基于缓存协作的VANET跨层贪婪路由机制研究

发布时间：2020-06-09 22:22

【摘要】：车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Network,VANET)是以车辆为主体的无中心自组织多跳网络。VANET因其特有的属性,例如网络中节点的高速移动,网络拓扑的实时动态变化,不稳定的无线通信,以及节点自组织形成网络等,使得传统网络架构体系面临着新的挑战。本文主要研究ICN(Information-Centric Networking)体系架构下基于缓存协作的VANET路由算法。首先,结合VANET和NDN(Named Data Networking),提出了VANET中基于NDN的分布式虚拟缓存协作算法(Distributed Cooperative Virtual Caching Algorithm Based on NDN in VANET,DCVCA),旨在提高网络中缓存内容的多样性以及缓存节点平均命中率。根据移动性对节点进行分簇组网,为了动态平衡网络中的缓存内容的密度,分别进行了簇内协作以及簇间协作。在簇内协作策略中,簇头将簇成员节点的空闲缓存空间作为自身的虚拟缓存空间,根据内容的缓存价值以及簇成员的缓存空间级别进行协作存储,避免簇内内容冗余,并保证簇头中存储着较为热门的内容。簇间协作策略中,在内容的返回路径上,中间簇头节点根据内容的缓存价值、当前节点到上一个内容缓存节点的距离以及簇内节点移动性计算得出缓存概率,并根据缓存概率进行内容缓存决策,以达到网络中内容缓存的合理分布。其次,本文针对VANET特性,提出VANET中基于协作缓存的跨层贪婪路由算法(Cross-layer Greedy Routing Algorithm Based on Cooperative Caching in VANET,CGRA),旨在提高数据传输效率,有目的性地进行Interest包分发和Data包传输,降低网络中的通信开销。在路由决策过程中,从两方面进行考量选择最优的下一跳转发节点,一方面是节点的运动参数,另一方面是通信参数。利用运动参数筛选出可靠的邻居节点集,同时通过通信参数选出低负载、且通信稳定的下一跳节点,本文跨层结合了MAC层缓存队列平均长度以及数据平均重传次数。同时,为降低Interest包分发以及Data包返回时带来的时延和额外的通信开销,改进了FIB(Forwarding Information Base)表,结合了缓存在网络中的位置,使得数据包的传输更具有目的性,有效降低了数据转发跳数的同时,也兼顾了网络中的通信开销。最后,针对NDN缓存协作中的性能指标(缓存平均命中率、平均命中跳数)和路由算法中的性能指标(缓存平均命中率、平均命中跳数、缓存命中冗余度、数据平均转发跳数),通过计算机仿真验证基于缓存协作的VANET跨层贪婪路由机制的有效性。仿真结果表明其缓存协作能力明显优于文献[19]中的算法,而其路由能力优于传统的NDN路由算法。
【图文】：

现网络内的信息交互，从而达到驾驶预警、路况预警、车辆辅助驾驶、娱乐等应用逦ａ逡逑目的。逡逑如图１－１所示，ＶＡＮＥＴ主要可以分为三类：（１）仅限于一定通信范围内的车辆逡逑节点之间，无基础设施的车辆一车辆网络（Ｖ２Ｖ）邋；逦（２）车辆节点与道路通信设施逡逑组成的车辆一基础设施通信网络（Ｖ２Ｉ）邋；逦（３）邋Ｖ２Ｖ与Ｖ２Ｉ组成的混合网络。逡逑Ｖ２Ｖ完全由一定通信范围内的相邻车辆节点组成，无需任何基础设施的支持，逡逑不需要固定信息接入点，组网灵活方便。但是由于车辆节点的高速移动致使拓扑实逦Ｉ逡逑时动态变化，从而会产生通信连接间断的问题，信息不能有效实时地传送。逡逑Ｖ２Ｉ针对车辆与道路辅助通信设施之间的信息交互，Ｖ２Ｉ通信系统的设想主要是逡逑为了支持方便的应用，包括个人通信，移动办公，远程信息处理，基于位置的信息逡逑等，车辆节点通常作为终端节点与其它网络节点连接。但因为这种组网方式需要大逡逑量基础设施的部署

Ｆｉｇ．邋１－２邋ＴＣＰ／ＩＰ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ＮＤＮ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑（１）内容命名逡逑ＮＤＮ网络以数据内容为中心，如图１－３所示，采用了类似于资源标识符（Ｕｎｉｆｏｒｍ逡逑ｅｓｏｕｒｃｅ邋Ｌｏｃａｔｏｒ，ＵＲＬ）的命名机制对内容进行层次化命名，使内容具有组织结构逡逑点，并用内容命名替代传统ＴＣＰ／ＩＰ网络中的１Ｐ地址作为“沙漏”模型中的“细逡逑”，从而进行内容的查询、获取、转发以及路由任务。同时，，内容命名长度不受逡逑，有效解决了邋ＴＣＰ／ＩＰ网络中ＩＰｖ４地址资源紧张的问题。逡逑基本名称逦标记符逡逑Ｉ逦ＩＩ逦Ｉ逡逑命名格式邋／ｂａｉｄｕ．邋ｃｏｍ／ｖｉｄｅｏｓ／Ｔｉｔａｎｉｃ．邋ｒａｐ４／＿Ｖ＜ｔｉｍｅｓｔａｍｐ＞／＿ｓｌ逡逑Ｉ逦１１逦ＩＩ逦ＩＬ逦ＩＬＪ逡逑全局组织名逦内容类型逦内容名称逦版本时间逦分段信图卜３邋ＮＤＮ分层命名格式逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋ＮＤＮ邋ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ邋ｎａｍｉｎｇ邋ｆｏｒｍａｔ逡逑（２）以内容为中心的安全策略逡逑
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.6

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本文编号：2705342