0 引言

    隨著自組織無(wú)線通信和車輛技術(shù)的快速發(fā)展，在不久的將來(lái)，交通信息方向?qū)l(fā)生重大轉(zhuǎn)變。未來(lái)，將采用分布式的移動(dòng)探測(cè)點(diǎn)(Probes)收集和分布實(shí)時(shí)的交通信息，不再引用嵌入基于基礎(chǔ)系統(tǒng)中的固定傳感節(jié)點(diǎn)。車輛的分布式網(wǎng)絡(luò)，即車聯(lián)網(wǎng)VANETs(Vehicular ad hoc networks)^[1-2]成為無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施、自組織的交通信息系統(tǒng)。在VANET中，每個(gè)車輛就是一個(gè)移動(dòng)傳感節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)收集、分發(fā)交通信息的角色。

    分發(fā)交通信息是VANETs中最根本的問(wèn)題。相比于Internet內(nèi)的單播數(shù)據(jù)，交通信息通常具有定向廣播(Broadcast-oriented)特性。換而言之，交通信息是公共利益(Public interest)，受益的是一群車輛，而不是某個(gè)體車輛。因此，與單播協(xié)議相比，廣播方案更適合于VANETs。廣播方案的主要優(yōu)勢(shì)在于車輛不需要目的地址，而單播協(xié)議需要準(zhǔn)確的目的地址，這就避免了路由發(fā)現(xiàn)、地址解析以及拓?fù)涔芾淼葟?fù)雜環(huán)節(jié)^[3-4]。 為此，本文著重分析VANETs的廣播方案。目前，研究人員已提出許多廣播方案，這些方案可分為單跳廣播和多跳廣播。

    在多路廣播方案中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)泛洪方式傳輸數(shù)據(jù)包。通常，當(dāng)源車輛廣播了信息數(shù)據(jù)包后，位于源車輛鄰近區(qū)域的車輛就變成下一跳轉(zhuǎn)發(fā)車輛(節(jié)點(diǎn))，并扮演著通過(guò)重播轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)。類似地，后續(xù)的車輛繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。通過(guò)這種方式，能夠?qū)⒃垂?jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包傳輸至遠(yuǎn)距離的車輛。

    目前，研究人員已提出眾多的基于多跳的廣播協(xié)議，如圖1所示。本文針對(duì)這些多跳廣播協(xié)議進(jìn)行分析，解析它們的特點(diǎn)。

1 多跳廣播協(xié)議

    多跳廣播協(xié)議是通過(guò)泛洪方式傳遞數(shù)據(jù)包。然而，在VANETs使用純(Pure)泛洪方案是不足夠的，原因有兩點(diǎn)：可擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)包碰撞。隨著網(wǎng)絡(luò)密度的增加，導(dǎo)致相同的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)反復(fù)重傳，這將引起信道帶寬的浪費(fèi)，這就說(shuō)明純泛洪方案不適應(yīng)于密集網(wǎng)絡(luò)，不具有可擴(kuò)展性。此外，在密集網(wǎng)絡(luò)，由于在同一個(gè)區(qū)域大量數(shù)據(jù)包同時(shí)廣播，不可避免會(huì)引起數(shù)據(jù)包碰撞，即廣播風(fēng)暴問(wèn)題^[5]。為此，一個(gè)優(yōu)質(zhì)的多跳廣播協(xié)議必須要解決這兩個(gè)問(wèn)題。

    目前，解決擴(kuò)展性和碰撞兩個(gè)問(wèn)題的常用方法就是降低冗余重傳數(shù)據(jù)包的數(shù)量。換而言之，只選擇部分車輛重傳數(shù)據(jù)包。依據(jù)現(xiàn)在多跳廣播協(xié)議特性，可分為基于時(shí)延、基于概率和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播方案。

1.1 基于時(shí)延多跳廣播

    所謂基于時(shí)延多跳廣播就是每個(gè)接收了數(shù)據(jù)包的車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，設(shè)定不同的延時(shí)等待，只有延時(shí)完畢，再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，具有最短延時(shí)等待的車輛具有重播數(shù)據(jù)包的最高優(yōu)先權(quán)，此外，為了避免冗余，一旦監(jiān)聽(tīng)到其他車輛已重播了數(shù)據(jù)包，車輛放棄等待。通常，延時(shí)時(shí)間是關(guān)于車輛與傳輸數(shù)據(jù)包的源車輛間的距離函數(shù)，一般距離越遠(yuǎn)，延時(shí)時(shí)間越短，成為下一跳重播節(jié)點(diǎn)的幾率越大。接下來(lái)，分析幾種典型的基于時(shí)延多跳廣播方案的特性。

1.1.1 城市多跳廣播UMB方案^[6]

    UMB(Urban Multi-Broadcast)方案目的在于解決廣播風(fēng)暴、節(jié)點(diǎn)隱藏以及多跳廣播中的可靠性問(wèn)題。UMB方案首先將源節(jié)點(diǎn)傳輸范圍內(nèi)的道路劃分幾個(gè)區(qū)域(Segments)，位于最遠(yuǎn)Segments內(nèi)的車輛具有優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)力。此外，UMB方案引用定向-廣播(directional broadcast)和十字路口廣播(Intersection broadcast)兩種模式。

    在定向-廣播(directional broadcast)模式中，當(dāng)車輛i需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，i首先傳輸請(qǐng)求廣播控制包RTB(Request -to-Broadcast)，其包含了自己的位置和數(shù)據(jù)包傳輸方向。位于車輛i傳輸范圍內(nèi)的車輛一旦收到RTB，它們就開(kāi)始傳輸被稱為Black-burst的干擾信號(hào)(Jamming Signal)。Black-burst的時(shí)長(zhǎng)L是關(guān)于車輛i與接收RTB的車輛間的距離d的函數(shù)，如式(1)所示。

    其中R表示車輛的傳輸范圍、S表示時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)。從式(1)可知 ，距離d越遠(yuǎn)，時(shí)長(zhǎng)L越長(zhǎng)。

    車輛(假定車輛j)傳輸了Black-burst后，車輛j繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)信道。如果發(fā)現(xiàn)信道忙，則表明有其他車輛正在傳輸Black-burst。在這種情況下，車輛j將放棄轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的權(quán)力。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)由其他車輛完成。反之，若信道是空閑的，車輛j向車輛i回復(fù)被稱為消除廣播的數(shù)據(jù)包CTB(Clear-to-Broadcast)。成功傳輸了CTB的車輛被選為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的下一跳車輛。

    一旦車輛i接收到CTB，車輛i就開(kāi)始傳輸DATA數(shù)據(jù)包。當(dāng)車輛j收到DATA數(shù)據(jù)包后，車輛j向車輛i回復(fù)確認(rèn)數(shù)據(jù)包ACK。如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，車輛i未能收到ACK控制包，那么整個(gè)過(guò)程重新開(kāi)始。

    然而，UMB方案并非是免碰撞的協(xié)議。當(dāng)一個(gè)segment內(nèi)有多個(gè)車輛時(shí)，它們可能會(huì)同時(shí)傳輸CTB，這就會(huì)引用碰撞。

1.1.2 智能廣播SB^[7]

    由上述分析可知，UMB方案中下一跳的轉(zhuǎn)發(fā)車輛需要等待很長(zhǎng)的時(shí)間才能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。為此，文獻(xiàn)[18]提出智能廣播SB(Smart Broadcast)方案，通過(guò)為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)車輛設(shè)定短的等待時(shí)間解決這個(gè)問(wèn)題。

    SB方案的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程如下所示。當(dāng)車輛(仍假定車輛i)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包，首先車輛i傳輸RTB，其包含位置、傳輸方向和競(jìng)爭(zhēng)窗口尺寸(Contention window size)等信息。位于車輛i傳輸范圍內(nèi)的車輛將接收到RTB，它們從RTB提取車輛i的位置信息，并決定自己的“sector”。最后，它們?cè)僖罁?jù)自己所屬的sector，選擇競(jìng)爭(zhēng)時(shí)延。

    依據(jù)文獻(xiàn)[7]，UMB方案設(shè)定了N_S個(gè)sector。位于第r個(gè)sector內(nèi)的車輛可從式(2)所示的時(shí)延集內(nèi)隨機(jī)地選擇自己的競(jìng)爭(zhēng)時(shí)延W_r：

其中r=1，2，…，N_S，并且r=1表示最遠(yuǎn)的sector。c_ω是競(jìng)爭(zhēng)時(shí)延的時(shí)長(zhǎng)。如式(2)所示，位于最遠(yuǎn)sector內(nèi)的車輛(r=1)等待的時(shí)延最短。

    當(dāng)?shù)却龝r(shí)延計(jì)時(shí)完畢，車輛(仍假定車輛j)就向車輛i傳輸CTB包。若成功接收了CTB包，車輛i就傳輸數(shù)據(jù)包DATA。

    文獻(xiàn)[7]對(duì)SB和UMB方案的性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明SB方案在數(shù)據(jù)包傳輸率方面優(yōu)于UMB方案，主要原因在于：UMB方案的數(shù)據(jù)包碰撞率隨著車輛密度的增加而提升。而SB方案的數(shù)據(jù)包傳輸率趨于一常數(shù)，不隨車輛密度變化而波動(dòng)。

1.1.3 有效定向廣播EDB^[8]

    文獻(xiàn)[8]提出了基于時(shí)延的多跳廣播協(xié)議，其工作流程與UMB和SB方案類似。然而，EDB(Efficient Directional Broadcast)方案未引用RTB和CTB控制數(shù)據(jù)包。此外，EDB方案引用了定向天線，每個(gè)車輛裝有兩個(gè)定向天線，波束寬度為30度。

    與UMB方案類似，EDM方案依據(jù)車輛所處的位置不同，定義兩類數(shù)據(jù)包：道路上數(shù)據(jù)包和十字路口數(shù)據(jù)包。位于道路上的車輛，若它(假定車輛i)需要傳輸數(shù)據(jù)包，車輛i直接傳輸數(shù)據(jù)包，其后面的車輛跟著轉(zhuǎn)發(fā)。為了減少冗余重傳數(shù)據(jù)包，車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前設(shè)定不同的延時(shí)等待。延時(shí)的時(shí)長(zhǎng)是關(guān)于離源車輛(車輛i)的距離函數(shù)，如式(3)所示。

其中R表示傳輸范圍、d表示車輛離源車輛i的距離。max_WT表示最長(zhǎng)的等待時(shí)間。

    如式(3)可知，離源車輛i越遠(yuǎn)的車輛具有越高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。一旦延時(shí)等待完畢，車輛就立即傳輸ACK確定包。其他車輛監(jiān)聽(tīng)到ACK包，表明有車輛具有比自己更高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)，自己就放棄這次競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)任務(wù)。當(dāng)源車輛i收到ACK，車輛i就傳輸數(shù)據(jù)包DATA。此外，為了提高可靠性，如果在max_WT內(nèi)沒(méi)有車輛轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，車輛將周期地廣播數(shù)據(jù)包。

1.1.4 Slotted 1-Persistence Broadcasting^[9]

    文獻(xiàn)[9]提出Slotted 1-Persistence廣播方案，其類似于其他的基于時(shí)延多跳廣播方案。離源車輛i越遠(yuǎn)的車輛，具有越高的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包，車輛就依據(jù)給定的時(shí)隙(Time slot)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。時(shí)隙是關(guān)于車輛離源車輛的距離函數(shù)。假定車輛給定的時(shí)隙：

其中D_ij表示車輛j離源車輛i的距離、R為傳輸范圍、N_S表示預(yù)定的時(shí)隙數(shù)。

    與Slotted 1-Persistence廣播方案類似，文獻(xiàn)[13]提出基于車輛密度的緊急廣播VDEB(Vehicle-density-based Emergency Broadcasting)方案。VDEB方案也采用等待時(shí)隙，其是關(guān)于距離的函數(shù)。與Slotted 1-Persistence不同的是，VDEB方案考慮了車輛密度信息，并依據(jù)該信息決定合適的時(shí)隙數(shù)。

1.1.5 分發(fā)安全消息的可靠RMDSI方案

    文獻(xiàn)[10]針對(duì)網(wǎng)絡(luò)不連接問(wèn)題，提出RMDSI(Reliable Method for Disseminating safety information)方案，從而提高通信的可靠性。RMDSI方案利用延時(shí)給每個(gè)車輛配置不同的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的優(yōu)先權(quán)。與EDB類似，當(dāng)接收到了數(shù)據(jù)包，車輛就依據(jù)式(3)計(jì)算等待時(shí)延，當(dāng)時(shí)延計(jì)時(shí)完畢，就轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。在等待過(guò)程中，車輛一直監(jiān)聽(tīng)信道，一旦發(fā)現(xiàn)其他車輛已轉(zhuǎn)發(fā)了數(shù)據(jù)包，就取消自己轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的任務(wù)。

    RMDSI方案的另一個(gè)特性就是引用了解決網(wǎng)絡(luò)斷裂的機(jī)制。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)車輛都保存它已轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的副本，直到它監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的副本(Duplicate)或者數(shù)據(jù)包的有效期已過(guò)。如果沒(méi)有監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的副本，則表明網(wǎng)絡(luò)可能斷裂。在這種情況下，轉(zhuǎn)發(fā)車輛就繼續(xù)重播，直到它監(jiān)聽(tīng)到來(lái)自下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的副本。通過(guò)這種機(jī)制應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)斷裂，提高數(shù)據(jù)包傳輸成功率。

1.1.6 多跳車輛廣播MHVB

    文獻(xiàn)[11]提出多跳車輛廣播MHVB(Multi-Hop Vehicular Broadcast)方案。與其他基于時(shí)延廣播方案一樣，MHVB方案引用了轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包進(jìn)行時(shí)延等待機(jī)制，時(shí)延的時(shí)長(zhǎng)是關(guān)于距離函數(shù)。然而，不足的是：文獻(xiàn)[11]中并沒(méi)有給出計(jì)算時(shí)延時(shí)長(zhǎng)的具體函數(shù)。

    與其他基于時(shí)延廣播方案不同，MHVB方案采用了交通擁擠檢測(cè)機(jī)制。交通擁擠，意味著車輛密度高，在這種環(huán)境下，每個(gè)車輛廣播自己消息的間隔應(yīng)增大。基于這個(gè)原理，MHVB方案利用鄰居數(shù)和行駛速度信息對(duì)交通擁擠進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)車輛發(fā)現(xiàn)自己的鄰居數(shù)大于門限值X，并且自己的行駛速度低于門限值V_max，表明交通擁擠，在這種情況下，車輛將增加廣播間隔。

1.1.7 RBLSM

    文獻(xiàn)[12]提出RBLSM(Reliable Broadcasting of life safety messages)方案。RBLSM方案也采用時(shí)延等待機(jī)制：車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，進(jìn)行時(shí)延等待，直到時(shí)延計(jì)時(shí)完畢，才轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。與其他時(shí)延等待方案不同的在于：RBLSM方案不再將離源車輛遠(yuǎn)的車輛給予最高的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包權(quán)，反而，就離源車輛最近的車輛，給予最高的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)。此外，RBLSM方案也采用了RTB、CTB控制包。

    與RBLSM方案類似，文獻(xiàn)[14]提出基于鏈路的分布式多跳廣播LDMB(Link-based Distributed Multi-hop Broadcast)方案。與RBLSM方案不同，LDMB方案中車輛在計(jì)算等待時(shí)延時(shí)，不僅考慮離源車輛的距離，還融入了交通密度、傳輸范圍以及數(shù)據(jù)包傳輸率。

1.2 基于概率的多跳廣播

    所謂基于概率的多跳廣播就是指每個(gè)車輛設(shè)定轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率，如文獻(xiàn)[15-17]。由于不是所有的車輛都能夠轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，冗余數(shù)據(jù)包的數(shù)量和數(shù)據(jù)包碰撞率得到有效的下降。基于概率的多跳廣播方案最關(guān)鍵的因素在于如何設(shè)置數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率。接下來(lái)，分析一些典型的基于概率的多跳廣播方案。

1.2.1 Weighted p-Persistence

    文獻(xiàn)[9]采用Weighted p-Persistence策略計(jì)算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率。車輛在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，先依據(jù)離源車輛的距離計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)概率：

其中D_ij表示車輛j離源車輛i的距離、R為傳輸范圍。依據(jù)式(6)可知，離源車輛越遠(yuǎn)，具有轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包優(yōu)先權(quán)的概率越大。然而，這個(gè)概率函數(shù)并沒(méi)有考慮車輛密度信息，因此，如果網(wǎng)絡(luò)密集，轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量仍然很大。此外，文獻(xiàn)[32]提出與Weighted p-Persistence類似的方案，轉(zhuǎn)發(fā)概率正比于離源車輛的距離。

1.2.2 優(yōu)化的自適應(yīng)概率廣播OAPB

    文獻(xiàn)[15]提出了優(yōu)化的自適應(yīng)概率廣播OAPB(Optimized Adaptive Probabilistic Broadcast)方案。OAPB方案依據(jù)局部的車輛密度計(jì)算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)概率。每個(gè)車輛通過(guò)交互HELLO數(shù)據(jù)包，計(jì)算自己的局部車輛密度信息。假定車輛j收到數(shù)據(jù)包，其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的概率φ_j：

其中，N₁、N₂和N₃分別表示車輛j的一跳鄰居數(shù)、二跳鄰居數(shù)和三跳鄰居數(shù)。

    此外，為了進(jìn)一步減少被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量，具有相同轉(zhuǎn)發(fā)概率φ的車輛設(shè)定不同的時(shí)延：

    仿真結(jié)果表明OAPB方案在廣播開(kāi)銷和數(shù)據(jù)包傳輸率方面優(yōu)于DB(Deterministic Broadcast)。原因在于OAPB能夠依據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性自適應(yīng)地調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)概率。

1.2.3 AutoCast

    文獻(xiàn)[16]采用了AutoCast廣播方案，依據(jù)車輛一跳鄰居數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)概率p：

其中N_h表示一跳鄰居數(shù)。從式(9)可知，轉(zhuǎn)發(fā)概率隨著一跳鄰居數(shù)的增加而下降。然而，顯然，AutoCast廣播方案能夠正常工作是以N_h大于或等于5為前提的。但是，文獻(xiàn)[16]并沒(méi)有描述在N_h小于5時(shí)，AutoCast廣播如何計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)概率。

    此外，為了提高覆蓋率和可靠性，AutoCast廣播方案采用了周期性重播機(jī)制。重播間隔t：

    與MILE和按需MILE相比，AutoCast廣播方案的性能有顯著提高。MILE方案只是一個(gè)簡(jiǎn)單的周期廣播協(xié)議，節(jié)點(diǎn)周期性轉(zhuǎn)發(fā)接收到的數(shù)據(jù)包。而按需MILE方案是基于MILE的優(yōu)化版，降低轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包數(shù)量。仿真結(jié)果證實(shí)了AutoCast廣播方案在數(shù)據(jù)包傳輸率和傳輸速度方面均優(yōu)于MILE和按需MILE方案。原因在于AutoCast方案考慮了車輛密度信息計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)概率，這有助于降低數(shù)據(jù)包碰撞概率和增加數(shù)據(jù)包傳輸率。

1.2.4 不可靠轉(zhuǎn)發(fā)IF

    文獻(xiàn)[17]提出了不可靠轉(zhuǎn)發(fā)IF(Irresponsible Forwarding)方案。IF方案依據(jù)離源車輛距離和車輛密度信息計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)概率p，如式(11)所示。

其中ρ_s表示車輛密度、z表示傳輸范圍、d為車輛離源車輛的距離。c為形狀參數(shù)shaping parameter，且c≥1。注意到式(11)，其不同于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率函數(shù)。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率函數(shù)是關(guān)于距離的線性函數(shù)。從式(11)可知，轉(zhuǎn)發(fā)概率p隨著距離d的增加而提高，隨著網(wǎng)絡(luò)密度ρ_s的增加而下降。

    文獻(xiàn)[17]進(jìn)一步分析證實(shí)：可通過(guò)形狀參數(shù)c控制轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。此外，IF方案維持轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)量趨于常數(shù)，即使是在車輛密集區(qū)域，這點(diǎn)說(shuō)明，IF方案具有可擴(kuò)展性。

1.3 基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播

    網(wǎng)絡(luò)編碼是一種新穎消息分發(fā)方式，其能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量^[18]。如圖2所示。考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景(如圖2(a))，節(jié)點(diǎn)C位于節(jié)點(diǎn)A、B之間，并且節(jié)點(diǎn)A、B不能直接相連接。假定A需要向節(jié)點(diǎn)B傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包，同樣，節(jié)點(diǎn)B也需要向節(jié)點(diǎn)A傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包。由于節(jié)點(diǎn)A、B不能直接相連接，它們只能借助于節(jié)點(diǎn)C轉(zhuǎn)發(fā)。具體而言，節(jié)點(diǎn)A先將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給C，然后C再轉(zhuǎn)發(fā)給B。類似地，節(jié)點(diǎn)B將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)C，然后由C轉(zhuǎn)發(fā)給A。顯然，這種簡(jiǎn)單的方式，發(fā)生四次數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。

    若采用網(wǎng)絡(luò)編碼，如圖2(b)所示，首先，節(jié)點(diǎn)A向C發(fā)送數(shù)據(jù)包，然后，節(jié)點(diǎn)B也向C發(fā)送數(shù)據(jù)包。接下來(lái)，節(jié)點(diǎn)C利用異或XOR操作，對(duì)接收到的兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，編碼后，再?gòu)V播。最后，節(jié)點(diǎn)A、B接收到編碼后的數(shù)據(jù)包，再進(jìn)行XOR操作就能夠得到自己所需的數(shù)據(jù)包，這個(gè)過(guò)程只需要三次數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。

    上述分析可知，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編碼分發(fā)消息能夠有效地降低數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，提高了寬帶利用率。接下來(lái)，分析典型的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的廣播方案。

1.3.1 COPE

    文獻(xiàn)[19]采用了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)議COPE。在實(shí)施過(guò)程中，COPE主要分為三步：(1)機(jī)會(huì)監(jiān)聽(tīng)(Opportunistic listening)；(2)機(jī)會(huì)編碼(Opportunistic listening)；(3)鄰居學(xué)習(xí)(Neighbor state learning)。機(jī)會(huì)監(jiān)聽(tīng)充分利用無(wú)線廣播媒介探聽(tīng)的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)包存于自己緩沖區(qū)，但僅存一段時(shí)間。當(dāng)機(jī)會(huì)來(lái)臨時(shí)，將這些數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼。機(jī)會(huì)編碼就是指節(jié)點(diǎn)利用一些規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，然后再向外傳輸，但是，需要保證接收節(jié)點(diǎn)能夠正確地對(duì)已編碼的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼。鄰居學(xué)習(xí)就是接收哪個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)包。為此，每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期地向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己緩存區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)包。

1.3.2 CODEB

    文獻(xiàn)[20]提出CODEB方案，其將COPE擴(kuò)展到自組織網(wǎng)絡(luò)。與COPE類似，CODEB方案引用機(jī)會(huì)監(jiān)聽(tīng)。此外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期地廣播自己的一跳鄰居清單。這樣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠構(gòu)成兩跳的鄰居清單，從而形成廣播主線。

    基于概率廣播方案中，利用概率選擇下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。與基于概率廣播方案不同，CODEB方案從鄰居節(jié)點(diǎn)中選擇一些節(jié)點(diǎn)構(gòu)成子集，該子集內(nèi)的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用PDP(Partial Dominant Pruning)算法構(gòu)建自己的子集。

    仿真結(jié)果表明CODEB方案在數(shù)據(jù)包傳輸率、數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)方面的性能優(yōu)于僅采用PDP算法未利用網(wǎng)絡(luò)編碼的方案。原因在于網(wǎng)絡(luò)編碼能夠減少數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù)。

1.3.3 EBCD方案

    文獻(xiàn)[21]提出基于EBCD(Efficient Broadcasting Using Network Coding and Directional Antennas)方案。EBCD方案結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)編碼和定向天線的優(yōu)勢(shì)。與CODEB方案類似，EBCD方案利用DDCDS(Dynamic Directional Connected Dominating Set)算法構(gòu)建轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集。與CODEB不同之處在于：EBCD方案中網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用到定向天線的每個(gè)sector區(qū)域。仿真結(jié)果證實(shí)EBCD方案能夠有效地降低數(shù)據(jù)包傳輸次數(shù)。

1.3.4 DifCODE

    文獻(xiàn)[22]提出DifCODE方案。與CODEB方案類似，DifCODE方案利用多點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)MPR(Multi-point relay)算法計(jì)算數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集。與CODEB方案不同之處在于機(jī)會(huì)編碼策略。在CODEB方案中，源車輛的所有鄰居車輛都需要能夠立即解碼所接收到的數(shù)據(jù)包。這限制了編碼機(jī)會(huì)。而DifCODE方案釋放了這個(gè)限制性，允許節(jié)點(diǎn)緩存那些不能立即解碼的數(shù)據(jù)包。仿真結(jié)果表明，與基于概率方案相比，DifCODE方案具有低的冗余率。

2 性能指標(biāo)

    目前，研究人員采用眾多的方法評(píng)估多跳廣播方案的性能指標(biāo)。為此，依據(jù)每個(gè)性能指標(biāo)的特性，所有性能指標(biāo)分為三類：頻率、空間、時(shí)間，如表1所示。頻率類的性能指標(biāo)主要涉及到計(jì)數(shù)，如數(shù)據(jù)包的數(shù)量和車輛數(shù)量。空間類的性能指標(biāo)主要涉及到距離的測(cè)量，而時(shí)間類的性能指標(biāo)是關(guān)于時(shí)間的測(cè)量。

    表1的第2列給每個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行編號(hào)。表1的第3列列舉每個(gè)性能指標(biāo)，從表1可知，有些性能指標(biāo)是非常類似的。第4列描述了計(jì)算每個(gè)性能指標(biāo)公式，第5列描述了性能指標(biāo)的單位，第6列表示該性能指標(biāo)的使用頻率。

3 多跳廣播方案的性能比較

    第1節(jié)已分析了各類典型的多跳廣播方案的特性，為了更充分地分析各方案的特點(diǎn)，表2還從評(píng)估模型、仿真平臺(tái)以及使用的性能進(jìn)行總結(jié)。

4 總結(jié)與展望

    針對(duì)VANET網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的消息分發(fā)方案進(jìn)行了分析和總結(jié)。依據(jù)特性的不同，將現(xiàn)有方案分為三類：基于時(shí)延、基于概率和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多跳廣播方案。隨后，總結(jié)了評(píng)估多跳廣播方案的性能指標(biāo)。

    盡管研究人員提出眾多的多跳廣播方案，但仍存在需要亟待解決問(wèn)題。

    (1)理論性能分析的缺失

    從表2可知，目前僅少數(shù)多跳廣播方案進(jìn)行理論性能分析，多數(shù)方案僅采用仿真。因此，通用于分析多跳廣播方案的基礎(chǔ)理論模型值得研究。理論模型首先應(yīng)該包含車輛移動(dòng)模型，這直接影響到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)連接。其次，應(yīng)該能夠包含數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)模型。

    (2)真實(shí)場(chǎng)景測(cè)試的缺失

    現(xiàn)有多數(shù)廣播方案均是采用簡(jiǎn)單直線道路場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試。然而，分發(fā)交通信息的多數(shù)場(chǎng)景是發(fā)生于城市交通，而城市交通的道路結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜，不再是簡(jiǎn)單的直線道路場(chǎng)景。因此，廣播方案應(yīng)該需要在一個(gè)復(fù)雜的，逼近真實(shí)城市交通場(chǎng)景中進(jìn)行測(cè)試。

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