计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ２０１１，Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．５ １５２１
车用自组织网络中数据聚合算法综述
冯 诚， 李治军， 姜守旭
（哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘 要：具有短距离通信能力的车载设备的改进和短距离微波通信授权频谱的分配推动了智能交通系统应用的发展，促进 了车用自组织网络（ＶＡＮＥＴ）的研究。对于ＶＡＮＥＴ上的应用数据分发是各类应用实现的基础，同时数据聚合又是实现数据分
发的关键技术。介绍了ＶＡＮＥＴ的概念和网络构架，给出了当前ＶＡＮＥＴ上的一些典型应用；详细阐述了ＶＡＮＥＴ上的数据分
发的基本结构，并对数据聚合算法的研究现状进行了详细的分析和比较；最后总结并展望了ＶＡＮＥＴ上的数据聚合在未来一
段时间的研究重点。 关键词：车用自组织网络；数据分发；数据聚合；延迟容忍网络；移动自组网 中图法分类号：ＴＰ３９３；ＴＰ３ｌ１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００．７０２４（２０１１）０５—１５２１．０６
Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｄａｔａ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｎ ＶＡＮＥＴｓ
ＦＥＮＧ Ｃｈｅｎｇ。ＬＩ Ｚｈｉ－ｊｕｎ． ＪＩＡＮＧ Ｓｈｏｕ—ＸＵ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １ ５０００ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅ ｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ ｃａｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆｌｉｃｅｎｓｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｆｏｒ ｄｅｌｉｃａｔｅｄ ｓｈｏｒｔ ｒａｎｇｅ ｃｏｍ— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ【ＤＳＲＣ）ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ（ＩＴＳ）ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｕｌｓｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ
ｖｅｈｉｃｕｌａｒ ａｄ ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋ【ＶＡＮＥＴ）ｔｈａｔ ＩＴＳ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ．Ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｎ
ＶＡＮＥＴｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｏｆＶＡＮＥＴ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｙｐｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ＶＡＮＥＴｓ ｉｓ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ｄａｔａ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｃｒｕｃｉａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｆａｉｌ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｆｏｃｕｓｅｓ ｆｏｒ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ＶＡＮＥＴｓ ａｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＶＡＮＥ ｄａｔａ ｄｉｓｓｅｍｉｎａｔｉｏｎ；ｄａｔａ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ＤＴＮ；ＭＡＮＥＴ
０引 言
２００４年联通通信委员会为智能交通系统应用（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ
ｔｒａｆｆｉｃ ｓｙｓｔｅｍ，ＩＴＳ）分配了５ＭＨｚ授权频谱（从５．８５０到５．９２５ＧＨｚ） 用于短距离微波通信（ＤＳＲＣ）…，使得车用自组织网络（ｖｅｈｉｃｕｌａｒ
Ａｄ ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｖｃ～ＮＥＴ）的研究再次兴起。ＶＡＮＥＴ与移动自 组网（ｍｏｂｉｌｅ ａｄｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＭＡＮＥＴ）类似，都是在节点移动的
情况下利用无线通信节点自组织形成的网络。但在ＶＡＮＥＴ
中，节点沿道路移动，节点的密度多变，信号衰减严重等因素
使得ＭＡＮＥＴ的通信模式无法有效运行。ＭＡＮＥＴ的通信模 式是同步通信，这种通信模式隐含一个重要的假设即通信点
对之间存在至少一条完整的端到端通信路径。而在ＶＡＮＥＴ
中，网络经常被分割成不连通的子区域，ＭＡＮＥＴ上的协议在
此环境下无法实现数据路由。但通信点对之间不存在完整连 通路径并不意味着不能实现数据传输。由于节点的移动，数 据可以通过移动的中继节点携带传递。这正是延迟容忍网络
（ｄｅｌａｙ ｔｏｌｅｒａｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋ，ＤＴＮ）的特性。
ＶＡＮＥＴ的研究包括很多方面，如链路层协议，转发机制， 数据分发，信息安全等。对于ＶＡＮＥＴ上的各类应用来说，高
效的数据分发策略是实现这些应用的基础。数据分发的目标
是在网络中分布式地采集信息并将重要的信息进行分发，使
信息在网络中有效传播。ＶＡＮＥＴ的移动自组织特性使得其上
的应用需要分布式协同，分布式协同的基础就是数据交换和
共享。因此，应用的实现取决于数据分发的性能，数据分发是 ＶＡＮＥＴ上各类应用的基础。
ＶＡＮＥＴ是实现ＩＴＳ应用的重要载体，近年来引起科研人
员的密切关注。在网络领域相关著名会议上，如ＳＩＧＣＯＭＭ，
ＭＯＢＩＣＯＭ，ＩＮＦＯＣ０Ｍ，Ｍ０ＢＩＨ０Ｃ，ＩＣＮＰ，ＰＥＲＣＯＭ等，相关 的重要研究成果逐年增多。此外，还专门成立了研讨会，如
Ｍｏｂｉｃｏｍ的ＶＡＮＥＴ，供研究者交流。鉴于ＶＡＮＥＴ在国外的
收稿日期：２０１０—０６—０５：修订日期：２０１０—０８．１６。 基金项目：国家自然科学基金项目（６０８０３１４８、６０９７３１２４）。 作者简介：冯诚（１９８６一），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向为ＤＴＮ上的数据管理； 李治军（１９７８一），男，黑龙江哈尔滨人，副 教授，硕士生导师，ＣＣＦ高级会员，研究方向为对等网络、普适计算； 姜守旭（１９６８一），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师，ＣＣＦ高级 会员，研究方向为传感器网络、普适计算。Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｃｈｅｎｇ７＠ｇｍａｉｌ．
ｃｏｍ １５２２ ２０１１，Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．５ 计算机工程与设计Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
发展已经取得一定成果，为了深入理解ＶＡＮＥＴ上数据分发的
技术和发展趋势，并促进国内在ＶＡＮＥＴ上数据分发关键技术
上的研究，综述ＶＡＮＥＴ上数据分发技术的研究进展工作十分 有意义。
本文首先引入ＶＡＮＥＴ的概念和应用，并对ＶＡＮＥＴ上数
据分发加以介绍，包括分发的数据种类，数据分发的聚合算法
和转发策略等，总结全文并展望了未来的研究趋势。
１Ⅵ ＮＥＴ
１．１ ＶＡＮＥＴ的概念
ＶＡＮＥＴ是用于车与车之间、车与路边设备之间通信的移 动自组织网络 。如图１所示，ｔ１时刻源节点Ｓ要将数据传输
给目标节点Ｄ，但此时ｓ和Ｄ位于不同的连通域，不存在连通
的通信路径，因此，Ｓ首先将数据发给邻居节点１，在ｔ２时刻，
节点２在节点ｌ的通信范围内，节点１将数据转发给节点２， 由于节点２没有合适机会将数据转发给下一跳节点，它将消
息在本地存储并等待传输机会，经过一段时间，当ｔ３时刻节点
２运动到目标节点Ｄ的通信范围，它将数据传输给目标节点
Ｄ，至此完成数据传输。
１３ ≯ ｊ ， Ｄ ＿ 囊 一 ０ 簿 …
图ｌ ＶＡＮＥＴ
１．２ ＶＡＮＥＴ的应用场景和基本构架 目前ＶＡＮＥＴ的应用主要在两种场景下，高速公路网和城
区道路网。城间高速公路网的道路交叉口较少，单个路段较
长。通常情况下公路上车节点密度稀疏。城区道路网的拓扑
结构较高速公路网复杂，交叉路口多，而且各路段长短不一。
城区道路网路面上的车节点密度会随时间出现明显的周期性
变化，如在上下班高峰期时城市主干道的车密度会很大。
ＶＡＮＥＴ有３种网络构架。一种是完全由移动车作为节 点自组织形成的。这里智能车配备有计算存储设备，短距离
无线通信接口和ＧＰＳ接收器。另一种ＶＡＮＥＴ的节点中除了
有车这类移动节点外，还有路边接入点这类固定节点。车与
车之间，车与路边接入点间通过无线方式进行通信，路边接入 点之间通过有线方式或高效无线方式进行互联，路边接入点
需要配有存储设备，多种无线通信接口和有线通信接口。第
３种是除了存在上述两种节点外，还有一个服务器作为数据
处理中心。对于上述３种网络构架，第一种的网络搭设的费 用需求最少，第３种的最多。网络的连通性上第一种最差。
第二种网络构架由于路边接入点的引入使得网络连通性可以 在一定程度上得到改善。第３种网络构架中存在数据中心，
因此应用可采用集中式的算法，但同时节点会对数据中心的
资源竞争问题会引起大的数据延迟，同时还需要对数据中心 高的维护费用。３种网络构架中，目前研究最多的是第二种
网络构架。 １．３ ＶＡＮＥＴ的特性
ＶＡＮＥＴ具有３个特点：网络拓扑受限，拓扑结构变化频
繁，网络自组织方式形成。ＶＡＮＥＴ的无线通信拓扑结构受道
路网拓扑限制的。由于车沿道路移动，道路之间的距离以及
路边的建筑物会影响车之间的无线通信。ＶＡＮＥＴ的拓扑结构
变化频繁。由于路面上的车行驶中一直在移动，车节点的数 量和分布会频繁变化，这会导致网络频繁地被划分。ＶＡＮＥＴ
是自组织形成的。网路中的节点需要可以探测到彼此，并自 组织地进行协同通信。 １．４ ＶＡＮＥＴ上的应用与服务
对于ＶＡＮＥＴ上的应用主要分为３个方面：与安全相关的 应用服务，与交通监测和管理相关的应用服务和与资讯娱乐
相关的应用服务。
１．４．１ 与安全相关的应用服务
与安全相关的应用服务包括紧急刹车警示、碰撞事故避
免警示、安全距离警示和变车道警示等 。这些应用需要的数 据是由装载在车的发动机、轮胎等处的传感器周期性采集来
的。通过车载计算设备对这些数据进行故障诊断计算并与其
他车辆进行信息交换。这类应用是关乎人的生命安全的，因
此需要数据的精度高延迟小。 １．４．２与交通监测和管理相关的服务 与交通监测和管理相关的服务包括动态路径规划，查询
拥塞路段和查询加油站停车场信息等。这类应用需要的数据，
一部分是车自身监测到的，另～部分是从其他车收集来的。车
之间利用无线通信进行数据收集和分发。这类应用的目的是
提高人们出行的时间效率，为驾车相关的服务提供便利。因 此，此类应用所需数据的精确度只要保证不影响应用做出正
确的选择即可，数据的延迟只要在车到达需要做选择的位置
前即可。 １．４－３与资讯娱乐相关的服务
与资讯娱乐相关的服务包括查询天气，新闻等资讯，收发 Ｅｍａｉｌ，网上即时聊天，下载多媒体文件等。用户所需的资讯
可以是通过路边接入点接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ获取的，也可以是通过从
已经有这些信息的周围车获得。这类应用的目标是为人们提
供更便捷的信息服务。
２ ＶＡＮＥＴ上的数据分发
无论上述的哪一种类型的应用都需要实现ＶＡＮＥＴ上数 据分发的过程，数据分发是ＶＡＮＥＴ上提供的各类应用服务的
基础。本节描述了不同应用需要分发的不同种类的数据，阐
述了数据分发的整个过程，给出了对ＶＡＮＥＴ上的数据分发已
有的理论上的结论，重点比较分析了数据分发过程数据聚合 的算法。
２．１信息的种类 ＶＡＮＥＴ上各种应用的实现需要分享ＤＳＲＣ带宽。不同的
应用需要不同类型的信息。ＶＡＮＥＴ上分发的信息可分为４
类：安全信息、交通信息、资讯信息、共享文件。
ＶＡＮＥＴ上最重要的信息就是安全信息 。实际上ＤＳＲＣ
的主要目的就是提高道路交通的安全。利用ＤＳＲＣ与前后车
辆交换加速度、距离等信息可以避免发生由于急刹车引起的
