特点和不足。然后,本文结合软件定义车载网络架构的特征,提出了一种基于地图的软件定义车载网络路由协议 MBSDR(Map-based Software Defined Routing Protocol)。路由设计主要包含信息收集及路由请求、数据最优转发路径选择、数据转发策略和路由修复机制四个部分。信息收集及路由请求阐述了软件定义车载网络中,控制器对网络信息的收集过程以及节点的路由请求过程;数据最优转发路径选择,结合丰富的地图信息(如路口位置、道路位置和道路长度信息等)及车辆的移动信息,选择出一条连通性好且长度最优的数据转发路径;在数据的转发策略上,由于车载网络中数据在路口改变方向转发时容易受到建筑物的影响,将转发策略分为了路段转发和路口转发两种不同策略,此外,为了减少路口转发的影响,简化了路径中的路口序列;路由修复机制是当链路连接提前失效时的一种路由修复过程。最后,通过仿真实验,在不同的节点数量、最大速度限制和数据发送速率条件下,仿真结果分析得知,MBSDR在数据分组投递率和平均端到端时延性能指标上都优于DSDV、AODV和GPCR路由协议。
【图文】：

车载网络,车辆,通信类,网络基础设施

路边基础设施能作为连接到网络的网关，因此数据信息能在某处（比如，云逡逑计算）被收集、保存和处理。车辆通信可以直接在车辆之间通过一跳来完成，或逡逑者通过多次传输，实现多跳通信。如图２．１所示为传统车载网络的架构，在车载逡逑网络中，在道路旁有许多路边单元（Ｒｏａｄ邋Ｓｉｄｅ邋Ｕｎｉｔ，邋ＲＳＵ），它们宣接与骨干网相逡逑连，作为固定的中继节点，从而确保数据能够安全有效的进行传输。在车载网络逡逑中，，每辆车都会装备着车载单元（ＯｎＢｏａｒｄＵｎｉｔ，ＯＢＵ），车辆车载单元上安装有逡逑无线收发模块、处理器以及ＧＰＳ模块，能直接与其它车辆进行通信并获得它们逡逑的位置信息。在车载网络中主要采用ＩＥＥＥ８０２．１邋ｌｐ协议来保证车辆在高速移动逡逑的状态下能够获得较好的通信质量。但车载网络中具有一些固有的特征：如间歇逡逑性连接、高动态拓扑、时延限制要求高等，这使实现高效的数据通信在车载网络逡逑中是一项巨大的挑战逡逑７逡逑

基础架构,网络设备,控制器

ＯｐｅｎＦｌｏｗ提出的。软件定义网络实质上不是一种具体的技术，而是一种网络架逡逑构，一种网络设计的理念，而在多种南向接口协议中目前ＯｐｅｎＦｌｏｗ是最具影响逡逑力的。如图２．３所示，ＯｐｅｎＦｌｏｗ是软件定义网络中标准化的南向接口，它规定逡逑了网络设备对报文的转发和编辑方式，主要用于控制器与数据平面的基础网络设逡逑备之间的通信。控制器通过ＯｐｅｎＦｌｏｗ来下发决策，而网络设备通过ＯｐｅｎＦｌｏｗ逡逑来反馈信息到控制器。逡逑ｊｏＦ－逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ逦Ｋｊｌｋ逡逑ｐ「0ｔ0？？丨逡逑Ｓｅｃｕｒｅ邋ｔ＾＊＊＊＊＇逦Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ逡逑Ｃｈａｎｎｅｌ邋｜逡逑Ｆｌｏｗ邋｜逡逑ＯｐｅｎＦｌｏｗ邋Ｓｗｉｔｃｈ逡逑图２．邋３控制器通过ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议与交换机通信逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U495;U463.67

【参考文献】