以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學資訊科學系 Department of Computer Science National Chengchi University 碩士論文 Master’s Thesis. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略 A Kiosk Based Packet Forwarding Strategy in. y. Nat. n. al. er. io. sit. Vehicular Delay Tolerant Networks. Ch. engchi. i n U. v. 研究生：陳維偵指導教授：蔡子傑. 中華民國一百零一年一月 Jan 2012.

(2) 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略 A Kiosk Based Packet Forwarding Strategy in Vehicular Delay Tolerant Networks. 研究生：陳維偵. Student：Wei-Chen Chen. 指導教授：蔡子傑. Advisor：Tzu-Chieh Tsai. 國立政治大學資訊科學系碩士論文. 學 ‧. ‧ 國. 立. 政治大. n. er. io. sit. y. Nat. A Thesis submitted to Department of Computer Science National a l Chengchi University v i n C h of the Requirements in partial fulfillment engchi U for the degree of Master in Computer Science. 中華民國一百零一年一月 Jan 2012. I.

(3) 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略. 摘要. 在耐延遲網路(Delay Tolerant Network)中，因節點之間的高移動性、連接的不確定性環境嚴苛限制，採用 Store-And-Forward 訊息傳輸的模式提供一個可接受的網路表現。常見的路由協定可分為機會路由、基於預測的路由以及調度路由，然. 治政而這些路由協定使用在市區環境中，有些許不足的地方，因此我們提出適用在市大立區封包轉發策略。 ‧ 國. 學. 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，是在市區環境. ‧. 中建立一個以公車亭為基礎的資料傳送架構，包含汽車、公車、公車站、公車轉運站四種節點。我們建立節點與節點相遇時資料傳送規則，例如汽車與汽車相遇、. y. Nat. io. sit. 汽車與公車相遇、公車與公車站相遇、公車與公車轉運站相遇、公車轉運站與公. n. al. er. 車相遇、公車站與汽車相遇、汽車與目的地相遇時各自有不同的資料傳送判斷與限制。. Ch. engchi. i n U. v. 實驗結果也證明所提出的演算法，除了可以有效地減少延遲傳送時間並提高訊息成功傳送率，及在各節點有限的緩衝區大小下，我們的封包轉發策略有著最突出的效能。關鍵字：耐延遲網路、耐延遲車載網路、封包轉發策略. II.

(4) A Kiosk Based Packet Forwarding Strategy in Vehicular Delay Tolerant Networks. Abstract In Delay Tolerant Networks (DTNs), there does not exist an end-to-end path due to intermittent connectivity and high node mobility. Messages are stored for a period of. 政治大 DTN routing protocols can be summarized into three categories: opportunistic, 立. time at network nodes and are conveyed hop-by-hop to the destination. The current. prediction-based and scheduling protocols. However, these routing protocols have. ‧ 國. 學. some deficiencies and are not specifically focused on the urban areas.. ‧. Based on the characteristics of urban areas, we proposed a kiosk based packet. sit. y. Nat. forwarding strategy for vehicular delay tolerant networks. We established the rules of. io. er. data transmission when one node contacts other nodes. More specifically, Car-to-Car, Car-to-Bus, Bus-to-Bus stop, Bus-to-Bus transfer station, Bus transfer station-to-Bus,. n. al. Ch. Bus stop-to-Car ,Car-to-Destination contacts, restrictions for data forwarding.. engchi. iv n have U different. judgments and. The simulation results demonstrate that we proposed packet forwarding strategy would reduce the delivery delay, and improve the successful delivery rate. Especially with limited buffer and little overhead, our proposed strategy has the most prominent performance. Keywords：Delay Tolerant Network, Vehicular Delay Tolerant Network, Packet Forwarding Strategy. III.

(5) 致謝辭本篇論文可以順利完成，首先要感謝我的指導教授蔡子傑教授，兩年半的研究生生涯中，對學生悉心的指導教誨，從一開始的每兩星期 Group Meeting 觀摩學長姐報告並參與論文報告中獲得更多相關的知識，在這些過程中對於學術思想及邏輯思考上給了我很大的啟發，令我受益良多；同時也感謝羅文卿學姐於學業及論文中的提醒與指導；感謝口試委員吳曉光教授、周承復教授、王協源教授、陳伶志教授們精闢的見解，使論文更趨完善，在此敬申謝意。. 立. 政治大. 其次，非常感謝十信高中的長官及同仁們，尤其是盧瑞財校長，在進. ‧ 國. 學. 修的過程中，時時給予關心鼓勵與包容；亦感謝學校學務主任許懷白主任，對於導師工作的提醒及幫忙；感謝學校教務主任王惠美主任，對於請假代. ‧. 調課的包容；亦感謝各個好同事們，吳亞潔老師在我進修請假時義不容辭. Nat. sit. y. 的幫忙擔任代導師的職務，黃東溪老師、郭靜怡老師、楊麗錦老師、莊韻. er. io. 靜老師、許鈴芬老師、彭美惠老師，在心情起伏時，給予的加油打氣與支. n. al 持陪伴。亦感謝實驗室的學長姐及同學們，對於口試流程及論文書寫格式 iv n U 的提醒，以及模擬軟體的教導。e n g c h i. Ch. 最後要感謝的是我的父母親及弟弟們，為我提供一個沈靜又溫暖的家，沈澱忙碌工作及慌亂的心情，不論我遇到任何困難及挫折，都在身邊給予鼓勵與支持，家人的鼓勵讓我更勇於挑戰也讓我更堅強。感謝這一路上指導的師長們及陪伴的同事朋友們，因為你們的鼓勵與幫忙讓我更有動力完成這份論文，感謝你們！. IV.

(6) 目錄第一章緒論...............................................................................................1 1.1 研究背景 ...........................................................................................1 1.2 研究動機 ...........................................................................................3 1.4 研究流程 ...........................................................................................4 第二章相關研究 ......................................................................................5. 政治大 2.1Opportunistic Protocol ........................................................ 5 立. ‧ 國. 學. 2.1.1 Epidemic Routing Protocol ................................. 5. ‧. 2.1.2 Spray Routing Protocol ....................................... 6. sit. y. Nat. 2.2 Prediction-based Protocol .................................................. 6. er. io. 2.2.1 Solar Routing Protocol........................................ 6. n. a. v. 2.2.2 Prophetl Routing Protocol.................................... 6 ni C. hengchi U. 2.3 Scheduling Protocol ........................................................... 7 2.3.1 MF Routing Protocol .......................................... 7 第三章研究方法與系統架構 ..................................................................9 3.1 研究方法 ...........................................................................................9 3.2 系統架構 ...........................................................................................9 3.3 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略 .....................12. V.

(7) 3.3.1 汽車與汽車相遇 ................................................................12 3.3.2 汽車與公車相遇 ................................................................13 3.3.3 公車與公車站相遇 ............................................................14 3.3.4 公車與公車轉運站相遇....................................................15 3.3.5 公車轉運站與公車相遇....................................................16 3.3.6 公車站與汽車相遇 ............................................................18. 政治大. 3.3.7 汽車與目的地相遇 ............................................................18. 立. 第四章模擬實驗與結果分析 ................................................................20. ‧ 國. 學. 4.1 效能評估 .........................................................................................20. ‧. 4.2 模擬設定 ........................................................................................21. Nat. io. sit. y. 4.2.1 公車路線設定 ....................................................................21. er. 4.2.2 參數設定 ............................................................................22. al. n. v i n Ch 4.2.3 系統畫面 ............................................................................ 24 engchi U. 4.3 實驗結果 ........................................................................................26 4.3.1 初始模擬結果 ....................................................................26 4.3.2 每路線公車數量之效能評估............................................31 4.3.3 汽車數量之效能評估........................................................33 4.3.4 汽車及公車緩衝區大小之效能評估 ...............................35 4.3.5 公車速度之效能評估........................................................37 VI.

(8) 第五章結論與未來展望 ........................................................................40 5.1 結論 .................................................................................................40 5.2 未來展望 .......................................................................................41 參考文獻 ..................................................................................42. 立. 政治大. 學 ‧. ‧ 國 io. sit. y. Nat. n. al. er. 第六章. Ch. engchi. VII. i n U. v.

(9) 表目錄表 1：各節點訊息轉發表 .......................................................................10 表 2：系統架構節點表 ........................................................................... 11 表 3：挑選最適公車公式表 ...................................................................17 表 4：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略規則表 .......19 表 5：公車路線配置表 ...........................................................................22. 政治大. 表 6：公車轉運站配置表 .......................................................................22. 立. 表 7：系統節點相關假設表 ...................................................................23. ‧ 國. 學. 表 8：1A 實驗模擬參數設定表 .............................................................23. ‧. 表 9：1B 初始實驗模擬參數設定表 ......................................................28. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. VIII. i n U. v.

(10) 圖目錄圖 1：研究流程 .........................................................................................4 圖 2：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略之系統架構圖 ................................................................................................................... 11 圖 3：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略之系統之傳送判斷流程圖...............................................................................................12 圖 4：汽車與汽車相遇圖 .......................................................................13. 政治大圖 5：汽車與公車相遇圖 .......................................................................14 立. ‧ 國. 學. 圖 6：公車與公車站相遇-在公車站傳輸範圍內 ..................................14. ‧. 圖 7：公車與公車站相遇-未在公車站傳輸範圍內 ..............................15. sit. y. Nat. 圖 8：公車與公車轉運站相遇圖 ...........................................................16. er. io. 圖 9：子區域分割圖 ...............................................................................17. n. a. v. l C 圖 10：公車轉運站挑選最適公車圖 ..................................................... 18 ni. hengchi U. 圖 11：公車站與汽車相遇圖..................................................................18 圖 12：公車模擬路線圖 .........................................................................21 圖 13：The ONE 模擬軟體-公車路線與各節點系統畫面 ...................25 圖 14：The ONE 模擬軟體系統畫面 .....................................................25 圖 15：1A 初始模擬結果-訊息傳送率 ..................................................27 圖 16：1A 初始模擬結果-傳送負載 ......................................................27 IX.

(11) 圖 17：1A 初始模擬結果-延遲時間 ......................................................28 圖 18：1B 初始模擬結果-訊息傳送率 ..................................................29 圖 19：1B 初始模擬結果-傳送負載 ......................................................30 圖 20：1B 初始模擬結果-延遲時間 ......................................................30 圖 21：每路公車數量-訊息傳送率 ........................................................32 圖 22：每路公車數量-傳送負載 ............................................................32. 政治大. 圖 23：每路公車數量-延遲時間 ............................................................33. 立. 圖 24：汽車數量-訊息傳送率 ................................................................34. ‧ 國. 學. 圖 25：汽車數量-傳送負載 ....................................................................34. ‧. 圖 26：汽車數量-延遲時間 ....................................................................35. Nat. io. sit. y. 圖 27：節點緩衝區大小-訊息傳送率 ....................................................36. er. 圖 28：節點緩衝區大小-傳送負載 ........................................................36. al. n. v i n C h ........................................................ 圖 29：節點緩衝區大小-延遲時間 37 engchi U 圖 30：公車速度--訊息傳送率 ...............................................................38 圖 31：公車速度-傳送負載 ....................................................................38 圖 32：公車速度-延遲時間 ....................................................................39. X.

(12) 第一章緒論. 1.1 研究背景. 立. 政治大. ‧ 國. 學. DTN(Delay-Tolerant Network)耐延遲網路技術為間歇性的移動網路，相較於傳統的連接性網路不同點在於來源端及目的地端節點間沒有固定及完整的路由路徑，兩者之間的資. ‧. 料傳送需經由中間節點彼此的相遇轉送資料，將資料送達目的地。耐延遲網路因節點之. sit. y. Nat. 間的高移動性、節點存在的不確定性、節點間連線建立的偶然性的環境嚴苛限制，採用. io. al. n. 個可接受的網路表現[1]。. er. Store-And-Forward 訊息傳輸的模式對於封包遺失率、延遲率、錯誤發生率連結提供一. i n C DTN(Delay-Tolerant Network)耐延遲網路的應用： hengchi U. 1.. v. 野生動物追蹤（Wildlife Tracker）野生動物的移動行為沒有固定路徑，僅能在特定地點找到牠們，例如︰水源、巢穴. 等，在這些野生動物的身上裝置省電、無須額外設定的GPS收發器後，研究人員便可藉由裝置之間的資料交換資訊，來分析出野生動物的活動範圍、不同物種間的互動及遷徙等關係，相關的研究如美國普林斯頓大學的ZebraNet Project[2,3]。 2.. 外太空傳輸（Outer space communication）：衛星傳輸是短期欲達成的目標，行星之間傳輸則為未來的長程目標，衛星傳輸在現. 1.

(13) 今已經有一些可行的技術，而DTN容許長時間延遲和高錯誤機率的性質，適用於外太空傳輸。美國國家航空暨太空總署 (NASA) 預計在2011年啟用的Inter Planetary Internet Project 就是這個應用的實際案例[4, 5]。 3.. 開發中國家或偏遠地區網路傳輸（Developing Regions Networks）：開發中國家或偏遠地區的網路基礎建設通常未臻完善，所以勢必有許多的地區的對. 外網路不發達，甚至是沒有網路可言，這時候DTN的作用和優勢就可以被突顯出來，雖不能提供即時的網路服務，但卻能提供這些地區價格相對較低，在這樣的應用環境下，. 政治大. 成本、部署、功耗等問題就需要被考慮而且提供一定品質的網路服務，例如︰美國柏克. 立. 萊大學所研究的Tier Project[6]，主要的研究目標就是要解決這些開發中國家或偏遠地區. ‧ 國. 學. 的網路通信問題。 4.. 戰區、災區的通訊網路（Battle filed networks）. ‧. 以往Mobile Ad Hoc Network (MANET) 的研究應用，常被設定在無建置基礎建設，. Nat. sit. y. 或基礎建設已遭受損壞的戰區、災區環境中，然而，在這樣的環境中，由移動式節點所. n. al. er. io. 組成的許多互不相連的網路區塊，可能會因為移動式節點的移動性與無線傳輸範圍的限. i n U. v. 制，而造成不同的網路區塊之間無法互相通訊的情況，此時，若能利用DTN節點的移動. Ch. engchi. 性，以及機會網路最重要的傳輸機制儲存及傳送(store-carry-forward) 訊息交換機制，就能適用於戰區、災區環境[7, 8]。 Vehicular Delay-Tolerant Networking (VDTN)為一種在DTN行動節點上的應用，藉由車輛之間機會式的相遇傳送傳息。VDTN主要應用在交通狀況監控、碰撞避免偵測、緊急訊息的傳播、免費停車場的資訊、車廂廣告等。在VDTN中，可透過行動節點(車輛) 間攜帶及交換訊息。這些行動節點可分成兩種，一個為隨機於馬路上行駛的汽車，另一個為行駛定義好路線的公車；Stationary relay nodes(固定的傳送節點)固定在路口的設備，具有儲存和轉發訊息的能力；允許行動節點在經過時從固定的傳送節點取得訊息及儲存訊息在固定的傳送節點，而將增加節點相遇的機會提升訊息的到達率[9]。 2.

(14) 而本文中主要探討在一般城市中，透過車輛節點公車及汽車的結合對對整個DTN環境中訊息傳送方式及效能。. 1.2 研究動機本文欲探討的環境為在市區中的資訊傳送，透過公車及汽車此兩種移動節點來進行資料的傳送。在公車及汽車移動節點中，公車的行經路線固定、移動速度快、移動距離遠，而公車必經的公車站在本文中以"Kiosk"視為公車站或公車亭的概念，利用來接收及. 治政轉發資訊和一般汽車利用隨機特性傳送資訊結合。公車以MF 大 Routing Protocol中 Ferry 立的角色接收訊息及傳送訊息將可利降低系統的負載[14]；汽車的隨機特性則採用 ‧ 國. 學. Controlled Opportunistically-Forwarding Protocol方式只傳送訊息給特定的汽車，以控制訊. ‧. 息的重複性，結合機會路由協定、基於預測路由協定、調度路由協定此三種路由協定的優勢及特性，設計出在市區中以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，並且針. y. Nat. n. al. er. io. sit. 對公車及汽車的移動速度、密度、緩衝區大小探討對DTN網路效能的影響。. 1.3 研究目的. Ch. engchi. i n U. v. 本文欲研究建立一個以土耳其等國家中的"Kiosk"涼亭，視為主要的訊息傳送及接收站，藉由此"Kiosk"概念和VDTN中車輛間的訊息傳送做結合。將"Kiosk"視為公車概念中的公車站"Kiosk"為基礎負責接收及轉發訊息，並結合公車行駛固定路線及汽車隨機性行駛進行DTN網路資料傳送策略，探討汽車和公車的密度、移動速度、行駛特性及緩衝區大小對整個DTN網路效能的影響。透過建立不同的公車及汽車節點相遇的訊息交換策略，例如汽車和汽車相遇、汽車和公車相遇、公車與公車站及公車轉運站相遇、公車轉運站和公車相遇、公車站和汽車相遇時各有不同的條件判斷及資料傳送方式等。而我們的實驗結果顯示我們的機制在 3.

(15) DTN網路中可有效減少資源使用量、改善資料送達率、並降低資料傳送的延遲時間。. 1.4 研究流程研究背景與動機. Epidemic Routing Protocol. Opportunistic Protocol. 研究目的. 相關研究. 治政Prediction-based 大. Solar Routing Protocol. Protocol. 研究方法與系統架構. 學. ‧ 國. 立. Spray Routing Protocol. Scheduling Protocol. Prophet Routing Protocol. ‧. n. al. er. io. sit. y. Nat. 模擬實驗與結果分析. 結論與未來展望. Ch. engchi. i n U. 圖 1：研究流程. 4. v. MF Routing Protocol.

(16) 第二章相關研究 DTN(Delay-Tolerant Network)耐延遲網路為間歇性的移動網路，在訊息傳送的過程中並. 治政不保證有固定的路徑存在，因此許多專家、學者針對這種網路特性進行研究並提出適合大立此網路的傳輸路由協定(Routing Protocol)，本章節中將針對不同的路由協定進行研究及 ‧ 國. 學. 討論。. ‧. 我們將現今的DTN網路中常見的傳輸路由協定(Routing Protocol)彙總如下，依不同的種類特性分為機會路由 (Opportunistic Protocols) 、基於預測路由 (Prediction-based. y. Nat. er. io. sit. Protocols) 及調度路由(Scheduling Protocols)三種方向來討論。. n. a. l C 2.1Opportunistic Protocol. hengchi. i n U. v. 機會路由協定訊息傳送機制為當節點相遇時，不計算和預測節點的訊息傳送率或相遇機率等資訊，判斷那一個節點是較佳的傳輸節點，而是採用當節點相遇時即傳送訊息，故此種路由方式並不需知整個網路的拓樸即可運作。. 2.1.1 Epidemic Routing Protocol Epidemic 路由協定是 DTN 網路中最早提出的路由協定，當節點相遇時傳送給未知的節點，直到訊息傳送到目的地。此種像洪水般傳送給每個節點，將迅速消耗緩衝區空間，但如果在不考量緩衝區大小的情況下，Epidemic 路由協定則具有較高的訊息傳送率. 5.

(17) [10]。. 2.1.2 Spray Routing Protocol Spray 路由協定為 Epidemic 路由協定的改良版。Spray 路由協定控制每個訊息的最大可複製的傳送量，相較於 Epidemic 路由協定未限制每一訊息複製的傳送量，在網路中可有效減少並避免過多訊息傳送，避免網路負載[11]。. 政治大. 2.2 Prediction-based Protocol. 立. 基於預測路由協定，在傳送訊息之前會先預測哪些節點是較佳的訊息傳送節點而傳. ‧ 國. 學. 送訊息。節點會依據與其他節點的相遇歷史次數、歷史行走的模式、衛星定位服務(Global Positioning System)或節點剩餘的電池壽命等資訊計算哪些節點具有較高的訊息傳送率. ‧. 可將訊息傳送到目的地。此種基於預測的路路由協定需要部分的網路拓樸，常見的路由. er. io. sit. y. Nat. 協定如下：. n. a lProtocol 2.2.1 Solar Routing Ch. engchi. i n U. v. Solar 路由協定假定節點會定期訪問一個顯著的小型社會集合和相距遙遠的地方稱為”hubs”。每個節點擁有自己的移動資訊，其中包括 hub 走訪的機率。在 Solar 路由協定中，每個節點知道所有其他節點的移動資訊，當傳送端有訊息要傳送時，它只需要將訊息傳送給較可能走訪至目的地 hub 的節點[12]。. 2.2.2 Prophet Routing Protocol Prophet 路由協定是一種概率路由協定，依據節點的歷史相遇次數計算傳送的機率，依據相遇機率得知每個節點及相遇節點到達目的地的機率[13]。. 6.

(18) 2.3 Scheduling Protocol 調度路由協定依據某些節點移動固定的路線，使用儲存及攜帶(Store-and-Carry)增加訊息傳送率。常見的路由協定為：. 2.3.1MF Routing Protocol MF 路由協定利用網路中的運送節點(Ferry Node)，此節點具有特定的移動路徑，並專門從來源端獲取訊息並將訊息傳送至目的地，而不將訊息送給其他的節點。因網路中. 政治大. 的訊息傳送皆需藉由特定的運送節點傳送，故運送節點行走的規律路徑，及節點的緩衝. 立. 區大小則為需注意的資源。利用運送節點的特定移動路徑，可提高訊息的傳送率，並減. ‧ 國. 學. 少節點的電力耗損問題[14]。. ‧. 本研究欲探討為在一般城市中以公車站為基礎的車載網路傳送策略，然而在現存的. Nat. sit. y. 路由協定中仍存在些許不足，說明如下[15]：. n. al. er. io. Opportunistic Protocol：此類的路由協定被動等待機會傳送訊息，當緩衝區的容量不. i n U. v. 考量時將資料傳送率有顯著效能，但當網路規模擴大時，此路由協定將耗費更大的系統. Ch. engchi. 資源及更多的負載，故在一般城市中結合公車及汽車節點所形成的網路節點數較多，因此在此環境下未能有較佳的效能。 Prediction-based protocols ：此類的路由協定需要較多節點的位置關係計算節點送達機率，故當網路節點增多時，將影響計算的效能而導致更複雜化，故在系統初期將 slow-start 問題而影響節點在城市中的效能。 Scheduling protocols ：此類路由協定主要利用運送節點行走固定的路線傳送訊息，而運送節點的緩衝區大小將需被考量，因緩衝區的容量不可能為無限制性的，此類路由多應用於節點稀疏的網路環境，而我們研究的環境為在一般城市中的資料傳送故不適用此類路由。 7.

(19) 因此我們提出一個以公車站為基礎的資料傳送策略，適用於一般城市中，利用汽車機動性及公車行駛固定路徑特性的資料傳送方法所產生的效能。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 8. i n U. v.

(20) 第三章研究方法與系統架構 3.1 研究方法. 立. 政治大. 本研究方法主要為利用一般城市中公車及汽車移動速度較快的節點傳送資料，公車節點. ‧ 國. 學. 行經固定的公車路線，公車路線中又依不同的間距有公車站節點，利用公車站節點接收及傳送訊息，在各公車路線中的交匯點視為公車轉運站，利用公車轉運站挑選最合適的. ‧. 公車傳送資料至目的地，並結合汽車的機動性行駛增加資料在網路中的資料傳送率及降. Nat. sit. n. 3.2.1 訊息轉發方式. al. er. io 3.2 系統架構. y. 低系統的延遲性。. Ch. engchi. i n U. v. 在本文中分別有汽車、公車、公車站、公車轉運站四種節點，依此四種節點的相遇方式，共有多種相遇組合，基於考量系統資源、訊息的送達機率、及訊息的延遲時間，我們統整並提出最基本且對網路有最佳效能的七種訊息轉發方式如表 1 所示。而我們不考量汽車和公車站相遇情形原因為第一，因公車數量多所以藉由公車和公車站相遇判斷方式傳送訊息；第二，因汽車傳送訊息給公車站可能會造成每一個公車站都要挑選最適合公車，如果在一直挑選的情形之下，訊息在公車上上下下上傳下載傳送訊息重複計算，最後挑選出來仍是同路線公車將造成系統資源浪費及訊息延遲時間增多；而不考慮汽車和公車. 9.

(21) 轉運站相遇原因為，如果在公車轉運站即利用汽車傳送訊息至目的地，有可能汽車仍距目的地仍有很長的距離，在此情況下又將重新判斷汽車和汽車相遇或汽車和公車相遇的情形，亦有可能造成系統的負載。而如果其他節點相遇都呈現，將形成系統節點判斷節點過多及形成重複判斷等問題，故我們提出四種節點綜整以最少七種相遇情形即可對網路效能提升及節省系統資源。而我們提出的方法結合了現存的三大類路由的優點並補足其不足：屬於第一類機會路由有，汽車和汽車相遇、汽車和公車相遇、公車站和汽車相遇，此三種相遇判斷規則. 政治大. 利用條件式判斷及有效利用緩衝區可補足機會路由中緩衝區的考量；屬於第二類基於預. 立. 測路由有，公車轉運站和公車相遇，利用挑選最適公車機制可補足基於預測路由需計算. ‧ 國. 學. 節點相遇歷史記錄的 Warm Up 時間；屬於第三類調度路由有，公車和公車站相遇、公車和公車轉運站相遇，利用結合機會路由中的汽車和汽車相遇，可補足調度路由只行駛. ‧. 固定的路線限制，以增加訊息的送達率。. 4 5. y. a公車與公車站相遇 iv l C n 公車與公車轉運站相遇 hengchi U. n. 3. 汽車與公車相遇. sit. io. 2. 汽車與汽車相遇. er. Nat 1. 表 1：各節點訊息轉發表. 公車轉運站與公車相遇. 6. 公車站與汽車相遇. 7. 汽車興目的地相遇. 如表 2 及圖 2 所示，系統中分別有公車節點、汽車節點、公車站節點、公車轉運站節點，利用這四種節點形成以公車站為基礎形成資料傳送策略。訊息由汽車產生，汽車和汽車相遇時，只傳送訊息給可送達目的地的相遇汽車；汽車相遇公車時，判斷相遇公車能否送達目的地，如果可以則相遇公車自行送達訊息，如果不行，相遇公車將訊息傳 10.

(22) 送至最近的公車轉運站，利用公車轉運站挑選最合適的公車，並判斷送達成本最低為最適公車；當訊息無法直接利用公車站的傳輸範圍送達時，則在公車站的子區域中利用 flooding 方式將訊息傳送給汽車；而汽車和汽車相遇時的判斷，傳送給能送達目的地的汽車或是距目的地最近的汽車；汽車和目的地相遇時，直接利用汽車傳送訊息至目的地。. 表 2：系統架構節點表路徑規劃(GPS) 治政公車行駛固定的公車路線大汽車. 移動的節點. 立公車站. 各公車停靠站的座標各路線公車交匯的座標. 學. 公車轉運站. ‧. ‧ 國. 固定的節點. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略之系統架構圖. 11.

(23) 3.3 以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略. 輸入目的地位置. 相遇汽車是否行經目的地位置. 政治大. 相遇公車是否行經目的地位置. 立. 汽車傳送訊息至目的地. 公車傳送訊息至目的地. ‧. ‧ 國. 學. 公車將訊息傳送最近的公車轉運站，藉由公車轉運站的 Bus Selection Algorithm 挑選最適公車，最適公車將訊息傳送至目的地，直到最適公車的行經位置距目的地最近。. y. Nat. n. er. io. al. 公車傳送訊息至目的地. sit. 最適公車是否行經目的地位置. 公車轉運站己無最適公車可挑選，利用公車將訊息傳送至距目的地最近的兩個公車站，公車站利用Flooding傳送給汽車並將訊息傳送至目的地。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略之系統之傳送判斷流程圖. 3.3.1 汽車與汽車相遇汽車和汽車相遇時如圖 4 所示，進行三種判斷，第一個判斷，利用座標位置判斷相遇汽車是否行經目的地，如果相遇汽車行經目的地則將訊息傳送給相遇汽車，傳送後原汽車仍保留訊息並；第二個判斷，亦利用座標位置判斷相遇汽車行經位置距目的地更短距離，如果有則將訊息傳送給相遇汽車，傳送後汽車仍保留訊息；如果相遇汽車未經訊. 12.

(24) 息的目的地，則不做任何的資料傳送。未避免汽車和汽車相遇之後仍保留訊息，導致訊息過多的情況產生，在本研究中新增了訊息複製的上限判斷，以避免過多的訊息造成整個網路環境的負載增多。. 立. 政治大. sit er. io. 3.3.2 汽車與公車相遇. y. ‧. ‧ 國. 學. Nat. 圖 4：汽車與汽車相遇圖. al. n. v i n Ch 汽車與公車相遇如圖 5 所示，汽車自行可送達至目的地的資料不傳送給公車，汽車 engchi U 只傳送自己無法送達目的地的資料給公車，公車收到訊息後，判斷是否行經目的地，如果在公車行經的公車站傳輸範圍內可送達則由同一路公車送達目的地；如果公車判斷無法送達至目的地則將訊息傳送至公車轉運站，經由公車轉運站挑選最合適公車傳送至目的地。在本文中將公車站分為一般公車站及公車轉運站，一般公車站只負責接收及傳送訊息；公車轉運站負責接收及傳送訊息外，並挑選最合適公車將訊息傳至目的地，利用公車轉運站挑選公車目的，可避免將傳送給一般公車站在同路線的公車站進行公車挑選及計算的機制，造成挑選到最後仍是同一路公車及形成網路過度負載及緩衝區資源浪費。 13.

(25) 政治大. 圖 5：汽車與公車相遇圖. 立. ‧ 國. 學. 3.3.3 公車與公車站相遇. ‧. 當公車可行經目的地時如圖 6 所示，如果在公車站可傳送的範圍內，則將訊息傳送給公車利用公車傳送至目的地。. y. Nat. io. sit. 如果未在公車的傳輸範圍內如圖 7 所示，將訊息傳送給距目的地最近的兩個子區域，. n. al. er. 再 Flooding 給子區域內的汽車，可增加訊息的送達率。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 6：公車與公車站相遇-在公車站傳輸範圍內 14.

(26) 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學. Nat. n. a. er. io. sit. y. 圖 7：公車與公車站相遇-未在公車站傳輸範圍內. l 3.3.4 公車與公車轉運站相遇. Ch. engchi. 15. i n U. v.

(27) 政治大. 立. ‧ 國. 學. 圖 8：公車與公車轉運站相遇圖. ‧. 當公車接收到訊息後如圖 8 所示，進行判斷無法直接將訊息傳送至目的地時，公車. Nat. sit. y. 將訊息傳送至最近距離的公車轉運站，利用公車轉運站挑選最適公車的機制，直到選擇. n. al. er. io. 距目的地最短距離的公車。. Ch. 3.3.5 公車轉運站與公車相遇. engchi. i n U. v. 公車轉運站從公車接收到訊息後如圖 10 所示，利用公車挑選機制挑選最適公車。公車挑選機制為計算每路公車的到達成本如表 3 所示。利用 THE ONE 模擬程式中的預設地圖為 4500m*3400m，切割為每子區域為 500m*500m 如圖 9 所示，考慮子區域的目的為如果公車或汽車無法直接將訊息利用單一座標的方式順利傳送時，可考量將訊息傳送到最近目的地的大範圍，再利用子區域的分割觀念將訊息利用 Flooding 傳送汽車，可避免全部 Flooding 方式造成整個網路負載過多並可增加訊息的送達率。 16.

(28) 4500m 500m 500m. 3400m. 學. Nat. 公車轉運站挑選最適公車公式. Bus_DCu = TGrid * Grid_Hop (u) + Twait(u) + Twaitonbus(u)  . n. al. 公車在子區域的平均行駛時間 (子區域長度 * 子區域寬度 ) / 公車的平均時速. er. io. TGrid. y. 表 3：挑選最適公車公式表. sit. 圖 9：子區域分割圖. ‧. ‧ 國. 立. 政治大. v i n Ch Bus_Line[u]距目的地區域最近子區域的間隔數 engchi U Bus_Line[u]距目的地區域最近子區域的平均等待時間. Grid_Hop (u). . TGrid * Grid_Hop (u). . Twaitonbus(u). . Bus_Line[u]在目前子區域到最近目的地子區域或目的地子區域的行駛時間.  . ( Max (Bus wait_Time) + Min (Bus wait_Time) ) / 2 Bus_Line[u]的平均等待時間. Twait(u). 17.

(29) 政治大. 立圖 10：公車轉運站挑選最適公車圖. ‧ 國. 學. 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，. Nat. sit. y. 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. n. al. er. io. 送給可送達目的地的相遇汽車。. Ch. engchi. i n U. v. 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。 18.

(30) 綜整上述研究過程，提出之以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略規則表，在汽車、公車、公車轉運站、公車站間不同的訊息傳送判斷規則彙整說明如表 4。表 4：以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略規則表條件. 訊息傳送判斷規則. 汽車汽車. 判斷相遇汽車是否行經目的地?  是： (1)相遇汽車行經目的地子區域 (2)相遇汽車行經目的地子區域的距離比本身近將訊息複製一份給相遇汽車，利用相遇汽車將訊息傳送到目的地。  否：相遇汽車未經目的地，不傳送訊息給相遇車。. . sit. 判斷公車是否可行經目的地?  是：公車將訊息傳送至目的地。  否：公車將訊息傳送給最近的公車轉運站。. io. al. n. 公車公車站. y. 否：將訊息傳送給每輛相遇公車。. Nat. 公車公車轉運站. ‧. 判斷汽車是否可行經目的地?  是：汽車保留訊息並將訊息傳送至目的地。. er. 汽車公車. 學. ‧ 國. 立. 政治大. Ch. engchi. i n U. v. 公車行經訊息目的地且目的地在公車站的傳範圍內。. 公車轉運站公車. 當公車無法將訊息傳送至訊息目的地時，將訊息傳送至最近的公車轉運站，利用公車轉運站挑選最適公車傳送訊息。  計算行經公車轉運站的公車到達目的地成本  最適公車：挑選公車到達目的地成本最低. 公車站汽車. 當訊息目的地不在公車站的傳輸範圍內時，利用公車站所在的子區域將訊息 Flooding 給汽車。. 汽車目的地. 汽車將訊息傳送至目的地。. 19.

(31) 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. 政治大. Based Packet Forwarding Strategy In Vehicular DTNs 的網路效能。. 立. ‧ 國. 學. 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、. sit. y. Nat. 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. io. al. er. 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. n. 方面，我們以三個度量面做為評比項目：. Ch. . 訊息傳送率 (Delivery Ratio). . 延遲時間 (Latency Time). . 傳送負載. engchi. i n U. v. 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。. 20.

(32) 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. 治政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，每一個顏色大立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。 ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. 圖 12：公車模擬路線圖. 21. v.

(33) 表 5：公車路線配置表深藍深綠桃紅深咖啡紫亮綠紅. Tram3.wkt Tram4.wkt Tram10.wkt Tram996.wkt Tram997.wkt Tram998.wkt Tram999.wkt. 政治 tram3,4,998 大. 表 6：公車轉運站配置表. n 4.2.2 參數設定. Ch. engchi. y. sit. io. al. tram4,997 tram4,10 tram996,999 tram996,999. er. Nat. 公車轉運站 7 公車轉運站 8 公車轉運站 9 公車轉運站 10. tram 4,10,996 tram996,997,998,999 tram4,997,998 tram3,996,997,999 tram3,996,999. ‧. ‧ 國. 立. 學. 公車轉運站 1 公車轉運站 2 公車轉運站 3 公車轉運站 4 公車轉運站 5 公車轉運站 6. i n U. v. 在 The ONE 模擬軟體中，我們建立四種不同的節點，分別為汽車、公車、公車站及公轉運站節點。我們設定汽車節點其行走路線為隨機不規則且具有路徑規劃能力，一旦行經目的地後，會再隨機挑選地圖上的另一個座標點當作新的目的地，如此動作會一直重複到模擬時間結束；其次，雖然汽車的行駛路線為隨機不規則，但會挑選離目的地最短的路線來行駛。而在公車節點部份，我們除了設定公車固定行駛路線外，亦設定每條公車行駛路線各停靠站的座標位置及各公車行駛路線的交匯點如表 7 所示。. 22.

(34) 表 7：系統節點相關假設表汽車. 路徑規劃(GPS) 訊息由汽車產生. 公車. 行駛固定的公車路線行駛路徑長. 公車站. 各公車停靠站的座標. 公車轉運站. 各路線公車交匯的座標. 移動的節點. 固定的節點訊息的目的地. 固定的座標位置. 政治大. 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. 立. 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. ‧ 國. 學. 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. y. sit er. io. 所示：. Nat. 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. n. a l表 8：1A 實驗模擬參數設定表 v i n C hParameter Settings engchi U. Area. 4500m* 3400m. Simulation Time. 43200 sec. Warm Up Time. 1000 sec. Number of bus in each line. 5~8. Number of cars. 50. Number of bus transfer station 10 Data Rate. 1Mbps. Radio Range. 100m 23.

(35) 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 Bus speed. 立. 20~60 km/h. 政治 20~40 大 km/h. Events.hosts. 50. ‧ 國. 學. Time To Live. ‧ sit. y. Nat. 4.2.3 系統畫面. 18000 sec. io. er. 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。. al. 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. n. v i n Ch 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 engchi U. 一個單一節點進行更詳細分析與了解。. 24.

(36) 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 13：The ONE 模擬軟體-公車路線與各節點系統畫面. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 14：The ONE 模擬軟體系統畫面. 25.

(37) 4.3 實驗結果. 4.3.1 初始模擬結果在訊息的送達率 Epidemic Routing 使用訊息複製與廣播傳送如圖 15，會有較高的訊息送達率，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. 政治大. 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. 立. 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. ‧ 國. 學. 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。. ‧. sit. y. Nat. Relayed packets  Delivered packets Delivered packets 在整個網路的負載中如圖 16，計算公式為，而. n. al. er. io. 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. i n U. v. 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。. Ch. engchi. 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。. 26.

(38) Delivery Ratio 0.5 0.4034. 0.4. 0.2699. 0.3 0.1993. 0.2 0.1. 治政 Kiosk Based Epidemic 大立學. ‧. sit. y. al. er. 2004.3196. n. 1500. io. 2000. Overhead Ratio. Nat. 2500. Prophet. 圖 15：1A 初始模擬結果-訊息傳送率. ‧ 國. 0. Ch. 1000. engchi. i n U. v. 962.8198. 500 0. 106.1443 Kiosk Based. Epidemic. 圖 16：1A 初始模擬結果-傳送負載. 27. Prophet.

(39) Latency Time 600. 529.0673 460.1481. 500 400 300. 265.5584. 200 100. 治政 Kiosk Based Epidemic 大立. Prophet. 學. 圖 17：1A 初始模擬結果-延遲時間. ‧. ‧ 國. 表 9：1B 初始實驗模擬參數設定表 Settings. sit. y. Nat. Parameter. Area. 4500m* 3400m. io. er. 0. Simulation Time. 43200 sec. n. al. Ch. Warm Up Time. engchi. iv n U1000 sec. Number of bus in each line. 5~8. Number of cars. 50. 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. 100M 28.

(40) 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. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 18：1B 初始模擬結果-訊息傳送率. 29.

(41) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 圖 19：1B 初始模擬結果-傳送負載. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 20：1B 初始模擬結果-延遲時間. 30.

(42) 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. 治政在訊息送達率中，由每路線公車的數量模擬結果得知，當公車數量在 5~8 輛時具有大立最佳的訊息送達率，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 ‧ 國. 學. 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. y. Nat. io. sit. 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. n. al. er. 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。. Ch. engchi. i n U. v. 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。. 31.

(43) Successful delivery ratio. Delivery Ratio 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0. Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 5~8. 8~12. 12~15. 0.3342. 0.2986. 0.2781. 0.1925 政治 0.1651 大 0.2658 0.2747. 0.1767 0.2541. ‧. ‧ 國. 學. 圖 21：每路公車數量-訊息傳送率. Transmission Overhead. Nat. sit. y. 6000. 4000. n. al. er. io. overhead. 5000. 3000 2000 1000 0. Ch. engchi. i n U. v. 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. 圖 22：每路公車數量-傳送負載. 32.

(44) Latency Time Delay Time (sec). 600 500 400 300 200 100 0 Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 5~8. 8~12. 12~15. 244.3199. 249.3089. 229.3584. 445.147 政治 468.2336 大 474.0874 511.1155. 458.4279 431.9639. ‧ 國. 學. 圖 23：每路公車數量-延遲時間. ‧. 4.3.3 汽車數量之效能評估. 在訊息送達率中，Epidemic Routing 網路中的節點增多時，Epidemic Routing 訊息送. y. Nat. io. sit. 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. n. al. er. 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. Ch. i n U. v. 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. engchi. 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。. 33.

(45) Successful delivery ratio. Delivery Ratio 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0. Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 25. 50. 75. 0.3463. 0.4034. 0.3783. 治 0.1993 0.2665 政大 0.3238 0.2699. 0.2248. ‧. ‧ 國. 學. 圖 24：汽車數量-訊息傳送率. Transmission Overhead. sit. n. al. er. io. 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0. y. Nat overhead. 0.1515. Ch. engchi. i n U. v. 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. 圖 25：汽車數量-傳送負載. 34.

(46) Latency Time Delay Time (sec). 700 600 500 400 300 200 100 0 Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 25. 50. 75. 363.0266. 265.5584. 240.4293. 治 460.1481 618.7448 政大 601.7042 529.0673. 447.1792 448.8442. ‧. ‧ 國. 學. 圖 26：汽車數量-延遲時間. 4.3.4 汽車及公車緩衝區大小之效能評估. Nat. sit. y. 在訊息送達率中如圖 27，Epidemic Routing 及 Prophet Routing 皆因緩衝區增大，而. n. al. er. io. 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. i n U. v. 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。. Ch. engchi. 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。. 35.

(47) Successful delivery ratio. Delivery Ratio 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0. Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 5MB,25MB. 25MB,50MB. 50MB,100MB. 0.3788. 0.4671. 0.4658. 0.2315 政治 0.3411 大 0.2966 0.3932. 0.4856. ‧ 國. 學. 圖 27：節點緩衝區大小-訊息傳送率. 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0. ‧. Transmission Overhead. n. al. er. io. sit. y. Nat overhead. 0.45. Kiosk Based. Ch. engchi. 5MB,25MB. i n U. v. 25MB,50MB. 50MB,100MB. 88.5226. 116.3182. 116.0647. Epidemic. 7557.2929. 4361.7972. 3057.4872. Prophet. 2338.836. 2748.8902. 2826.4838. 圖 28：節點緩衝區大小-傳送負載. 36.

(48) Latency Time Delay Time (sec). 1200 1000 800 600 400 200 0 Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 5MB,25MB. 25MB,50MB. 50MB,100MB. 279.8036. 306.9092. 306.721. 961.9645 政治 590.9948 大 584.9296 623.6629. 623.0728 661.1472. ‧ 國. 學. 圖 29：節點緩衝區大小-延遲時間. 4.3.5 公車速度之效能評估. ‧. 在訊息傳達率中如圖 30，因公車移動速度增快，可更快速傳送給其他節點，形成網. y. sit. io. er. 下降。. Nat. 路拓樸變動更快速，而 Prophet Routing 則需再計算更多的節點資料，所以訊息傳達率. al. 系統的負載及延遲率方面如圖 31、32，速度愈快網路拓樸變化愈迅速，對於 Prophet. n. v i n Ch 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 engchi U 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。. 37.

(49) Successful delivery ratio. Delivery Ratio 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0. Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 20~30 km/h. 30~40 km/h. 40~60 km/h. 0.3719. 0.3863. 0.3788. 治 0.1979 0.1993 政大 0.2589 0.276. 0.1993 0.2521. ‧. ‧ 國. 學. 圖 30：公車速度--訊息傳送率. y. Nat. Transmission Overhead. sit. 3500. overhead. al. n. 2500. er. io. 3000 2000 1500 1000. Ch. engchi. i n U. v. 500 0. 20~30 km/h. 30~40 km/h. 40~60 km/h. 92.267. 92.945. 88.5226. Epidemic. 2778.433. 3053.4498. 3203.6048. Prophet. 1249.1429. 1213.2754. 1320.6196. Kiosk Based. 圖 31：公車速度-傳送負載. 38.

(50) Latency Time Delay Time (sec). 600 500 400 300 200 100 0 Kiosk Based Epidemic Prophet. 立. 20~30 km/h. 30~40 km/h. 40~60 km/h. 278.3672. 263.8156. 279.8036. 519.4567 治 478.5474 政大 471.887 531.9675. 444.2677 466.6236. ‧. ‧ 國. 學. 圖 32：公車速度-延遲時間. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 39. i n U. v.

(51) 第五章結論與未來展望 5.1 結論在本文中我們提出以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，為在市區環境中建. 治政立一個以公車亭為基礎的資料傳送架構，包含汽車、公車、公車站、公車轉運站四種節大立點。我們利用此四種節點，建立節點與節點相遇時資料傳送規則，例如汽車與汽車相遇、 ‧ 國. 學. 汽車與公車相遇、公車與公車站相遇、公車與公車轉運站相遇、公車轉運站與公車相遇、. ‧. 公車站與汽車相遇、汽車與目的地相遇時各自有不同的資料傳送判斷與限制。在本文中我們提出一個以公車亭為基礎之耐延遲車載網路封包轉發策略，因此針對. y. Nat. io. sit. 每路線公車的數量、汽車數量、節點的緩衝區大小及公車的速度探討，對整個 DTN 網. n. al. er. 路的效能，由實驗結果得知，我們提出以公車亭為基礎的封包轉發策略和 Epidemic. Ch. Routing 及 Prophet Routings 相比有較佳的效能。. engchi. i n U. v. 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. 40.

(52) 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。. 政治大. 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. 立. 同訊息規則判斷方式，我們提出的方法主要利用於市區的環境，在未來展望中，可動態. ‧ 國. 學. 調整依不同的環境及時間地點或汽車、公車數量選擇不同的訊息轉發方案，例如在凌晨的時間點，並無公車行駛，此時的訊息判斷方式可利用汽車和汽車相遇的方式傳送訊息；. ‧. 如果是在市區公車數量多的情況下，可利用汽車和公車相遇並利用公車及公車站、公車. Nat. sit. n. al. er. io. 方向。. y. 轉運站的結合傳送訊息；以動態調整並選擇合適的規則判斷方式亦為未來可加深研究的. Ch. engchi. 41. i n U. v.

(53) 第六章參考文獻 [1] V. Cerf, S. Burleigh, A. Hooke, L. Torgerson, R. Durst, K. Scott, K.Fall, and H. Weiss, "Delay-Tolerant Networking Architecture," RFC4838, April 2007, [Online]. Available:. 政治大 P.Juang, H. Oki, Y. Wang, M. Martonosi, L. S. Peh, and D. Rubenstein,"Energy-efficient 立. ftp://ftp.rfc-editor.org/innotes/rfc4838.txt. [2]. ‧ 國. 學. computing for wildlife tracking: design tradeoffs and earlyexperiences with ZebraNet," in Proc. of the 10th International Conference onArchitectural Support for Programming. ‧. Languages and Operating Systems, 2002,pp. 96-107.. sit. y. Nat. [3] M. Martonosi, S. Lyon, L.-S. Peh, V. Poor, and D. Rubenstein. "The ZebraNet Wildlife. io. al. n. v i n C h K. Fall, V. U S. Burleigh, A. Hooke, L. Torgerson, e n g c h i Cerf, B. Durst, K. Scott, and H.Weiss,. 2011. [4]. er. Tracker." Internet: http://www.princeton.edu/~mrm/zebranet.html, Retrieved on Apr. 20,. "Delay-tolerant networking: an approach to interplanetary internet," IEEE Communications Magazine, vol. 41, no. 6, pp. 128-136, Jun. 2003. [5] S. Farrell, et al. "InterPlanetary Internet." Internet: http://www.ipnsig.org/, Retrievedon Apr. 20, 2011. [6] E. Brewer, et al. "Technology and Infrastructure for Emerging Regions (TIER)."Internet: http://tier.cs.berkeley.edu/drupal/about, Retrieved on Apr. 20, 2011. [7] Z. Lu and J. Fan, "Delay/Disruption tolerant network and its application in military communications," in Proc. of the 2010 International Conference on Computer Design and 42.

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