郭宗麒

摘要：近年來，隨著人們生活水平的提高，車輛數(shù)量急劇增加，隨之而來的是各種問題，比如交通擁堵，交通事故頻發(fā)，能源短缺等。同時(shí)人們對于出行質(zhì)量和出行體驗(yàn)的要求也在日益提高。車聯(lián)網(wǎng)是指將汽車電子技術(shù)運(yùn)用于汽車中，利用移動(dòng)通信技術(shù)，云計(jì)算等技術(shù)將車與車，車與人，車與路邊設(shè)備之間進(jìn)行信息交互和資源共享的技術(shù)，從而使現(xiàn)有的交通系統(tǒng)變得更加合理優(yōu)化，更加智能舒適。在車聯(lián)網(wǎng)中的車輛移動(dòng)較快，所以網(wǎng)絡(luò)具有高度動(dòng)態(tài)的特性。而且車聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)之間的無線通信容易受到外界干擾。另外，傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器的帶寬和資源都是有限的，客戶端節(jié)點(diǎn)增多，數(shù)據(jù)傳輸壓力就會(huì)增大。

鑒于以上的問題，該文提出將P2P技術(shù)應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)。P2P又稱“對等”技術(shù)，在P2P網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都擁有資源，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間具有相同地位。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬和計(jì)算能力由每個(gè)節(jié)點(diǎn)共同分擔(dān)。所以，理論上來說，加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)越多，網(wǎng)絡(luò)的能力就越強(qiáng)。該文首先討論了P2P網(wǎng)絡(luò)下的資源定位算法，分析了現(xiàn)有的哈希表搜索算法與泛洪搜索算法的優(yōu)缺點(diǎn)，將二者結(jié)合應(yīng)用在不同層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，避免了單一資源定位算法對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能的影響，同時(shí)對數(shù)據(jù)包的格式進(jìn)行了說明。然后該文進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)標(biāo)識的設(shè)計(jì)，在將網(wǎng)絡(luò)分級的基礎(chǔ)上，分別采用不同的標(biāo)識對節(jié)點(diǎn)和RSU進(jìn)行標(biāo)記。在設(shè)備之間利用其本身的屬性，包括所處地區(qū)，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所處的等級，本身的序號等因素確定RSU標(biāo)號。節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識由兩部分組成：節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域路邊設(shè)備的標(biāo)號，和節(jié)點(diǎn)被分配的動(dòng)態(tài)IP。動(dòng)態(tài)IP的位數(shù)由實(shí)際情況下單位區(qū)域車輛的數(shù)量決定。最后在節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)感知方面，可以利用常用的網(wǎng)絡(luò)感知技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接收到的信息量來判斷周圍節(jié)點(diǎn)的情況，比如根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接收到的信息數(shù)量來判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。該文中采用的移動(dòng)P2P架構(gòu)避免了傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)中服務(wù)器對網(wǎng)絡(luò)性能的限制，使一定地理范圍內(nèi)的車輛可以共享資源，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)容量，降低了對外界干擾的敏感度。有更好的用戶體驗(yàn)，具有一定實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；P2P技術(shù)；資源定位；節(jié)點(diǎn)標(biāo)識；通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）14-0064-03

1研究背景

1.1車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

車聯(lián)網(wǎng)（The Internet 0f Vehicles，IOV）是智能交通的重要組成部分，它把物聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)用到交通領(lǐng)域。具體實(shí)施方法是利用汽車上的傳感裝置，通過汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)通信技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)與智能終端設(shè)備等，使車與周邊環(huán)境之間實(shí)時(shí)連接起來，進(jìn)行V2X通信（X可以是人、車、路、服務(wù)器等），從而對位置等信息進(jìn)行智能管理、調(diào)度、監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

車聯(lián)網(wǎng)從需求來看，可以將其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層。

應(yīng)用層：提供用戶操作界面，以及定義和實(shí)現(xiàn)服務(wù)類型，數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，網(wǎng)絡(luò)互連，網(wǎng)絡(luò)管理；感知層：數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)短程傳輸；數(shù)據(jù)采集；

相較于普通的物聯(lián)網(wǎng)，車聯(lián)網(wǎng)有自己獨(dú)特的特點(diǎn)：

車聯(lián)網(wǎng)中車輛處在高速移動(dòng)的狀態(tài)下，所以車聯(lián)網(wǎng)具有高度動(dòng)態(tài)的特性。

車聯(lián)網(wǎng)中車輛間的無線通信的載體一般是電磁波，比較容易受到外界干擾，例如車輛在道路上的高速移動(dòng)、道路周邊的地理環(huán)境、天氣狀況、周圍建筑物的遮擋等都會(huì)對通信產(chǎn)生影響，進(jìn)而降低網(wǎng)絡(luò)的性能；

汽車中可以有穩(wěn)定的供電源，所以供能不是突出問題；車輛中的控件也足夠，可以在車輛中配備計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量都相對較高的電子終端和外部輔助設(shè)備，如GIs、GPS等；

車聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)的安全性、穩(wěn)定性以及可靠性都有較高要求。車輛在路上行駛，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)崩潰的情況，有可能會(huì)對車輛的行駛造成混亂，甚至造成重大的事故。

1.2 P2P技術(shù)概述

P2P又稱“對等”技術(shù)，是英文Peer-to-Peer的簡稱，P2P網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要的目標(biāo)是讓所有的客戶端都能提供資源，包括帶寬，存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力。因此，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)加人且對系統(tǒng)請求增多，整個(gè)系統(tǒng)的容量也增大。P2P網(wǎng)絡(luò)的分布特性通過在多節(jié)點(diǎn)上復(fù)制數(shù)據(jù)，也增加了防故障的健壯性，并且在純P2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)不需要依靠一個(gè)中心索引服務(wù)器來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)。在后一種情況下，系統(tǒng)也不會(huì)出現(xiàn)單點(diǎn)崩潰。在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)地位平等，共同協(xié)作，資源分布在所有參與的節(jié)點(diǎn)上，同時(shí)所有節(jié)點(diǎn)提供帶寬和計(jì)算能力。所以，當(dāng)越來越多的節(jié)點(diǎn)加人網(wǎng)絡(luò)時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能力也逐漸加大，這跟C/S架構(gòu)有很大的不同，傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器的帶寬和資源都是有限的，客戶端節(jié)點(diǎn)增多，數(shù)據(jù)傳輸壓力就會(huì)增大。

與傳統(tǒng)車聯(lián)網(wǎng)中為用戶提供服務(wù)采用的C/S架構(gòu)相比，移動(dòng)P2P架構(gòu)的采用可以為用戶提供更加高效、可靠的服務(wù)，也更具有創(chuàng)新性和實(shí)用性。因?yàn)檫@一架構(gòu)使一定地理范圍內(nèi)的車輛可以進(jìn)行資源共享，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以傳輸數(shù)據(jù)，從而減小了路側(cè)單元的帶寬壓力。

1.3移動(dòng)P2P網(wǎng)絡(luò)目前存在的問題

MP2P網(wǎng)絡(luò)相比于其他網(wǎng)絡(luò)，有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，也面臨很多問題：

1）網(wǎng)絡(luò)具有高度動(dòng)態(tài)性。

在車聯(lián)網(wǎng)中的車輛處在快速移動(dòng)狀態(tài)，車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁，網(wǎng)絡(luò)路徑壽命更短。所以MP2P網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)。

2）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜

車聯(lián)網(wǎng)主要通過電磁波進(jìn)行傳輸通信，車輛所處的位置、行駛速度、路邊的建筑、天氣狀況等都會(huì)在一定程度上影響網(wǎng)絡(luò)的性能，造成干擾。

3）節(jié)點(diǎn)難以標(biāo)識

在MP2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)加入或退出頻繁，而且節(jié)點(diǎn)所處的網(wǎng)絡(luò)范圍在不斷變化，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)身份不確定，不易尋找。在現(xiàn)有的IPV4協(xié)議下，IP地址有限，現(xiàn)有的移動(dòng)設(shè)備一般采用動(dòng)態(tài)IP地址，況且MP2P的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓?，因此使用IP地址對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識是不可靠的。必須尋找一種新的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識辦法。

4）資源定位問題

普通的P2P網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳蛔?，?jié)點(diǎn)位置固定，資源尋找較為簡單。在MP2P網(wǎng)絡(luò)中定位資源則較為困難，因?yàn)橘Y源列表在不斷動(dòng)態(tài)變化。這使得MP2P的資源共享功能難以實(shí)現(xiàn)。

5）數(shù)據(jù)安全

由于MP2P網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境復(fù)雜，信息傳輸使用無線網(wǎng)絡(luò)，容易受到環(huán)境干擾和黑客攻擊，信息被竊取或篡改；此外網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)同步也需保證，但在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中頻繁的加人或退出，使正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容易中斷，因此數(shù)據(jù)同步也很重要。

2國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀

2.1 MP2P分發(fā)技術(shù)

這一技術(shù)是指根節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間路由器轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的過程，這需要一定的路由算法進(jìn)行輔助。源節(jié)點(diǎn)發(fā)出數(shù)據(jù)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)，這整個(gè)過程很重要的一環(huán)就是數(shù)據(jù)分發(fā)策略，其中涉及到了很多技術(shù)，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)，這些都是可以加以改進(jìn)，進(jìn)而提高整體性能的關(guān)鍵點(diǎn)。在移動(dòng)環(huán)境下，相鄰節(jié)點(diǎn)處在動(dòng)態(tài)變化中，所以確定合適的中間結(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的地就更加重要。另外，數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)在整個(gè)系統(tǒng)中占有很大比重，好的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)可以減小對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用，縮短系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間，改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀況。

P2P數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)具有可靠性、自適應(yīng)性、容錯(cuò)性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 P2P資源定位算法

1）集中目錄式搜索算法

由一個(gè)中心服務(wù)器統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的文件目錄節(jié)點(diǎn)向中央服務(wù)器查詢資源信息，之后節(jié)點(diǎn)之間相互請求并傳輸資源。這種方法效率較高，方式簡單，速度較快，但過于依賴中央服務(wù)器。

2）分布式哈希表搜索算法

在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址和文件關(guān)鍵詞都通過hash函數(shù)獲取唯一標(biāo)識符，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)需要資源時(shí)，用相同的算法可以計(jì)算出該資源的存放位置，這樣就可以找到對應(yīng)資源。分布式哈希表搜索算法與其他算法相比，擴(kuò)展性較好，因而更適合比較大的P2P網(wǎng)絡(luò)。

3）泛洪搜索算法

在網(wǎng)絡(luò)中如果某節(jié)點(diǎn)需要資源，就向其周邊所有鄰居結(jié)點(diǎn)查詢資源信息，如此不斷擴(kuò)大范圍，直至滿足停止條件。泛洪查找容易引發(fā)廣播風(fēng)暴和轉(zhuǎn)發(fā)回路，但是沒有中心服務(wù)器的瓶頸受限問題。

3資源管理及定位標(biāo)識設(shè)計(jì)

3.1資源定位算法

當(dāng)前較為普遍的車聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括路邊設(shè)備RSU和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在本文中，綜合考慮各定位算法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用綜合資源定位方式，即在RSU之間，采用擴(kuò)展性好的分布式哈希表搜索算法；而在同一設(shè)備覆蓋區(qū)域的節(jié)點(diǎn)之間，節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少，可以有效避免廣播風(fēng)暴，同時(shí)兼顧靈活性和可擴(kuò)展性，可采用實(shí)現(xiàn)起來較為簡單的泛洪算法。

另外，一臺(tái)設(shè)備范圍內(nèi)的路邊設(shè)備應(yīng)當(dāng)負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的管理和信息存儲(chǔ)工作。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)每進(jìn)入一個(gè)路邊設(shè)備的覆蓋范圍都要進(jìn)行信息注冊，包括節(jié)點(diǎn)的方向、速度、資源等。RSU中存儲(chǔ)有實(shí)時(shí)更新的節(jié)點(diǎn)資源列表Resource List，里面包括節(jié)點(diǎn)標(biāo)識信息及其擁有的資源信息，可以利用列表進(jìn)行本區(qū)域內(nèi)的資源檢索和定位。

當(dāng)車輛發(fā)起資源請求時(shí)，發(fā)送下載數(shù)據(jù)請求包，其包含的關(guān)鍵詞段表如下：

下載數(shù)據(jù)請求

RSU將利用此請求，在RSU或節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行資源定位，若找到目標(biāo)資源，則將其傳送給請求節(jié)點(diǎn)。

3.2節(jié)點(diǎn)標(biāo)識的設(shè)計(jì)

現(xiàn)有IPV4地址已經(jīng)不能滿足對龐大數(shù)量的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識的需要，而且節(jié)點(diǎn)始終在快速移動(dòng)中，地理位置不固定，所以節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的。且為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，便于管理，標(biāo)識應(yīng)該與節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前位置相匹配，即標(biāo)識應(yīng)該體現(xiàn)地理信息。

在本設(shè)計(jì)中，標(biāo)識系統(tǒng)由路邊設(shè)備和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成。并采用分級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)的第一級由路邊設(shè)備RSU組成，根據(jù)覆蓋范圍的不同可以將RSU再進(jìn)行等級劃分，以便于區(qū)別。在設(shè)備之間利用其本身的屬性，包括所處地區(qū)A_i，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所處的等級D_i，本身的序號N_i等因素確定RSU標(biāo)號。

RSU標(biāo)號結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)的第二級是路邊設(shè)備與節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間組成的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)人設(shè)備覆蓋區(qū)域的節(jié)點(diǎn)將被分配動(dòng)態(tài)標(biāo)識identifica-tion。該動(dòng)態(tài)標(biāo)識只在本RSU覆蓋區(qū)域內(nèi)有效，區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)可以利用標(biāo)識進(jìn)行自由通信。

節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識由兩部分組成：節(jié)點(diǎn)所處區(qū)域路邊設(shè)備的標(biāo)號，和節(jié)點(diǎn)被分配的動(dòng)態(tài)IP。動(dòng)態(tài)IP的位數(shù)由實(shí)際情況下單位區(qū)域車輛的數(shù)量決定。

RSU利用地址解析功能將節(jié)點(diǎn)的標(biāo)識進(jìn)行分解，其中節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)IP可用作在同一設(shè)備覆蓋區(qū)域內(nèi)通信。而借助前半部分的RSU信息，則可以確定節(jié)點(diǎn)目前所處的地區(qū)，以及隸屬于哪一臺(tái)路邊設(shè)備范圍。當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要跨區(qū)域通信時(shí)，先向RSU發(fā)送請求，并提交自己的標(biāo)識以及所需的資源，RSU將首先在自己的資源列表中檢索，若找到相應(yīng)資源就傳送給請求節(jié)點(diǎn)。若列表中沒有則利用定位算法進(jìn)行RSU之間的資源定位，直至找到請求的資源。

3.3節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)感知

在MP2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)加入或退出頻繁，而且節(jié)點(diǎn)所處的網(wǎng)絡(luò)范圍在不斷變化，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)身份不確定。同一區(qū)域中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和當(dāng)前狀態(tài)不容易確定?？梢圆捎镁W(wǎng)絡(luò)感知的手段，周圍節(jié)點(diǎn)的情況根據(jù)網(wǎng)絡(luò)某一時(shí)間傳遞的信息量來確定，比如根據(jù)接收的信息數(shù)量加以計(jì)算機(jī)算法來判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

4結(jié)束語

隨著智能設(shè)備的廣泛普及，利用網(wǎng)絡(luò)解決問題的方式深入人心，互聯(lián)網(wǎng)無時(shí)無刻不改變著人們的生活、學(xué)習(xí)、工作方式。能夠隨時(shí)隨地訪問互聯(lián)網(wǎng)成為大眾的普遍迫切需求。除了傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方式，人們更多的將目光轉(zhuǎn)向了車聯(lián)網(wǎng)這一前景廣闊互聯(lián)方式。

論文首先介紹目前P2P技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，以及當(dāng)前存在的問題，然后介紹了國內(nèi)外在資源定位算法和節(jié)點(diǎn)標(biāo)識上的研究現(xiàn)狀。不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的單層次結(jié)構(gòu)，本文提出基于P2P的分層車聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，通過增加路邊設(shè)施和遠(yuǎn)端服務(wù)中心設(shè)計(jì)多層次網(wǎng)絡(luò)；然后利用改進(jìn)的P2P技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)中車輛方便發(fā)現(xiàn)和共享資源。最大程度利用現(xiàn)有無線連接為車輛提供智能化服務(wù)

近年來車載單元急劇增加，但是要將MP2P真正部署在車聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用還需要一個(gè)長期的過程，還有許多障礙需要克服，中間還有許多的細(xì)節(jié)有待完善。

總之，該文對MP2P網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)提出了一些設(shè)想，未來可以作為實(shí)施建設(shè)的參考，本文還有很多不足的地方，還可以對具體的部署進(jìn)行豐富和完善，從而為車聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用提供廣闊的平臺(tái)。