بخشی از مقاله
چکیده
با استقرار شبکه های خودرویی در آینده ای نزدیک، یک پروتکل مسیریابی کارآمد می تواند نقشی کلیدی در موفقیت این تکنولوژی ایفا کند. ارائه پروتکلی که بتواند از ارتباطات بین خودرو با خودرو و ارتباطات بین خودرو با واحدهای کنارجاده ای، پشتیبانی کند و نیز توانایی مسیریابی داده به نقاط دوردست را داشته باشد، بسیار حائز اهمیت است. در این مقاله، پروتکلی جهت بهبود نرخ تحویل داده به نقاط دوردست پیشنهاد داده ایم که از شبکه واحدهای کنار جاده ای برای مسیریابی داده به نقاط دوردست و از شبکه خودروها برای مسیریابی داده به نقاط نزدیک استفاده می نماید.
ارزیابی های صورت گرفته بر روی این پروتکل در مقایسه با پروتکلی مشابه، با استفاده از شبیه ساز NS-2، کارآمدی و مؤثر بودن این پروتکل را در افزایش نرخ تحویل و کاهش نرخ از دست دادن بسته نشان می دهد.
کلمات کلیدیمسیریابی، ارتباطات بین خودرویی، ارسال حریصانه، واحدهای کنار جاده ای، حمل و ارسال به جلو.
مقدمه
در سال های اخیر، شبکه های بی سیم در زمینه های مختلفی از قبیل شبکه های موردی، شبکه های سنسوری، شبکه های مش و شبکه های خودرویی2 پیشرفت قابل توجهی داشته اند . در شبکه های خودرویی، خودروها با داشتن تجهیزات بی سیم با سایر خودروها و واحدهای کنار جاده-ای3 ارتباط برقرار می کنند. از ارتباط بین خودروها برای امنیت، راحتی و سرگرمی در جاده ها استفاده می شود. عملکرد این ارتباط به چگونگی مسیریابی در شبکه بستگی دارد. مسیریابی نیز به نوبه خود به پروتکل مسیریابی استفاده شده در شبکه بستگی دارد.
از اینرو، ارائه یک پروتکل مسیریابی مؤثر که بتواند با وجود تحرک زیاد و غیرقابل پیش بینی خودروها، موجب ارسال موفق داده شود، بسیار حائز اهمیت است. در شبکه های خودرویی، پروتکل های مسیریابی زیادی پیشنهاد شده است که بطور کلی می توان آنها را به سه دسته فعال، واکنشی و جغرافیایی تقسیم بندی نمود. در مسیریابی جغرافیایی، هر گره موقعیت جغرافیایی خود و همسایگانش را به وسیله سرویس های موقعیت یابی از قبیل 4GPS، بدست می آورد.
در این پروتکل ها، هیچگونه جدول مسیریابی ای نگهداری نمی شود و از اطلاعات بدست آمده از GPS، برای تصمیمات مسیریابی استفاده می شود. حالت خاصی از مسیریابی های جغرافیایی مبتنی بر ایده حمل و ارسال به جلو می باشد، که در صورت نبود جلو برنده مناسب، بسته را تا زمان یافتن گره مناسب حمل می کنند. این عمل موجب افزایش نرخ تحویل داده می شود. اغلب این پروتکل ها در ارسال داده به نقاط نزدیک و متوسط موفق بوده اند.
در ، از واحدهای کنار جاده ای به عنوان مسیریاب های پیام به نقاط دوردست استفاده شده است. در روش پیشنهادی ما نیز که ترکیبی از استراتژی های حریصانه، حمل و ارسال به جلو و تقاضا محور است، همانند برای مسیریابی بسته به نقاط دوردست از واحدهای کنار جاده ای استفاده کرده ایم. علت این امر آن است که، واحدهای کنار جاده ای محدوده انتقال رادیویی بیشتری نسبت به خودروها دارند و از سوی دیگر به دلیل ثابت و بدون تحرک بودن، موجب افزایش نرخ تحویل بسته و کاهش تأخیر می شوند.
سهم و همکاری این مقاله در سه مورد است ارائه یک پروتکل مسیریابی برای ارسال داده به نقاط دوردست، انتخاب جلو برنده به روش تقاضا محور با مسدود کردن خودروهای نامناسب و مسیریابی پیام ها از طریق واحدهای کنار جاده ای به نقاط دوردست. در ادامه، کارهای مرتبط مطالعه شده در این زمینه را بیان می کنیم. سپس، به بررسی این پروتکل در می پردازیم. ارزیابی این پروتکل با استفاده از شبیه ساز NS-2 در بخش صورت می گیرد و در آخر، در بخش نتایج بدست آمده از این روش بیان خواهد شد.
کارهای مرتبط
تمرکز ما روی مطالعه پروتکل هایی است که از روش حریصانه استفاده نموده اند و یا مبتنی بر زیرساخت می باشند. پروتکل مسیریابی، پروتکلی است که در حالت کلی از الگوریتم حریصانه برای انتخاب نزدیکترین گره به مقصد، استفاده می کند. اما اگر به یک بیشینه محلی برسد که در آن گره نزدیکتری به مقصد وجود ندارد، از ارسال محیطی برای انتخاب گره حامل بسته استفاده می نماید. تصمیم گیری های مسیریابی در این پروتکل به صورت پویا می باشد.
پروتکل مسیریابی ، شامل رویکردهای مختلفی نظیر استراتژی حریصانه، مبتنی بر موقعیت و واکنشی است که در آن، درصورت قرارگرفتن در بیشینه محلی از روش بازیابی استفاده می شود. در پروتکل مسیریابی بر اساس موقعیت صورت می گیرد. این روش گره مرزی را به عنوان گره گام بعدی برای ارسال بسته از مبدأ به مقصد انتخاب می-کند. پروتکل حریصانه برگرفته از پروتکل، می باشد که علاوه بر موقعیت از اطلاعات دیگر تحرک خودرو برای تضمین تحویل موفق بسته استفاده می کند. این طرح مناسب برای شبکه های خودرویی با تحرک بالا است و حتی در جایی که ارسال حریصانه خالص شکست می خورد، بهتر عمل می کند.
پروتکل مسیریابی برای شبکه های خودرویی در محیط های شهری ارائه شده است که ترکیبی از مسیریابی مبتنی بر موقعیت و دانش توپولوژیکی است. این پروتکل از ارسال حریصانه در طول کوتاهترین مسیر محاسبه شده با استفاده از الگوریتم دایجسترا بهره می برد. پروتکل ، یک پروتکل مسیریابی برای شبکه های خودرویی است که مبتنی بر ایده حمل و ارسال به جلو با استفاده از ویژگی های تحرک خودروها می باشد که در مقایسه با ، دارای نرخ تحویل بالایی است. روش پیشنهادی در یک استراتژی واکنشی است که در آن از ترکیب رویکرد ارسال جغرافیایی و کشف مسیر استفاده شده است. این روش مناسب برای شرایط شهری است.
در پروتکل ، خودروها در صورت نیافتن جلو برنده مناسب، اگر به واحدهای ساکن مستقر در تقاطع ها نزدیک باشند، بسته را به آنها تحویل می دهند و در غیر اینصورت، آن را تا رسیدن به یکی از این واحدهای ساکن، حمل می کنند. حمل بسته و بکارگیری واحدهای ساکن، موجب افزایش نرخ تحویل و کاهش تأخیر می شود. که ترکیبی از استراتژی های حریصانه و حمل و ارسال به جلو می باشد از واحدهای کنار جاده ای برای مسیریابی بسته به نقاط دوردست استفاده کرده است.
این روش در هر مرحله k خودرو را که به واحد کنار جاده ای نزدیکترند برای حمل بسته انتخاب می کند. هر چند که این عمل موجب تسریع در تحویل بسته به واحد کنار جاده ای می شود اما موجب انتشار بسته داده در شبکه و افزایش سربار می گردد. در روش پیشنهادی ، محیط به دو ناحیه و هر ناحیه به سه سکتور تقسیم می شود که تنها خودروهای موجود در یک سکتور قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر هستند و برای ارسال داده به خودروهای موجود در سکتور دیگر از واحدهای کنار جاده ای استفاده می کنند. این روش یک روش مبتنی بر مسیر است که مسیر تشکیل شده، توالی ای از نقاط ارسال مجدد در تقاطع ها می باشد و تنها خودروهای موجود در اطراف این نقاط برای ارسال به جلوی بسته انتخاب می شوند.
دید کلی
این پروتکل مبتنی بر استراتژی های ارسال حریصانه، حمل و ارسال به جلو" و "تقاضا محور" می باشد که در آن فرض بر آن است که تمامی خودروها و واحدهای کنار جاده ای مجهز به سیستم موقعیت یاب جهانی ، می باشند . در این پروتکل، خودروها به صورت دوره ای از خودروهای دیگر موجود در محدوده انتقال رادیویی خود، بسته های که حاوی اطلاعات شناسه و موقعیت آنهاست را دریافت می کنند. به صورت مشابه هر واحد کنار جاده ای ، بر اساس شرایط مندرج در بخش 2-3، بسته های را که بسته ای مشابه با بسته می باشند، دریافت می کند.
زمانیکه یک خودرو قصد ارسال بسته به خودروی مقصد دارد، درصورت وجود مقصد یا واحد کنار جاده ای در محدوده انتقال رادیویی خود، بسته را مستقیماً به آن ارسال می کند و در غیر اینصورت، بر اساس شرایط توصیف شده در زیر بخش اول بخش 3-3 ، اقدام به انتخاب مسیر حرکت بسته می نماید. سپس، بسته را به خودروی مناسب بعدی در آن مسیر ارسال می کند. روش انتخاب جلو برنده نیز در همین زیر بخش تشریح می شود. اگر بسته به واحد کنار جاده ای تحویل داده شود، واحد کنار جاده ای بسته را در صورت وجود مقصد در محدوده انتقالش مستقیماً به آن ارسال می کند و در غیر اینصورت، بر اساس اطلاعات بدست آمده از ارسال شرطی بسته های Beacon، بسته را به خودرو یا واحد کنار جاده ای بعدی جهت ارسال به جلوی بسته، ارسال می نماید.
ارسال شرطی بسته Beacon از خودرو به واحد کنار جاده ای
زمانیکه خودرو وارد ناحیه جدیدی می شود، در واحد کنار جاده ای آن ناحیه ثبت نام می کند. این عمل با ارسال شرطی بسته به سمت واحد کنار جاده ای صورت می پذیرد . در صورتیکه خودرو در محدوده انتقال رادیویی واحد کنار جاده ای باشد، برای آن یک بسته ارسال می کند. طی یک دوره زمانی، اگر از سمت واحد کنار جاده ای بسته تأیید ACK دریافت نکند، درصورتیکه هنوز در محدوده انتقال رادیویی آن باشد، اقدام به ارسال مجدد بسته می نماید.
درصورت دریافت بسته تأیید ACK از سمت واحد کنار جاده ای، از ارسال مجدد بسته، خودداری می کند. هنگامی که خودرو در محدوده انتقال رادیویی هیچ واحد کنار جاده ای نباشد، بسته ای نیز ارسال نخواهد کرد و به محض ورود به محدوده انتقال رادیویی واحد کنار جاده ای جدید، در آن ثبت نام خواهد کرد. واحد کنار جاده ای با دریافت بسته درصورتیکه قبلاً اطلاعاتی از آن خودرو ثبت نکرده باشد، اطلاعات خودروی جدید را ثبت می کند و سپس برای آن یک بسته تأیید ACK ارسال می کند.
از آنجا که امکان دارد در هنگام دریافت بسته توسط واحد کنار جاده ای ، خودروی ارسال کننده آن، دیگر در محدوده انتقال رادیویی این واحد کنار جاده ای، نباشد. از اینرو، واحد کنار جاده ای قبل از ثبت اطلاعات و ارسال بسته تأیید ACK، به کمک GPS از حضور خودرو در محدوده انتقال رادیویی خود اطمینان حاصل می کند و سپس اطلاعات را ثبت نموده و بسته تأیید ACK را ارسال می نماید.
