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一种适用于城市环境的VANET成簇算法

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收稿日期:2018-02-11摇摇摇摇摇摇修回日期:2018-06-14摇摇摇摇摇网络出版时间:2018-11-15基金项目:国家科技重大专项(2010zx03003-003);国自基金孵化项目(NY217034);中兴通讯产学研项目(2016外83)作者简介:李炳圻(1993-),男,硕士研究生,研究方向为车载自组织网络、网络编码等;梅中辉,博士,副教授,研究方向为网络编码技术、协作通信技术等。网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20181114.1556.032.html

一种适用于城市环境的VANET成簇算法李炳圻,梅中辉(南京邮电大学通信与信息工程学院,江苏南京210003)

摘摇要:因为车辆节点的移动方向与速度大小均存在差异,节点间通信链路的持续时间短暂,通信质量难以满足车载自组织网络(VANET)中传递消息的要求。利用成簇算法来提高通信链路的稳定性是解决上述问题的有效途径,但目前成簇算法的设计主要针对高速公路环境,没有考虑车辆节点方向、速度变化频繁的城市环境。在经典成簇算法的基础上提出了一种更加稳定且可靠的VANET成簇算法。该算法针对城市环境对成簇算法的多个稳定性条件进行改进,同时考虑信道质量对通信服务质量的影响。最后利用SUMO仿真平台模拟真实的城市交通环境,并通过NS-2仿真平台验证该算法的各项指标。仿真结果表明,对比LID算法和MOBIC算法,提出的算法具有更高的稳定性和可靠性,且端到端的数据传输时延更低。关键词:车载自组织网络;成簇算法;稳定性条件;服务质量中图分类号:TN929摇摇摇摇摇摇文献标识码:A摇摇摇摇摇摇文章编号:1673-629X(2019)01-0154-05doi:10.3969/j.issn.1673-629X.2019.01.032

AStableClusteringAlgorithmAppliedinVANETsonUrbanRoadEnvironment

LIBing-qi,MEIZhong-hui(SchoolofCommunicationandInformationEngineering,NanjingUniversityofPostsandTelecommunications,Nanjing210003,China)

Abstract:Duetothedifferencesinthemovingdirectionandspeedofvehiclenodes,thedurationofcommunicationlinkbetweennodesisshort,andthecommunicationqualityisdifficulttomeettherequirementsofmessagedeliveryinvehicularadhocnetwork(VANET).Toimprovethestabilityofcommunicationlinkwithclusteringalgorithmisaneffectivewaytosolvetheaboveproblems,butthecurrentdesignofclusteringalgorithmismainlyaimedattheexpresswayenvironment,nottakingintoaccounttheurbanenvironmentwithdirec鄄tionofvehiclenodes,speedchangesfrequently.Basedontheclassicalclusteringalgorithm,weproposeamorestableandreliableVA鄄NETclusteringalgorithmwhichimprovesseveralstabilityconditionsofclusteringalgorithmfortheurbanenvironmentandconsiderstheinfluenceofchannelqualityoncommunicationservicequality.Finally,SUMOsimulationplatformisusedtosimulatetherealurbantraf鄄ficenvironment,andNS-2simulationplatformtoverifytheindexesofthealgorithm,whichshowsthattheproposedalgorithmhashigherstabilityandreliabilityandlowerend-to-enddatatransmissiondelaycomparedwithLIDalgorithmandMOBICalgorithm.Keywords:vehicularad-hocnetwork;clusteringalgorithm;stabilitycondition;qualityofservice

0摇引摇言作为智能交通系统(intelligenttransportsystem,ITS)的重要组成部分,车载自组织网络(vehicularad-hocnetwork,VANET),一种由车载单元(on-boardu鄄nit,OBU)组成的移动自组织网络(mobilead-hocnet鄄work,MANET)正在快速发展。在VANET中,OBU通过单跳或多跳无线通信实现车辆间通信(vehicletovehicle,V2V),路边单元(roadsideunit,RSU)通过向OBU收发数据实现车路间通信(vehicletoinfrastruc鄄ture,V2I),同时RSU通过光纤相互连接并接入骨干网

络(Internet,4G)实现整个交通系统与外界网络的信息交互[1]。

目前,普遍通过MANET路由协议实现车载单元间的物理连接,但带来的可靠性和扩展性问题仍未找

第29卷摇第1期2019年1月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇计算机技术与发展COMPUTERTECHNOLOGYANDDEVELOPMENT摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇Vol.29摇No.1Jan.摇2019到有效的解决办法。为了提高路由的可靠性和扩展性,在MANET成簇算法的基础上,一系列针对VA鄄NET高速移动场景的成簇算法被提出[2]。研究表明一个稳定且可靠的成簇算法可以有效节省路由开销,部分算法还能作为交通事故或拥塞检测的基础,为智能交通系统提供数据支持[3-4]。文中探讨并提出了针对VANET的成簇算法SQ-WCA,该算法在几种经典成簇算法的基础上,考虑了城市环境中成簇的稳定性(stability)条件和节点间通信的服务质量(quality),并对其进行了仿真。1摇经典的成簇算法车载自组织网络(VANET)的基本框架从移动自组织网络(MANET)发展而来,现有的框架结构主要包括两种:平面(flat)结构和分级(hierarchical)结构。平面结构在复杂网络中很难实现,因为路由开销限制了其网络规模的扩充。分级结构则可以有效降低路由开销,提高网络的可扩充性,从而降低网络管理和同步的难度[5]。如图1所示,在分级结构中,成簇算法需要实现将所有节点划分成簇的目标。每个生成的簇包含唯一的簇头节点(clusterheader,CH)和多个成员节点(clustermember,CM),部分处于边缘位置的成员节点同时承担着网关节点的工作[6]。图1摇分级结构1.1摇最小ID算法最小ID(lowest-id,LID)算法[7]是由Grela和Tsai提出的成簇算法。该算法参照节点的空间位置或者物理地址(mediumaccesscontrol,MAC),为所有节点分配唯一的ID标识。区域中的节点周期性地接收来自邻居节点发送的HELLO数据包,并记录在自己的邻居节点列表中,默认最小ID标识对应的节点为CH节点,该节点的单跳邻居节点为该簇的CM节点。最小ID算法计算简单、实现方便、更新周期长、维护开销小,网络吞吐量高于最高节点度(highest-degree,HD)算法[8]。但该算法忽略了节点的移动性和负载平衡问题,不适用于高速移动的场景。1.2摇最小相对移动算法

最小相对移动(MOBIC)算法[9]是由Basu和Khan提出的一种计算节点移动差异性的成簇算法。

该算法依据式1对X节点接收到的邻居节点Y两次传输信号的强度作差,估计两节点之间的移动差异性,再依据式2计算节点Y与所有邻居节点的移动差异性的方差。通过比较方差的大小选择相对周围邻居节点有着较低移动差异性的节点作为CH节点,降低CH节点发生变化的次数。MOBIC算法相对简单,对成簇的稳定性条件作了改进,但不适用于节点速度和方向快速变化的场景。

MrelY(X)=10lgRxPrnewX寅YRxProldX寅Y(1)

MY=var{MrelY(Xj)}mj=1(2)

1.3摇加权成簇算法加权成簇算法(weightedclusteringalgorithm,WCA)[10]是由Chatterjee和Das提出的一种按需加权

的成簇算法。该算法同时考虑了多个影响成簇的因素,其中包括移动性、节点密度和节点能量。算法会根据不同需求,依据式3调节加权系数w,对多个优化目标进行均衡。WCA算法复杂度较高,且成簇和维护的开销较大,同样不适用于高速移动场景。Wv=w1驻v+w2Mv+w3Dv+w4Pv(3)

依据式4计算节点v的节点度dv

,其中dist(v,v')

表示节点v和v'之间的欧氏距离,txrange表示节点的最大传输距离,驻v表示节点度dv与节点度的期望值啄差的绝对值。再依据式5计算节点v与所有邻居节点的距离之和Dv

。最后依据式6估算时间T内节点v的

平均速度Mv,其中(xt,yt)和(xt-1,yt-1

)分别表示节

点v在t和t-1时刻的位置。此外,式3中的Pv表示节点v作为CH节点持续的时间。dv=N(v)=移

v'屹v{dist(v,v')

驻v=dv-啄

(4)

Dv=移v'沂N(v){dist(v,v')}(5)

Mv=1T移Tt=1(xt-xt-1)2+(yt-yt-1)2(6)

2摇SQ-WCA成簇算法2.1摇假设条件(1)假设所有的车辆节点可以通过全球定位系统(globalpositioningsystem,GPS)获取自己实时的位

置、速度和方向。(2)假设所有的车辆节点均配备有全向天线,可

·551·摇第1期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇李炳圻等:一种适用于城市环境的VANET成簇算法

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一种基于V-NDN的车联网数据转发决策算法

一种基于V-NDN的车联网数据转发决策算法

物联网技术 2023年 / 第11期400 引 言车载自组织网络（Vehicle Ad-Hoc Networks, V ANET ）[1-2]是一种特殊的移动自组织网络，其网络规模大，车辆节点运动轨迹被严格限制在道路中，网络密度不均匀，节点的快速移动将导致网络拓扑结构变化更为频繁。

因此，对于这种动态的、高速移动的网络环境，相较于TCP/IP 的段和段的管道式连接，作为以数据为中心的多源未来网络架构NDN [3-4]更适用于互联网、救援等高速移动场景。

车载Ad-Hoc 网络（V ANET ）是一种移动Ad-Hoc 网络（MANET ）。

在V ANET 中，有三种常见的通信模式：车对车（V2V ）、车对基础设施（V2I ）和车对路边（V2R ）单元。

在这个网络的100～300 m 的拓扑范围内，各个车辆节点可以互相路由链接，形成自己的转发网络，V ANET 支持简单的一跳信息传播，在高速移动的车辆中，在这个拓扑范围内交替。

无线车载网络在通信方面的技术挑战是路由转发，路由是到达目标的最优路径，而转发路由被选定后如何将包从某个节点传输到另一个节点则面临着很多挑战[5]。

由于V ANET 拥有高速动态的拓扑结构，可能存在节点的高速移动产生的轨迹是否可以预测、定位是否准确、时延是否符合用户要求等一系列节点转发的问题，这也使得V ANET 的研究引起了学术和工业领域许多专家的注意。

目前针对节点通信转发的问题，专家们已经做出了很多努力，发表了很多篇文献来介绍NDN 兴趣包的转发策略[6-11]。

Wang 等人[12]设计了一种将兴趣包转发限制在一跳范围的策略，一跳范围外的车辆获取信息依靠NDN 的网内缓存实现。

Chair-Bi 等人[13]设计了一种基于计时器的贪婪转发策略，扩展NDN 兴趣包格式，在其中添加了附加字段用于携带兴趣包发送者的位置信息，距离发送车辆最远的车辆节点优先转发兴趣包。

Yu 等人[14]设计了一种基于地理位置的转发方案。

一种VANET信道丢包率模型

一种VANET信道丢包率模型

一种VANET信道丢包率模型陈立家;高伟【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2011(047)025【摘要】The modeling of wireless channel in VANET(Vehicular Ad hoc Netwoik) is important for inter-vehicle communicatioa The PLR(Packet Loss Rate) that is tested based on the communication between two cars in Wuhan city at 2.4 GHz is analyzed A Fresnel theory based VANET Propagation Model(FVPM) is proposed,in which the effects of vehicles and streets on the quality of wireless signal are described and the probability distribution of packet loss rate with communication distances is involved. The validation of the model shows it describes the channel of VANET more accurately than Two-Ray and Shadowing models.%车载自组网(Vehicular Ad hoc Network,VANET)信道建模对车辆间通信具有重要意义.分析了2.4 GHz通信频段两车在武汉市内通信实测丢包率数据,提出了信道丢包率模型FVPM(Fresnel theory based VANET Propagation Model),考虑了实际传输中车辆和街道环境对丢包率影响,以及丢包率随距离变化的概率分布.最后的模型检验结果表明,FVPM 比经典Two-Ray、Shadowing模型更加准确地描述了VANET信道特征,对VANET信道研究具有借鉴意义.【总页数】5页(P116-120)【作者】陈立家;高伟【作者单位】河南大学物理与电子学院,河南开封475004;河南大学物理与电子学院,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.一种多接口多信道VANET动态频谱分配算法研究 [J], 孙智乐;李德敏;陶冰;刘潇2.一种多接口多信道VANET动态信道分配算法研究 [J], ZHANG Min;LI De-min;JIN Kang3.一种新的VANET网络链路丢包率估计算法 [J], 陈强伟;赵建华;杨雪芹;张珊珊4.一种基于Lattice Boltzmann交通流模型的VANETs连通性研究 [J], 李米娜5.面向VANETs的服务质量的一种信道分配的新算法 [J], 杨玉丽;刘捷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

VANET中安全认证方案和群密钥协商方案的

VANET中安全认证方案和群密钥协商方案的


VANET的安全挑战
• VANET面临诸多安全挑战，如恶意节点的攻击、假消息的 传播、车辆节点的快速移动等，这些挑战使得VANET的安 全性成为亟待解决的问题。
安全认证和群密钥协商的重要性
• 安全认证和群密钥协商是解决VANET安全问题的重要手段 。通过安全认证，可以确保节点身份的真实性，防止恶意节 点的攻击；通过群密钥协商，可以建立节点间的安全通信， 防止消息被篡改或窃听。
VANET中安全认证方案和 群密钥协商方案
2023-11-08
contents
目录
• VANET系统概述 • VANET中的安全认证方案 • VANET中的群密钥协商方案 • 安全认证和群密钥协商方案在VANET中
的应用和挑战 • 结论
01
VANET系统概述
VANET定义与特点
• VANET（Vehicular Ad-hoc NETwork）是一种特殊的 MANET（Mobile Ad-hoc NETwork），由车辆节点组成， 具有动态性、分布式、节点移动速度快等特点。
02
VANET中的安全认证方 案
基于证书的认证方案
总结词
基于证书的认证方案是一种常用的安全 认证方案，通过使用数字证书来验证用 户的身份。
VS
详细描述
这种认证方案通过颁发证书来证明用户的 身份，同时利用证书的签名来验证证书的 有效性。在VANET中，基于证书的认证 方案可以有效地防止恶意节点冒充合法节 点进行攻击。
密钥协商带来了新的挑战。
群密钥协商目标
02
在无线通信环境下，群密钥协商方案需要实现以下目标：确保
安全性、提高效率、减少时延、降低能耗等。
无线通信环境下的群密钥协商方案实例
VANET安全认证技术

VANET安全认证技术

VANET安全认证技术随着智能交通系统的快速发展，车联网（Vehicular Ad Hoc Network，简称VANET）作为其重要组成部分也日益受到关注。

然而，由于车辆网络的开放性和无线通信的特殊性，VANET面临着一系列安全挑战，如车辆位置欺骗、信息篡改、网络攻击等。

为了保护VANET的安全性和可靠性，安全认证技术成为重要的研究方向。

一、VANET安全认证技术概述VANET安全认证技术主要通过身份认证、数据完整性验证和信任管理等手段来确保车辆之间的通信安全。

其中，身份认证是建立安全通信的前提，可以通过数字证书、数字签名等方式实现。

数据完整性验证可以通过哈希函数、消息认证码等方法来验证数据是否被篡改。

信任管理则通过建立信任模型、评估车辆信任值等方式来判断车辆之间的信任关系。

二、数字证书在VANET中的应用数字证书作为VANET中最常用的身份认证方式之一，能够保证通信双方的身份识别和身份验证。

在VANET中，每台车辆可以拥有一个数字证书，其中包含了车辆的身份信息和公钥等重要信息。

通过数字证书的使用，车辆之间可以相互验证身份，并确保通信过程中的安全性。

三、哈希函数在VANET中的数据完整性验证哈希函数是一种常用的数据完整性验证算法，在VANET中可以用于验证数据包的完整性。

具体而言，哈希函数可以将数据包的内容经过计算生成一个固定长度的哈希值，将该哈希值与发送方提供的哈希值进行比对，从而判断数据包是否被篡改。

通过哈希函数的应用，可以有效防止信息篡改对车辆通信的影响。

四、信任管理在VANET中的重要性信任管理在VANET中发挥着重要的作用，它可以通过评估车辆的行为、车辆间的相互合作关系等方面来判断车辆的可信程度。

在VANET中，车辆可以根据评估结果为其它车辆建立信任模型，并根据模型来决定是否与其进行通信。

通过信任管理的应用，可以有效减少恶意攻击和信息伪造的风险。

五、未来发展趋势与挑战随着车联网的普及和发展，VANET安全认证技术仍面临一些挑战。