面向车载命名数据网络的数据转发模型的设计与实现

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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。
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