基于命名数据网络的森林消防车载自组织网络转发策略的研究

作     者：张宁 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王健

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082304[工学-载运工具运用工程] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：NDN 车载自组织网络 森林消防 V2V 转发策略 NS-3 

摘      要：随着物联网的飞速发展,车载自组织网络已经引起了广泛的关注。随着大数据时代的到来,数据本身已成为用户关注的焦点,并渗透到我们生活的方方面面。在森林消防任务中,火场态势无常、情况复杂多变,需要灵活运用各种通信手段,科学组网,多级、多网络和三维立体的保障系统已经可以达到纵横贯通和上下衔接的通信保障效果。根据实践调研的情况看,传统的IP网络已经无法再满足当前用户的需要,本文介绍了一种称为命名数据网络(Named Data Network,NDN)的新型网络体系架构,它是以内容为中心的未来网络体系架构之一。命名数据网络与IP网络从根本上是不同的,它可以处理传统网络上的许多现有问题,并使用全新的数据包和路由方法来替代原始网络中的路由策略。NDN体系架构符合车载自组织网络的需要,它将传统的IP地址改为命名数据,并且在分发过程中基于数据信息的内容,而不是分发时段中的主机位置。同时,NDN体系架构中的所有路由节点都具有缓存功能,以便多个数据携带者可以在同时段分发相同数据以提高数据获取的效率。但是,将NDN体系架构应用于车载自组织网络仍然会带来许多问题,尤其是车载自组织网络的间歇性连接的特征。目前,相关研究的热点是有效的内容发现,即兴趣包的转发策略。本文针对森林消防任务这一特定场景,从火场地形图找出普遍规律,提炼出典型的林火蔓延示意图,提出基于矢量方向的转发策略,对传统NDN数据结构进行修改,创建新的字段,根据火线的矢量方向,在对接收兴趣包的车辆与数据信息请求者是否同侧的判断中,筛选出有效的转发车辆节点,以便进行进一步的转发。同时,根据广泛的调查研究,将转发的最大跳数设置为任务中火场救援车辆编制数,以控制无限转发的发生。该策略解决了在特定场景中洪泛广播端到端平均延迟较高的问题。本文还提出了数据信息“紧急度的概念,它是根据数据信息被请求频次和实时性来衡量的,可以作为转发兴趣包和缓存数据包的基础。给定车辆节点所携带的数据,根据森林消防应急特点,设计了基于数据信息“紧急度的转发策略。这种策略不仅可以确保有效数据信息传输的效率,而且还可以成功地提高接收数据信息的命中率。为了评估本文提出策略的有效性,本文使用SUMO来模拟网络流量,使用NS-3仿真平台上的ndn SIM网络模拟器进行仿真实验。实验结果表明,与使用现有的NDN网络体系架构进行V2V通信相比,修改后的转发策略对森林消防任务中车车通信更有利,可以有效地提高内容发现性能并减少冗余副本,从而减少端到端平均延迟时间,提高数据信息命中率,改善通信质量。