车载自组织网络路由协议仿真与研究

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NS2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

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。