一種用于VNETs的內(nèi)容命名與路由方法

楊鳳++劉金眉++黃珊珊

摘 要：在智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，節(jié)點(diǎn)具有高度的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)難以較好的適應(yīng)這類場(chǎng)景?；诿麛?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（NDN，Named Data Networking）這種以內(nèi)容為中心的新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提出一種基于多層P：L對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容命名方法，實(shí)現(xiàn)匹配粒度可選特性；設(shè)計(jì)一種分檔增量計(jì)數(shù)式布魯姆過濾器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效的名字匹配與查詢。該方法可為智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的高效通信問題研究提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；布魯姆過濾器

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言（Introduction）

作為第一個(gè)實(shí)用的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，Telematics將各種通信方式與車輛信息系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)了追蹤、導(dǎo)航、安全駕駛、車載無線通信等大量應(yīng)用，但其主要是面向車輛運(yùn)營(yíng)服務(wù)的，強(qiáng)調(diào)“集成與融合”，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)本身關(guān)注不足；在隨后的一段時(shí)間內(nèi)，CEN、ISO、IEEE等組織先后制定了適用于AVI和ETC等場(chǎng)景，涵蓋從物理層到應(yīng)用層的專用短距通信標(biāo)準(zhǔn)（DSRC）[1]；作為針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的深度改進(jìn)協(xié)議，802.11p[2]得到了廣泛的關(guān)注與研究，這使得車聯(lián)網(wǎng)逐步走向?qū)嶋H應(yīng)用。然而，上述系統(tǒng)、協(xié)議大多基于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，而基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)受限于“身份—位置”的綁定關(guān)系，對(duì)移動(dòng)通信的支持較為欠缺。尤其是在智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，其通信效率不足以支撐未來的應(yīng)用需求。

命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通過解耦“內(nèi)容—位置”的強(qiáng)綁定關(guān)系，提出一種以數(shù)據(jù)為中心（data-centric）的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)[3]，如圖1所示。

本文基于NDN體系結(jié)構(gòu)，研究并提出一種用于VNETs的內(nèi)容命名與路由方法。

2 相關(guān)研究工作（Related work）

在智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，由于車輛的移動(dòng)而導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路具有較強(qiáng)的時(shí)空屬性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出非穩(wěn)定狀態(tài)，而滿足約束條件的連通性拓?fù)溆质菍?shí)時(shí)尋址的基礎(chǔ)。Hou等[4]研究了城市環(huán)境下的車聯(lián)網(wǎng)連通性問題，引入速度、大小等度量值來描繪車輛移動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)連通性并提出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)二者之間的關(guān)系。Ait Ali K等[5]分析了車流的時(shí)空屬性對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和變化的影響，提出了一個(gè)適應(yīng)于城市和郊區(qū)環(huán)境的移動(dòng)模型（V-MBMM，Vehicular Mask-Based Mobility Model），基于實(shí)際數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該模型的適應(yīng)性。楊放春等[6]提出了一種支持終端用戶高速移動(dòng)的垂直切換方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)屬性和終端運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)建立相應(yīng)的切換概率分布，然后根據(jù)用戶偏好選擇相應(yīng)的決策樹進(jìn)行決策。Zhang等[7]提出并跟進(jìn)研究“命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”，對(duì)設(shè)備與內(nèi)容進(jìn)行命名，名字具有層次化結(jié)構(gòu)且對(duì)網(wǎng)絡(luò)透明，可以有效地解耦內(nèi)容與地址，能有效支持節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。張宏科等[8]提出了一種ICN環(huán)境下基于定位器的移動(dòng)支持方案，可提供增強(qiáng)轉(zhuǎn)發(fā)功能，對(duì)車聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)尋址研究具有一定的借鑒意義。Grassi等[9]在NDN架構(gòu)下，研究了車聯(lián)網(wǎng)命名、尋址和安全等問題，并在UCLA的車聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)環(huán)境下開展了可行性驗(yàn)證工作。

3 內(nèi)容命名方法（Content naming method）

內(nèi)容由提供者發(fā)布，其命名由“名字”“公鑰”和“GUID”這三個(gè)要素組成，數(shù)據(jù)訪問由用戶驅(qū)動(dòng)。本文采用基于多層P：L對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容命名方法，實(shí)現(xiàn)匹配的粒度可選性，以滿足不同量級(jí)的應(yīng)用需求，提高靈活性，具體如圖2所示。

其中，“P”是發(fā)布者公鑰的密碼哈希值，這是一個(gè)扁平化的結(jié)構(gòu)，可利用加密哈希函數(shù)來實(shí)現(xiàn)名字與公鑰的綁定，接收方可通過對(duì)應(yīng)的哈希運(yùn)算來校驗(yàn)接收到的“名字—公鑰”綁定關(guān)系是否匹配，從而排除虛假的綁定聲明，內(nèi)在提供抵抗DoS攻擊的能力；“L”是數(shù)據(jù)塊的唯一識(shí)別標(biāo)簽。通過這種層次結(jié)構(gòu)，能提供更強(qiáng)的內(nèi)在安全特性。將“公鑰—現(xiàn)實(shí)身份”之間的綁定獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)本身，由第三方CA提供，可以靈活地選擇具體的認(rèn)證方案并隨同其一起更新、演進(jìn)，而不用對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)做改動(dòng)。同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)不同粒度的內(nèi)容聚合，可以為同一路由記錄匹配多種粒度的映射關(guān)系，在用戶組織機(jī)構(gòu)變更或是部署節(jié)點(diǎn)發(fā)生改變的情況下，甚至不用更新路由信息就能實(shí)現(xiàn)“粒度換靈活性”。

5 結(jié)論（Conclusion）

本文針對(duì)智能車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的高效通信機(jī)制開展研究，基于命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)這種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提出了一種層次化的內(nèi)容命名方法，設(shè)計(jì)了一種分檔增量計(jì)數(shù)式布魯姆過濾器結(jié)構(gòu)。采用該方法與機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)在車聯(lián)網(wǎng)這類高度動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的節(jié)點(diǎn)命名與自適應(yīng)快速查找。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] W.Xinzhou，et al.Vehicular Communications Using DSRC：Challenges，Enhancements，and Evolution[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications（JSAC），2013，31：399-408.

[2] IEEE Guide for Wireless Access in Vehicular Environments （WAVE）-Architecture[J].IEEE Std 1609.0-2013，2014：1-78.

[3] L.Zhang，et al.Named data networking[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2014，44（4）：66-73.

[4] X.Hou，et al.Modeling the Impact of Mobility on the Connectivity of Vehicular Networks in Large-Scale Urban Environment[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，

2016，65（4）：2753-2758.

[5] Ait Ali K，Baala O，Caminada A.On the Spatiotemporal Traffic Variation in Vehicle Mobility Modeling[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology，2015，64（2）：652-667.

[6] 范存群，等.基于認(rèn)知自選擇決策樹的垂直切換方法研究[J].通信學(xué)報(bào)，2013，34（11）：71-80.

[7] Zhang L，et al.Named data networking[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2014，44（3）：66-73.

[8] Rao Y，et al.LBMA：A novel Locator Based Mobility support Approach in Named Data Networking[J].Communications，China，

2014，11（4）：111-120.

[9] Grassi G，et al.VANET via named data networking[C].IEEE Conference on Computer Communications Workshops （INFOCOM WKSHPS），2014：410-415.

作者簡(jiǎn)介：

楊 鳳（1981-），女，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：車聯(lián)網(wǎng)，命名

數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò).

劉金眉（1996-），女，本科生.研究領(lǐng)域：車聯(lián)網(wǎng).

黃珊珊（1996-），女，本科生.研究領(lǐng)域：車聯(lián)網(wǎng).