NDN网络技术在车联网的应用研究-秦爱民.docxVIP

NDN网络技术在车联网的应用研究秦爱民(金税信息技术服务股份有限公司，广东省广州市，510610）概述通过对NDN网络技术分析，研究在车联网环境下的应用可能。1、NDN网络技术介绍 命名数据网络（Named Data Networking，简称 NDN），一个以命名数据为中心的全新的网络架构，使用命名数据进行数据请求(被称为 Interest 包)，Interest 包在网络中根据某种转发策略进行转发，满足该请求的数据（被称为 Data包）沿着相反的路径转发给请求者。 目前，有研究表明，NDN 在当今互联网流行的一些以内容为中心的应用中可以有很好的支持，比如电话会议、视频传输、数据同步等等。NDN 替代了利用 IP 地址进行路由的方式，可以克服 IP在节点移动性上的局限性，避免 IP 地址不足的问题，也不需要维护任何会话。 另外，NDN 还有着天然的优势，使其比 TCP/IP 更适合为车联网提供安全高效的数据分发，首先，NDN 具有更好的安全性。IP 地址欺骗是一种常见且广泛的攻击方式，它利用的就是 IP 的自身缺点，而 NDN 可以在对命名数据请求进行答复时，数据包中的数据加上数据发布者的加密签名。其次，NDN 具有更智能的路由转发策略，比如对多路径路由的支持，可以聚集对相同数据的来自多个位置的请求，用一份数据来应答，IP 则需要多次跳转才可以实现。再次，NDN 支持数据缓存，如果单个节点传输失败，缓存的节点仍然能够回复请求，同时也可以支持请求节点的移动性。 近年来，NDN 在车联网环境下的应用也陆续出现，如何设计适用于车联网环境的 NDN 路由协议成为了研究的焦点。然而，将 NDN应用于车联网路由协议设计仍然面临着许多挑战。 我们知道了 NDN 的转发策略是关系到 NDN 效率的重要因素，而转发策略的设计要依赖于具体的网络环境。在车联网环境下，车辆的移动性容易造成节点传输失败，拓扑的快速变化以及车辆密度分布不均使得网络连通性变得不稳定，无线网络的广播特性造成信号冲突频繁，并造成 Interest 包被过度转发而在网络中四处传播，这导致被请求的 Data 包也会到处被转发，这样的现象不仅会增加信号的冲突概率，也会浪费带宽。目前已有研究提出了一些机制来减少不必要的广播，但是还是存在一些问题。比如，在车联网中，一种常见的应用是车辆请求前方某个目的地的交通状况，即请求信息是带有地理位置信息的，如果这样的请求用 NDN 表示成一个 Interest 包，由于广播机制，该Interest 可能被转发到距离请求中的位置很远的地方，也就是没有机制保证Interest 朝着目的地的方向转发。这些因素都给 NDN 在车联网环境下的转发策略设计带来挑战。 在有些车联网场景下，车辆的请求具有地理信息的属性，例如安全驾驶方面的应用。受此启发，我们将地理位置信息加入到 NDN 的请求数据包中，结合 NDN 的多种特性，保留了 NDN 中主要的数据结构并加以改造，提出了一种基于命名数据网络的车联网路由协议。对于以内容为中心的网络架构，内容的安全性也是一项基础研究，尤其是考虑未来可能大规模部署的情况。DDoS（分布式拒绝服务攻击）是现在的互联网攻击的最常见方式，对于 NDN 网络来说，Interest 泛洪攻击是其中攻击影响效果较大，攻击者较容易构造的一种 DDoS 攻击方式。在车联网环境下，这种应用层面的攻击方式可能会对车辆获取实时数据造成很大困难，从而给人们带来不便。目前的缓解机制大多数针对于有线环境，我们在文章中提出了一种适用于车联网环境下的攻击缓解机制。2、车联网路由协议研究现状 根据路由策略，车联网中的路由协议可以大致分为五类。 一，自组织路由（Ad Hoc Routing）。其思想是用表存储拓扑信息并通过请求更新。VANET 与 MANET 的相似之处，自组织性，低带宽以及短程传输距离。因此，一些 MANET 中的路由协议在车联网中依然适用，例如 AODV (Ad hocOn-demandDistance Vector Routing) ， 以 及DSR(DynamicSource Routing)。但由于车联网的高速移动特性，路由表的维护带来很大的开销。 二，基于分簇的路由协议（Cluster-based Routing）。主要思想是通过节点分簇，建立一个虚拟网络结构。选择簇首（Cluster Head）来负责簇间及簇内协调。基于分簇的路由协议比较容易和其他路由相结合，但是在车联网中如何组建稳定的簇及簇首的选择是一个难题。 三，基于广播的路由协议（Broadcast Routing）。这是在车联网许多场景中常有的路由方案，比如交通信息，天气信息，紧急事故等信息在车辆间的共享。最直接的实现广播的方法就是