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基于城市公共交通移动模型的协作延迟容忍网络路由策略 　　摘 要：如何利用有限的传输机会可靠地传送车载服务感知信息是智能交通发展的“瓶颈”问题，利用公共交通中车辆的运动规律，提出基于节点之间机会接触来进行消息的逐跳转发策略，同时结合公共交通系统自身的特点，设计了一种基于公共交通移动模型的协作延迟容忍网络（DTN）路由算法TF。首先，根据公共交通移动模型自身的特点，将公交、长途客车等节点按其运动路径进行分组，提出一种基于固定运动路径分组的DTN路由算法；然后，将出租车、行人类节点定义为自由节点，并设计了一种基于转发因子控制的DTN路由策略作为分组路由机制的补充。仿真结果表明，与Epidemic、Prophet以及SAW路由算法相比，TF路由算法具有较高的消息投递率和较低的平均延迟。 　　关键词：智能交通；逐跳转发；运动路径；自由节点；转发因子 　　中图分类号：TP393 　　文献标志码：A 　　文章编号：1001-9081（2016）11-3021-07 　　0 引言 　　随着通信技术的迅猛发展，人们从过去追求人与人之间无缝的联系与沟通向人与物、物与物方向逐步发展。物联网以透彻感知、良好的扩展性成为继互联网之后全球信息产业的又一次科技与经济浪潮，对于加速整个社会信息化发展的进程，促进形成新的经济增长具有重要的作用[1]。智能交通是战略性新兴产业中物联网和智能化汽车两大领域的重要交集，使用无线通信方式共享信息，实现汽车之间、汽车与建筑物或其他基础设施之间的信息交换，甚至可以帮助实现汽车与行人以及汽车与非机动车之间的“对话”，其应用研究将为人们呈现一个崭新的智能交通系统：在无需信号灯指引的情况下，汽车可以高速行驶，而且不会发生堵塞、事故等现象，人们可以享受更环保、更安全、更智能、更人性化的交通服务，颠覆人们对于传统“交通”的认识。公共交通网络是智能交通在现实生活中的一个重要应用领域。 　　和传统的物联网一样，公共交通网络的基础也是无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN），为车辆的感知、互连等提供基础支持，属于移动自组织网络（Mobile Ad Hoc NETwork， MANET）的范畴。但是和传统的WSN、MANET不同，由于在公共交通网络中车辆的行驶速度普遍较快，从而导致网络拓扑剧烈变化，而且在网络中作为节点的汽车通常处于网络的边缘地带，呈现稀疏分布现象，在该情况下，无法在源节点和目的节点之间建立端到端的传输路径，致使传统的WSN、MANET路由无法路由成功。延迟容忍网络（Delay and Tolerant Network， DTN）不要求网络具有全连通特性，以机会的方式进行消息的转发，可以很好地解决上述问题。将DTN技术加以扩展并在公共交通网络中进行应用，是对DTN在车载网上应用的扩展。但和传统车载网络不同的是，公共交通网络存在其自身独有的一些特点[2-5]：网络覆盖面广；节点运动具有规律性；节点呈现稀疏性分布；公共交通中的节点通常有足够的能量和存储能力，不会因为能量不足等原因退出服务。虽然现有许多DTN路由协议[6-9]均能直接应用在公共交通网络上，但其设计没有考虑上述公共交通网络自身的特点，所以路由性能并不理想。 　　综上所述，虽然已有的DTN路由算法可以应用于公共交通网络，但是在缺乏公共交通网络自身特性的考虑条件下，不能将其路由性能发挥到极致。本文结合公共交通网络特点，提出一种适用于公共交通网络的路由算法TF，可以获得更优的路由性能。 　　1 TF路由策略 　　从交通业务角度可以将公共交通网络看成由以城市公交车、出租车为主的城市公共交通运输系统和以长途客车为主的市域交通系统。将参与公共交通的运输工具作为数据传输载体构建通信网络，不仅可以满足网络内各实体间的通信需求，同时还可以在交通工具所经过的道路范围内提供网络覆盖和相应的服务。 　　本算法充分考虑现有的城市交通网络结构，将整个路由策略拆分为基于固定运动路径分组的DTN路由算法和基于自由节点的DTN路由算法两个部分。其中基于固定运动路径分组的DTN路由算法充分考虑以公交车、地铁、电车等为主要公共传输工具的车辆运动的规律性以及节点的分布稀疏不均匀性，将网络中的节点按运动路径进行分组，并结合改进的概率路由算法，对组内和组间节点采用不同的方式进行消息的传递，从而达到提高投递率和降低传输时延的目的；基于自由节点的转发因子控制的DTN路由策略主要考虑到固定运动路径分组路由算法的缺点，利用城市中的出租车、行人等作为固定运动路径分组路由算法的补充，为其提供二次组网，从而使整个城市公共交通运输路由策略更符合真实城市网络，提高整个算法的性能。 　　1.1 基于固定运动路径分组的DTN路由策略 　　在公共交通运输网络中，公