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一种改进的增强车载自组网视频传输质量的GPSR协议
摘要：本论文以一种高时效的方式解决了车辆自组织网络的视频转发问题。高速流畅的无线网络对现有的路由方法提出了新的挑战，所以该问题是各种应用的核心问题。本文探讨了一种车辆自组织网络的著名地理路由协议（GPSR）的变种协议。因为在传输期间只使用一条路径的拓扑结构会造成同一拥塞和饱和的接收延迟，所以通过引入一些多径特征发送连续数据包到多个路径的源节点。我们的方案被认定为gprs-2p，可以提供一个解决延迟的方案。我们评估这一城市车辆与障碍物使用一个真正的视频剪辑显示了GPSR协议的可行性—2真实视频。我们的实验结果表明我们建议克服所观察到的问题并加以改进GPSR的性能。
索引术语：VANET，基于位置的路由协议，GPSR，贪婪转发，IEEE 802.11p，QoS，QoE，NS-2
简介
Ad-hoc车载自组织网络（VANET）是无线网络的一种应用，由无数网络组成，它配备有无线电设备，使驾驶员能够通过网络平稳地交换消息，而不管他的位置如何[1]。在特定情况下，节点独立于任何体系结构，并且必须合作执行各种任务，例如将数据转发到汇聚节点或将重要信息广播到目标[2]。 另外，VANET知道快速变化的网络拓扑，无线信道的不稳定性以及由不同因素造成的有限带宽如建筑物，交通信号灯，车辆类型和车辆速度[3] [4]。 由于上述特点，以最小的延迟保证有效的路由是非常重要的。VANET也经历了一个关键点，即支持车辆间的视频流[5]。 信息娱乐服务一直是这种网络的一个前景趋势，多媒体流媒体接口是各种设想服务的便捷解决方案[6]。 因此，通过我们互联世界中的众多新服务，多媒体数据消耗量激增。 用户感知这些服务质量的方式至关重要。 因此，有必要将用户视角与服务的QoE（体验质量）和网络级QoS（服务质量）联系起来。因此，随着用户在移动期间访问各种资源的需求不断增长，需要从用户满意度角度支持其需求的有效技术，包括可用性，可用性和服务完整性。 因此，必须确保选定的协议应具有最佳数据传输，完整性和特别是时间交付，以实现司机的安全防范。 为此，研究人员提出了许多根数据机制[7]。
在同样的背景下，文献证明在讨论VANET时，基于位置的协议是最有吸引力的[8]。 其中包括贪婪的周界无状态协议（GPSR）。 GPSR在通信过程中最重要的好处是车辆可以从机载全球定位系统接收器获得精确的运动信息。但是，GPSR也有其他缺点，实际上，通过使用GPSR，源节点被发送消息到一个相邻节点，因此只使用一条可能不可靠的道路。 所以，我们注意到拓扑结构的缺乏，因为我们没有从其他可能有用的道路中受益。 GPSR-2P的想法在哪里考虑到目的地的前两个最近的邻居而不是只有一个。本文的其余部分组织如下：第2部分介绍了一些相关工作。第3部分介绍了GPSR机制。第4部分描述了GPSR增强GPSR-2P。 第5节讨论了这两种策略之间的比较以及它们对时延度量的影响。 本文最后提供了一些结论，并提出了一些改进方向
相关工作
Asd VANET中的大多数节点都会不断移动，这会由于链路断开或其他原因而改变质量标准。 此外，在这种网络中，还有一张带有树木，大道，交通信号灯和更多特征的物理地图，这些特征限制了车辆的行驶灵活性[9]。 为此，已经提出了用于发现可用链路的不同路由算法。 [10]总结了许多具有完整分类的路由方案，然后选择不同的服务质量参数进行比较和分析。 在相同的背景下，文献证明，在讨论VANET时，基于位置的协议是最有吸引力的协议，不像其他类型的路由协议那样，不需要链路状态交换和路由设置。 事实上，[11]的作者对这些有希望的网络范围以及主要进展，优点和缺点进行了概述。 在这项工作中，以GPSR协议为例来理解基于位置的路由协议的一般机制[12]。
然而，由于GPSR对研究人员有很大的兴趣，许多研究已经提出。 我们提到其中的一些例子。 [13]研究贪婪转发过程中的位置错误，这会降低成功的数据包传输速率。 在同一背景下，[14]的作者通过分析和模拟研究来了解GPSR协议中的GPS系统误差对其的影响。 同时，[15]中的研究人员提出了一种改进的GPSR路由协议，该协议利用位置和方向信息以及链路质量度量来生成提高网络性能的路由。
另一方面，传输捕获的多媒体信息必须满足QoS和QoE的标准。 [16]解决了VANET中实时视频流的问题。 作者提出了一种解决方案，将帧跳帧和代码转换与帧频降低技术结合在一起。 因此，他们通过使用IEEE 802.11实验证明了他们在VANETs场景中的方法的可行性。 然而，研究人员[17]评估使用平坦和分层路由协议的视频流的性能。 他们考虑了两种协议，即OLSR（优化链路状态协议）作为平面路由协议和它们自己实现的HOLSR（分层OLSR）。 一个完整的比较已经在关注不同参数（PSNR，分组传输率，分组延迟和中断）的视频流的QoS方面对这些协议进行了详细阐述。 另一项工作是[18]，其中已经研究了通过802.11车辆间自组织网络的可变时间尺度多媒体流。 [19]的作者也研究了视频流的性能，但他们使用专用短程通信（DSRC）[20]，在这项研究中没有使用真实的车辆移动轨迹。 另外，[21]通过使用两个重要的性能参数帧丢失率和PSNR来研究传输视频的性能。 选择了三种典型的路由协议：AODV，DSDV和GPSR。 从结果分析来看，基于位置的协议比反应式协议更适合VANET上的视频传输，而主动式协议则不适用。
然而，在我们的研究过程中，我们没有发现大量将VANET环境下的协议GPSR与多媒体传输链接起来的作品。 所以，我们提到，仍然缺乏专门研究这个范围的研究论文。
在我们的论文中，我们想知道GPSR的机制，它允许在发送数据包时只使用一个单跳，而另一个有效跳可以传输另一个数据包，而不是等待相当长的时间，因此增加了时间传递完整的信息。 这个限制让我们通过修改贪婪过程来改进GPSR协议。 其目的是研究在车辆自组织网络中转发视频的问题。
经典GPSR协议的策略与过程
在本节中，我们将概述属于地理协议类别的着名GPSR路由协议[22]。 后者的算法由两种转发数据包的方法组成。 第一种方法是贪婪转发，第二种方法是当贪婪转发失败时使用的外围转发[22]。
- 贪婪的转发策略
正如介绍中已经提到的，GPSR协议与其他协议不同之处在于它考虑了参与节点的地理位置。 实际上，简单的信标策略为所有节点提供其邻居的位置：周期性地，每个节点向广播MAC地址发送信标，仅包含其自己的标识符（例如，IP地址）和地理位置。
另外，数据包由其来源和最终目的地的位置标记。 从而，转发节点可以在选择无线电范围内的最佳邻居时做出贪婪的选择。 实际上，每个参与路由机制的车辆选择最接近目的地的下一跳[23]。 在整个传输过程中，从节点到节点，直到到达目的地都遵循此策略。
- 周界无状态策略
贪婪的转发策略允许通过一次跳转到目的地来发送数据包。 但有时候，节点哪个将传输数据包到目的地的距离最小，并且它不能仅在一跳中访问下一跳或目的地。 换句话说，该节点在其到目的地的地理邻近度上被认为是本地最大值，因此贪婪转发策略变得效率低下。
在这个问题中，节点切换到另一个称为外围转发的进程。 后者基于右手规则。 实际上，使用这种策略，考虑拥有分组的节点，其极端邻居远离目的地和最终目的地来绘制平面图。 节点通过图形使用右手规则到达最靠近目标的节点（图1）。
图1 转发数据包的典型图示 （a）贪婪向前 （b）贪婪的失败 （c）前场
对GPSR的改进：GPSR-2P由于VANET的特点是移动模式，GPSR转发方法可能并不总是有效的。 如图2所示，选择与目的地距离最短的邻居节点可以在传输过程中只使用一条路径。
因此，贪婪算法可能会导致链路断开，这是由于流量负载非常沉重和压缩的路径。 所以，如果发生器拥有两个具有相同最终值的数据包。
图2 使用GPSR的城市拓扑中的简单传输数据场景
目的地，为什么要期待第二个数据包，直到第一个数据包将被发送，而可能有一个替代路由与一个空闲和可用的邻居。 所提出的机制启动第二条路径来转发视频分组，
在计算最佳下一跳期间，将增强应用于贪婪转发过程，以便从其他可能感兴趣的拓扑链路中受益，并在此之后提高传输时间（表I）。我们改进的步骤如下。首先，将最后发送的数据包发送到选择的下一跳的时间，最后选择的下一跳的标识和最终目的地的时间被登记转发这个数据包。 因此，当一个源节点想要发送另一个分组时，它一方面验证这个分组的目的地是否与最后一个分组的目的地相同，另一方面，如果最后一次发送和新发送之间的周期非常小。 如果是这种情况，第二个数据包将被转发到距目的地距离最小的第二个下一跳。
表I算法
当经典的GPSR被调用时： 当调用GPSR-2P时：
1：如果（mode = GREEDY）那么 1：如果（mode = GREEDY）那么
2: nexthop1 =邻居 2: nexthop2 =第二个邻居3： 距离最短 3: 最近的
4: 目的地 4: 目的地
5: 如果（nexthop1未找到）然后 5: 如果（nexthop2未找到）然后
6: nexthop1 =邻居计算 6: nexthop2 = nexthop1
7: 由周长 7: 如果（nexthop1未找到）然后8： mode = PERIMETER 8: nexthop1 =邻居计算机-9： 万一 9: 周长
10：否则 10: mode = PERIMETER
11: sddis =之间的距离 11: 如果12： 来源和目的地 12：结束如果13：mydis =之间的距离 13：否则
14: 每个邻居 14: sddis =之间的距离
15: 和目的地 15: 来源和目的地16： 如果（mydis（sddis）那么 16：mydis =之间的距离
17: 切换回贪心 17: 每个邻居18： 转发模式 18: 和目的地
19: 其他 19: 如果（mydis（sddis）那么
20: 仍然是外围 20: 切换回贪心
21: 路由模式 21: 转发模式
22: 万一 22: 其他
23：结束如果 23: 仍然是外围
24: 24: 路由模式
25: 25: 万一
26: 26：如果结束
在同样的情况下，如果没有第二个下一跳，则数据包将被发送到第一个下一跳，如果根本没有邻居，则该节点将切换到周边策略。 但是，如果第二个数据包在相当有趣的时期后到达，则不需要使用GPSR-2P。 图4和表I提供了刚刚解释的内容的解释性总结。
图4
4.评估
A.场景的参数
在所有的模拟中，我们都考虑随机移动的街道图，其中包含随机移动车辆数量可变的车辆，其行驶速度可达50 km / h（见图5）。 基于IDM-LC流动模型[24]，车辆可以根据需要改变车道。
我们还使用myEvalvid工具作为视频流量的发生器[25]。 myEvalvid工具的作用是根据视频帧的信息生成名为“st file”的输入源文件。 视频在这个模拟中使用的源是foreman.yuv，它有YUV CIF（352 x 288）格式的300帧。 该视频序列被MPEG-4编解码器压缩，并在10秒内以30帧/秒的速率从源发送到目的地。
图5.VanetMobiSim生成的随机映射
在网络方面，我们考虑可用网络（WIFI-IEEE 802.11p）[26]。 我们提到，车载通信的工作原理是专用短程通信技术（DSRC）[20]。 事实上，即使IEEE 802.11标准可以支持高达54 Mbps的传输速率，之后有足够的带宽来支持汽车之间的视频流传输[27]，但IEEE 802.11p标准仍然是理想的选择，并且强烈推荐VANET提供便捷和实惠的服务，因为它使用5.85和5.925 GHz之间的频段。 表2总结了模拟的所有重要参数。
表二
情景的特点
用于物理层和链路层的参数
传播模型 两个雷地面
传输范围 250米用于流量模型的参数
多媒体的类型 MPEG-4
真正的视频文件 Foreman.yuv
（YUV CIF（352 x 288）格式的300帧）
流量 30帧/秒
后台CBR流量连接10-20-40-60-80背景流量包大小 512字节背景流量数据包速率 10包/秒
仿真时间 500 s 用于移动模型的参数
Ad-hoc网络区域 1000m * 1000m
密度节点 10-20-50-100-150
移动模型 IDM
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