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。同時人們對于出行質(zhì)量和出行體驗的要求也在日益提高。車聯(lián)網(wǎng)是指將汽車電子技術(shù)運用于汽車中，利用移動通信技術(shù)，云計算等技術(shù)將車與車，車與人，車與路邊設(shè)備之間進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)中的車輛移動較快，所以網(wǎng)絡(luò)具有高度動態(tài)的特性。而且車聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點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)點增多，數(shù)據(jù)傳輸壓力就會增大。

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)點都擁有資源，節(jié)點與節(jié)點之間具有相同地位。整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬和計算能力由每個節(jié)點共同分擔。所以，理論上來說，加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點越多，網(wǎng)絡(luò)的能力就越強。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，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網(wǎng)絡(luò)性能的影響，同時對數(shù)據(jù)包的格式進行了說明。然后該文進行了節(jié)點標識的設(shè)計，在將網(wǎng)絡(luò)分級的基礎(chǔ)上，分別采用不同的標識對節(jié)點和RSU進行標記。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標號。節(jié)點的標識由兩部分組成：節(jié)點所處區(qū)域路邊設(shè)備的標號，和節(jié)點被分配的動態(tài)IP。動態(tài)IP的位數(shù)由實際情況下單位區(qū)域車輛的數(shù)量決定。最后在節(jié)點的動態(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)點的情況，比如根據(jù)某段時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接收到的信息數(shù)量來判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量。該文中采用的移動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，具有一定實用性。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；P2P技術(shù)；資源定位；節(jié)點標識；通信網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：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。具體實施方法是利用汽車上的傳感裝置，通過汽車導航系統(tǒng)、移動通信技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)平臺與智能終端設(shè)備等，使車與周邊環(huán)境之間實時連接起來，進行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，以及定義和實現(xiàn)服務(wù)類型，數(shù)據(jù)處理；網(wǎng)絡(luò)層：數(shù)據(jù)遠程傳輸，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)有自己獨特的特點：

車聯(lián)網(wǎng)中車輛處在高速移動的狀態(tài)下，所以車聯(lián)網(wǎng)具有高度動態(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、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對通信產(chǎn)生影響，進而降低網(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算能力和存儲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)的一個重要的目標是讓所有的客戶端都能提供資源，包括帶寬，存儲空間和計算能力。因此，當有節(jié)點加人且對系統(tǒng)請求增多，整個系統(tǒng)的容量也增大。P2P網(wǎng)絡(luò)的分布特性通過在多節(jié)點上復制數(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)點不需要依靠一個中心索引服務(wù)器來發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)。在后一種情況下，系統(tǒng)也不會出現(xiàn)單點崩潰。在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點地位平等，共同協(xié)作，資源分布在所有參與的節(jié)點上，同時所有節(jié)點提供帶寬和計算能力。所以，當越來越多的節(jié)點加人網(wǎng)絡(luò)時，整個網(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)點增多，數(shù)據(jù)傳輸壓力就會增大。

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)新性和實用性。因為這一架構(gòu)使一定地理范圍內(nèi)的車輛可以進行資源共享，每一個節(jié)點都可以傳輸數(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)，有自己獨特的特點，也面臨很多問題：

1）網(wǎng)絡(luò)具有高度動態(tài)性。

在車聯(lián)網(wǎng)中的車輛處在快速移動狀態(tài)，車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲變化頻繁，網(wǎng)絡(luò)路徑壽命更短。所以MP2P網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)。

2）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復雜

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

3）節(jié)點難以標識

在MP2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點加入或退出頻繁，而且節(jié)點所處的網(wǎng)絡(luò)范圍在不斷變化，導致節(jié)點身份不確定，不易尋找。在現(xiàn)有的IPV4協(xié)議下，IP地址有限，現(xiàn)有的移動設(shè)備一般采用動態(tài)IP地址，況且MP2P的網(wǎng)絡(luò)拓撲不斷變化，因此使用IP地址對節(jié)點進行標識是不可靠的。必須尋找一種新的節(jié)點標識辦法。

4）資源定位問題

普通的P2P網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)拓撲不變，節(jié)點位置固定，資源尋找較為簡單。在MP2P網(wǎng)絡(luò)中定位資源則較為困難，因為資源列表在不斷動態(tài)變化。這使得MP2P的資源共享功能難以實現(xiàn)。

5）數(shù)據(jù)安全

由于MP2P網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境復雜，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，但在移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，節(jié)點在網(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)點的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間路由器轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達目標節(jié)點的過程，這需要一定的路由算法進行輔助。源節(jié)點發(fā)出數(shù)據(jù)到目標節(jié)點接收數(shù)據(jù)，這整個過程很重要的一環(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)存儲技術(shù)，數(shù)據(jù)管理技術(shù)，這些都是可以加以改進，進而提高整體性能的關(guān)鍵點。在移動環(huán)境下，相鄰節(jié)點處在動態(tài)變化中，所以確定合適的中間結(jié)點將數(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)運行的時間，改善整個網(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、容錯性和可擴展性等優(yōu)點。

2.2 P2P資源定位算法

1）集中目錄式搜索算法

由一個中心服務(wù)器統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點的文件目錄節(jié)點向中央服務(wù)器查詢資源信息，之后節(jié)點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)中的各個節(jié)點的地址和文件關(guān)鍵詞都通過hash函數(shù)獲取唯一標識符，當某節(jié)點需要資源時，用相同的算法可以計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)點需要資源，就向其周邊所有鄰居結(jié)點查詢資源信息，如此不斷擴大范圍，直至滿足停止條件。泛洪查找容易引發(fā)廣播風暴和轉(zhuǎn)發(fā)回路，但是沒有中心服務(wù)器的瓶頸受限問題。

3資源管理及定位標識設(shè)計

3.1資源定位算法

當前較為普遍的車聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括路邊設(shè)備RSU和移動節(jié)點。在本文中，綜合考慮各定位算法的優(yōu)缺點，采用綜合資源定位方式，即在RSU之間，采用擴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)點之間，節(jié)點數(shù)量較少，可以有效避免廣播風暴，同時兼顧靈活性和可擴展性，可采用實現(xiàn)起來較為簡單的泛洪算法。

另外，一臺設(shè)備范圍內(nèi)的路邊設(shè)備應(yīng)當負責本區(qū)域內(nèi)節(jié)點的管理和信息存儲工作。移動節(jié)點每進入一個路邊設(shè)備的覆蓋范圍都要進行信息注冊，包括節(jié)點的方向、速度、資源等。RSU中存儲有實時更新的節(jié)點資源列表Resource List，里面包括節(jié)點標識信息及其擁有的資源信息，可以利用列表進行本區(qū)域內(nèi)的資源檢索和定位。

當車輛發(fā)起資源請求時，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)點之間進行資源定位，若找到目標資源，則將其傳送給請求節(jié)點。

3.2節(jié)點標識的設(shè)計

現(xiàn)有IPV4地址已經(jīng)不能滿足對龐大數(shù)量的節(jié)點進行標識的需要，而且節(jié)點始終在快速移動中，地理位置不固定，所以節(jié)點的標識應(yīng)該是動態(tài)的。且為了統(tǒng)一標準，便于管理，標識應(yīng)該與節(jié)點的當前位置相匹配，即標識應(yīng)該體現(xiàn)地理信息。

在本設(shè)計中，標識系統(tǒng)由路邊設(shè)備和移動節(jié)點組成。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標號。

RSU標號結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)的第二級是路邊設(shè)備與節(jié)點，節(jié)點與節(jié)點之間組成的網(wǎng)絡(luò)。進人設(shè)備覆蓋區(qū)域的節(jié)點將被分配動態(tài)標識identifica-tion。該動態(tài)標識只在本RSU覆蓋區(qū)域內(nèi)有效，區(qū)域內(nèi)的節(jié)點可以利用標識進行自由通信。

節(jié)點的標識由兩部分組成：節(jié)點所處區(qū)域路邊設(shè)備的標號，和節(jié)點被分配的動態(tài)IP。動態(tài)IP的位數(shù)由實際情況下單位區(qū)域車輛的數(shù)量決定。

RSU利用地址解析功能將節(jié)點的標識進行分解，其中節(jié)點動態(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)點目前所處的地區(qū)，以及隸屬于哪一臺路邊設(shè)備范圍。當節(jié)點需要跨區(qū)域通信時，先向RSU發(fā)送請求，并提交自己的標識以及所需的資源，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。若列表中沒有則利用定位算法進行RSU之間的資源定位，直至找到請求的資源。

3.3節(jié)點的動態(tài)感知

在MP2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點加入或退出頻繁，而且節(jié)點所處的網(wǎng)絡(luò)范圍在不斷變化，導致節(jié)點身份不確定。同一區(qū)域中節(jié)點的數(shù)量和當前狀態(tài)不容易確定?？梢圆捎镁W(wǎng)絡(luò)感知的手段，周圍節(jié)點的情況根據(jù)網(wǎng)絡(luò)某一時間傳遞的信息量來確定，比如根據(jù)接收的信息數(shù)量加以計算機算法來判斷網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(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)無時無刻不改變著人們的生活、學習、工作方式。能夠隨時隨地訪問互聯(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)點標識上的研究現(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)計方案，通過增加路邊設(shè)施和遠端服務(wù)中心設(shè)計多層次網(wǎng)絡(luò)；然后利用改進的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)中進行實際的應(yīng)用還需要一個長期的過程，還有許多障礙需要克服，中間還有許多的細節(jié)有待完善。

總之，該文對MP2P網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提出了一些設(shè)想，未來可以作為實施建設(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。