DTN 受測路由簡介

本論文選出5 種 DTN 路由與本論文提出的 HPVR 比較測試結果，本節將介 紹此5 種 DTN 路由的傳送策略。

Epidemic 為 Unconditional Flooding 的傳輸方式，來源端會無條件地複製給 附近節點，如下圖2.7 所示，來源端 S 將封包 M1複製給附近的節點C1、C2，此 方式雖然能快速的把封包散播至網路中，但是會因為複製數量過多造成封包氾濫 的問題，導致封包整體到達率降低。

圖2.7 Epidemic Routing

DAER 比較通訊範圍內節點與目的端的距離，距離越短代表封包能靠近目的 端，如下圖2.8 所示，來源端 S 比較附近的節點 C1、C2，與目的端 D 的距離分 別為Dis1、Dis2，圖中因為𝐷𝑖𝑠_! < 𝐷𝑖𝑠_!，所以S 將封包 M1傳送給C1，此方法雖 然可以使封包接近目的端，但是當節點的移動方向反而遠離目的端的情況下，可 能會浪費此次封包的傳送，也會使封包到達時間延長。

圖2.8 DAER

VR 為了解決 Epidemic 的過多複製數量，判斷節點的移動軌跡平均散播封包，

如下圖2.9 所示，來源端 S 比較通訊範圍內節點 C1、C2的移動方向，S 與 C1、 C2的移動方向夾角分別為𝜃_!、𝜃_!，夾角越小代表移動軌跡相近，VR 認為此節點 的移動方向可能存在相同封包，不需要再額外複製給該節點，圖中因為𝜃_! < 𝜃_!， 所以 S 將封包 M1傳送給C2，此方法雖然傳送次數比 Epidemic 低，可是封包可 能會遠離目的端，造成封包到達率下降。

圖2.9 VR

SD_MPAR 此路由結合目的端地理資訊和附近節點的移動方向，挑選出適合 的候選點傳送封包，使封包能夠有效地接近目的端，如圖 2.10 所示，來源端 S 通訊範圍內的節點有C1、C2，與目的端的距離分別為Dis1、Dis2，移動方向與D 直線方向的夾角為𝜃_!、𝜃_!，SD_MPAR 提出𝑆𝐷_! = 𝜆_!!^!

!+ 𝜆_!!"#^!

!，𝜆_!+ 𝜆_!=1 為調 整參數，使用者自行定義，將方向夾角與目的端距離代入，分別得到SD1、SD2， SD 值越大可能接近目的端的機率越高，圖中SD_! < SD_!，所以S 將封包 M1 傳送 給 C2。此路由能夠正確挑選出接近目的端的候選點，可是在此移動方向上複製 過多的封包，造成此路線上的封包氾濫，可能使封包到達率下降。

圖2.10 SD_MPAR

HVR 與本論文 HPVR 相同使用 History table 記錄節點地理資訊，利用歷史 的節點資訊預測目的端可能移動的範圍，計算節點將來可能與目的端碰面的機率，

如下圖2.11 所示，來源端 S 從 History table 取出目的端 D 的地理資訊，並且依 照目前時間預測D 的移動距離 dis，以 dis 為半徑的圓為 D 的移動範圍，S 通訊 範圍內的節點C1、C2，經過Sliding Window 的時間分別移動到𝐶_!^!、𝐶_!^!，D 的移 動範圍與𝐶^!、𝐶^!通訊範圍的相交面積為Area、Area，面積越高代表與目的端碰

決IVC 的問題，但是當 History table 距離上次記錄時間過長，造成 HVR 預測的 目的端距離過大，面積判斷可能會失去挑選候選點的功能，造成封包氾濫的問 題。

圖2.11 HVR

第三章 History-based Predicted Vector Routing Protocol

為了解決VDTN 動態網路拓樸造成的網路斷裂，利用 History table 儲存節點

的地理資訊解決 IVC 環境中無法隨時取得節點位置的問題，本篇論文提出

History-based Predicted Vector Routing Protocol(HPVR)使用 History table 節點資訊 預測目的端位置，結合象限篩選機制挑選到達率高的候選點，候選點作為需要攜 帶封包至目的端的中繼節點，使封包整體的到達率提高，並且使用我們提出的 Predicted Reach Time(PRT)緩衝區管理機制解決封包在網路中氾濫(封包氾濫)的 問題。

本篇論文主要維護每個節點的History table，History table 內容包括節點位置、

速度、移動方向及更新時間等節點資訊，如下圖3.1，當來源端與其它節點連線，

第一階段更新彼此的History table 資訊，第二階段針對緩衝區內所有的封包，從 History table 取出目的端資訊，比較來源端移動方向與預測目的端位置的象限關 係，使用象限篩選機制挑選出適合的候選點，並將封包加入至該候選點的傳輸序 列，依照傳輸序列複製封包給候選點。

圖3.1 HPVR 來源端流程圖

3.1 設計歷史路由表

本論文所提出運用於車載延遲容忍網路中之路由機制HPVR，主要是以位置 為基礎的路由協定，每一輛車上都有GPS 和歷史路由表(History Table)，藉由 GPS 可以取得自己的位置，但不能得知其他車的位置，只有當其他車進入自己的通訊 範圍內時，才能得知該車的位置，並且更新自己的歷史路由表。

圖3.2 更新路由表

如圖3.2 所示，S、C1、C2、C3節點分別各自擁有路由表，目前只有C1在S 的通訊範圍R 內，所以 S 的路由表會更新 C1的目前位置，以及取得C1路由表的 資訊，將C1路由表更新至S 的路由表，這樣 S 擁有 C1的最新位置，以及C1最 近遇過的節點位置。

如下表 3.1、表 3.2 所示，S 和 C1 還未更新的歷史路由表(HT)，Node 為之 前紀錄碰面過的節點，History Location 為上次更新節點的位置，Encounter Time(ET)為碰面的時間，ET 的值越接近目前時間表示這筆資料的準確度越高。

目前時間是500，當 C1 進入 S 的通訊範圍內，S 會與 C1的HT 來與自己比對，

自己沒有儲存的資料，經過比對後發現HT(S)沒有 C2這項資料，則S 會把 C2直

Node History Location Encounter Time C1 (X1,Y1) 100

C3 (X2,Y2) 200 表3.2 C1節點的歷史路由表

HT(C1)

Node History Location Encounter Time C2 (X3,Y3) 300

C3 (X4,Y4) 50 表3.3 更新後 S 節點的歷史路由表

HT(S)

Node History Location Encounter Time C1 (X5,Y5) 500

C2 (X3,Y3) 300 C3 (X2,Y2) 200

3.2 象限篩選機制

篩選到達率高的候選點，能提升整體的封包到達率，並降低封包平均轉送次 數。我們提出象限篩選機制，從歷史路由表的目的端歷史位置，預測目的端目前 可能的位置，並藉由四個象限從與來源端連線的節點中篩選候選點，使封包經由 候選點store-carry-forward 至目的端。

𝑥_! = 𝐷 𝑥 + cos 𝜃 ∗ 𝑆𝑝 ∗ (𝐶𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡  𝑇𝑖𝑚𝑒 − 𝐸𝑇) 𝑦_! = 𝐷 𝑦 + sin 𝜃 ∗ 𝑆𝑝 ∗ 𝐶𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡  𝑇𝑖𝑚𝑒 − 𝐸𝑇

公式3.1 預測目的端位置

圖3.3 預測目的端位置

由圖3.3 所示，節點的行進方向為𝜃_Ｄ，𝐷 𝑥, 𝑦 是由攜帶封包節點的 HT 得知

𝐶𝑢𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡  𝑇𝑖𝑚𝑒 − 𝐸𝑇 為遇到時間扣掉目前的時間，表示目的端的行進時間，由 公式3.1 由 HT 取出的節點資訊預測的目的端(PD)位置(𝑥_!, 𝑦_!)。

得到PD 後，接著以來源端 S 為中心分為四個象限，找出 PD 與 S 的象限關 係，並依照彼此的象限關係和S 的行進方向篩選候選點。

圖3.4 象限關係

由圖3.4 所示，𝑃𝐷(𝑥_!) − 𝑆 𝑥 > 0且𝑃𝐷(𝑦_!) − 𝑆 𝑦 > 0，此 S 與 PD 的位置 關係是I 象限，S 的行進方向SV也是在 I 象限，在本論文中此關係稱為同象限，

以下表3.4 列出SV與 PD 位置的象限關係。

表3.4 節點行進方向與 PD 的象限關係

如上圖3.5 所示，候選點 C1、C2、C3、C4與S 的象限關係分別為 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、

Ⅳ，SV與 PD 的象限關係為鄰象限，選擇位置在SV和 PD 象限的候選點 C1、C2， 表示S 還未遇過這些節點的機會很大，將有機會把封包傳給目的端，反之，SV反 方向的節點在之前由這些方法篩選過，所以把這些節點過濾掉，以避免封包的複 製數量過多，造成封包平均傳送次數增加。選擇位置與PD 同象限的候選點，表 示經由這些候選點可以把封包轉傳給目的端的機會比較高，以提高封包到達的機 率。

第二步，經過象限篩選後，這些選出的候選點為較高機率可以將封包傳給目 的端，但是，這些候選點的行進方向也可能遠離目的端，使得封包無法到達目的 端，造成不必要的封包傳送，所以要再經過第二次篩選，以行進方向門檻值θ

Threshold，選出可能遇到目的端的候選點。

圖3.6 行進方向篩選

如圖3.6 所示，C1、C2為位置篩選後的候選點，與C1、C2的行進方向與PD 位置的夾角分別為θC1、θC2，夾角越小表示未來遇到目的端的機會越高。本論 文設定行進方向篩選的門檻值為θ_Threshold，且𝜃

𝐶

! < 𝜃!!!"#!!"# < 𝜃𝐶_!，C1明顯駛 離 PD 的位置，並且大於門檻值，所以 C1剔除候選點，C2將來遇到 PD 的機會 很高，並且小於門檻值，所以最後S 以 C2當中繼節點轉送封包，透過此方法能 增加封包到達率，並有效減少不必要的封包傳送。

3.3 PRT 機制

本論文提出PRT 管理機制，傳送封包前來源端先發送封包資訊給中繼節點，

封包資訊包括封包大小，確認中繼節點的緩衝區剩餘容量，當緩衝區沒有足夠空 間接收新的封包時，使用節點移動向量與預測的目的端位置計算Predicted Reach Time (PRT)，若 PRT 越長則封包到達機會越小，所以優先刪除 PRT 大的封包，

藉此保持足夠空間容納新的封包與減少封包到達時間。

圖3.7 PRT 機制流程圖

本論文根據節點的行進速度、行進方向、PD 位置，計算出每個封包 Mi 的 Predicted Reach Time(PRT)，PRT 值越大代表該節點遇到目的端的時間越長，造 成封包到達率降低與增加封包的延遲時間，依據 PRT 照大小排列，當緩衝區容 量無法容下新進封包，則優先丟棄PRT 值最大的封包，以下列出 PRT 的計算公 式。

𝑃𝑅𝑇_! =   𝑅_! 𝑉_!𝑐𝑜𝑠𝜃

Mi

  公式3.2 PRT 公式

圖3.8 PRT

如上圖3.8 所示，S 攜帶 M1、M2封包，各自的目的端為PD1、PD2，S 到目 的端的距離為R1、R2，行進方向的夾角為𝜃

M

₁、𝜃

M

₂，S 的行進速度為 Vs，藉由 公式3.2 可得知 PRT1和PRT2，且 PRT1<PRT2，所以PRT2會被優先移除，經由 此方法可以移除到達率低的封包，可提升封包整體的到達率和降低封包的延遲時 間。

Algorithm HPVR Mechanism

1. while(Connection Up){

2. update HT

15. Transmission Message {

16. if C

_i

buffer is not enough for m

第四章 模擬與效能評估

本論文使用Opportunistic Network Environment simulator[18] (以下簡稱 ONE) 做為模擬工具，ONE 由 java 所撰寫的開放式原始碼網路實驗模擬器，它可以根

人使用的小客車或卡車等，一般車輛將在地圖上隨機產生，並根據移動 模組決定一般車輛的行駛模式，公車從設定的起始點出發，依照設定的 路線行駛到達目的地，到達目的地後再從目的地出發依照設定路線回到 出發點，因此公車的行駛模式具有規律性，車輛配備包括封包暫存的緩 衝區(buffer)大小、車輛的通訊範圍等。我們設定模擬的車輛種類為一 般車輛，包括一般駕駛人的自小客車與計程車，模擬實驗的每個節點連 線通訊及傳輸速度等設定都是一樣。

Ø 事件模組

事件模組是控制封包的產生數量、產生間隔和封包大小等，產生數 量是模擬開始到模擬結束時所產生封包的總數，產生間隔是每個封包之 間的產生時間。

4.2 環境設定

為了更加符合真實條件的測試環境，本篇論文使用OpenStreetMap [19] 提供 的真實城市街道圖，並使用osm2wkt [20] 將 OpenStreetMap 的地圖轉成 wkt 檔，

轉換過後的wkt 檔使用 OpenJUMP [21] 可以編輯修改地圖，修改好後匯出的地

轉換過後的wkt 檔使用 OpenJUMP [21] 可以編輯修改地圖，修改好後匯出的地

在文檔中 車載延遲容忍網路中以歷史路由表為方向預測型路由協定之研究 (頁 27-0)