【《车载网路由协议研究及分类对比研究的文献综述》3700字】

车载网路由协议研究及分类对比研究的文献综述在车载自组网中需要使高速运动的车辆节点能够进行信息传输，就需要建立一条稳定的路由线路。路由协议的作用是进行路由寻址，找到一条从源节点到目的节点的稳定传输路径，确保数据不丢失、不损坏，能够正确而有效的传播。在城市交通道路环境中，无线信道容易受到高层建筑、植被、树木等障碍物的干扰，道路的交叉口和弯道也较多导致数据包的无效传输，即使车辆之间距离较近，也可能在通信过程中出现信息不畅问题。在高速公路环境中，道路拓扑多为单行道或者双向车道，车辆行驶速度普遍较快，道路上车辆分布不均匀，所建立的网络结构不稳定。因此，根据VANET网络的应用场景和车辆节点运动状态的特点，设计出一种有效且稳定的路由协议可以解决车载网相关问题。VANET路由协议分类如图12所示。图12VANET路由协议分类在基于拓扑结构的路由协议中，主动式路由协议的数据传输实时性较好，延迟小[17]，但在车载网中节点数量较多，每个节点需要不断交换路由信息，造成了带宽浪费，不适合节点数目多且车辆节点数目快的网络。主动式路由中代表为DSDV、DSR路由协议；在反应式路由协议中，只有当需要传输数据时，才建立相关路由，其代表是AODV、DSR路由协议[18]。在传递信息之前节点会检查路由表，如果路由不存在通过广播RREQ消息进行路径寻找，找到一条可以到达目的节点的路径，找到路径后回送RREP消息，建立完成路由，降低了路由开销，但是也存在洪泛所引起的广播风暴和时延较长问题。下表11为先应式路由和反应式路由协议对比。表11先应式路由和反应式路由协议的对比性能先应式路由反应式路由路由开销大小路由建立时延小大拓扑变化适应性弱较强路由开销较大随移动性增强而增加是否需要周期更新是否实时性差较好基于地理位置路由中每个节点周期的将自己的信息发给下一跳节点，并且根据一定的选择策略选择适合自己的节点为邻居节点和目的节点，不需要对路由表进行维护，因此不需要存储路径，开销较小，可扩展性也较好，代表性的路由协议有GPSR、GPCR等。随着GPS、传感器、电子地图等技术发展越来越完善，车辆可以详细的知道自己的位置和行驶状态，车载网通过电子设备与电子地图相结合，因此基于地图路由协议研究也成为未来的热点。在车载网中，随着网络拓扑不断变化，对数据传输的准确性和传输速率有一定的要求，这就需要路由协议具有较好的性能。路由协议典型的代表是AODV协议、DSDV协议、DSR协议。（一）AODV路由协议AODV路由协议[19]具有强大的可扩展性和环境适应性，是一种按需距离矢量路由协议，只有需要向目的节点发送数据的时候，才会开启路由请求过程，它以DSDV路由协议为基础，结合DSR的按需思想进行改进的协议，在DSR路由协议中加入了DSDV多跳路由、目的序列号等机制。该协议主要可以分为路由发现阶段和路由维护阶段。路由发现阶段实现了路由寻路。当源节点需要发送数据时，源节点会检查自己的路由表中是否存在到达目的节点的有效路由[20]。如果存在有效路由就直接进行数据传输；如果不存在有效路由，就会广播路由请求消息RREQ进行路由发现过程。AODV路由协议的RREQ的消息格式如图13所示，AODV路由协议路由发现过程如图14所示。图13RREQ报文格式图14AODV路由发现过程AODV路由表主要字段图15所示。图15AODV路由表字段当中间节点收到源节点发送的RREQ后，查询路由表判断自己是否为目的节点。如果是目的节点，目的节点会更新路由表信息，向源节点回复RREP并建立路由连接，RREP报文格式如图16所示；图16RREP报文格式如果当前节点不是目的节点，则通过检查路由表信息，确认是否有到达目的节点的有效路径。当存在有效路由时，中间节点将沿着反向路由，向源节点传输RREP响应帧，然后将收到的RREQ报文传输给下一跳节点，直至找到目的节点，建立或更新正向和反向路径；如果不存在有效路由，中间节点将更改收到的RREQ消息，将其目的节点序列号更新至当前最大值并将跳数加1，继续向邻居节点广播修改后的RREQ信息。路由响应过程如图17所示。其他节点同样按照上述机制进行路由寻路过程，当源节点收到RREP报文时，说明可以通过建立好的双向路由进行数据传输。在进行路由发现过程中，目的节点的IP地址是用于寻路的关键字段，为了避免路由环路问题，其目的节点的序列号也会根据路由协议进行更新。图17AODV路由响应过程路由维护阶段解决了链路中断问题，前驱节点列表主要用于路由维护阶段。若路由中断，需通过路由维护阶段重新建立有效路由。如果进行本地修复且路由修复失败，断链的上一跳节点IP地址可以在前驱列表中找到，上游节点就会沿反向路径发送RERR消息，收到RERR消息的其他节点根据其内容删除路由表中相应表项，将无关的路径设置为无效路径。如果仍需要与目的节点通信，则发出新的路由请求，进入路由发现过程。AODV路由协议具有强大的可扩展性和环境适应性，路由发现和维护都是按需进行的，比较适用于大量节点的网络，但同样也存在很多局限性。在进行路由寻路时，各节点通过广播RREQ消息寻找有效路径和目标节点，一定程度上会引起报文风暴。路由断链后，路由修复速度慢，数据传输效率低，不能及时提供数据传输安全保护，这些问题同样需要解决。（二）DSDV路由协议DSDV路由协议是一种表驱动路由协议，在DSDV协议中每一个移动节点都维护一个路由表，每个路由表包含目的节点、下一跳节点、到达每个目的节点的跳数和序列号等信息。DSDV路由表主要字段图18所示。DSDV路由更新需要节点周期进行广播消息，在发送更新之前，节点进等待，确保没有从它的邻居节点收到更新消息，定期更新路由表有助于维护网络的拓扑信息[21]。目的节点的序列号可以用来区分已过期的路由和当前使用的路由，避免因使用过期的路由信息产生无效的路径。如果序列号与表中已有的序列号相同，则使用路径长度更短的路由作为优选路由；如果新记录的序列号比路由表中已有的序列号大时，则使用新的序列号大的路由。DSDV协议可以利用节点序列号消除路由环路，解决无穷计数问题。图18DSDV路由表DSDV路由协议的每个路由表都带有目的节点的序列号，通过序列号来避免路由循环问题。路由协议需要存储空间较小，只需要与邻居节点交换路由信息，能迅速地为节点建立路由并发送数据，路由发现延时较低。但是在网络规模变大，节点拓扑变化频繁的情况下，节点需要定期广播路由来更新消息，造成了网络中带宽的浪费，DSDV路由表也需要进行更新，路由开销也急剧上升，使DSDV协议的性能降低，造成了资源浪费。（三）DSR路由协议DSR路由协议[22-24]是一种用来限制带宽的按需路由协议，DSR路由协议是按需建立的，在节点需要进行通信中，通过网络广播RREQ数据包来建立一条路由。当需要进行消息传输时，节点会根据路由表判断是否存在可达的有效路径，若存在，就直接进行数据传输；若不存在到达目的节点的路径，直接广播RREQ消息，邻居节点收到请求报文后，检查序列号是否重复，重复就丢弃，不重复就转发相应的消息[25]。目的节点收到RREQ包后，就会向源节点发送RREP数据包作为回应，开始在路径上传递消息。当出现断路时，节点会初始化路由错误分组，DSR路由错误数据包中包含错误源节点地址、错误目的节点地址、特定类型信息，当源节点收到RERR消息后，会将缓存的相关路由表信息删除，然后启动路由发现过程。DSR路由协议运行过程如图19所示。图19DSR路由协议运行过程DSR路由协议使用了响应式的方法，消除了在表驱动路由协议总需要定期向网络发送更新消息的需要，只有在需要进行路由信息传输中才建立路由，不需要寻找网络中所有的其他节点路由，减少了路由维护的开销。但是在DSR路由协议中，每个分组依赖路由表相关缓存的信息，在静态或者移动性较低的环境表现良好，当面临多个节点或者节点移动速度较快情况下，DSR路由协议不能选择最新的路由进行数据传输，该路由协议在多节点高速情况下不太实用。综上所述，对于AODV、DSDV和DSR路由协议，都有各自的优缺点和适用范围，根据车载网具有移动性大，拓扑变化较快特点，AODV路由协议比其他路由更加适合车载网环境，随着关于AODV路由协议研究更加深入，研究者根据车载特点结合AODV路由协议过程，对AODV路由协议进行改进，使之更适合车载网环境。路由协议性能对比如下表1-2所示。表1-2路由协议性能对比AODVDSDVDSR路由算法体系结构平面路由平面矢量平面路由路由维护路由表路由表路由缓存主动/按需按需主动按需支持单链路由否否是分组转发机制逐跳逐跳源路由优点适应高度动态的拓扑结构，减少控制开销避免额外的流量，减少路由表中的空间多路由，减少带宽，减少开销缺点扩展性问题，路由发现过程造成的大延迟高开销，带宽浪费源路由和泛洪造成延迟较大参考文献张乐乐,王丽,肖小玲.我国智能交通系统的发展现状和趋势[J].电脑知识与技术,2021,17(03):247-249韩桂馨,秦小冬.国内外智慧交通信息服务平台发展的经验及启示[J].现代商业,2017,12:56-57《中国公路学报》编辑部.中国汽车工程学术研究综述[J].中国公路学报,2017,30(06):1-197RymaA.VANETsecurityandforensics:Challengesandopportunities[J].ForensicScience,2019,1(2):1-13DarwishT,BakarK.A.Trafficawareroutinginvehicularadhocnetworks:characteristicsandchallenges[J].TelecommunicationSystems,2016,61(3):1-25宋梦超.基于车联网通信关键问题的研究[D].北京邮电大学,2015MonicaB.M,Valarmathi.ASmartcityroutingusingGIS&VANETsystem[J].JournalofAmbientIntelligenceandHumanizedComputing,2020:1-7MirZ.H,FilaliF.Large-ScaleSimulationsandPerformanceEvaluationofConnectedCarsaV2VCommunicationPerspective[J].SimulationModellingPractice&Theory,2017,72:88-103陈漩,蔡子华.面向下一代车联网的V2X关键技术研究[J].广东通信技术,2018,38(04):22-25肖瑶,刘会衡,程晓红.车联网关键技术及其发展趋势与挑战[J].通信技术,2021,54(01):1-8MayadaA,RashidS.A.MobilityRoutingModelforVehicularAd-hocNetworks[J].SmartCityScenarios,2017,9:154-161SaravananM,