车载自组织网络路由协议仿真与研究

赵宁　陈丹

摘 要：为了分析车载自组织网络中路由协议的性能，综合运用网络仿真软件NS 2和交通仿真软件VanetMobiSim。通过trace文件查看数据包传递路径，通过数据资料提取工具Gawk，定量分析GPSR性能指标，得出当节点车辆的平均行驶速度增大时，GPSR路由协议的平均端到端传输时延增大，平均送达率下降的结论。

关键词：车载自组织网络；GPSR路由协议；贪婪转发；trace文件

中图分类号：TP316 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

车载自组织网络因具有网络拓扑变化快、无线信道不可靠、节点的运行规律可预测等特点，使路由技术成为了VANET中的挑战[1，2]。近年来，大量的国内外学者和研究人员，针对VANET的路由协议进行了深入的、卓有成效的工作。PBR[3]、Taleb[4]等人根据车辆移动特性预测路由的生命周期。北京邮电大学开发了一种网络路由协议 V-SARP，弥补了AODV 协议的不足；南京邮电大学开发出一种新的邻居节点选择下一跳的策略。合理分析现有路由协议的性能是对其改进的基础。本文基于NS 2路由协议仿真平台，联合交通仿真软件VanetMobiSim进行仿真实验，分析GPSR路由的性能，为改善GPSR路由协议提供基础。

1 车载自组织网络体系结构

车载自组织网络是一种自组织、结构开放的车辆间通信网络。VANET网络构架主要分为两部分：一是车辆间的通信，二是车辆与固定设施的通信。各个车辆节点都具有收发器和路由器的功能，车辆之间自动连接可搭建起一个移动的网络。路边单元主要负责车载单元的接入。在VANET发挥作用的同时，VANET路由协议为其提供重要的数据通信支持，因此，路由协议很大程度上决定了VANET的性能[5]。

2 GPSR路由协议

GPSR路由协议中，其转发策略是将贪婪转发与周边转发相结合的路由算法[6]。当源节点S要向目的节点D传递数据包时，节点S在邻居列表中选择距离节点D最近的节点作为下一跳节点，将数据包传递给它。该过程一直重复，直到数据包到达节点D。但当邻居节点中没有任何一个节点距离目的节点比源节点距离目的节点近，贪婪转发无法继续，即发生局部最优化现象。GPSR通过周边转发方式解决贪婪转发失效时产生的链路割断问题。

3 GPSR仿真环境搭建

本文运用源代码开放的NS 2路由协议的仿真平台，联合交通仿真软件VanetMobiSim进行仿真实验，分析GPSR路由的性能。具体的做法是，先在NS 2中添加GPSR路由协议，设置仿真场景，然后编写TCL脚本并调用网络场景文件，就可以在NS 2下进行仿真和分析结果。

在仿真中，具体仿真参数配置如表1所示。

表1 仿真参数配置表

属性 参数设置 属性 参数设置

MAC 协议 EEE 802.11DCF 停留时间 0 s

仿真场景 200×200 m2 传输范围 250 m

路由协议 GPSR 分组类型 CBR

节点速度 20/30/40/50/60 km/h 仿真时间 300 s

节点数目 100 数据包长 32 B

4 GPSR仿真及分析

4.1 仿真实验

将交通仿真软件VanetMobiSim产生的trace文件导入NS 2后，运行Tcl脚本文件，调用 Nam 文件可以看到仿真场景。截取的一段trace文件数据如图1所示。

图1 截取的trace文件

从图1显示的trace文件片断可以看出，节点正在维护邻居节点的位置信息。82节点和8节点发送GPSR控制分组给周围的邻居节点，使邻居节点得到82节点和8节点的位置信息，并将这些信息存储在自己的邻节点列表，这个过程就做初始化。初始化完成后，节点就会根据GPSR的贪婪转发机制，由源节点向目的节点转发数据包。图2就是初始化完成后节点98向节点0发送数据包的轨迹。

图2 节点98向节点0的转发轨迹

4.2 指标分析

通过数据提取工具Gawk，定量分析GPSR协议中的端到端延迟平均延迟和数据包分组送达率。此处设置使用CBR数据包流，并有节点发送，每一条每秒送出10个数据包，在此情况下进行仿真，统计仿真数据，求出平均值作为结果。平均端到端时延和平均送达率随着节点速度增加而变化的仿真数据见表2。

表2 仿真数据

节点速度/km·h-1 平均端到端时延/S-1 平均送达率/%100

20 2.334 46

30 2.924 41

40 3.326 37

50 3.645 34

60 4.364 27

从表2中可以看出，当节点车辆的平均行驶速度增大时，GPSR路由协议的平均端到端传输时延呈现增大的趋势，平均送达率下降。整个路由协议的性能随着车辆节点速度的增加而呈现一定程度的变差，以下几点是造成路由协议性能下降的原因：

（1）节点车辆在城市环境中移动时，不可避免地受到建筑物、树木等影响，从而造成两节点通信质量下降，平均投递率下降；

（2）节点车辆的快速移动，导致网络拓扑结构变化频繁、链路连通时间短；

（3）周边转发机制的应用导致数据包转发跳数增多，使路由冗余度增加，从而造成端到端时延增加。

5 结 语

本文在NS 2中添加GPSR路由协议，配置仿真参数，运行TCL文件。通过解读trace文件，了解场景中100个节点的相互通信的情况下，GPSR路由协议的贪婪转发机制。GPSR路由协议存在当贪婪转发失效而采用周边转发而造成路由冗余度增加的现象，因此，GPSR路由协议依然有需要改进的地方。

参考文献

[1] 符媛柯，唐伦，陈前斌，等. 车载自组织网络路由协议及研究进展[J]. 计算机应用， 2013，33（7）：1793-1797.

[2] Wisitpongphan N， Fan B， Mudalige P， et al. Routing in sparse vehicular ad hoc wireless network[J]. IEEE Trans Selected Areas in Communications， 2007， 25（8）：1538-1556.

[3] NAMBOODIRI V， GAO Li-xin. Prediction-based routing for vehicular Ad hoc network[J]. IEEE Trans on Vehicular Technology， 2007，56（4）：2332-2345.

[4] LIU Kai， LEE V C. RSU-based real-time data access in dynamic vehicular systems[J]. IEEE Trans on Vehicular Technology，2010，59（6）：3337-3347.

[5] 徐会彬，夏超. VANETs路由综述[J]. 计算机应用研究，2013（30）：1-6.

[6] Karp B， Kung H T. GPSR： greedy perimeter stateless routing for wireless networks[C] //Proceeding of 2000 MOBICOM. Boston： ACM， 2000：243-254.