软件定义车联网的数据转发机制

针对现有车联网（VANET）中数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络（SDN）的数据转发机制。首先,设计了软件定义车联网的分层次网络模型,该模型由局部控制器和车辆组成,实现控制与数据转发分离,具有可扩展性、独行性等特点;其次,设计了车辆路由转发机制,该机制采用动态规划和二分搜索的方法,以实现高效的数据转发;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量路由（AODV）、目的节点序列距离矢量路由（DSDV）、动态源路由（DSR）和最优链路状态路由（OLSR）算法,所提的数据转发机制在传递成功比上提高大约100%,而端到端延迟时间降低大约20%。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发机制能够提高路由转发效率、减小延迟。     

一种多向链路感知的车载Ad Hoc网络传播协议

为了提高车辆自组织网络（Vehicular Ad Hoc Network,VANET）的数据传输效率,并使车辆间的数据通信能够持续进行,提出一种多向链路感知的车载Ad Hoc网络传播协议。为了保证车辆节点在执行通信任务的过程中实现数据的持续传输,防止通信链路频繁断连影响传输质量,提出了车辆网络的时间关联模型来讨论车辆间的速度差与通信持续时间的关系。为了缩短VANET中用于数据传输任务的总时间,协议基于改进蚁群的方法进行了多向链路感知,从而寻找在保证通信需求时间下的最短传输路径。实验结果分析表明,相比基于改进地理信息路由和基于优化链路状态路由的VANET数据传输算法,该算法的数据传输任务完工时间分别缩短了38.4%和27.3%,平均传输延迟分别降低了25.5%和12.1%。     

移动边缘计算环境下基于改进GPSR的VANET路由算法

针对车辆自组织网络(VANET,vehicular ad-hoc network)中现有路由协议存在的路由选择错误、丢包率较高、服务质量低等问题,提出了移动边缘计算环境下,结合改进贪婪周边无状态路由(GPSR,greedy perimeter stateless routing)和自适应链路质量评估的VANET路由算法;首先,结合边缘计算构建了VANET通信模型,对其车辆位置和速度进行系统的理论分析;将边缘计算架构应用于VANET能够有效缓解计算量大、与车辆有限且不均的资源分布之间的矛盾;然后,提出了基于节点移动速度和节点间距离的改进GPSR协议,通过自适应链路稳定性和链路传递速率评估来选择合适的中继节点,动态更新链路;通过SUMO仿真平台对路由算法的性能进行评估,实验结果表明,相对于其他算法,所提算法受车辆密度、交通流以及车辆相对速度的影响较小,且提高了分组传送率(车辆数为300时传送率达到92%),减少端到端延迟(交通流为5时延迟降低到1.5 s),从而降低了通信开销。     

城市环境下跨层VANET路由协议研究

车载自组织网络(VANET)单一分层结构路由协议考虑因素较少,导致分组投递率低、端到端时延较高。为此,考虑车辆位置、速度、路口密度、无线链路质量、MAC层误帧率等影响因素,提出一种应用于城市环境的基于位置信息的VANET跨层路由协议(MCLPR)。设计路口车辆节点选择算法提取无线链路质量和MAC层误帧率的跨层信息,采用层次分析法计算各影响因素的权重值,确定最佳转发路径。仿真结果表明,与AODV,DSDV等路由协议相比,MCLPR路由协议具有较高的分组投递率及较低的端到端时延,保证了数据传输的可靠性与高效性,适用于网络密度与负载较大、车辆移动速度较快的城市环境。     

一种车载自组织网络连通性维护方法

车载自组织网络（VANET）中的高速移动性节点和动态的网络拓扑结构使得车辆间通信链路存在传输时延长、连接时间短的问题。通过引入双簇头选择算法,提出一种改进的AODV路由协议（AODV-CMIRP）,用于VANET的连通性维护。利用分簇技术降低全局网络拓扑的动态性,通过引入节点的相对移动度和相对速度作为簇头选择指标,并选取辅助簇头节点以延长车载自组织网络整体生存时间。仿真结果表明,在保证网络连通性和稳定性的前提下,相比CBDRP和AODV协议,AODV-CMIRP协议具有较低的平均端到端时延和较高的分组投递率,能够有效延长簇头生存时间并提高网络的稳定性。     

一种多接口多信道VANET动态信道分配算法研究

为了合理地实现多接口多信道车载自组织网络（VANET）车辆节点间通信信道的动态分配,提出了一种基于通信双方车辆节点信道切换队列的动态信道分配算法。定义了车辆节点的射频接口状态,给出了信道的性能因子以及信道切换队列的生成方法,通过综合考虑通信双方车辆节点的射频接口状态和信道切换队列,快速自主地建立通信链路,从而解决了信道公平接入和分配不合理的问题。通过软件仿真比较可以看出,该算法实现了信道的动态分配,减小了平均端到端时延,增加了网络平均吞吐量,显著提高了多接口多信道VANET的网络性能。     

基于双转发机制的车载自组织网络路由算法

在车载自组织网络(VANET)中,节点高速移动性与动态拓扑快速变化会引起控制开销大、链路不稳定等问题.利用节点的位置、运动速度等信息,提出一种基于双转发机制的VANET路由算法.在路由寻路阶段,运用方向转发、动态概率转发限制路由请求(RREQ)包的洪泛广播.在路由回溯阶段,运用链路预测机制,选择路径失效时间最大的路径作为传输路径.在路由维护阶段,设置定时器,在路径断裂前触发新的路由寻路,寻找新路径替换即将断裂的旧路径.实验结果表明,与链路时间预测-按需路由算法以及无线自组织网络按需距离向量路由算法相比,该算法在转发的RREQ包数量、平均端到端延迟、传输吞吐率及报文投递率方面的性能较好.     

基于软件定义网络的多约束QoS双路径路由优化方法

针对当前SDN架构存在路由算法复杂度高、QoS流满意度低和单链路故障等问题,提出了一种基于软件定义网络的多约束QoS双路径路由优化算法(SDN＿MCQDP)。利用控制器获得全局网络状态信息,生成基于目的节点的有向无环图。在多约束QoS路由选择阶段,通过拉格朗日松弛对偶算法将多约束问题转化为线性规划问题。使用反向链路删减得到满足多约束QoS的节点不相交的双路径冗余链路,使链路故障后的数据传输得到保障。从路由计算时间、链路利用率、QoS流满意度等方面对算法进行仿真实验。结果表明,与MODLARAC、QT、RMCDP＿RD、H＿MCOP算法比较,SDN＿MCQDP能够有效降低传输时延,减少路由计算时间,提高链路利用率,且在链路发生故障后仍能满足QoS需求。     

一种用于移动自组控制网络的QoS路由

为更好地将移动自组网络用于网络控制系统（NCS）,结合NCS的网络特性,提出了一种基于链路信号质量的QoS路由算法。主要QoS机制包括根据接收信号强度选择较稳定的路由;用Hello报文广播节点的预留带宽;中间节点为所有受影响的数据流修复路由、目的节点向源节点广播路由修复报文进行路由修复。NS2仿真表明当节点移动性强时,该QoS路由算法可有效减少网络的平均端到端时延和丢包率,提高控制系统稳定性。     

基于链路预测的VANET路由算法

在车载自组织网络(VANET)中,AODV路由算法存在控制开销大、路由发现和修复时间长等不足。为此,对AODV算法进行局部优化,提出一种改进的路由算法,利用节点位置、运动速度等信息预测链路失效时间。在路由发现阶段,将链路失效时间最大的路径作为传输路径;在路由维护阶段,设置定时器并提前触发路由寻路,减少路径搜寻时间。仿真结果表明,与AODV算法相比,该算法在数据包端到端延迟、传输吞吐率及报文投递率等方面性能较好。     

软件定义车联网的数据转发策略和路由选择技术

针对目前车联网（VANET）数据转发效率低的问题,提出了软件定义网络（SDN）的数据转发策略和路由选择技术。首先,采用了软件定义车联网的分层控制结构,由局部控制器和全局控制器组成,实现数据转发和控制分离,可灵活控制数据转发的方向;然后,设计了单条路段的车辆路由机制,该机制预测车辆节点位置并采用贪心策略,实现数据的稳定传输;其次,设计了多个需求间的路段路由机制,该机制采用广度优先搜索（BFS）算法和边集相结合的方式,实现多个需求间路径不相交,缓解带宽瓶颈问题;最后,通过仿真验证,对比无线自组网按需平面距离向量（AODV）路由,所提出的数据转发策略和路由选择算法在数据分组接收率上提高40%以上,平均延迟时间降低60%左右。实验结果表明,软件定义车联网的数据转发策略和路由选择技术能够提高数据转发效率,减少平均收包延时。     

基于车载自组网通信终端和运动信息的容忍时延网络分簇路由算法

针对复杂战场环境下用户终端间缺少稳定的端到端通信路径的问题,提出一种基于车载自组网（VANET）通信终端和运动信息的容忍时延网络（DTN）分簇路由算法——CVCTM。首先,完成了基于簇头选举的分簇算法研究;然后,根据跳数、转发方式和地理位置信息开展了簇内源车辆路由选择算法研究;其次,通过引入等待时间、重发次数阈值和下游簇头,实现了异簇间源车辆路由选择;最后,通过车载自组网的通信终端选择与上级指挥所通信的最佳方式。ONE仿真的实验结果表明,CVCTM与无线自组网按需平面距离向量路由协议（AODV）相比,消息投递率增加了近5%,网络开销减少了近10%,簇结构重组次数减少了近25%;与基于传统分簇路由（CBRP）算法和动态源路由（DSR）协议相比,消息投递率增加了近10%,网络开销减少了近25%,簇结构重组次数减少了近40%。CVCTM能够有效减少网络开销和簇结构重组次数,同时增加消息投递率。     

基于SDN的高性能QoS保障低轨道卫星星间路由算法

低轨道卫星通信系统具有全球覆盖性、移动性、可扩展性等优势,在提供全球互联网服务、灾难应急处理等方面发挥重要作用,但由于星上有限的存储和计算资源,传统路由算法不适用于低轨道卫星通信网络。结合软件定义网络架构,提出一种支持服务质量（QoS）的高性能低轨道卫星星间路由算法。根据剩余链路持续时间定义星间链路生存时间,确定每条星间链路的稳定度,缓解由于链路切换导致的业务路径重构问题。基于高轨道卫星得到的星间链路的流量状态,定义链路负载矩阵,给出星间链路负载度函数,并利用标签交换路径集合获得每条路径的负载度,避免节点拥塞,实现网络负载均衡。针对不同要求的业务服务类型定义权重因子矩阵,通过调整因子来减小瓶颈节点对路由算法的影响,满足多用户的QoS要求。仿真结果表明,在不同的QoS要求下,该算法在业务时延、系统吞吐量、网络负载均衡等方面均具有明显优势,且算法复杂度低,大幅节省了有限的星上存储与计算资源。     

A novel data collection mechanism for smart grids using public transportation buses

In this study, we propose a novel solution for collecting smart meter data by merging Vehicular Ad-Hoc Networks (VANET) and smart grid communication technologies. In our proposed mechanism, Vehicular Ad-Hoc Networks are utilized for collecting data from smart meters, eliminating the need for manpower. To the best of our knowledge, this is the first study proposing the utilization of public transportation vehicles for collecting data from smart meters. With this work, the use of the IEEE 802.11p protocol has been proposed for the first time for use in smart grid applications. In our scheme, data flows first from smart meters to a bus through infrastructure-to-vehicle (I2V) communication and then from the bus to a bus stop through vehicle-to-infrastructure (V2I) communication. The performance of our proposed mechanism has been investigated in detail in terms of end-to-end delay and delivery ratio by using Network Simulator-2 and with different routing protocols.     

基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制

车载自组织网络（VANET）是一个高度动态的通信网络,设计稳定的数据分发机制是一个很大的挑战。将关注数据内容的命名数据网络（NDN）应用于车载自组织网络中,能有效缓解网络拓扑频繁变化所带来的问题。首先,优化命名数据网络的消息类型和数据结构;然后,结合车载自组织网络的特性,提出根据路段建立路由的方式,减少数据分发的开销。仿真实验结果表明,所提出的基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制与应用于车载自组织网络数据分发的传统命名数据网络算法对比,数据转发平均命中率（AHR）提高大约53个百分点,平均转发次数减少大约0.4。因此提出的基于命名数据网络的车联网数据分发机制,采用新的路由方式,能够提高数据分发效率。     

基于LD预测的车载自组网下一跳选择算法

在高速移动环境中,车载自组网的下一跳节点选择算法存在高丢包率的问题。为此,在贪婪算法的基础上,通过预测车辆节点的链路持续时间(LD)和数据发送时延,提出一种改进的下一跳节点选择算法。其中,转发节点根据邻居节点和自身的相对速度,预测该节点和当前节点间的链路持续时间,选择其值不小于待发数据的发送时延的邻居节点作为下一跳节点。仿真实验结果表明,改进算法可以明显降低贪婪算法的丢包率。     

A secure analysis of vehicular authentication security scheme of RSUs in VANET

The Vehicular Ad-Hoc Network (VANET) is a network to provide communication between nearby V2V (Vehicular to vehicular) and V2I(Vehicular to Infrastructure). In order to increase the network efficiency, it is required to have stability of transmission and security of reliability. In this paper, we propose a novel Vehicular Authentication Security Scheme (VASS) guaranteeing secure RSUs (Roadside Units) to OBUs(On-Board Units) in VANET on the basis of the ID-based authentication scheme using hi-pass card (or highway pass ticket) and license plate number. We show a usefulness and effectiveness of VASS after analyzed by the Petri nets.     

VANET QoS-OLSR: QoS-based clustering protocol for Vehicular Ad hoc Networks

In this paper, we address the problem of clustering in Vehicular Ad hoc Networks (VANETs) using Quality of Service Optimized Link State Routing (QoS-OLSR) protocol. Several clustering algorithms have been proposed for VANET and MANET. However, the mobility-based algorithms ignore the Quality of Service requirements that are important for VANET safety, emergency, and multimedia services while the QoS-based algorithms ignore the high speed mobility constraints since they are dedicated for Mobile Ad hoc Networks (MANETs). Our solution is a new QoS-based clustering algorithm that considers a tradeoff between QoS requirements and high speed mobility constraints. The goal is to form stable clusters and maintain the stability during communications and link failures while satisfying the Quality of Service requirements. This is achieved by: (1) considering the high mobility metrics while computing the QoS, (2) using Ant Colony Optimization for MPRs selection, and (3) using MPR recovery algorithm able to select alternatives and keep the network connected in case of link failures. Performance analysis and simulation results show that the proposed model can maintain the network stability, reduce the end-to-end delay, increase the packet delivery ratio, and reduce the communications overhead.     

基于软件定义网络的卫星网络容错路由机制

鉴于卫星网络对安全性和应对故障的能力有很高的要求，引入了软件定义网络（SDN）技术，在网络中放置中央控制器来增强网络对故障的应对能力。首先，基于SDN的思想设计了一种卫星网络模型，计算了三层轨道上卫星运行的参数并构建星座；然后，采用分层路由的方法，设计了一种针对卫星网络的容错路由机制；最后，在Mininet平台上进行了仿真实验，将容错路由算法（FTR）的实验结果与基于链路感知的星间路由算法（LRSR）和多层卫星网络路由算法（MLSR）的实验结果进行了对比。对比结果表明，在网络中无损坏节点和链路的情况下，FTR的路由总延时比LRSR平均降低了6.06%，说明了引入SDN集中控制的有效性；FTR的丢包率比同样以最小延时为目标的MLSR降低了25.79%，说明了在网络模型中为中轨道（MEO）卫星设计临时存储路由机制的有效性。而当网络中节点和链路的失效情况比较严重时，FTR的路由总延时比LRSR降低了3.99%，比MLSR降低了19.19%；其丢包率比LRSR降低了16.94%，比MLSR降低了37.95%，说明了FTR的容错有效性。实验结果验证了基于SDN的卫星网络路由机制具有更好的容错能力。