基于最优方案VANET协议的研究

宋晓雨

（大连职工大学 辽宁 116033）

0 引言

车辆自组织网络（VANET）是移动自组网络工作组（MANET）在车辆应用方面的延伸，也是物联网络在车辆应用方面的延伸，目前是一个很有发展前景的项目之一。与传统有线网络相比，VANET具有实施灵活、管理方便、架构新颖、强烈实现、无中心、自组织等方面的特点。

1 车辆自组织网络的实现方式

车辆自组织网络（VANET）是一种无线多节点多跳的移动网络，它的通信是通过下面的方式实现的：道路中每一辆汽车只要安装了车载路由器并开启使用（如 3G等）就可以作为车辆自组织网络的一个节点，路边的交通设施只要安装了通信设备并开启通信功能也可以作为车载自组织网络的一个节点（如路边交通信号灯，路边固定通信设备，加油站，停车场等等），在一定的通信范围（一般在几百米到几千米）内节点之间可以实现彼此通信，发送并更新位置、速度等信息；当两个节点之间的物理距离超出通信距离范围时，节点可以通过辆车之间的在通信范围内的其他车辆或这路边通信节点作为媒介多跳实现通信，更新信息数据。假若两节点之间的物理距离不在通信范围内，并且两节点之间没有能够利用的中间媒介节点时，该节点就会携带信息继续前行，直到找到通信范围内的其他节点，将信息数据发送出去，并更新自己现有的信息数据，再将信息多跳的传递给目的节点。这种通信是双向的，所有通信节点既可以接收信息数据，也可以发送信息数据，同时每个节点在网络中也起到路由器的作用，实现信息数据多跳的发送接受。

2 节点的通信过程

获取信号→发射前处理→发射信号→通过移动网络→接收信号→接受后处理。

车辆自组织网络（VANET）的出现，在很多方面都大大方便的人们的出行生活。如基于交通安全方面的应用，这一应用的实现，通过交通灯警告、路牌提示、路面情况检测等方式，帮助人们有效的避免及减少交通事故的发生，这类应用对通信的及时性和可靠性要求较高；基于交通效率方面的应用，这一应用的实现，通过测量车辆信息、路况信息、路径预测、收费情况等方式，帮助人们改善车辆出行的条件，提高交通效率，这类应用对通信的及时更新和真实性要求较高；基于商业方面应用，这一应用的实现，通过人们对某些信息的查询，如查找停车场、餐饮、商场、加油站等，使得商家有了商业推广的途径，通过这一应用，让人们能够快速找到自己、提高知名度，实现商业推广的目的，同时也方便了人们的出行；基于娱乐、服务方面的应用，这一应用的实现，通过互动通讯、媒体传输、Internet服务等方式，帮助人们实现观看下载视音频、移动办公、在线游戏、社交活动等，丰富人们的出行生活，同时这类应用对于网络带宽的要求较高。

随着人们生活质量的不断提高，对于出行的要求也越来越高，人们希望能够以一种更为安全、更有效率、同时能够满足娱乐的方式出行，车载自组网的帮助人们解决了这一问题并得到普遍应用，相信未来还会继续发展。为了使得通信及时、快速、准确、安全的实现，如何建立应对拓扑变化如此快速的网络路由协议将是我们的研究重点。目前市场销售的大部分导航软件一般采用的是最短路径策略或最少收费策略，这种方式在一般情况下能够满足人们的某一出行要求，但对于当前交通路况拥堵的情况下，这几种策略显然是行不通的，最短路径或最少收费的方式不仅不能给使用者节省时间，还可能降低了出行的效率。本文在基于最短路径的方式上进行加工，加入了道路车辆拥堵情况，综合多种因素选取出最优方案，实现方便出行的目的，提高效率。

3 基本假设

假设每辆车都能通过车载导航知道自己和其他VANET中车辆节点的位置，速度，等待时间及邻居节点的距离和方向，并得到电子地图。汽车节点间的通信范围距离为500 m。路口用In表示。从路口I i到路口 I j记为 r ij。当相邻车辆间的物理距离小于1m，并且车辆行驶速度小于12公里/小时或者车辆的等待时间超出5分钟都计为堵车情况。

4 场景

假设某车辆想要到某停车场去，通过车载导航可以得知该停车场的位置。该车辆有两条路径可以选择即路径 1和路径2。如果按照最短路径的方法查找，路由就会选择路径1上车辆作为吓一跳节点，但是由于路径 1上车辆较少，消息不能及时传递给下一节点车辆，导致消息滞后，发送延迟，不能及时更新。所以相对而言，由于路径 2上车辆多，在每段通信范围内都有通信节点存在，保证了消息传递的成功性，消息得以及时更新。为了减少消息更新的延迟，我们应尽量选择车辆密度相能够保证通信距离的道路，以保证消息能够顺利的转发出去。同时在满足通信距离的前提下，也要将处于堵车的道路排除，避免由于道路车辆拥堵导致效率下降。

在协议中，车辆自组织网络的拓扑结构用连通图表示。边的方向就是车辆的行驶方向，每条路段中消息转发的时间作为边的权重。本协议对车辆密度、车速、等待时间、方向加以判断和处理，得到每条边的长度作为权重，再利用贪婪算法求出该图的最短路径，排序，对于满足车辆密度、车速、等待时间等判断条件的所有路径再用贪婪算法求每条路径的权重，再进行计算，求出满足消息转发最优条件下的距离最短路径，作为本协议的最优路径。既保证了数据通信的及时性又能利用较短的路径到达目的地。

[1]NAUMOV V，GROSS T R.Connectivity aware routing（CAR）in vehicular Ad hoc networks[C].Proceedings of INFOCOM.USA，2007.

[2]Pranav Kumar Singh，Kapanng Lego，Dr.Themrichon Tuihung.Simulationg based analysis of Ad hoc Routing Protocol in Urban and Hignway Scenario of VANET[J].International Journal of Computer Applications，2011，12（10）：42-49.

[3]Tonguz K，Boban M.Multiplayer games over Vehicular Ad Hoc Network；A new application[J].Ad Hoc Networks，2010，8（5）；531-543.