以基礎設施為基礎的車載網路路由協議

全文

(1)國立屏東教育大學資訊科學系碩士論文. 以基礎設施為基礎的車載網路路由協議 Infrastructure-Based Routing Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks. 研究生：林志勳指導教授：施釗德博士. 中華民國 102 年 4 月.

(2) 以基礎設施為基礎的車載網路路由協議 Infrastructure-Based Routing Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks 研究生：林志勳. Student：Zhi-Xun Lin. 指導教授：施釗德. Advisor：Jau-Der Shih 國立屏東教育大學資訊科學系碩士論文. A Thesis Submitted to Department of Computer Science, National Pingtung University of Education in partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master In Computer and Information Science April 2013 Pingtung, Taiwan, Republic of China. 中華民國一百零二年四月.

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(4) Acknowledgement 誌謝. 退伍之後工作了一陣子又回到學校念碩士班的這兩年多，首先感謝指導教授施釗德教授的悉心教誨，讓原本不懂車載網路的我很快的進入狀況，也感謝老師的耐心指導並給我很自由的研究方向，讓我可以順利的完成研究所的課程，也完成了車載網路的研究。在研究所期間，老師給我一個很好的研究方向，當我有問題的時候老師也會給我適當的幫助，並且對於論文的撰寫，也不斷的指導與建議，才能使這篇論文順利完成。誠摯感謝口試委員王朱福教授和劉仁俊教授在百忙中抽空蒞臨指導，並提供許多寶貴的意見使得論文更趨完善。最後感謝實驗室的同學嚴平、雅淇以及同學鎮平、承軒、國華、俊緯、阿德、小馬、小林、獅子、文祥、香腸和學長建宏還有國立海洋大學資工所的學弟丁吉，在生活中相互照應與學業上的幫忙與討論，有大家的互相幫助與鼓勵，本人才得以順利的完成本論文。在此對於所有一起陪我走過這段時間的家人與朋友們致上最深的謝意，衷心的感謝大家。. 林志勳謹誌中華民國一百零二年五月十日.

(5) 摘要近年來車載網路（ VANET）這個研究領域越來越受到關注，車輛對車輛的通訊是相當具有挑戰性的新型網路，但仍有許多問題需要解決。車輛的高流動性使節點之間的通訊時間只能維持幾秒鐘，且無法預知連線是否會無效。本論文提出加入基礎設施管理的機制，可以藉由基礎設施管理提高封包傳送率。其網路分為兩個部分，分別為路邊站台和路邊站台的有線網路以及路邊站台和車輛所使用的 DSRC無線通訊。藉由基礎設施的管理，可以讓車輛之間訊息的傳送得到更好的表現。模擬的結果顯示本文提出的方法比其他的路由演算法有較好的結果。. 關鍵詞：車載網路、智慧型運輸系統、多路徑路由。. I.

(6) Abstract. Vehicular Ad Hoc Network (VANET) is a research field attracting growing attention. The novel network can offer vehicle -to-vehicle communication but a lot of issues need to be addressed. The high mobilit y of vehicles makes the comm unication time between nodes maintain onl y a few seconds, furthermore, the validit y of the connection can not be predicted. This research proposes to add the mechanism of site management to VANET. The packet transmission rate can be increased by site management. The network includes two parts: wired network between roadside unit (RSU) infrastructures, and DSRC wireless communica tion between vehicles and RSUs. By adding the mechanism of sit e management in the RSU infrastructure, the messages can be transmitted much more effectivel y. Simulations results are given to show the improvements offered by site management in comparison with previous results. Keywords : VANET、 ITS、 multi-path routing.. II.

(7) 目錄第一章緒論 ……………………………………………………………………… 1 1-1 車載網路與智慧型運輸統 ……………………………………………… 1 1-2 VANET 的網路架構 ……………………………………………………… 2 1-3 VANET 與其他 ad hoc 網路的比較 ……………………………………… 6 1-4 論文架構 ………………………………………………………………… 7 第二章文獻探討 ………………………………………………………………… 9 2-1 Inter-Vehicle Communications (IVC)路由分類 ……………………… 9 2-1-1 Unicast Routing …………………………………………………… 9 2-1-2 Cluster-Based Routing ………………………………………… 11 2-1-3 Broadcast Routing ……………………………………………… 11 2-1-4 Geocast R out i ng …………………………………………… 12 2-2 IBRP 相關文獻 … ……………………………………………………… 13 2-2-1 穩定多路徑路由協定…………………………………………… 13 2-2-2 Address Based Service Resolution Protocol …………… 17 2-2-3 A New Mobile Infrastructure Based VANET Architecture for Urban Environment …………………………………………………………… 21 第三章 3 -1 3-2 3-3. 研究架構 …………………………………………………………… 問題說明 …………………………………………………………… 訊息傳遞方式 ……………………………………………………… IBRP演算法 …………………………………………………………. 24 24 24 27. 第四章模擬分析與效能評估 …………………………………………… 30 4-1 模擬環境與參數設定 ……………………………………………… 30 4-2 模擬結果與分析 …………………………………………………… 31 4-2-1 固定地圖 700*700m 2 的不同參數變動結果分析 …… 31 4-2-2 固定地圖 2800*2800m 2 的不同參數變動結果分析 … 34 III.

(8) 4-2-3 End-to-End Delay 在固定 700*700m 2 不同的移動速度和節點數量的結果分析 ……………………………………………… 36 4-2-4 End-to-End Delay 在固定 2800*2800m 2 不同的移動速度和節點數量的結果分析 …………………………………………… 37 第五章結論與未來工作 ……………………………………………………40 參考文獻 ……………………………………………………………………… 41. IV.

(9) 圖目錄圖一圖二圖三圖四圖五. ：：： : ：. Roadside-to-Vehicle Communications （RVC）……………… 3 Inter-Vehicle Communications （IVC） ……………………… 4 結合 RVC 以及 IVC 之網路架構 ……………………………… 4 Cluster-Based Routing …………………………………… 12 Unicast, Broadcast,Geocast routin g 示意圖 ………………… 13. 圖六： SMART 的封包送達率 ………………………………………… 17 圖七 : ABSRP System Model …………………………………… 17 圖八 : Service discovery in VANET …………………………… 19 圖九 : ABSRP車速和封包成功率的關係 ………………………… 20 圖十 : （a）MI - VANET 架構的例子（b）MI – VANET 封包傳遞的一個例子 ………………………………………………………………………… 22 圖十一 : 封包投遞率在不同的網路密度的關係 …………………… 22 圖十二 : 車輛封包傳輸示意圖 ………………………………………… 24 圖十三 : 30 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 ………………………………………………………………………… 32 圖十四 : 50 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 ………………………………………………………………………… 32 圖十五 : 60KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 …………………………………………………………………………… 33 圖十六 : 90KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 …………………………………………………………………………… 33 圖十七 : 200 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 ……………………………… …………………………………… 34 圖十八 : 90KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 …………………………………………………………………………… 35 圖十九 : 60KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析 …………………………………………………………………………… 35 圖二十 : 50 個節點和不同的移動速度與 End-to-End Dela y 的結果分析 ……………………………………………………………………………… 36 V.

(10) 圖二十一 :固定 60KM/H 和不同節點數量與 End-to-End Delay 的結果分析 ……………………………………………………………………………… 37 圖二十二 : 200 個節點和不同的移動速度與 End-to-End Delay 的結果分析 …………………………………………………………………………… 38 圖二十三 : 固定 60KM/H 和不同節點數量與 End-to-End Delay 的結果分析 …………………………………………………………………………… 38. VI.

(11) 表目錄表一 : 車輛和道路設施的無線通訊技術 ……………………………… 5 表二 : 車輛之間的無線通訊技術 ………………………………………… 6. VII.

(12) 第一章緒論. 隨著時代的進步，網際網路的發展速度越來越迅速，網路從同軸電纜發展到現今的光纖網路，而便利性更高的無線網路更是現在熱門的研究發展內容，因為無線網路沒有傳統網路線的限制，透過使用無線電來進行資料傳輸，可以應用在各種用途上。車載網路 (Vehicular Ad-Hoc Network, VANET)就是應用無線電來做通訊，每輛車子都可以和自己傳輸範圍內的車輛或設施溝通，而智慧型運輸系統 (ITS)能幫助車輛更有效率的互相傳輸資訊，ITS 的應用有很多，例如交通流量的控制、十字路口的管控、增加道路使用效率等。車輛使用專用短距離通訊 (Dedicated Short-Range Communication ,DSRC )[14] 的頻率來做通訊使用。本文所提出的方式就是藉由基礎設施來輔助車輛做封包傳遞，藉由基礎設施的輔助可以有效的減少傳送路徑的斷裂，也可以減少因為車速過快造成拓樸變化所造成的影響。. 1-1 車載網路與智慧型運輸系統車載網路是一種以隨意網路提供車輛之間交換訊息的通訊方式，透過無線網路與訊息傳送技術，結合車輛以及路邊交通設施，所形成的特殊的專用無線通訊網路。主要功能在於讓所有的用路人可以即時取得與傳遞交通相關的訊息，以便提高交通運輸效率，增進用路安全與舒適性。目前 VANET 大多應用在 IEEE 802.11b/ g/n ( Wi- Fi) 上，但也朝 1.

(13) IEEE 802.11p(DSRC) 或 IEEE 802.16 (WiMax) 方面推展。 VANET 的應用略分為幾類：緊急安全性應用、交通運輸管理與環境資訊。如緊急安全性應用方面， VANET 可以在前方有塞車或車禍的情況下，緊急發出警告訊息通知駕駛改道行駛。智慧型運輸系統 (ITS, Int elligent Transport at io n S yst em)是以應用先進的電子、通信、資訊與感測等技術，以整合用路人、道路設備和車輛的管理系統，其主要目的是讓交通更為安全、減少環境的污染、改善車輛運輸的效率，提供即時 (real-t ime) 的資訊而增進運輸系統的安全、效率和舒適性，同時也減少交通對環境的污染。根據中華智慧型運輸系統協會目前智慧型運輸系統有九個服務領域，項目如下 [19]: 1. 先進交通管理服務 ( Advanced Traffic Management Services, ATMS ) 2. 先進旅行者資訊服務 ( Advanced Traveler Information Services, ATIS ) 3. 先進公共運輸服務 ( Advanced Public Transportation Services, APTS ) 4. 先進車輛控制安全服務(Advanced Vehicle Control and Safety Services, AVCSS ) 5. 商車營運服務 ( Commercial Vehicle Operations, CVO ) 6. 緊急事故支援服務 ( Emergency Management Services, EMS ) 7. 電子收付費服務 ( Electronic Payment System & Electronic Toll Collection, EPS&ETC ) 8. 資訊管理系統 ( Information Management System, IMS ) 9. 弱勢使用者保護服務 ( Vulnerable Individual Protection Services, VIPS ). 1-2. VANET 的網路架構. VANET 目前所使用的網路架構即是專用短距離通訊 (Dedicat ed Short -Range Co mmunicat ion ,DS RC)[14] 。 DSRC 所代表的是所有短距離的無線通訊技術，美國聯邦通訊委員. 2.

(14) 會 (Federal Co mmunicat ions Co mmissio n ， FCC )開放 5.85 ~ 5.925GHz 來做為 DSRC 的頻率範圍，用來提供車輛等交通工具傳送訊息使用。 DSRC 在交通上面提供車輛傳送訊息的方式分為兩種 : 路邊基礎設施和車輛之間的通訊 ( Roadside-t o-Vehicle Co mmunicat ions, RVC）與車輛和車輛之間的通訊 ( I nt er-Vehicle Communicat io ns, IVC） [13]。車輛和基礎設施、車輛和車輛之間的運作方式 RVC、 IVC 以及混合架構如下圖一、圖二、圖三所示。. . RVC : 車輛可以透過路旁的基礎設施或基礎設施連線到 Sever 取得所需要的訊息，如圖一所示。. 圖一： Roadside-t o -Vehicle Co mmunicat ions （ RVC） [13]. . IVC. : 車輛可以主動向其他車輛請求需要的資訊，或是當有突發. 事件或緊急事件發生時，車輛之間可以互相且快速的交換訊息。但是這種方式並無路邊單位設施可以提供資訊，所以當車輛與車. 3.

(15) 輛之間的距離太過於遙遠，就可能發生連結中斷，如圖二所示。. 圖二： I nt er-Vehic le Co mmunicat ions （ IVC） [13] . 混合結構 : 如果車輛之間的距離短，可以透過車輛和車輛來交換訊息，當車輛之間的距離變得太長而無法通訊，便可以藉由道路兩旁的基礎設施來幫忙轉送訊息。所以當車輛之間傳送訊息時有 RVC 和 IVC 兩種應用的時候，訊息傳送的可靠性就會增加，如圖三所示。. 圖三：結合 RVC 以及 IVC 之網路架構 [13] 4.

(16) 以上所提到的 Roadside-t o -Vehicle Co mmunicat io ns （ RVC ）和 Int er-Vehic le Co mmunicat io ns （ IVC）即是目前車載網路 VANET 所使用的通訊方式。表一和表二顯示出 RVC 和 IVC 兩種 DS RC 通訊的不同以及其他通訊方式的比較 [15]。從表一可以看出主要應用於動態 / 定點式短距資料傳輸的 DSRC 比其他三種方式的涵蓋範圍來的廣泛，而且移動能力和即時特性也都比其他三種方式來的比較高，而從表二也可以看出 DS RC 在移動下短距資料傳輸的移動能力和即時特性也是比其他兩種方式來的高。. 表一 : 車輛和道路設施的無線通訊技術. 評估項目. 涵蓋範圍. 傳輸速率. 工作模式. 主要應用. 安全需求. 移動能力. 急時特性. 微波. 10~50m. 數十至數百. 雙向交換. 自動電子. 高. 中. 中. (depend on. kbps. 高. 中. 中. 低. 中. 中. 中. 高. 高. 收費. power) 紅外線. Wi-Fi. 10~50m. 數十至數百. 雙向交換. 自動電子. (line-of-sight). kbps. WLAN :. Ideal :. 單向廣播. 定點式短. 10~100m. 11b:11Mbps. 雙向交換. 距資料傳. 收費. 輸. 11g:54Mbps 11n:600Mbps DSRC. WLAN. Mobile :. 單向廣播. 動態/定. (wireless. 3~27Mbps. 雙向交換. 點式. local area. 短距資料. network) :. 傳輸. 300~1000m. 5.

(17) 表二 : 車輛之間的無線通訊技術. 評估項目. 涵蓋範圍. 傳輸速率. 工作模式. 主要應用. 安全需求. 移動能力. 急時特性. 微波. 10~50m. 數十至數. 雙向交換. 移動下短. 中. 中. 中. (depend on. 百 kbps. 中. 中. 中. 中. 高. 高. 距資料傳輸. power) 紅外線. 10~50m. 數十至數. (line-of-sight). 百 kbps. 雙向交換. 移動下短距資料傳輸. DSRC. WLAN. Mobile :. (wireless. 3~27Mbps. 雙向交換. 移動下短距資料傳輸. local area network) : 300~1000m. 1-3. VANET 與其他 ad hoc 網路的比較 VANET 可說是 Mobile Ad Hoc Network ( MANET )的一種延伸應用，. 基本的架構是相同的，具有無基礎設施、多點式跳越連接、動態拓樸的特性。但兩者之間仍多許多不同之處， VANETs 與其他 ad hoc 網路的區別如下列幾點 [18]：. 1. 高度動態拓樸：因為車輛移動速度較快，導致 VANET 網路拓樸一直在變化。 2. 頻繁斷開的網路：由於速度的原因和拓樸快速的變化，所以 VANET 網路中節點和節點之間的連結容易中斷，當車輛節點數量比較少的時候，斷線的機會就會顯得更高。 3. 充足的能源：因為 VANET 網路設備是裝置在車輛上，所以相對的電源的取得很充足。 6.

(18) 4. 地理通訊的類型：藉由 ID 和 group ID 連接 unicast 或 mult icast 的網路， VANET 通常會有一種加入的地理資訊去傳送封包的通訊型態（如安全駕駛應用）。 5. 移動模擬和預測：由於高度移動的節點和動態拓樸，移動模型和預測在 VANETs 網路協定設計上扮演重要角色。此外，車輛節點通常是受到道路的限制，所以給定速度和街道地圖為前提，未來的車輛位置是可以被預測。 6. 各種通訊環境：VANETs 通常在兩種典型的通訊環境操作。在高速公路交通情況，環境相對簡單和明確，而在城市的條件變得比較複雜。城市的街道通常被建築物、樹木和其他障礙物隔開，因此資料通訊並不總是一直線的連結傳輸。 7. 困難的延遲限制：在一些 VANETs 的應用，網路不需要很高的資料傳輸速率，但是很難限制延遲。例如，在高速公路系統，當意外發生時，要在可靠的時間內將訊息轉傳以避免車禍。這樣的應用，最高延遲將是重要的，而不是平均延遲。 8. 機上盒感測器：機上盒感測器提供的訊息，可用於路由目的的通訊連結，例如，GPS 接收器提供路由目的位置的訊息協助汽車，已逐漸平常看見在汽車上使用。. 1-4. 論文架構本文提出一個以基礎設施為基礎的車載網路路由協議，藉由基礎. 設施來輔助車輛做封包傳遞，可以有效的減少傳送路徑的斷裂，也可以減少因為車速快使拓樸變化所造成的影響，進而提升整體的效能。本文架構如下，第一章對車載網路和和其環境架構做一個簡單的. 7.

(19) 說明介紹，第二章針對相關的文獻作探討，第三章說明問題以及解釋研究架構和演算法，第四章針對本文所提出來的方式進行實驗模擬分析和效能評估，第五章為結論和未來工作。. 8.

(20) 第二章文獻探討. 本章先說明車載網路的分類，進而介紹相關路由方法。. Inter-Vehicle Communications (IVC)路由分類. 2-1. IVC 指的是車輛可以主動向其他車輛請求需要的資訊，或是當有突發事件或緊急事件發生時，車輛之間可以互相且快速的交換訊息，而車輛和車輛之間的相關路由方法有 [13 ]: 1.Unicast Rout ing 2.Clust er-Based Rout ing 3.Geocast Rout ing 4.Broadcast Rout ing. 2-1-1. Unicast Routing. 點對點路由 (Unicast Rout ing)是指在一個網路中，單一的傳送節點與單一的接收節點之間進行資料傳輸。在網路通訊中雙向或點對點的傳輸方式都是以點對點路由為代表。 . Topology- based rout ing protocols : 使用目前網路中所有連線的資訊找出一條最佳路徑來決定怎麼傳封包，又可分為兩大類： Proact ive :每台車都會維護並且儲存一個 t able，紀錄與其他車輛間的連線狀況。所以每隔一段時間每台車都要廣播自己 t able 的 9.

(21) 資訊給其他車輛，彼此交換訊息然後各自更新自己的 t able。 React ive : 只有在需要的時候才開啟和某個台車之間的連線，並且只維護正在使用中的連線。 . Geographic rout ing :每台車擁有的資訊只有目前附近車輛的狀況。主要根據下面兩個條件來決定封包怎麼傳送: A.封包的目的地位置 :這個位置會儲存在每個封包的 header 中，而且在這邊會假設傳送端都會知道接收端的位置在哪裡 (如 GPS 取得)。 B.根據目前 one- hop neighbors 的位置， one- hop neighbors 就是那些可以直接傳送到的車輛，也就是在一台車的傳送範圍內的車輛都是屬於 one- hop neighbors 。. Geographic rout ing 又可分為以下三類： 1. None-DTN (Non-Delay t oler ant net work) 此類 protocol 不考慮連線有可能會斷斷續續的狀況，故主要用於車輛密度較高的 VANET 環境中。主要的觀念是 Greedy forwarding，但 Greedy forwarding 會造成 local maximum。所以這一類的 rout ing protoco l 就是用各種方式來應付這種到達 lo cal maximum 的狀況。 2. DTN (delay t o lerant net work) 相反地，由於車輛通常有很高的移動性，所以 DTN 是考慮連線時常會中斷的環境。當傳送端準備要送出封包時若附近沒有其他車輛或是連線相當不穩定，就會先把封包存著，直到移動到附. 10.

(22) 近有別的車輛再傳送出去 (carr y-and- forward)。 3. Hybr id 綜合 no ne-DTN 和 DTN 兩種模式，有 none-DTN 的 greedy mode 和 DTN 的 carr y-and- forward。主要會使用 no ne-DTN 模式，但會根據下面幾種網路連線情況由 none-DT N 模式切換到 DTN 模式：目前封包已經經過的 hop 數 ,附近車輛的傳送品質 , 還有附近車輛相對於目的地的位置等等。圖四 (a)展示了一個簡單的 Unicast 工作環境。. 2-1-2. Broadcast Routing. 廣播路由 ( Broadcast Rout ing) 是在 VANE T 常用的一種路由方法，像共享交通訊息、天氣、緊急訊息。廣播的訊息傳送方式類似 flooding ，是一種簡單的廣播服務，由來源節點所發送出去，藉由相鄰的節點把訊息向外擴散傳送出去，每個節點都會收到廣播的訊息。 flooding 可以保證每個節點都收到訊息。雖然 flo oding 在節點是數量少的時侯可以有很好的效能，但當節點數量變多，每個節點收到訊息並且要廣播訊息時，會造成廣播風暴，這會造成封包互相碰撞，而封包的碰撞會消耗大量的頻寬這也是廣播路由最大的缺點。而廣播路由的運作方式如圖四 ( b)所示。. 2-1-3. Geocast Routing. 如圖四 (c)所示，基本上 Geocast Rout ing 是一種基於位置路由的 11.

(23) 廣播路由，將封包傳遞到有關連的特定地理區域，也就是說從來源節點傳遞封包到一個指定區域 (Zo ne o f Relevance, ZOR 區域關聯性 )裡面的每一個節點， ZOR 區域關聯性如圖四 (c)所示，大部分的 geocast rout ing 是基於有方向的 flooding，它可以用一個定義的區域，然後在裡面做 flooding 訊息，這可用來限制多餘的訊息和防止 simple flooding 的封包碰撞。. 圖四 :Unicast , Broadcast ,Geocast rout ing 示意圖 [13]. 2-1-4. Cluster-Based Routing. 每一個群組有一個群組的領導者，領導者的選出是根據車輛的動向和駕駛人的意圖所選出，它是用來控制內部的網路運行，群體內的各節點可直接聯繫，每個群體通信透過群組的領導做通訊，如圖五所 12.

(24) 示，每一個方框都是一個群組，而藍色的節點就是領導者，每一個群組一定會有一個領導者，而每一個節點都有可能變成領導者、群組成員或閘道器，而被選為閘道器的節點通常做為連絡另外一個群組的橋梁。. 圖五 :. 2-2. Clust er-Based Rout ing[13]. IBRP 相關文獻本節介紹本論文主要的參考文獻，並針對其優缺點加以討論。. 2-2-1 穩定多路徑路由協定到現在為止，車載網路的路由協定已經被提出很多種方式，大概分類可以分成被動 (React ive)和主動 (Proact ive)[1]兩種類型，Proact ive 指的是每台車都會維護並且儲存一個 t able ，主動紀錄與其他車輛間的連線狀況，而 React ive : 只有在需要的時候才開啟和某個台車之間的連線，並且只維護正在使用中的連線。其中 React ive 的 On-demand 類型的路由協定比較適合應用在變化快速的網路環境。 On-demand 類型中的 Ad hoc On-Demand Dist ance Vect or Rout ing( AODV) [2]和 Dynamic S ource Rout ing Protocol(DSR) 13.

(25) [3]是這類路由協定裡最有代表性的，相較於 DSDV [4]這種 Proact ive 的路由協定，On-demand 只要在傳送資料之前搜尋路徑，但是在車載網路頻繁的網路拓樸變化，路徑搜尋的動作會一直被啟動，導致比較高的路徑尋找延遲 (Rout e Discover y Lat ency) 。 AODV、 DSR 要傳送資訊時，路徑只會建立一條，當傳送路徑中斷，因為路由表只有儲存一個路徑，並沒有其他路徑，所以只能放棄資料封包。假設這是一個緊急訊息封包，連線中斷會影響連線的品質和效率。因此多路徑或備份路徑的方法被提出來 [5][6][7] 。其中 AODV- BR[5]在沒增加路由負載的情況下就增加了 AODV 的效能，這是因為利用了 RREP 封包來建造網狀的備用路徑，減少封包被丟棄的數量，缺點是他並沒有隨著拓樸變化動態調整備份路徑，所以無法有效改善延遲的問題。而 AOMDV[6]加入了 hop count 這個欄位，尋找出多條符合 Node dis jo int [ 7]及 loop free 的備份路徑，當主要的訊息傳送路徑中斷時，資料傳送路徑會切換到備份路徑上，這將會明顯改善延遲問題，但是備份路徑並沒有維護機制，所以資料可能會持續切換到已經失效的路線上，在發現路徑失效之前的封包都會遺失。因為上述問題，穩定多路徑路由協定 ( St able Mult ip at h Rout ing protocol for Vehicular Ad hoc Net work )[16] 被提出來，並取名為 SMART，目的是改善 AOMDV 的路徑尋找及路徑維護機制，使其成為更適合 VANET 網路環境的路由協定。作者提出的 SMART方法中，首先利用車輛的前進方向進行分組，並利用一些項目評估，並給予每個路徑一個分數，獲得最高分的路徑為主要路徑，其餘為備用路徑，並經常維護備用路徑，預防主要傳送路徑中斷。模擬結果可顯示， VANET使用 SMART，可以提高成功傳. 14.

(26) 送率，降低端點至端點的延遲時間。以下分三部分說明 SMART 的運作方法。 (1). 車輛分組管理為了解決車輛前進方向的不同所造成路徑中斷問題，首先假設每. 輛車都裝載 GPS，車上的系統可以紀錄車輛前進的方向和速度。利用車子的前進方向分成四個群組各自屬於四個單位向量 G 1 =(1,0) 、 G 2 =(0,1)、 G 3 =(-1,0)、 G 4 =(0,-1)，假設車輛 a的方向向量為 V a =( x i , y i )， V a 與 G i 作內積運算，比較出最大值便分為那個群組，最後將此 ID放在 RREQ (Rout e Request )[20][2] 訊息中，車輛只對同群組的車子轉送 RREQ，相對的若是接受到不同群組 ID的封包，就不對封包做處理。 (2). 尋找穩定路徑程為了找到適合 VANET 最佳的路徑，作者估計路徑的連線存活時. 間 (Link E xpirat io n Time; LET) ，一樣藉由 GPS 可以得到兩車的座標位置 ( x i , y i )、 ( x j , y j )，進而求得兩車相對距離，考慮兩車 i、 j 的最大傳輸範圍為 r，速度為 v i 、 v j ，方向 θ i 、 θ j ， LET 的計算方式如下 (1) 、 (2)式 :. 𝐿𝐸𝑇 =. − 𝑎𝑏 +𝑐𝑑 +. a 2 +c 2 r 2 −(ad −bc )2. (1). a 2 +c 2. where, 𝑎 = 𝑣𝑖 cos 𝜃𝑖 − 𝑣𝑗 cos 𝜃𝑗. (2). 𝑏 = 𝑥𝑖 − 𝑥𝑗 𝑐 = 𝑣𝑖 sin 𝜃𝑖 − 𝑣𝑗 sin θj 𝑑 = 𝑦𝑖 − 𝑦𝑗 在尋找路徑時，由來源車輛開始廣播 RREQ 封包來尋找路徑， RREQ 封包記錄了經過車輛的路由清單，當 RREQ 封包轉傳到目標車 15.

(27) 輛後，目標車輛會依照路由表上的多條路徑，傳回 RREP (Rout e relply) 封包來建立路徑給來源端， S MART 藉由在 RREP 封包加入的 LET 欄位，每經過一個節點便會比較 LET，同一條路徑以 LET 最小值為此路徑的預測連線持續時間，來源端可從路由表中的多條路徑清單中選擇 LET 最大的路徑為主要路徑，其他為備份路徑，為了避免最短路徑優先問題，在路徑選擇上作者設定 SMART 會考量 LET 欄位優先於 hop count 欄位。 (3). 備份路徑維護機制當路徑突然斷線時，由於已經建立了多條備份路徑，SMART不需. 要重新尋找路徑，只要將資料流切換到備份路徑上，然而，為了避免資料流切換到實際上已不存在或快斷線的 pat h上，S MART為每一條備份路徑設定了一個 LET的臨界值，其設定值小於 LET。另外，每一條路徑都有一個獨立的計時器，當計時器時間超過了某一條路由的臨界值，表示此路徑被預估到可能是失效的，於是將此路由自清單中刪除掉。此外作者設計了路由表更新策略，加入車子自身記錄的方向與速度放在 Hello message的欄位中，因為 Hello message 會週期性的廣播給鄰車，車輛會收集鄰車的位置與方向資訊，來重新計算 LET，將路由表中已斷線或快斷線的備份路徑刪除掉。雖然以圖六 SMART 封包送達率來說，雖然 SMART 的封包送達率已經比 AODV 和 AOMDV 來的高，但是車輛行駛速度是相當快的，當以時速 70km 來看，封包送達率已經降到八成多，有此可知結點移動速度對於 SMART 的封包送達率的影響明顯。. 16.

(28) 圖六 :SMART 的封包送達率 [16]. 2-2-2. Address Based Service Resolution Protocol. 文獻 [10] 提出了一種新的協議稱為 Address Based Ser vice Reso lut ion Protocol ( ABS RP) ，在車輛網路中作探索服務，而處理的服務大部分是由路邊單位提供，作者就是利用這些路邊設施來實現服務探索 (ser vice disco ver y)。. 圖七 : ABS RP S yst em Model[10] 17.

(29) 圖七顯示了 ABS RP的系統模型。因為考慮到路邊單位要提供車輛外部接口的靜態單位。路邊每個單元有兩個接口，一個是有線接口，通過它連接到互聯網，另一個是無線接口，通過它連接到車輛。圖七的模型展出車輛流動的移動節點，在不同的時間間隔與不斷變化的速度。每一個移動節點或車輛的無線接口會與其他車輛透過通信網路和其它路邊的單位連結。 VANET 提供司機服務的種類大致可分為廣播應用服務和交易為基礎的應用服務。廣播應用服務涉及到的有用的 flooding 及緊急相關的信息網路。基於位置的服務是一個基於交易服務的例子。基於服務的事務涉及兩個參與者，服務提供者和服務請求者。在車載網路的服務請求者是司機 /車輛，服務提供商是路邊單位或其他車輛，所以作者提出了一種新的服務探索的做法，利用了車載網路的路邊單位 (已安裝智能設備 )。而路邊單位特設網路，是為了給司機和乘客提供各種服務。路邊單位可設在交通路口，主要公路，靠近加油站附近的餐館和其他各種熱點。這些路邊的單位有兩個接口：無線接口和有線接口。無線接口是讓車輛和路邊單位通訊，路邊單位並使用有線接口和其他路邊單元連接。因此，行車中的兩個特設網路路邊單位可以透過骨幹網路相互溝通。這種能力可以用來分發各服務提供商提供了骨幹網路的服務。路邊單位為了提供服務會和其他路邊單位做訊息交流，而信息種類僅限於提供服務的類型和服務供應商的 IP 地址。這樣，每個路邊的單位都知道是哪個服務的提供者和指定區域內提供服務類型的 IP 地址。圖八顯示了一個帶有三個路邊單位簡單的城市場景。路邊的單位之間的虛線連接表示在路邊單位的骨幹網路（ I nt ernet ）互聯。作者假設每 2至 3公里路邊已安裝路邊設施。路邊設施面積內，通過互聯網. 18.

(30) 進行通信，以了解對方所提供的服務和服務提供商的 IP地址。這是積極和更新信息的頻率可以配置的基礎要求。. 圖八 : Service discover y in VANET [10] 在無線接口，路邊單位定期發送 hello_packet s 廣播通知網路內通過的車輛。這些 hello_packet s傳播車輛內的網路 MAX_HOP s。一輛車在接獲 he llo_packet，驗證消息中的跳數，如果跳數小於 MAX_HOP s，就會轉播此消息給它的鄰居。網路中的每個車輛就近聯繫路邊單位 (領導人 )。如果新 hello_packet 表示，與新的路邊單位相比，更接近其現任領導人，那麼車輛會選擇新的路邊單位。當車輛需要服務，它產生一個服務請求。收到此消息後路邊單位將檢查是否有路邊單位提供服務。如果路邊單位知道服務提供商的 IP 地址，這會轉發服務請求到目標提供商。如果路邊的單位是不知道的服務提供商，它會在骨幹網路廣播服務的要求發往服務提供商那邊。目標服務提供者接到服務請求，將建立一個服務回應，並會發送相同的請求。路邊單位可以透過車輛網路或透過骨幹網傳輸。圖八為例，車輛 ”A”有興趣知道路邊單位 ”A”提供的服務。車輛 A 現任領導人是路邊單位 ”C”。車 ”A”構建服務類型和服務所在的期望 19.

(31) 傳輸到目前的領導者路邊單位 ”C”。路邊單位 ”C”，收到此請求後會檢查它的數據庫，以確認是否有關於路邊單位 ”A”的服務。由於路邊單位都在同一平面上，路邊單位 ”C”發現關於路邊單位 ”A”在其數據庫中的信息後。將檢索路邊單位 ”A” 和轉發服務請求給路邊單位 ”A” 的車輛網路 IP地址。路邊單位 ”A”後收到此請求後將計算回覆請求的信息，然後將結果轉發回到車輛 ”A”。以圖九為例，平均時速來到每秒 25公尺也就是時速 90公里可以達到最好的傳送率八成多，由此可見基礎設施設施是有助於提高封包傳遞率，但是由於車輛的路由協議效率並不是很好，以至於封包傳遞率無法提高。. 圖九 : ABSRP車速和封包傳遞率的關係 [10]. 2-2-3. MI-VANET : A New Mobile Infrastructure Based. VANET Architecture for Urban Environment VANETs提供了路邊單位到車輛間的通信（ RVC）和車輛之間的通信（ IVC）的能力。IVC就像一個多跳移動 Ad Hoc網路（ MANET），有自己獨特的特點。在傳統的 VANET架構，節點都是平等對待，並可 20.

(32) 能參與封包轉發。然而，在現實中有些車輛不願為他人轉封包，他們的無線設備可能由司機隨時關閉。而巴士是一種容易管理並且由巴士公司提供持續的服務的車輛。而另一個特點是，城市 VANETs交通信號燈對汽車運動有很大的影響，所以車輛有相同群集的移動。這些特點，應考慮在 VANET架構設計。考慮到城市特色，文獻 [11]提出一個兩層架構稱為移動公共建設為基礎的路由方法 MI-VANET (A New Mobile. I nfr ast ruct ure. Based. VANET. Archit ect ure. for. Urban. Environment ) 。在 MI-VANET 架構，巴士構成移動數據傳輸骨幹。 MI-VANET不僅帶來方便傳送訊息的好處，普通車不必為其他節點轉發數據包，同時也提高了網路的連接。在城市 VANET，在車輛上的移動交通號誌有很大的影響。紅燈停在臨近路口的車輛，是一個網路斷開重要因素。當交通燈變成綠色，停止車輛將繼續前進，那些朝著同一方向對方的車輛就像群集。節點在同一個集群往往比路邊的單位有更長的連接時間，因為他們移動類似的模式有很高的可能性。在城市環境中，移動基礎設施，包括巴士和其他公共交通工具構成了高層次的 MI - VANET。每一個高層次的節點設有兩個無線接口。每一個接口具有相同的通信範圍，提供服務給低層次的節點，也就是一般汽車。另外此接口有一個較大的傳輸距離提供高層次的節點互相溝通，其他車輛和乘客構成了低層次的 MI - VANET。每個低層次節點只有一個無線接口，這是用來登記並與其註冊巴士通信。以圖十 (a)為例，高層巴士會接收底層車輛的訊息，巴士會組成高層網路互相溝通，而圖十 ( b) 說明了車輛 S傳送封包到車輛 D的轉傳過程，車輛 S發出封包給其註冊的巴士，而高層巴士會互相溝通了解車輛 D的位置，而經過轉傳到第四輛巴士到達 D車所註冊的巴士，這輛. 21.

(33) 巴士會把封包傳送給 D車。. 圖十 : （ a ） MI - VANET 架構的例子（ b ） MI – VANET 封包傳遞的一個例子 [11]. 傳統 VANET透過車輛與車輛來做通訊，雖然已經提出多種通訊協定，但是在 VANET 拓樸高度變化的環境，其封包傳送的失敗率還是有其改善空間，例如圖十一所顯示的是 MI-VANET[11]傳輸率在不同的密度下的數據，當節點密度到達 250no des時， MI-VANET的傳輸率約在 82%，以上數據並沒有考慮到環境因數，因為巴士會受到很多外在環境影響，例如 : 塞車、車輛故障、天候 ... 等等因素，導致訊息傳送時會受到很多不可抗拒因素的影響，穩定度相對會減少，這會影響封包傳遞率。. 圖十一 : 封包傳遞率在不同的網路密度的關係 [11] 22.

(34) 第三章研究架構. 雖然文獻 [16] 解決了封包傳遞時路徑斷裂的問題，也明顯的提高了封包傳遞率，但是當地圖變大、車速變快，還是顯現出傳統車載網路的通病，也就是說當地圖變大，節點的傳送路徑變得更遠，就需要更多跳才能傳送到目的端，或者因為傳送距離變長，加上車輛移動速度變快使的網路拓樸變化更大，導致路徑斷裂等問題依然存在。本文所提出的方式就是藉由基礎設施來輔助車輛做封包傳遞，藉由基礎設施的輔助可以有效的減少傳送路徑的斷裂，也可以減少因為車速快使拓樸變化所造成的影響。. 3-1 問題說明綜合第二章節的說明， SMART 的封包傳遞率因為車輛提高速度而逐漸降低，本文加入基礎設施管理的機制，可以藉由基礎設施管理當車速提高時提高封包傳遞率。 ABS RP 有一個很好的分層架構，但是傳輸機制並沒有 S MART 來的好，所以封包傳遞率無法提高，而在 MI-VANET，因為管理節點為巴士，雖然巴士路線是固定的，但還是有其不穩定性，容易因為巴士的車輛問題影響到網路運作。本論文針對以上缺點提出改進方式。. 3-2 訊息傳遞方式本文目的在提高封包傳遞率和穩定性，所以本文提出以路邊基礎設施為管理中心來做訊息轉送的路由方法 IBRP(Infrast ruct ure-Based. 23.

(35) Rout ing Protocol for Vehicular Ad Hoc Net works)，其網路分為兩個層次，分別為基礎設施和基礎設施的有線網路以及車輛和基礎設施所使用的 DSRC無線通訊，基礎設施和基礎設施之間會透過有線網路互相聯結通訊，而車輛和車輛以及車輛和基礎設施會透過 S MART[16]通訊協定來運作訊息傳送的方式，如圖十二所示。. 圖十二 :車輛封包傳輸示意圖. 假設 A 路邊基礎設施的 A 車輛要發訊息給 B 路邊基礎設施的 B 車輛， A 車輛會先以 SMART 方式傳送訊息給路邊基礎設施 A，當路邊基礎設施接收到訊息之後基礎設施會先查詢 B 車輛是否在自己的所屬管理範圍內，如果是則傳送訊息給 B 車，如果不是則向所有基礎設施發出廣播尋找 B 車輛位置，B 基礎設施接收到 A 基礎設施的請求之後會查詢自己所屬範圍內的車輛，當 B 基礎設施查詢 B 車位置 24.

(36) ，會告知 A 基礎設施車輛在他那邊，A 基礎設施會把 A 車的請求傳送給 B 基礎設施，再由 B 基礎設施傳送給 B 車。. . 基礎設施的工作 1. 每兩秒廣播發佈 HE LLO 訊息給自己範圍內的車輛。 2. 接收管理範圍內車輛回復的訊息，基礎設施接收使用 QUEUE 的方式依序接收訊息，並更新路由表和處理請求。 3. 接收車輛訊號和檢查車輛請求。 4. 回覆請求。. . 車輛的工作 1. 當車輛接收到基礎設施固定時間所發出的 HELLO 訊息之後，確認自己的管理基礎設施是否有變，有則更新。 2. 回復封包訊息給自己的基礎設施 (車輛使用 SMART 來傳送訊息， SMART 的傳送方式類似 AODV，一樣是有需要在尋找路線，因為 VANET 的路線容易斷裂，所以 S MART 多了備用路線的概念，這樣路線斷了還可以使用其他路線傳送，可以提高封包傳送的成功率 )，用來告知基礎設施目前的位置。 3. 接收到基礎設施回傳的封包，檢查並更新資料。 4. 回到步驟 1。. . 當發生斷線的時候當車輛要傳送資料給基礎設施時發生斷線，因為有備份的路徑可以選擇，所以會隨即使用備份路線進行傳送，如果基礎設施找不到目的車輛，基礎設施會把傳送訊息廣播給基礎設施群，當 25.

(37) 基礎設施群裡面有某個基礎設施偵測到目的車輛，即可隨即傳送訊息給目的車輛。. 3-3. IBRP 演算法 IBRP 演算法如下所示 :. 路徑搜尋程序 //路徑搜尋程序. If （目前節點 n c 是來源節點） If（來源節點要傳送資料封包且路由表不為空值） Then 根據路由表傳送資料封包 Else If （來源節點的路由表為空值） Then 發送 RREQ 封包. If (來源節點收到 RREP 封包 ) Then 從路由表選擇 hop 數最少的路徑來發送資料封包. If (目前節點 n c 是目的節點且收到 RREQ 封包 ) Then 節點 n c 接收 RREQ 封包節點 n c 更新 Sequence Number 並建立 RREP 封包節點 n c 透過 RREQ 封包中的「最後一個 hop 」將 RREP 封包發送給該節點 26.

(38) If (目前節點 n c 是中間節點 ) If ( n c 收到 RREQ 封包 ) Then 節點 n c 將 RREQ 資訊加入 RREQ 表節點 n c 轉送 RREQ 封包到鄰居節點 If ( n c 收到 RREP 封包 ) Then 節點 n c 透過 RREQ 封包中的「最後一個 hop」將 RREP 封包發送給該節點. 路徑維護程序 //路徑維護程序 If (節點 n c 偵測到與鄰居節點之間的連結斷裂 ) Then 節點 n c 回傳 RERR 給來源節點來源節點從路由表中刪除原本的路徑，並從路由表中挑選連線存活時間最長的路徑來發送資料封包. END. 27.

(39) 基礎設施節點管理 //基礎設施基礎設施固定每 2 秒發送 HELLO 封包 If(基礎設施接受到範圍內車輛 n c 回傳的封包 ) Then 接收封包讀取封包內容基礎設施更改節點路由表 ELSE 持續發送 HELLO 封包. If(基礎設施收到節點 n c 所要轉送的封包 ) Then 接收封包讀取封包內容檢查節點路由表 If(節點是自己管轄 ) Then 傳送給目的節點 ELSE 廣播給基礎設施群 I n. If(基礎設施接收到其他基礎設施 I n 所廣播的封包 ) Then 接收封包讀取封包內容檢查節點路由表 28.

(40) If(節點是自己管轄 ) Then 傳送給目的節點 ELSE(節點不是自己管轄 ) 丟棄此封包. 29.

(41) 第四章模擬分析與效能評估為了評估本論文所提出的路由方式的效能，本章節將會以本文所設計的 IBRP 路由方式與 S MART 路由方式、 AODV 路由方式來做比較，根據不同的移動速度、節點數來做 Packet Deliver y Rat io 與 End-t o -End Delay 的評估。. 4-1 模擬環境與參數設定我們使用 C 語言來設計一個 Vehicular ad -hoc net work 的模擬環境，模擬環境與參數設定如下 : . 地圖大小 : 700*700 m 2 、 2800*2800 m 2. . 車輛數量 : 15~300( 依照不同地圖大小有異 ). . 車輛移動速度 : 50~90 km/ h. . 節點傳送距離 : 半徑 200m. . 基礎設施傳送距離 : 半徑 1000m. . 節點以亂數佈點、除了基礎設施之外，其他節點皆會移動. . 模擬時間 : 100 sec. 30.

(42) 4-2 模擬結果與分析本文的實驗主要是探討提高封包傳遞率的效能與穩定性，以 IBRP 、SMART、AODV 來做比較，依據 Packet Deliver y Rat io 與 End-to -End Delay 在不同的車輛移動速度與不同的地圖大小和節點數量的數據來做分析。 Packet Delivery Ratio : 在模擬的過程中，當封包從來源節點傳送到目的節點時，目的節點所收到的封包與來源節點傳送的封包的比例。 End-to-End Delay : 在模擬過程中，資料封包從來源節點傳送到目的節點所經過的時間單位。. 4-2-1 固定地圖 700*700m 2 的不同參數變動結果分析在固定 700*700m 2 的情況下，不同的移動速度和節點數量的模擬結果，分析如下圖十三、圖十四所示 : 圖十三與圖十四的結果表示，在地圖大小 700*700m 2 的情況下，當移動速度越來越快的時候， P acket Deliver y Rat io 開始逐漸的下降，相較於沒有基礎設施來做管理的 S MART 與 AODV， I BRP 相對平穩，因為 S MART 與 AODV 的路徑搜尋方式和傳送方式類似，但是 SMART 多了備份路徑的功能，當車速越來越快，因為車速越快導致其傳送路徑越容易發生斷裂的情況，在此可以發現 S MART 與 AODV 都是呈現逐漸下降的狀況。. 31.

(43) 100. Pack Delivery Ratio(%). 90 80 70 60 50. SMART. 40. AODV. 30. IBRP. 20 10 0 50. 60. 70. 80. 90. 移動速度圖十三 : 30 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析. Pack Delivery Ratio(%). 120 100 80 60. SMART AODV. 40. IBRP. 20 0 50. 60. 70. 80. 90. 移動速度. 圖十四 : 50 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析. 圖十五的結果表示在不同節點密度的情況下，有備份路徑的 SMART 比傳統 AODV 表現來的更好，但是在圖十六當模擬的節點移動速度提高到 90KM/H 的時候 P acket Deliver y Rat io 的數據和圖十四相比又往下降了許多，而本文所提出的 IBRP 則是相對有更平穩而且 32.

(44) 更好的表現，以圖十三與圖十四來看 IBRP 的 Packet Deliver y Rat io 表現比 SMART 和 AODV 來的穩定也來的高。. Packet Delivery Ratio(%). 100. 95. 90 SMART. 85. AODV IBRP. 80. 75 20. 30. 40. 50. 節點數量圖十五 : 60KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析. Packet Delivery Ratio(%). 120 100. 80 60 SMART 40. AODV IBRP. 20 0 20. 30. 40. 50. 節點數量圖十六 : 90KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析. 33.

(45) 4-2-2 固定地圖 2800*2800m2 的不同參數變動結果分析在固定地圖 2800*2800m 2 的情況下，不同的移動速度和節點數量的模擬結果，分析如下圖十七、圖十八、圖十九所示 : 當地圖放大到 2800*2800m 2 可以發現更為明顯的變化，圖十七在 150 個節點密度下，當移動速度越來越快，其 P acket Deliver y Rat io 下降的幅度更為明顯，因為傳送的路徑更長加上高移動速度下， AODV 在 90KM/H 的速度下，甚至只有略高於 50%的情況，而 SMART 雖然有備份路徑但是也因為路徑變得更長和高移動速度下，雖然沒有 AODV 下降幅度來的大，但是還是有傳統 VANETs 的缺點，因此 SMART 和 AODV 與擁有基礎設施支援的 IBRP 比較 P acket Deliver y Rat io ，還是有一段差距。. Pack Delivery Ratio(%). 100 90 80 70 60 50. SMART. 40 30. AODV. 20. IBRP. 10 0 50. 60. 70. 80. 90. 移動速度. 圖十七:150 個節點和不同的移動速度與 Packet Delivery Ratio 的結果分析圖十八在車輛高速移動的情況下，雖然節點數量增加有助於提高 Packet Deliver y Rat io，在這邊可以看出在高密度的情況下 S MART 的 Packet Deliver y Rat io 越來越好，因為備份路徑有更多更好的路徑可 34.

(46) 以選擇，與圖十九比較就更為明顯，因為圖十九的移動速度只有 60KM/ H，以 300 節點來看的話，移動速度 60KM/ H 與 90KM/H 的 Packet Deliver y Rat io 差異就可以有 15~20%的差異，由此可見移動速度對於傳統 VANETs 路由協議的影響。. Packet Delivery Ratio(%). 100 90 80 70 60 SMART. 50. 40. AODV. 30. IBRP. 20 10 0 150. 200. 250. 300. 節點數量圖十八 : 90KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析. Packet Delivery Ratio(%). 100 90 80 70 60. SMART. 50 40. AODV. 30. IBRP. 20 10 0 150. 200. 250. 300. 節點數量圖十九 : 60KM/H 和不同的節點數量與 Packet Delivery Ratio 的結果分析從圖十三到圖十九綜和分析，無論是在不同的移動速度、不同的節點數量、不同的地圖大小模擬的結果表示 IBRP 都以相當穩定的高 35.

(47) 於 90%的投遞率表現優於其他兩種方式。. 4-2-3 End-to-End Delay 在固定 700*700m2 不同的移動速度和節點數量的結果分析在固定地圖 700*700 m 2 的情況下，依照不同的移動速度和節點數量的點到點延遲模擬結果，分析如下圖二十、二十一所示 : 圖二十與圖二十一可以看出，當地圖較小的時候，IBRP 與 SMART 的數據非常相近，因為當地圖大小只有 700*700 的時候，其傳送訊息的跳數並不高，所以 SMART 的備份路徑功能有不亞於 IBRP 的數據表現，但是 AODV 的數據就相對比較差，這邊可以看出在小地圖的情況下，有基礎設施支援的 IBRP 的 E nd -to -End Delay 數據雖然還是比 SMART 稍微好一點，但是其優勢還是在較大地圖與教長的封包傳遞路徑時會比較突出。. End-to-End Delay(sec). 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15. SMART. 0.1. AODV. 0.05. IBRP. 0 50. 60. 70. 80. 90. 移動速度. 圖二十 : 50 個節點和不同的移動速度與 End-to-End Delay 的結果分析. 36.

(48) End-to-End Delay(sec). 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0. SMART AODV IBRP. 20. 30. 40. 50. 節點數量. 圖二十一 :固定 60KM/H 和不同節點數量與 End-to-End Delay 的結果分析. 4-2-4 End-to-End Delay 在固定 2800*2800m2 不同的移動速度和節點數量的結果分析在固定地圖 2800*2800m 2 的情況下，不同的移動速度和節點數量的點到點延遲模擬結果，分析如下圖二十二、二十三所示 : 從圖二十二可以看出 IBRP 在不同的移動速度下 End-t o-End Delay 的數據大概介於 0.1 之間，雖然速度增快也就會造成路徑斷裂，這也是主要造成 E nd-t o -End Dela y 數據逐漸上升的原因，而 S MART 與 AODV 在移動速度越來越快的情況下 End-to -End Delay 也越來越高，由其以 AODV 的 E nd-t o -End Delay 數據更為明顯，雖然 SMART 的數據比 AODV 來的好很多，但是還是和 IBRP 有一段差距，從這邊可以看出沒有基礎設施支援的傳遞方式對於車輛高速移動造成路徑斷裂的表現依然不好。. 37.

(49) End-to-End Delay(sec). 1 0.8 0.6 SMART. 0.4. AODV 0.2. IBRP. 0 50. 60. 70. 80. 90. 移動速度. 圖二十二: 200 個節點和不同的移動速度與 End-to-End Delay 的結果分析在圖二十三 60KM/H 的速度下，節點數量越高對於 End-t o -End Delay 也就越低，主要的因素是時速 60KM 的速度不算高，再來是節點多路徑選擇就多，也就是可以選出更好更穩定的路徑做傳送，在這邊 IBRP 依然保持在 0.1 左右的數據，但是沒有備份路徑的 AODV 就相對弱勢，因為發生路徑斷裂時 AODV 只能重新尋找路徑， S MART 因為有其他路徑可以選擇所以在 End-t o-End Delay 表現也比 AODV 來的好。. End-to-End Delay(sec). 1 0.8 0.6 SMART. 0.4. AODV 0.2. IBRP. 0 150. 200. 250. 300. 節點數量. 圖二十三:固定 60KM/H 和不同節點數量與 End-to-End Delay 的結果分析. 38.

(50) 從這前面幾張模擬數據分析可以看出 I BRP 在有基礎設施的支援下表現確實比沒有基礎設施 SMART、 AODV 來的更好，雖然在小地圖 700*700m 2 三種路由方式確實差異不算大，但是當地圖放大的時候，差異就很明顯，地圖越大差異越明顯，因為不管地圖多大， I BRP 的訊息都是車輛傳給基礎設施再由基礎設施傳給目地端，但是其他兩種傳遞方式就必須應付地圖放大所帶來的更長的傳遞路徑，當路徑變長斷裂的機會也就越高，穩定度也就越不好，雖然 SMART 在沒有基礎設施的支援下其數據表現已經相當不錯，但是如果加上基礎設施的支援其穩定度就會相當足夠。. 39.

(51) 第五章結論與未來工作. 在 VANET 高度動態拓樸的情況下，最主要的問題在於車輛的高度移動性與地圖上節點密度的改變，在這些情況之下，傳統 Ad- hoc 網路路由的效率也就不高，如 AODV，因為地圖變大車速變快，路徑斷裂的變數就越多，相對表現就不好，所以文獻 [16] 提出 S MART 以備份路徑的概念來增加封包傳遞的穩定性，但是依然受到車速和地圖大小影響，所以本文提出以基礎設施來輔助傳統 VANET 提高效率及穩定度。第四章模擬結果證明本文所提出的方式相對穩定也比較好，主要就是減少了中間容易斷裂的機會，因為不管目的節點再遠都是經由基礎設施以有線網路來做傳遞，相較於傳統 Ad- hoc 網路的特性更來的穩定也不易斷裂。未來的研究方向將以應用真實的地圖來做模擬，這樣可以更確定 VANET 在有基礎設施輔助之下可以有更好的運作，另外也可以增加基礎設施的多媒體應用，讓基礎設施不單只是車輛和車輛間訊息轉送的設備也可以有更多樣的服務。. 40.

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