4.2 一种基于节点运动方向的路由协议（DARP）
VANETs网络作为MANETs一个特殊应用领域，与一般MANETs相比，具有如下的特点：
车辆节点移动速度较快，网络拓扑变化频繁，链路寿命短，研究表明，在平均速度为100km/h的车载网络内，若车辆天线的覆盖半径为250m，则链路维持15s的连通性的概率仅为57%。
受建筑、车辆速度、行车方向等因素的影响，无线信道质量不稳定。
车辆移动具有一定的规律性且受限制，只能沿着既定的道路行驶，不得随意改动。
本节中，我们首先介绍最接近城市车载VANETs信号实际传输情况的无线电波传播模型及描述车载运动的节点移动模型；在此基础上建立了路由协议性能评估模型：路由平均断链次数及路由负载两种数学模型来指导并评价路由协议的设计；最后再模型分析基础上，设计了基于车辆节点运动方向的类AODV路由协议。模型分析及仿真实验均证明本章提出的路由协议DARP在城市车载环境中具有较低的路由负载和路由断链次数，其可扩展性以及对动态拓扑的适应性均较AODV有显著提高，为上层服务以及服务组合机制提供良好的网络保障。
4.2.1 系统模型及定义
首先我们来选择影响路由算法可信度及可靠性的无线电波传播模型，本书中我们选取被广泛接受的shadowing模型来刻画无线传播的过程。这主要取决于在城市车载移动Adhoc网络环境中，无线信号的传输受到道路、建筑物、地形等各种因素的影响，不仅产生了大尺度的路径损耗而且伴有小尺度信号衰落。另外，多径衰落、阴影效应及高流动性车辆导致的多普勒效应等造成实际情况下在一定距离接收到的信号能量具有随机性。Shadowing模型实现了对数正态阴影传播模型（LogNormal Shadowing Model），对理想环境模型进行了扩展，能更好地预测和模拟此时实际环境下的电波传播情况，其功率计算由公式（4-1）给出。
公式（4-1）表示实际情况下处于一定距离d的信号接收功率P（d）随环境不同而随机变化。其中d及P（d）为接近中心的参考距离及其对应的信号接收功率。β是路径损耗指数，通常是由场地测量来的经验值，障碍物越多相对数值越大。X是一个没有任何意义的均值为0的高斯随机变量，标准差为σ，反映了当距离一定时，接收到能量的变化。 β和σ的几种典型值由表4.4和表4.5给出。
作为另一个关键因素，节点移动模型也与路由算法实现密切相关。目前在VANETs网络研究中，使用最广泛的移动模型是随机移动模型Random Way-point（RWP），但这种模型并没有考虑VANETs城市道路的特点，因此对VANETs路由算法的参考意义并不大。近年来，很多针对VANETs网络的简化道路移动模型被相继提出，如Freeway（FW）、Random Point Group Mobility（RPGM）以及Manhattan（MH）等。通过对城市车载VANETs环境的分析，本书选取MH作为车辆节点的移动模型，在此基础之上分析设计适用于车载系统用于支撑服务发现组合功能的路由协议。
MH节点移动模型是一种描述城市道路环境中车辆终端移动模式的模型。在该模型中，节点的移动既受到地理环境的约束，又受到瞬时速度的制约，对时间也具有一定的依赖性。具体来说，节点的运动被严格限制在水平及垂直交错的预定网格道路中，可以选择两个方向运动。在交叉路口处节点按照一定的概率左转、右转或者直行。如图4.3所示。MH模型中，每个车辆终端的瞬时速度依赖于前一时刻的速度及其当前相邻车辆的移动速度。在同一车道中前后相邻车辆的间距若小于安全距离SD，则后车的速度要小于或等于前车的速度，运动关系定义如下：
正是由于VANETs节点具有如公式（4-2）及公式（4-3）这样的移动性，导致了网络拓扑的快速变化及承载上层服务的服务执行路径的频繁时效，因此我们将支撑VANETs服务发现组合功能的路由策略研究重点放在如何自适应动态网络的拓扑变化上，将链路稳定性、服务执行路径持续时间作为考量底层路由协议性能优劣的重要指标。
综上所述，基于Shadowing无线传播模型和MH节点移动模型更符合实际情况，本书会以这两种模型作为研究基础，模拟城市车载移动Adhoc网络的运行状况，得到具有高可信度的分析结果。
4.2.2 路由协议模型与分析
目前针对VANETs网络路由协议的验证仅仅停留在仿真分析阶段，并没有从模型化角度对其进行定性分析与定量描述。于此，本书针对VANETs路由协议的关键性能进行模型化分析，为路由协议的设计提供了一种相对准确的定性与定量分析相结合的决策依据。研究从经典的路由协议AODV入手，在模型分析基础上进行相应路由算法的改进，设计可靠性及稳定性相对更高的VANETs网络路由协议，从而为上层服务发现与选择提供更有效的支撑。
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