第三章 研究方法與系統架構
3.3 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略
3.3.7 汽車與目的地相遇
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圖 10：公車轉運站挑選最適公車圖
3.3.6 公車站與汽車相遇
當公車將訊息傳送至距目的地最近的公車站時如圖 11 所示，利用子區域的概念，
將訊息以 Flooding 方式傳送給相遇汽車，汽車和汽車相遇的機制仍進行座標判斷，只傳 送給可送達目的地的相遇汽車。
圖 11：公車站與汽車相遇圖
3.3.7 汽車與目的地相遇
當汽車和目的地相遇時，直接利用汽車傳送訊息至目的地。
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第四章
模擬實驗與結果分析
在本章節中我們將說明模擬實驗的各項設定，並針對實驗結果進行分析解釋。我們利用 THE ONE V1.4.1(Opportunistic Network Environment)模擬軟體評估我們提出的 A Kiosk Based Packet Forwarding Strategy In Vehicular DTNs 的網路效能。
4.1 效能評估
DTN 路由協定的最主要目的，就是希望能在節點高移動性、節點存在的不確定性、
節點間連線建立的偶然性環境嚴苛限制，形成網路拓樸變動快速的環境下，依舊可以達 到最佳的訊息成功傳送率、最低的延遲傳送時間以及最小的網路負載。因此在效能評估 方面，我們以三個度量面做為評比項目：
訊息傳送率 (Delivery Ratio)
延遲時間 (Latency Time)
傳送負載
我們評估我們提出的 A Kiosk Based Packet Forwarding Strategy In Vehicular DTNs 之外，同時亦和 Epidemic 與 Prophet Routing Protocol 進行評比比較。Epidemic Routing 具有訊息複製與廣播傳送的特性，將訊息傳送給相遇的每一個節點，因此通常造成較高 的網路負載；而 Prophet Routing 利用統計節點歷史相遇次數與路徑進行傳送機率計算，
遇到較高傳送機率的節點才傳送資料。
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4.2 模擬設定
我們的模擬實驗軟體為 THE ONE V1.4.1(Opportunistic Network Environment)。
4.2.1 公車路線設定
我們建構一個以地圖為基礎的模擬環境，使用的模擬城市為 The ONE 軟體內建的 芬蘭首都赫爾辛基 Helsinki，其地圖大小為 4500 公尺* 3400 公尺。因為我們提出的以公 車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，是以公車為基礎的 DTN 網路架構，因此 設定七條不同的公車行駛路線及各公車路線的交匯點，如下圖圖 12 所示，每一個顏色 代表一條公車行駛路線。公車路線配置表及公車轉運站配置表如表 5 及表 6 所示。
圖 12：公車模擬路線圖
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公車轉運站 3 tram996,997,998,999
公車轉運站 4 tram4,997,998
公車轉運站 5 tram3,996,997,999
公車轉運站 6 tram3,996,999
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系統整個模擬時間設定為 43200 秒，但因 Prophet Routing 需要準備時間(warm up time)計算初始節點的傳送機率，為了公平起見，我們設定準備時間為 1000 秒，而在這 1000 秒內的訊息傳送率與延遲時間不列入評比考量。
此外，我們設定公車的行駛速度為 20~40 km/h，而汽車行駛速度為 20~60 km/h，訊 息緩衝區大小為 5MB，公車站及公車轉運站訊息緩衝區大小為 5MB，而每個訊息大小 為 500KB~1MB，公車轉運站節點有十個座標位置。詳細的實驗模擬參數設定如下表 8 所示： Number of bus transfer station 10 Data Rate 1Mbps Radio Range 100m
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Message Size 500KB~1MB Interval of message creation 25~35 sec Car Buffer size 5M Bus Buffer size 5M Bus stop Buffer size 5M Bus transfer station Buffer size 5M
Car speed 20~60 km/h Bus speed 20~40 km/h Events.hosts 50
Time To Live 18000 sec
4.2.3 系統畫面
The ONE 模擬軟體與公車路線圖及公車站、公車轉運站各節點模擬圖如圖 13 所示。
系統操作介面主要分為三個部分，如下圖 14 所示。上半部視窗顯示所有節點的移動路 徑與路線；下半部視窗可設定不同節點的事件進行顯示與分析；右邊則可設定要針對哪 一個單一節點進行更詳細分析與了解。
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圖 13：The ONE 模擬軟體-公車路線與各節點系統畫面
圖 14：The ONE 模擬軟體系統畫面
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訊息送達率，但模擬結果卻為最低，可能因為節點的緩衝區大小是受限的，Epidemic Routing 像洪水般的將傳給每一節點，導致緩衝區快就不足而無法將息送達目的地；Prophet Routing 需要計算各節點的歷史相遇次數與路徑的傳送率，只將訊息傳送給高送 達率的節點，而公車的行駛方式為公車到總站後會往反方向行駛，Prophet Routing 將訊 息傳送給距目的地近的公車後，公車卻反方向行駛距離目的地更遠，無法順利送達訊息 形成訊息送達機率低。而我們提出的封包轉發策略，結合了行駛固定路線的公車及隨機 行駛的汽車，截長補短各 DTN 路由設計，具有更高的訊息送達率。
在整個網路的負載中如圖 16，計算公式為
Delivered packets
packets
我們提出的封包轉發策略因控制訊息的複製數量，所以具有最低的網路負載，Epidemic Routing 因將訊息傳送給全部所有的節點，訊息的複製數量明顯增加，形成網路負載高。在訊息的延遲率部分如圖 17，Epidemic Routing 由公式得知，訊息的延遲受訊息送 達率影響，因訊息送達率低所以亦形成延遲率高；Prophet Routing 因只接訊息傳送給高 送達率的節點，計算每個節點的送達率，形成訊息的延遲比我們提出的方法高，而我們 提出的封包轉發策略如圖所示有最低的訊息延遲率。
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Kiosk Based Epidemic Prophet
Delivery Ratio
106.1443
2004.3196
962.8198
0
Kiosk Based Epidemic Prophet
Overhead Ratio
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Number of bus transfer station 10 Data Rate 1Mbps Radio Range 100m Message Size 5KB Interval of message creation 25~35 sec Car Buffer size 100M265.5584
460.1481
529.0673
0
Kiosk Based Epidemic Prophet
Latency Time
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Bus Buffer size 100M Bus stop Buffer size 100M Bus transfer station Buffer size 100M Car speed 20~60 km/h Bus speed 20~40 km/h Events.hosts 50
Time To Live 18000 sec
圖 18：1B 初始模擬結果-訊息傳送率
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圖 19：1B 初始模擬結果-傳送負載
圖 20：1B 初始模擬結果-延遲時間
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在表 9 初始模擬 1B 中，我們將訊息的大小設定為 5KB，各節點的緩衝區大小設定 為 100MB，觀察三種不同路由的訊息轉發方式，由圖 18、19、20 中得知，當緩衝區較 大而訊息大小較小時 Epidemic Routing 及 Prophet Routing 有較佳的訊息送達率及，傳送 負載及訊息的延遲時間亦有較佳的結果，故由實驗的結果得知，Epidemic Routing 及 Prophet Routing 適用於當訊息大小較小及各節點緩衝區較大。
4.3.2 每路線公車數量之效能評估
在訊息送達率中，由每路線公車的數量模擬結果得知，當公車數量在 5~8 輛時具有 最佳的訊息送達率，當每路線公車數多時，反而不需過多的公車負責傳送訊息，因導致 訊息送達率降低如圖 21。
在網路負載中，由模擬的實驗結果得知 Epidemic Routing 及 Prophet Routing 皆因公 車數量增多而增加網路負載，Epidemic Routing 將訊息傳送給同樣路徑的公車，增加訊 息的複製數量，但卻無法增加訊息送達率；而我們提出的方法，當汽車傳給公車時，遇 到可送達目的地的公車時即複製一份訊息，即使公車數量增多亦不會造成網路負載增多 如圖 22。
在訊息延遲率方面，Epidemic Routing 及 Prophet Routing 都較大，我們提出的方法 結合公車及汽車高移動性傳送資料，訊息的被傳送的次數少，而有較低的訊息延遲率如 圖 23。
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5~8 8~12 12~15
Kiosk Based 0.3342 0.2986 0.2781
Epidemic 0.1925 0.1651 0.1767
Prophet 0.2658 0.2747 0.2541
0
Succ es sfu l d eliv er y ra tio
Delivery Ratio
5~8 8~12 12~15
Kiosk Based 194.2234 184.5367 183.1232
Epidemic 2525.4413 4551.8299 5170.9264
Prophet 1558.0567 2264.202 3301.0701
0
Transmission Overhead
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在訊息送達率中，Epidemic Routing 網路中的節點增多時，Epidemic Routing 訊息送 達率在緩衝區大小不受限時會提升，但我們的模擬參數設定汽車節點的緩衝區大小為 5MB，受限於緩衝區大小無法整體提升訊息送達率；Prophet Routing 因需計算每個節點 的歷史相遇記錄並將訊息傳送給高送達率的節點，當節點增多如未有高送達率的節點可 傳送則訊息送達率反而降低；而我們的訊息轉發策略，以利用公車及公車站的特性傳送 訊息至目的地為主，而汽車傳送為輔，故汽車節點增多訊息送達率減少如圖 24。
網路負載程度，我們的訊息轉發策略，在公車站的子區域中雖利用 Flooding 方式將 訊息傳給子區域中的所有汽車節點，Flooding 節點數愈多網路負載愈大，但我們的方法 因在汽車傳給汽車的訊息判斷中，增加了設定訊息的複製數量限制，故雖汽車節點變多，
系統的負載亦平穩無明顯的增多如圖 25。
在訊息延遲中，因汽車節點的數量增加，訊息可送達目的地的機會增多，故延遲減 少如圖 26。
5~8 8~12 12~15
Kiosk Based 244.3199 249.3089 229.3584
Epidemic 445.147 468.2336 458.4279
Prophet 474.0874 511.1155 431.9639
0
Delay Time (sec)
Latency Time
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Kiosk Based 0.3463 0.4034 0.3783
Epidemic 0.2665 0.1993 0.1515
Prophet 0.3238 0.2699 0.2248
0
Succ es sfu l d eliv er y ra tio
Delivery Ratio
25 50 75
Kiosk Based 14.7717 106.1443 341.5217
Epidemic 942.3887 2004.3196 4039.4615
Prophet 251.5284 962.8198 2549.2165
0
Transmission Overhead
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在訊息送達率中如圖 27，Epidemic Routing 及 Prophet Routing 皆因緩衝區增大，而 訊息送達率高。但需空間大的緩衝區才能呈現高送達率，而我們的方法僅需汽車緩衝區 25MB 公車緩衝區 50MB 即足夠，可減少更多的緩衝區成本，以低成本即可有高送達率。
在網路負載及訊息延遲率中如圖 28、29，緩衝區增加可以載送更多的訊息，傳送的 封包數減少，訊息的送達率提高，網路負載及訊息延遲率降低。
25 50 75
Kiosk Based 363.0266 265.5584 240.4293
Epidemic 618.7448 460.1481 447.1792
Prophet 601.7042 529.0673 448.8442
0
Delay Time (sec)
Latency Time
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5MB,25MB 25MB,50MB 50MB,100MB
Kiosk Based 0.3788 0.4671 0.4658
Epidemic 0.2315 0.3411 0.45
Prophet 0.2966 0.3932 0.4856
0
Succ es sfu l d eliv er y ra tio
Delivery Ratio
5MB,25MB 25MB,50MB 50MB,100MB
Kiosk Based 88.5226 116.3182 116.0647
Epidemic 7557.2929 4361.7972 3057.4872
Prophet 2338.836 2748.8902 2826.4838
0
Transmission Overhead
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Routing 而言一直重新計算節點的相遇次數及訊息傳送率，形成整個網路負載增加，而 訊息送達機率因速度增快可以愈快速送給其他節點，而減少延遲。5MB,25MB 25MB,50MB 50MB,100MB
Kiosk Based 279.8036 306.9092 306.721
Epidemic 961.9645 590.9948 623.0728
Prophet 584.9296 623.6629 661.1472
0
Delay Time (sec)
Latency Time
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20~30 km/h 30~40 km/h 40~60 km/h
Kiosk Based 0.3719 0.3863 0.3788
Epidemic 0.1993 0.1979 0.1993
Prophet 0.2589 0.276 0.2521
0
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Delivery Ratio
20~30 km/h 30~40 km/h 40~60 km/h
Kiosk Based 92.267 92.945 88.5226
Epidemic 2778.433 3053.4498 3203.6048
Prophet 1249.1429 1213.2754 1320.6196
0
Transmission Overhead
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圖 32：公車速度-延遲時間
20~30 km/h 30~40 km/h 40~60 km/h
Kiosk Based 278.3672 263.8156 279.8036
Epidemic 519.4567 478.5474 444.2677
Prophet 471.887 531.9675 466.6236
0 100 200 300 400 500 600
Delay Time (sec)
Latency Time
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Routing 及 Prophet Routings 相比有較佳的效能。在訊息送達率中，當網路的節點愈多規模愈大時，雖送達率下降，但我們提出的封 包轉發策略較 Epidemic routing 及 Prophet Routing 仍有較佳的訊息傳送率；針對系統的 負載程度，我們提出的方法對於節點的緩衝區大小汽車僅需 25MB 公車僅需 50MB，不 需要太多的緩衝區除了可以省電亦可節省建置成本；在訊息的延遲時間，因本文主要結 合公車行駛固定路線及汽車隨機式的行駛，綜合行駛固定及隨機路線的優勢，由實驗結 果得知，我們提出的方法使系統的延遲時間整體降低，且我們提出的方法較適用於訊息 容量大且節點緩衝區大小受限並基於成本考量的情況下，有較佳的實驗結果而相較於 Epidemic routing 及 Prophet Routing 需利用各節點配置容量較大的緩衝區情形下才能在
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訊息送達率、傳送負載、延遲時間有較好的結果。
5.2 未來展望
我們提出的封包轉發策略，公車轉運站為多個同方向公車路線的交匯點，目前一個 公車轉運站只得知有限的公車路線資訊，而非全部的公車路線資訊，故在未來的方向中，
可再利用公車轉運站的各公車路線交匯點的優勢，再增加為公車轉運站得知全部各公車 轉運站的公車路線資訊，在此情況下將使最適公車的挑選機制更精確及完善。
以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，主要由四個節點組合成的七種不
以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，主要由四個節點組合成的七種不