車載自組網(wǎng)在人防應急移動指揮中的應用

鄭青

【摘要】 本文介紹了目前車載移動自組網(wǎng)的基本組成方式及基本路由機制，并針對城市多障礙和空曠少障礙環(huán)境進行了性能對比。最后針對目前人防應急移動指揮中的組網(wǎng)方式，分析了車載自組網(wǎng)在其中的應用可行性。

【關鍵詞】 車載自組網(wǎng) 路由機制 人防應急移動指揮

一、車載移動自組網(wǎng)簡介

車載移動自組網(wǎng)是專門為移動車輛間通信而設計的自組織網(wǎng)絡，它創(chuàng)造性地將adhoc自組網(wǎng)技術應用于車輛間通信。adhoc自組網(wǎng)是一種無線分布式結(jié)構(gòu)，強調(diào)的是多跳、自組織、無中心、動態(tài)拓撲的概念。車載自組網(wǎng)的基本思想是在一定通信范圍內(nèi)的車輛可以相互交換各自的數(shù)據(jù)，并自動的連接建立起一個移動的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡中所有結(jié)點的地位平等，無需設置任何的中心控制結(jié)點。網(wǎng)絡中的結(jié)點不僅具有普通移動終端所需的功能，而且具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。每個節(jié)點的單跳通信范圍有幾百米到一千米，每一個節(jié)點（車輛）不僅是一個收發(fā)器，同時還是一個路由器，因此采用多跳的方式把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給更遠的車輛。

二、基本路由機制

通過對已有車載移動自組網(wǎng)路由協(xié)議的分析，可以發(fā)現(xiàn)表驅(qū)動、按需驅(qū)動及洪泛算法幾乎是所有路由協(xié)議的基礎，不同的協(xié)議在不同程度上采用了以上一種或幾種算法。

表驅(qū)動路由協(xié)議的特點是網(wǎng)絡中每個節(jié)點都維護一張路由表，記錄本節(jié)點到網(wǎng)絡中所有節(jié)點的最新路由信息；周期性廣播路由更新分組，維持路由的有效性。按需驅(qū)動路由的特點是：只有節(jié)點有發(fā)送需求時才啟動路由發(fā)現(xiàn)，只在通信過程中才維護路由，一旦通信結(jié)束就不再維護路由。

DSDV（Destination Sequenced Distance Vector Routing）是表驅(qū)動路由的典型代表協(xié)議，特點是采用目的節(jié)點序列號機制，始終選擇最新路由，并避免路由環(huán)路。

DSR（Dynamic Source Routing） 協(xié)議是按需驅(qū)動路由的典型代表協(xié)議，特點是通過源節(jié)點廣播路由請求分組RREQ和目的節(jié)點反向回復路由應答分組RREP完成新路由的發(fā)現(xiàn)過程，采用源路由機制所有路由信息都記錄在RREQ和RREP中，避免了環(huán)路的產(chǎn)生。

AODV（Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing） 協(xié)議是結(jié)和表驅(qū)動和按需驅(qū)動的混合路由的典型代表協(xié)議，也是目前唯一被IETF作為MANET實驗標準 （RFC3561） 的協(xié)議。AODV結(jié)合了DSR和DSDV的優(yōu)點：路由建立過程采用了DSR協(xié)議中的RREQ-RREP方式，不同的是，采用了DSDV協(xié)議的逐跳機制，路由維護階段采用了DSR的按需維護機制。

MFLOOD無線路由通訊協(xié)議是一種典型的泛洪路由協(xié)議。當節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時，節(jié)點就向整個網(wǎng)絡廣播該數(shù)據(jù)包。分析洪泛路由的意義在于分析泛洪分組的效果和對網(wǎng)絡性能的影響。

三、仿真性能比較

以下是對城市和郊區(qū)兩種通信環(huán)境作簡要的描述：

（l）城市環(huán)境：以北京的城市情況為例。密集繁多的城市建筑和綠化帶使無線信號衰減明顯，道路規(guī)劃有明顯的規(guī)率，且道路較為密集，同時車輛密度較大。正常情況下，受各路段限速規(guī)定和車輛密集度影響，車速大多在40km/ h-60km/h之間。

（2）郊區(qū)環(huán)境：以北京郊區(qū)的交通情況為例。郊區(qū)環(huán)境的路面比較寬敞，通常有多條行車道，行車環(huán)境比較優(yōu)越，建筑和綠化帶的影響也相對較小，車速大多在80km/ h-100km/h之間。

通過閱讀大量仿真實驗文獻，可以發(fā)現(xiàn)：

在城市環(huán)境中，MFLOOD由于采用的是洪泛機制，所有節(jié)點都轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，丟包率最低，在5%左右；AODV協(xié)議的表現(xiàn)要優(yōu)于DS DV和DSR協(xié)議，丟包率多在20%；DSDV和DSR的丟包率太高，網(wǎng)絡幾乎不可用。

在郊區(qū)環(huán)境中，AODV和DSR的丟包率多在10%～30%；DSDV多在10%左右；當業(yè)務量和移動速度低時，DSDV幾乎可以成功傳輸所有的數(shù)據(jù)包；洪泛協(xié)議在比較劇烈的網(wǎng)絡場景中顯示了較好的性能，但丟包極其嚴重。因此需要根據(jù)車輛密度、車速、車輛行駛路線分布、障礙物情況等選擇不同的路由機制。

四、在人防應急移動指揮中的應用展望

目前在人防應急移動指揮中使用的聯(lián)網(wǎng)信號傳輸方式主要有衛(wèi)星、微波、3G及有線組網(wǎng)方式。

衛(wèi)星組網(wǎng)需要所有接入網(wǎng)絡的應急指揮車輛都配備靜中通或動中通及衛(wèi)星接收發(fā)射設備，在各種方式中資金投入最大，對車輛的負重及空間要求最高，且靜中通設備只能在移動指揮車停車固定不動時才可聯(lián)網(wǎng)，動中通設備目前價格昂貴，不適合每輛車都配備，同時衛(wèi)星的使用也需要提前申請。

微波組網(wǎng)方式需要提前根據(jù)地勢建立微波轉(zhuǎn)發(fā)站，且信號受大氣層及障礙物影響較大，如遇陰天或多云氣象，甚至無法正常通信。

3G方式需要使用通信商已建好的信號基站，但在基站少的偏遠地區(qū)或基站受損后的受災地區(qū)顯然不適合使用。有線連網(wǎng)方式則受攜帶傳輸線長度限制，不可能太長，大多在小范圍內(nèi)使用，且必須在組網(wǎng)移動指揮車停車時使用。

人防應急移動指揮車隊正是要完成這樣的任務，情況緊急時甚至需要在去災區(qū)的路上就開始進行應急指揮。而車載移動自組網(wǎng)技術只需每輛移動指揮車上裝備Adhoc信號接收發(fā)射器即可在行駛中或停車時隨時組網(wǎng)，無需事前建立信號基站，也不受氣象條件影響。由此可見，車載移動自組網(wǎng)技術在人防應急移動指揮中會具有良好的應用前景。