第２４卷第２期　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．２　重庆理工大学学报（自然科学）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　２０１０年２月　

Ｆｅｂ．２０１０　

车载自组织网路由协议连通性能仿真　郑新旺ｈ，杨光松　，黄联芬　，马中华岫　（１．集美大学ａ．诚毅学院；ｂ．信息工程学院，福建厦门３６１０２１；２．厦门大学信息科学与技术学院，福建厦门３６１００５）　摘　要：结合动态渗流理论对车载自组织网连通性能进行分析，利用ＮＳ２仿真平台，针对不　同的车辆密度和车辆运行速度，对传统的路由协议（ＡＯＤＶ、ＤＳＤＶ、ＤＳＲ）进行仿真，分析了影响其　网络性能的因素。研究表明，为保持连通性，需要满足一定的节点密度；与ＤＳＲ和ＤＳＤＶ协议相　比，ＡＯＤＶ更适合于车载自组织网。　关键词：ＶＡＮＥＴ；路由协议；连通性；ＮＳ２仿真　中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—８４２５（２０１０）０２－ＯＯＯ６－０５　

Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＶＡＮＥＴ　Ｒｏｕｔｉｎｇ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ＺＨＥＮＧ　Ｘｉｎ—ｗａｎｇｈ，ＹＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ—ｓｏｎｇ　，ＨＵＡＮＧ　Ｌｉａｎ．ｆｅｎ　，ＭＡ　Ｚｈｏｎｇ．ｈｕａ　

（１ａ．Ｃｈｅｎｇｙｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ；ｂ．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｍｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１０２１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｍｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ　３６１００５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＶＡＮＥＴ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｃｏｌａｔｉｏｎ　ｔｈｅｏｒｙ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＮＳ２　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ（ＡＯＤＶ、ＤＳＤＶ、ＤＳＲ）ａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｓｐｅｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｉｓ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｎｏｄｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ａｎｄ　ＡＯＤＶ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ＶＡＮＥＴ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ＤＳＲ，ａｎｄ　ＤＳＤＶ　ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＶＡＮＥＴ；ｒｏｕｔｉｎｇ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ；ＮＳ２　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

Ａｄ　ｈｏｃ网络是一种无中心自组织的多跳无线　网络，它不以任何已有的固定设施为基础而能随　时随地组建临时性的网络。随着无线通信技术的　发展和移动终端性能的提高，特别是人们对个人　通信日益增长的需求，使得移动Ａｄ　ｈｏｃ网络的应　用范围正逐步扩大。为了保证车辆运行的安全　化、效率化、合适化，车载自组网（ＶＡＮＥＴ）作为移　动自组网（ｍｏｂｉｌｅ　Ａｄ　ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＭＡＮＥＴ）在道　路交通系统（ＩＴＳ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍｓ）的应　用，成为近年来的一个研究热点…。车辆间进行　通信时，需要依靠路由协议建立路径，通过多跳转　发方式进行通信。在常规的自组织网中，ＩＥＴＦ　（ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔａｓｋ　ｆｏｒｃｅ）的ＭＡＮＥＴ（ｍｏｂｉｌｅ　Ａｄ　Ｈｏｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ）工作组　提出了ＡＯＤＶ（Ａｄ　ｈｏｅ　ｏｎ．ｄｅｍａｎｄ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ）　、ＤＳＲ（ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｏｕｒｃｅ　ｒｏｕｔｉｎｇ）　等路由协议，由于车载自组织网具有节　

收稿日期：２００９—１２—０６　基金项目：福建省自然科学基金重点项目（２００８Ｈ００３２）；集美大学优秀青年骨干教师基金资助项目（２￣８Ｂ００２）；　福建省自然科学基金资助项目（２０ｏ８Ｊｏ４ｏｏ８）　作者简介：郑新旺（１９８３一），男，福建人，硕士研究生，主要从事无线自组织网络方面的研究；通讯作者杨光松　（１９６８一），男，博士，副教授，主要从事无线自组织网络方面的研究。　郑新旺，等：车栽自组织网路由协议连通性能仿真　７　点数量多、计算能力强、运动速度快等特点，其路　由协议具有特殊的要求。　渗流理论　是２０世纪５０年代由Ｂｒａｏｄｂｅｎｔ　和Ｈａｍｍｅｒｓｌｅｙ提出来的，该理论作为一种数学模　型主要应用于随机媒介中流体流通问题的研究。　此后，Ｍｅｅｓｔｅｒ和Ｒｏｙ证明了渗流理论是研究ａｄ　ｈｏｃ和ｓｅｎｓｏｒ网络的有效工具。文献［６］中用渗流　理论讨论了Ａｄ　ｈｏｃ和ｓｅｎｓｏｒ网络连通性问题。本　文中将结合动态渗流理论研究ＶＡＮＥＴ的连通性　问题，并基于车辆工作环境，在ＮＳ２仿真平台上对　传统路由协议进行仿真，在不同的车辆密度、运行　速度下，对其网络性能进行分析。　１　车载自组织网及特点　车载自组网是道路上车辆间、车辆与固定接　人点之间相互通信组成的开放移动Ａｄ　ｈｏｃ网络，　在道路上构建一个自组织、部署方便、费用低廉、　结构开放的车辆问通信网络。它创造性地将自组　网技术应用于车辆问通信，可以实现实时道路交　通信息查询、交通事故查询与告警、辅助司机驾　驶、乘客间通信和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ信息浏览服务等应用。　车载自组网的设计目标是建立一个车辆间通信的　平台，不仅提高交通效率、降低交通事故，还为司　机的通行带来可靠安全和多重便利，使旅行者更　加舒适。　ＶＡＮＥＴ使用时，不必利用传统的蜂窝网，具　有以下优点　：低延迟传送与安全相关的情报；通　信代价低；基于位置情报与邻居位置，组网灵活。　整个车载自组网分为２部分：车与车（Ｖ２Ｖ，　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　ｖｅｈｉｃｌｅ）和车与设施（Ｖ２Ｉ，ｖｅｈｉｃｌｅ　ｔｏ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）。车载自组网除了可以单独组网实　现局部通信外，还可以通过路灯、加油站等作为接　人点的网关（ｇａｔｅｗａｙ），连接到其他的固定或移动　通信网络上，提供更为丰富的娱乐、车内办公等　服务。　车载自组织网络主要有以下应用：　１）驾驶支持服务。为了减少交通事故，增加　驾驶的安全和效率。例如当前方车辆急刹车时，　后面车辆易发生追尾事故。如果知道附近车辆的　位置和速率，及时变更运行路线，就能避免交通事　故的发生。　２）道路交通报务。告诉司机周围的道路交　通情况。例如可以将城市的道路分区，告知司机　所处位置附近各个区间车辆运行的平均速度。　３）用户通信及信息传输。与其他车辆之间、　停车场或者加油站之间进行通信，并利用道路沿　线的网关提供网络连接。　

２　自组织网中的路由协议及ＶＡＮＥＴ的　要求　

当前的自组织网络协议根据发现路由的策　略，可以分为主动路由协议和按需路由协议。主　动路由协议采用周期性的路由分组广播，交换路　由信息，每个节点维护去往全网所有节点的路由。　典型的主动路由协议有ＤＳＤＶ、ＷＲＰ、ＦＳＲ等。按　需路由协议是根据发送数据分组的需要按需进行　路由发现的过程，网络拓扑结构和路由表内容也　是按需建立的。典型的按需路由协议有ＡＯＤＶ、　ＤＳＲ、ＴＯＲＡ等。　ＤＳＤＶ协议是先应式路由协议，是由传统的　Ｂｅｌｌｍａｎ—Ｆｏｒｄ路由协议改进得到的，其特点是利用　目的节点序列号解决了ＤＢＦ算法的路由环路和无　穷计数问题。ＤＳＲ协议是基于路由概念的按需自　适应路由协议，移动节点需保留存储节点所知的　源路由的路由缓冲器。当新的路由被发现时，缓　冲器内的条目随之更新。ＡＯＤＶ协议是ＤＳＲ和　ＤＳＤＶ的综合，它借用了ＤＳＲ中路由发现和路由　维护的基础程序，以及ＤＳＤＶ的逐跳路由、顺序编　号和路由维护阶段的周期更新机制，以ＤＳＤＶ为　基础，结合ＤＳＲ中的按需路由思想并加以改进。　目前，ＶＡＮＥＴ作为移动自组织网络在道路上　的应用，具有移动自组织网络的各种优点，比如自　治性和无固定结构、多跳路由、网络拓扑的动态变　化、良好的可扩展性等，但也存在一般无线自组网　所固有的问题，如隐藏点问题、暴露点问题、信道　捕获问题等。此外，由于ＶＡＮＥＴ有其特殊性，如　节点移动速度快、网络拓扑变化快等，这些将直接　影响ＶＡＮＥＴ网络的信息传输能力，使得丢包增　８　重庆理工大学学报　加、延迟增大。因此，寻找一种稳定可靠的路由协　议是ＶＡＮＥＴ中的一项关键技术。　

３　ＶＡＮＥＴ连通性分析　在一个自组织网络中，由于每个通信节点的　覆盖范围有限，在一定密度下，保证任何２个节点　之间能够连通的路径是存在的，这个密度称为临　界密度。将网络区域划分为格子，每个格子边长　用ｄ表示，假设车辆密度为Ａ，车辆在道路上进行　泊松分布，当两车距离为ｒ时，二者能够进行通信。　将半径为ｒ的圆称为通信区域（两节点可直接连　通），而半径２ｒ的圆称为连接区域。图１中，Ａ点　和Ｃ点可以间接连通，Ａ点和Ｂ点可以进行直接　连通。这种连通性的定义是随机几何学中的　Ｂｏｏｌｅａｎ连通模型。换句话说，如果我们以每个节　点为圆心，２ｒ为半径画圆，圆面相交的节点簇恰好　对应网络的一个连通分支，这个彼此连通的区域　称之为簇。　

图１簇概念　如图２，对于区域中每一个格子的一条边　（ＡＢ）能被这些“簇”覆盖，则称这条边是“开　放”的。　

①　（＝＝　Ａ　—■誓　

图２每条边的开放状态　Ｂ　

因此，在一条边中构成的簇，如果彼此覆盖，　就可以进行连通。边内存在的车辆构成的簇可以　进行覆盖的概率可以表示为　］：　Ｐ　（Ａ；ｄ，ｒ）＝　ｆ（１一ｅ　）　ｐ（Ａ；ｄ—ｒ，ｒ），ｄ＞ｒ；　（１）　【　（１一ｅａｒｌ２）　．ｏｔｈｅｒｗｉｓｅ　

当ｄ　。＞ｒ时，Ｐ　（Ａ；ｄ，ｒ）可以表示为　ｌ（ｄ／ｒ）＋ｌ　Ｉ／　１、ｆ　Ｐｌ（Ａ；ｄ，ｒ）＝１＋∑　二－＿　｛Ａ（ｄ一（『一１）ｒ｝卜　＝　

Ｊ＝１　：　ｅ　｛Ａ（ｄ一（Ｊ一１）ｒ）＋　｝　（２）　在一维环境下，可用其来表示一条边的连接　性，图３为连接概率和节点密度的关系。图中可　见，在一条路径上，随着节点密度的增加，其连接　概率上升。当密度达到某个值后便能保证连接概　率为１。同理可推导二维环境的连通概率。　

．一　——’一一　，　●　●　●　

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０　０．０１　Ｏ．Ｏ２　Ｏ．０３　０．０４　０．０５　０．Ｏ６　ｄｅｎｓｉｔｙ