مسیریابی مبتنی بر خوشه در شبکه های بین خودرویی Vanet

 مقاله مسیریابی مبتنی بر خوشه در شبکه های بین خودرویی Vanet

در این مقاله مسیریابی مبتنی بر خوشه در شبکه های بین خودرویی (VANET) مورد بررسی قرار گرفته و روش خوشه بندی و مسیریابی در این شبکه به طور کامل توضیح داده شده است.

مقدمه ای بر مسیریابی مبتنی بر خوشه در شبکه Vanet :

پژوهشگران در سال ۲۰۱۲ یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر خوشه برای کاهش سربار پیام های همه پخشی درخواست مسیر در شبکه های بین خودرویی ارائه دادند. آنها با استفاده از این تکنیک، مقیاس پذیری پروتکل مسیریابی AODV را افزایش دادند و همچنین توانستند با استفاده از خوشه بندی، پیچیدگی عملیات مسیریابی را کاهش دهند. با این حال در این پروتکل بایستی سرخوشه ها قبل از اجرای پروتکل مسیریابی مبتنی بر خوشه تعیین شوند.

این پروتکل از سه فاز عملیاتی تشکیل شده :

1. خوشه بندی
2. پشتیبانی از خوشه
3. مسیریابی مبتنی بر خوشه

1- فاز خوشه بندی :

پژوهشگران در این پروتکل فرض کرده اند که هر خودرو می تواند فقط یکی از همسایه های یک گامی اش را به عنوان سرخوشه انتخاب کند. آنها این کار را برای کاهش سربار شبکه انجام دادند و هر خودرو عضو خوشه دارای یک جدول به نام جدول سرخوشه ها است. جدول سرخوشه ها، آدرس IP سرخوشه های موجود در فضای انتقال را نگهداری می کند و هر خودروی سرخوشه یک جدول اعضا دارد. جدول اعضا حاوی آدرس IP خودرو هایی است که این خودرو را به عنوان خوردوی سرخوشه انتخاب کرده اند.

در ابتدای فاز خوشه بندی، هر خودرو یک پیام سلام به همسایه های یک گامی خود می فرستد تا حضور خود را به آنها اعلام کند و سپس به مدت یک پریود زمانی صبر می کند و منتظر دریافت پیام وضعیت خوشه از سرخوشه های موجود در همسایکی یک گامی اش می ماند. این پیام حاوی درجه خوشه نیز می باشد و تعداد اعضای خوشه را درجه خوشه می نامند. در صورتی که خودرو بیشتر از یک پیام وضعیت خوشه دریافت می کند، سرخوشه ای را انتخاب می کند که درجه آن در میان سرخوشه عامی موجود بالاترین باشد.

سپس خودرو یک درخواست اتصال به سرخوشه انتخابی می فرستد و سرخوشه به محض دریافت پیام در خواست اتصال، ابتدا بررسی می کنند که آیا تعداد اعضایش به ماتریسم تعداد اعضا رسیده است. در صورتی که تعداد اعضای آن به مکانیزم تعداد اعضا نرسیده باشد، یک پیام پذیرش اتصال به خودروی ارسال کننده پیام درخواست اتصال می فرستد.

سپس سرخوشه آدرس IP خودروی فرستنده پیام درخواست اتصال را به جدول اعضای خود اضافه می کند و خودروی عضو خوشه نیز به محض دریافت پیام پذیرش اتصال، ابتدا آدرس IP سرخوشه انتخابی موجود در پیام را در جدول سرخوشه ها جستجو می کند و سپس فیلد وضعیت سرخوشه آن را فعال می کند.

2- فاز پشتیبانی :

در فاز پشتیبانی خوشه، هر خودرو عضو خوشه به طور پریود یک پیام سلام به همسایه های یک گامی همه پخشی می کند. همچنین هر خودروی سرخوشه به طور پریود یک پیام وضعیت خوشه به همه اعضای خود به طور چند بخشی ارسال می کند که در این صورت دو حالت ممکن است اتفاق بیفتد :

1. سرخوشه در مدت یک پریود زمانی هیچ پیام سلام از یکی از اعضای خود دریافت نکند.
2. یکی از اعضای خوشه در مدت یک پریود زمانی هیج پیام وضعیت خوشه از سرخوشه اش دریافت نکند.

در حالت اول سرخوشه، سطر مربوط به عضو خوشه را از جدول اعضای خود حذف می کند و سپس درجه خود را یک واحد کاهش می دهد.

در حالت دوم خودروی عضو خوشه، فیلد مربوط به سرخوشه را در جدول سرخوشه ها غیر فعال می کند و همچنین سطر مربوط به خودروی سرخوشه را از جدول سرخوشه ها حذف کرده و فاز خوشه بندی را برای انتخاب سرخوشه جدید اجرا می کند.

3- فاز مسیریابی :

فاز مسیریابی در این پروتکل شبیه فاز مسیریابی پروتکل AODV استاندارد می باشد به صورتی که در پروتکل مسیریابی AODV استاندارد همه خودرو ها در عملیات مسیریابی شرکت می کنند، در حالی که در پروتکل مسیریابی مبتنی بر خوشه اخیر، فقط سرخوشه ها مسئول اجرای عملیات مسیریابی هستند.

در فاز مسیریابی مبتنی بر خوشه، هر خودروی منبع یک پیام در خواست مسیر ایجاد می کند که این پیام حاوی آدرس IP خودروی منبع، آدرس IP خودروی مقصد و یک شماره ترتیب است. سپس خودروی منبع پیام در خواست مسیر را به سرخوشه اش ارسال می کند و سرخوشه با دریافت پیام درخواست مسیر، ابتدا آدرس IP خودش را با آدرس IP مقصد مقایسه می کند.

در صورتی که خودروی سرخوشه، خودرویی مقصد یا یک مسیر به سمت خودروی مقصد داشته باشد، یک پیام پاسخ مسیر ایجاد کرده و به خودرویی منبع می فرستد. در غیر اینصورت سرخوشه آدرس IP اعضای خود را بررسی می کند و اگر خودروی مقصد یکی از اعضای خوشه باشد، سرخوشه یک مسیر بر عکس به سمت خودرویی منبع ایجاد کرده و سپس پیام درخواست مسیر را به عضو خوشه مقصد ارسال می کند.

در صورتی که خودروی مقصد، سرخوشه یا عضو خوشه نباشد، سرخوشه یک مسیر بر عکس به سمت خودروی منبع ایجاد کرده و سپس پیام درخواست مسیر را به تمام دروازه ها ارسال می کند. هر دروازه با دریافت پیام درخواست مسیر یک مسیر بر عکس به سمت سرخوشه ایجاد کرده و سپس پیام درخواست مسیر را به تمام سرخوشه های موجود در جدول سرخوشه های خود ارسال می کند.

هر سرخوشه همسایه با دریافت پیام در خواست مسیر، به مانند سرخوشه خودروی منبع رفتار می کند. این کار تا زمانی که یک خودروی سرخوشه یا یک خودروی عضو خوشه، خودروی مقصد باشد یا یک مسیر به خودروی مقصد داشته باشد، ادامه پیدا می کند. خودروی مقصد یا خودرویی که یک مسیر به مقصد دارد بعد از دریافت پیام درخواست مسیر، ابتدا یک مسیر بر عکس ایجاد می کند و سپس یک پیام پاسخ مسیر در مسیر بر عکس به طور تک پخشی به سمت خودروی منبع ارسال می نماید. خودروی منبع نیز بعد از دریافت پیام پاسخ مسیر، ارسال داده را در مسیر شناسایی شده آغاز می نماید.