【NDN VANET】Vehicular Inter-Networking via Named Data 全文翻译

Vehicular Inter-Networking via Named Data

 

Giulio Grassi, Davide Pesavento, Lucas Wang, Giovanni Pau, Rama Vuyyuru, Ryuji Wakikawa, Lixia Zhang

Computer Science Department - University of California, Los Angeles, CA 90095, US

Toyota ITC - USA, San Jose, California.

Universit`e Pierreet Marie Curie (UPMC) - LIP6, Sorbonne Universites - Paris, France.

e-mail:[email protected]

 

摘要

      在本文中，我们应用命名数据网络，一个新提出的网络体系结构，到行驶中的车辆网络。我们最初的设计，称为V-NDN，阐述了NDN在作为体系架构方面的潜力，允许所有计算设备之间的网络与是否他们通过有线基础设施、ad hoc、断续DTN互联无关。本文描述了V-NDN的原型实现和其初步的性能评估。

 

1.   引言

      近些年，对于车辆网络的研究工作已经扩展成为网络研究的单独分支。今天的车辆通过蜂窝网络和路边节点连接到中央服务器。此外，车辆网络也可以利用ad hoc网络的研究成果，由于车辆通常可以无计划的互相超越，也可以利用延迟容忍网络的成果，不仅仅因为车辆经常并不互连，而且他们可以从一个位置到另一个位置物理地传输数据。

      为了实现这个愿景，车辆不仅仅可以和基础设施通信，而且可以通过任何物理通信信道互相通信（包括物理地传输数据），我们采用命名数据网络（NDN）作为开始点，开发一个框架，允许车辆利用任何可用信道以一个完全无基础设施的方式通信，在他们和中心服务器之间上传和获取数据。我们也构建了一个原型实现。我们的设计和实现显示了一个概念上的证明，并证明了通过数据中心设计、利用共享的应用程序命名空间集成ad hoc、DTN、P2P功能到一个统一的网络的可行性。

 

2.   设计概要

A.   命名数据网络简介

      在IP网络中，节点通过发送IP包到一个特定的目的地址进行通信，该IP地址通过DNS查询获取，DNS查询将应用层名字转换为IP地址。在NDN网络中，节点通过获取期望的数据进行通信。NDN使用应用程序的数据名字直接通信。由于数据名字由应用程序定义，并与连接无关，这解除了对于IP地址配置的需要（自动配置或不是自动配置都不需要），因此只要物理连接存在，数据交换就可以发生。

 

B.    V-NDN用于移动Ad-hoc网络

      到目前为止，对于NDN设计的描述主要聚焦于有线连接的环境，有线网络没有完全匹配的动态的移动ad hoc网络设置，比如车辆网络。我们开发了一个NDN用于车辆网络的实例，车辆命名数据网络（V-NDN），这将在本节中进行描述。

      在我们的系统中，一个节点（汽车）装配有大量的无线接口，比如3G/LTE，WiMAX，WiFi基础设施或者Ad-hoc模式，IEEE1901（电源线通信），和802.11p（DSRC/WAVE）。我们的设计目标是允许车辆利用任意这些接口来和其他车辆和基础设施服务器通信，按应用程序所需，尽可能快和尽可能长时间的按照接口连接到其他节点。如果超过一个接口可用，我们应该能够挑选最好的接口，或者同时使用多个接口。

      NDN命名将获取到的数据，通信中使用的名字与我们想要使用的接口无关，与数据可能来自于哪个节点无关。因而，V-NDN可以完全利用任何接口。图1通过不同的通信场景展示了V-NDN的弹性。第一个场景是，当汽车通过3G/LTE、WiMAX或者WiFi连接到基础设施时，它在移动过程中改变连接点。在这种情况下，汽车与NDN路由器交换NDN兴趣包和数据包，该NDN路由器存放于有线连接的基础设施。我们已经在WiFi路由器上安装了NDN协议栈，该路由器可以通过NDN直接与汽车通信；为了通过蜂窝网络通信，汽车建立了IP隧道到网络中的一个NDN路由器，并通过IP隧道发送NDN包（例如，Car-D通过蜂窝信道将兴趣包传递到NDN-B）。

      另一个场景是，当汽车和邻居车辆通过WiFi ad-hoc模式或者802.11p（DSRC/WAVE）以一个完全无基础设施的方式交换NDN包。例如，Car-D可以发送一个兴趣包，该包被邻居车辆（Car-C）接收。兴趣包可以逐跳传播，直到到达拥有请求数据的车辆。在这种情况下，NDN包通过链路层协议直接携带。下一节我们将阐述NDN对于本地数据传播的扩展。如我们从图中可见，车辆可以通过不同的接口通信，并通过这些接口发送或接收包（例如，Car-A和Car-D都连接到了蜂窝网络和WiFi）。Jacobson等人的第一篇NDN论文介绍了消费者、生产者和路由器，作为有线NDN网络中的三类实体。相反，在V-NDN网络中，汽车可以同时扮演四类角色：数据消费者、数据生产者、转发者（当它连接到其他车辆）和数据骡（当它和其他节点没有连接，携带数据到其他位置时）。

 

C.   V-NDN用于本地数据传播

      为了适应ad hoc和车辆通信中断断续续的特征，并利用车辆的资源特性（充足的存储容量和电源供应），NDN节点在V-NDN中的实现必须对有线下的NDN做出必要的修改。首先，邻居车辆之间的链路的高度动态性使得运行路由协议来构建FIB是不可行的。第二，由于所有的通信都是通过无线信道，我们应该利用并缓存无意中听到的数据包（相对于仅仅接收在PIT中有匹配条目的数据）。第三，兴趣包和数据包都可以被奔跑中的车辆携带，甚至当它们与其他车辆没有无线连接时。数据包通过请求，或者通过汽车移动可以离开生产者——这使得我们聚焦于获取数据，而不是到达地理位置，变得十分重要。

      为了开发一个交通信息传播应用程序，而不是一个运行中的路由协议，V-NDN将地理位置信息编码进数据名字，以便所有的兴趣包可以向着期望的数据被生产的的地理位置转发。很可能的是，兴趣包到达拥有请求的数据的车辆，在接近命名的位置之前。

      在有线环境下，仅当PIT中有条目请求该数据，NDN节点才接收数据包。然而，在高度动态的移动场景中，假定最初的消费者到拥有数据的节点的一条稳定的链路是不可行的，这是与有线NDN中的一个基本的不同。因此，除了在可能的时候使用PIT进行数据转发，V-NDN也利用无线广播特性，让广播范围内的每个节点缓存接收到的数据，而不管是否存在匹配的PIT条目或者是否需要数据本身。由于V-NDN对待绝大多数的小数据（例如，交通信息），用于M2M应用程序，而没有大的视频或者音乐文件，汽车也可以有比移动电话相对大的缓存空间，因为电池和空间松散的限制，这个机会型缓存策略对于在高度动态的环境中促进快速数据传播有很大优势。

      在图2中，Data-A传播到邻居车辆，并被所有接收者缓存。由于这些车辆的移动，他们作为数据骡角色，携带Data-A到一个更广阔的区域。大量的数据骡扩大了数据传播区域，增加了寻找DataA的消费者的会合机会，数据骡携带DataA。

      在设计V-NDN时，我们假设每一个节点有准确的地理位置，所有的数据名字链接到地理位置。与固定环境相反，很难为每个数据保存FIB，因为发布者的移动。因而，地理位置用来在V-NDN中获取数据。在最初的NDN中，发布者不广告其数据名字来创建FIB。

      许多车辆应用程序适合该模型，地理位置可以被用来标识数据对象。地理位置可以嵌入到名字中。例如，需要在城市区域中可以停车的地方，应用程序可以使用名字定义这样的区域，允许该区域内的任意车辆进行响应。我们注意到，尽管在数据名字中嵌入地理位置信息，它并不命名位置，而是命名数据。地理位置信息仅仅意味着请求的数据在哪里可以生成，因此可以被用作线索，将兴趣包转发到哪里。在早期工作中，我们在NDN上为交通信息传播程序扩展了一个基本的名字空间设计。而汽车制造者通常聚焦于使车身更有弹性，面对交通事故，当我们开始驾驶互连的车辆时，现在更高层的安全措施是必需的，以保证车辆不会因为数字攻击而失败。NDN通过使得每个包被数字签名，在设计中嵌入了安全。这为信息认证和信任机制提供了内置支持，文献[14]也讨论了解决方案的方向，既保护了车辆的身份，也防止太多的错误数据注入系统。许多现存的信任和安全模型可以利用NDN提供的基础设施，详细内容超出了本文范围。

 

3.   实现

      在V-NDN体系结构中，车辆可以扮演四种角色：数据生产者、消费者、转发者（当与其他车辆有连接时）和数据骡（在与其他车辆没有连接时）。每个车辆可能是多宿主的，体系结构能够跨越不同的通信技术无缝地转发包。最后，设计需要车辆有合适的存储能力来缓存数据。我们设计和开发了一个V-NDN原型。当前的版本是在Ubuntu 12.04下的。然而，不存在内核依赖，软件可能在任何Linux版本下都能平稳运行。体系结构概要在图3中描述。

      NDN Daemon：NDN守护进程提供了核心的命名数据网络能力，是存放关键数据结构，比如PIT、FIB和CS的位置。这也是执行名字前缀匹配和转发策略的地方。

      NDN本地接口：NDN本地接口提供了一个应用程序和NDN守护进程之间的接口。特别地，NDN本地接口支持应用名字注册，消费者的兴趣包请求和内容交付。

      NDN网络接口：NDN网络接口提供了特定的适配功能，与通信中使用的技术相结合。在车辆案例中，我们在V2V中，在Ad Hoc模式下使用基于IEEE802.11的无线技术，在V2I中，使用几种无线技术，包括基于WiMax，3G和WiFi的网状网络。例如，对于基于3G的技术，NDN网络接口提供了对移动节点和核心网络中的NDN节点之间IP隧道的适配。对于无线Ad Hoc情况下，NDN网络接口提供了和链路适配层的接口，为车辆环境提供了wifi广播支持。

      链路适配层：链路适配层概念上是2.5层，设计允许NDN高效地利用特定的技术。在V2V场景中，通常使用WiFi或者DSRC广播传输，将极大地有利于NDN；然而，IEEE802.11广播支持实际上是不存在的，因此大量的任务由链路适配层代理。特别地，确认/重传机制和包处理的空间感知。最后，为了最小化开销，链路适配层以二层广播的形式发送所有的包，NDN包格式直接覆盖在wifi帧之上，不使用其他三层协议，因此实现一个本地的NDN网络层。

      位置服务：位置服务提供了对应用层和链路适配层的支持。特别地，位置服务提供了地理位置反编码的能力，和关于距离和包头的高层功能。链路适配层使用位置服务在地理上划定通信的范围。

      缓存：每个节点都装配有缓存，存储经过每个节点的内容。在当前的实现中，缓存条目不会过期，事实上是无限的。

 

Ａ.为V2V通信增强WiFi广播

      我们为所有的V2V通信使用WiFi广播。然而，当前的IEEE802.11标准提供了一个实际上不存在的广播支持。特别地，广播传输并不是受保护的（例如，没有RTS/CTS），IEEE802.11标准中广播流量不存在确认/重传机制，因此WiFi中的广播通信有很高的丢失率。这被车辆网络的特性恶化，车辆网络以相对短的链路延迟、动态分区和快速变化的拓扑为特征。相比较而言，V-NDN兴趣包转发和内容获取极大地有利于高效和有弹性的广播传输，因为它允许机会转发、交付和缓存。

       我们设计并实现了一系列机制促进了在基于WiFi的VANET通信中的广播支持；那些机制发生在链路适配层。在我们的体系结构中，链路适配层决定了如果包在传播（1跳的传播），它执行了大量典型的链路层任务，例如，执行确认、检测丢失/网络破坏和管理重传。V-NDN使用隐含的确认系统，设计用于车辆通信，扩展工作记录在文献[13]中。每个车辆假定拥有一个基于数字地图的GPS和位置服务。链路适配层能够利用位置服务来提供空间感知，并依据当时的实际情况运用转发和重传策略。理想地，链路适配层目标是从当前的传输节点以最大距离贪婪地转发每个包，因此导致一个更快的包传播。在每个选择的转发方向，理想的下一跳是最远到达的车辆。链路适配层主要的任务是确保包在传输，并且尽可能地以最大速度传播。

      含蓄的确认机制在链路适配层实现，每当包从NDN网络接口接收到后执行。它依赖于两个不同的定时器来获取最大的转发距离。第一个小的随机定时器用于随机化传输时间，因此减少了等概率节点碰撞的可能性。第二个定时器设计用来与它们到最后一跳的距离成反比来排名车辆，定义为，D距离使用位置服务来计算。包被节点确认，如果它无意中听到了一辆车广播的相同的包，而不是最后的转发者广播的包。在城市场景中，一个更好的空间感知可能在十字路口引入。包可能是完全确认的，如果重传从起源于这样的十字路口的每个道路听到。这种方法允许NDN层和应用程序开发者依据应用需求应用不同的策略。

 

4.   实验示例

      V-NDN在UCLA被作为一种概念原型实现，并使用UCLA车辆测试床在校园内测试。一些实验于2012年11月25号、11月30号、12月1号进行，第一天是晴天，后面两天是雨天。实验涉及多个车辆。特别地，2012年11月25日，我们使用6辆车。2012年11月30日，我们使用10辆车。2012年12月1日，我们使用9辆车。我们设计并实现了车辆领域的两个NDN应用程序，交通信息程序和道路拍照程序。交通信息程序仿真一定区域内交通信息的请求和最近该区域中来自一个车辆的响应。相似地，道路拍照程序仿真了一定区域内图片的请求和最近该区域的来自一个车辆的响应。该区域名字编码进包的名字，而不是十字路口和街道，例如，/traffic/westwood-at-strathmore/指的是UCLA校园中靠近Westwood-Strathmore的区域的交通信息。已经或者当前正在该位置的汽车将响应该兴趣包，报告合适的交通信息。值得注意的是，一个兴趣包可能生成多个响应，然而，在当前的实现中，我们仅仅考虑第一个响应。我们应用两种不同类型的移动模型：城市模型，汽车围绕一个大的城市区域或者某一排的停车场，一个更加现实的移动场景，我们叫做双时钟，一部分车辆顺时针围绕一个街区，另一个汽车群体以逆时针围绕一个街区，来自不同环路的车辆可以通信仅仅一半的时间。图5（a）和5（b）显示了两组车辆的路径信息。

      该实验设计来研究在下面的通信场景中V-NDN的典型行为，用于车辆应用领域。

      （1）V2V：兴趣包和内容通过WiFi V2V连接传播，因此处理的内容是本地的（例如，几跳远）。应用程序，比如帮助左转和事故警告，可能从这种类型的通信中获益。（如图4(a）

      （2）I2V：让我们考虑一个交通模拟系统，通常为各种各样的十字路口请求当前的状态。消费者节点存在于有线网络中（例如，交通控制中心），生产者节点存在于车辆网络中，靠近或最近靠近兴趣点的车辆（图4(b)）。

      （3）V2I：生产者连接到有线网络中，消费者在车辆上。典型的例子是，当车辆想要获取目的地的交通数据时，直接的V2V路由可能并不高效，甚至是不可能的（图4(c)）。

      （4）对破坏的弹性：车辆网络是易于破坏的，链路延迟相对较短，拓扑持续变化，导致动态的网络划分。我们设计了一系列实验来重新产生该现象，并在这样严格的条件下研究NDN的行为/性能。

      （5）网络内存储：命名数据网络一个大的革新是在网络中引入缓存。该特性提升了效率，对于VANET来说是最基本的。

A.区域实验

      我们用这两个应用程序执行了大量的区域实验，改变移动模型和涉及到的通信类型（例如，V2V，V2I/I2V，V2V2I），每个实验都重复多次。该实验汇总如表I。

      （1）实验A1，A2，B1，B2：是初步的实验，执行在UCLA的停车场P8，没有移动性，或者非常基本的slow urban platooning。UCLA P8长265米，宽76米。无线范围内以操作频率2.4GHz覆盖整个停车场；然而，由于非常大量的竞争传输者（net-stumbler报告在该区域内可以听到大约100个访问点），无线范围使用广播消息，范围大约1米到30米。扩展实验在理想条件下执行，ElMirage Dry Lake Bed，California显示，在没有干扰的情况下，2.4GHz的wifi接口可以达到550米。

      （2）实验A3，A4，B3，B4：在道路上进行，围绕UCLA停车场P8。10个车辆被划分成两组，一组6辆，一组4辆。最小的车辆组顺时针围绕P8街区，如图5(a)中所示。第二个（最大的）车辆部分逆时针运行，覆盖一个大的道路街区，也包括UCLAP8结构，如图5(b)所示。车辆速度范围从6.3m/s到21.2m/s，例如14到47mph。移动模型允许车辆在相反方向相遇。然而，防止两个分区之间持续的连接。特别地，小的环路如图5(a)中所示，总长度827米；大的环路如图5(b)所示，总长度1023米，通常区域数量为~514米，因此大环中的车辆有机会遇见最短的环路中的车辆，大约一半的时间。注意到，在道路上共享的段，对车辆来说并不是一个充分的条件来相遇和交换数据。交通灯、交通流量和其他的城市设施在决定两车是否相遇中扮演重要的角色。特别的，在小环周围存在4个交通灯，大环周围6个交通灯。实验从11am进行到8pm，他们计入常规的小时流量和十字路口中的步行流量。实验期间交通灯和步行流量创建了动态的分区和空间，因为它发生在城市场景中常规的交通路线。在远离停车场的地方，我们观察到一个更长的wifi范围，达到318米。

      （3）硬件/软件设置：V-NDN安装在低开销的上网本上，Asus EeePc 1011CX，由Intel Atom N80供电，频率为1.6GHz；每个节点有2GB的内存和160GB的硬件驱动。每个节点拥有一个MIMO能力的WiFi卡，UnexDNXA-92特定的定制固件允许在大范围内操作，IBSS为5.8GHz。Unex DNXA-92 WiFi卡基于Atheros AR9280，这被Linux标准驱动Ath9k支持。天线连接器的最大传输能力，制造商声明2.4GHz带宽是27dBm，5.8GHz带宽是30dBm。我们使用双带宽全向天线Hyperlink HG2458-7RDR-NM，4.5dBi的增益，2400-2500MHz带宽，7dBi，5150-5850MHz带宽，天线有圆形极。所有的实验使用2.4GHz带宽（信道1）进行。两个节点装配有第二个WiFi接口，工作于Infrastructure模式。我们使用普适网络SR71USB，这也被Linux驱动（carl9170）支持。此外，其他两个节点装配有基于WiMax usb的接口，连接到UCLA-GENI WiMax测试床，工作于2690MHz，特别地，我们使用Teltonika UM62x1来支持多天线和空间多样性。我们也直接操作WiMax基站NEC INW-INTFC，实验时不连接任何其他用户。我们使用Ubuntu Desktop 12.04操作系统，在用户空间安装V-NDN，不需要内核裁剪。V-NDN在WiFi接口以Ad Hoc模式传输广播包，而在其他接口上通过IP传输NDN流量（见图4）。V-NDN集线器连接到其他隧道端节点，更喜欢适合的转发任务。实验由额外的4G链路控制，由Clear Wireless提供，然而，这样的链路仅用于实验控制和遥感目的，并作为实验链路。

 

 B.初步结果

      我们使用配置文件来通过网络收集包头，并记录软件主要事件（例如，转发、路由等），这导致几百兆字节的有用日志数据，以收集信息并了解NDN的性能。

      （1）    V2V实验：实验主要实施于2012年11月30日和2012年12月1日，车辆有1个wifi接口，工作于Ad Hoc模式。为了使用广播支持NDN，我们设计了机制用于含蓄的确认和重传，允许兴趣包和数据包的发送，如第III-A节描述，该机制在链路适配层实现，该层概念上作为2.5层。V-NDN链路适配层管理链路层重传和确认。特别地，提出的方法尝试限制了包的重广播，选择的可能延迟节点是离当前最远的。V-NDN链路适配层使用数字地图嵌入空间感知。我们设计了一个机制，用于允许应用程序选择空间确认程度；例如，在每个十字路口，应用程序可能需要包在任何道路方向被确认。数字地图和需要的功能通过系统范围的单一位置服务实现。确认机制是含蓄的，例如，节点无意中听到其他人转发的相同的包；如果没有检测到V-NDN链路适配层的确认，重传包达到最大重传次数，在整个实验过程中设置为7。我们研究下面的因素：

      a)     重传数量，需要使用wifi广播1跳转发包；

      b)     应用层的响应时间；

      c)     缓存的使用对比兴趣包转发的使用（在常规节点和仅中继节点）。

      图6(a)显示了CDF用于V-NDN链路适配层传输，用于不同实验场景下的交通信息程序（表I实验A1，A3）。表中显示在该静态情形中，大约75%的包仅需要一个链路适配层重传。在移动场景中，该图下降到65%，然而，移动类型（P8停车场或道路）在重传方面有很小的影响。注意到大约95%的包在5个重传中被确认，或者更少，因而最大重传当前设置到7。最后，15%的包（在静态情况下）在被实际传输之前在V-NDN链路适配层被确认，因而，他们不会开始广播。

      交通信息程序的响应时间累积分布函数（表I实验A1，A3），如图6(b)中所示。图表显示，在静态情形中，大约75%的交通信息兴趣包得到少于1秒的响应。在移动情形中，实验执行在停车场，比在校园的道路上的实验更差。我们相信，由于交通灯的影响，在移动流中引进了汇聚点和相对长的破坏，因此促进了连接。此外，UCLA停车场P8位于wifi访问点中间，因而有很高的噪声背景。

      表II显示了对于每个移动场景，缓存的角色考虑网络中的所有节点。特别地，聊天内容在移动场景中更加重要。我们期望拓扑改变更加快速，目标是更好地理解V-NDN中网络内缓存的角色，我们从数据集生产者中排除，并分析消费者和数据骡的缓存/转发统计。结果如表III中所示；数据证实，缓存在移动期间更有好处，特别地，当移动发生在一个相对严格的区域（停车场P8）。观察到仅仅骡子节点（例如，没有兴趣包或内容来源于这些节点），网络内缓存的角色变得更加突出；在这种情况下，大约66%的流量可以在本地缓存中发现，因而兴趣包没有被转发得更远。

      第二个参考应用在实验运行期间测试，消费者发送请求特定区域的图片的兴趣包，靠近该区域的车辆拍摄照片，并发送回到消费者。我们实现了应用程序实时拍摄图片。消费者发送兴趣包，名字为“/picture/westwood/Strathmo re”，意味着从照相机请求图片，该照相机装配在车辆上，靠近Westwood- Strathmore十字路口。该区域的车辆，将打开照相机，拍摄快照，并发送回去。我们的设计并不是最优化的，没有应用我们能够获取的51个相机摄影的任何优化的段和编码技术。照片的平均大小是6.3KB，平均在5个数据块中。为了考虑所有数据块接收到的照片需要到达消费者。移动场景中道路照片应用的响应时间平均81秒（图5），静态场景中28秒；中间点分别是55.6秒和1秒。我们网络的空间特性影响了道路照片应用的响应时间，遭遇的破坏比交通信息程序更多。交通信息应用的内容包含在单个的内容包中，道路拍照应用需要几个包到达消费者。我们相信应用最优化技术，比如网络编码和更复杂的文件编码，结果可以提升。

      （2）  基础设施角色和V2X场景：在11月25日和11月30日的实验中，我们有一些多宿主车辆。特别地，在11月30日，两个节点是多宿主的，并装配有WiFi（V2V）和WiMax接口，在11月25日，两个节点有WiMax接口，一个节点有额外的WiFi接口，在基础设施模式，常规的V2V接口。结果主要是量化的，他们主要被用于概念的证明，而不是性能评估。

      2012年11月30日，25个内容从两个宿主节点中的一个节点的WiMax接口接收到，然后交付到目的节点，那些内容由WiMax ASN网关之后的有线网络中的V-NDN节点产生。11月30号的实验，我们能够从WiMax获得388个内容，从WiFi基础设施获得34个内容。

      第二个实验设计来更好地理解该现象，我们使用两个车辆以顺时针方向围绕停车场。在停车场的一个角落里，我们设置了一个访问点，并将其连接到校园设施（图7）。消费者装配有2个WiFi接口，一个工作于Ad-Hoc模式，另一个工作于基础设施模式。生产者装配有1个WiFi接口，配置为Ad Hoc模式和1个WiMax接口。在该实验中，我们考虑照片获取场景，消费者请求以常规间隔时间拍摄照片。兴趣包和数据包在传输的任何时间经过任意接口可用。照片在接收到兴趣包的时候，通过计算机配置的照相机实时拍摄，照片大小为68KB到100KB。每个照片划分成每个数据块1300字节的多个数据块。我们计算在哪个接口上数据块怎么传输，如图8中所示。

      （3）  数据包从生产者发出：当内容在网络中传输时，它从创建它的生产者发出，当信息发出时，其生命线独立于生产者的生命线。实际上，信息、生产者和缓存使用的解耦允许得到内容的每个节点使用它，并将其传递到每个发送兴趣包的消费者，不论数据的最初生产者是谁。

      作为概念的证明，我们运行一个实验会话，重复创建消费者请求内容的场景，在生产者离开之后：仅仅一个生产者在运行，消费者请求内容，当收到内容后，生产者断电。之后，另一个消费者发送相同的兴趣包，仅仅通过一些周围车辆的CS被满足，因为该内容不存在更多的生产者。

      像我们所期望的，第二个消费者能够得到期望的内容，即使仅有的生产者已经离开。此外，由于无线通信的广播特性，可以容易地允许内容的传播，尽管生产者缺失，满足时间似乎没有负面影响。

 

5.   V-NDN可扩展性

      V-NDN的可扩展性通过模拟实验来验证，因为运行几百几千个车辆的实验是极度困难的。我们在ndnSIM上实现了V-NDN，基于NS3的命名数据网络模型。我们运行300秒的模拟实验，包括695个车辆，在洛杉矶2100米的住宅区域移动。汽车移动性使用SUMO生成，尽可能现实的，在生成移动性的过程中，对于道路的重要性和范围，交通流量一直是连续的，如图9中所示。无线传播用CORNER建模，一个城市场景下高度精确的传播模型，考虑建筑的出现和快速消隐的结果。所有的车辆装配有WiFi Ad-Hoc网络接口，但仅仅在接口的一个子集中，应用程序（消费者或者生产者）运行，其他车辆可以认为是数据骡。我们模拟了交通应用，当我们改变消费者的数量时，仍以固定数量的生产者（14%）运行。地图以428个道路段为特征，在该区域中，考虑存在三个道路段类别：（1）50 6车道路段（11.7%），速度限制为45Mph；（2）34 4车道路段（7.9%），速度限制为35Mph；（3）344 2车道路段（80.4%），速度限制为25Mph。

A.   结果

      尽管V-NDN的包转发策略的研究仍然处于萌芽期，未来一定会有提升，本文中呈现的初步的模拟实验结果可以作为一个对理解V-NDN可行性的指导方案，甚至当一个高度次最优的控制的洪泛策略被使用。

      图11显示每次应用消费者发送兴趣包时，网络中发送多少兴趣包，而图10显示消费者得到期望的内容需要多长时间。两张图揭示了一个重要的因素：当大量的节点感兴趣于相同的信息增长的集合，整个系统的满足时间和开销的性能同时提升。实际上缓存听到的信息的过程，NDN基本的命名内容的方法，代替节点转换所有的数据骡，得到内容到内容自身的生产者：不仅仅数据骡可以转发它刚刚接收到的内容，与转发过程进行结合，而且在未来它自身也将允许响应相同内容的兴趣包，而没有生产者介入，因此没有兴趣包更远的传播，仅仅通过检查名字。

 

6.   讨论

      无线技术的提升让我们不受限于固定通信，带来了网络移动设备的出现。而蜂窝通信提供了一个全球的无线基础设施，频谱缺乏和技术挑战迫使移动网络操作者，鼓励可选技术的使用，比如WiFi，保持越来越多的用户基数和增长的数据需求。实际上，在美国和国外，绝大多数当前的蜂窝提供者仅提供固定的数据供应。

 

A.   因特网链条

      多宿主和移动性允许用户利用自然信息位置，利用机会通信模型，比如Ad Hoc通信。用户可以获取本地数据，减少蜂窝基础设施的影响，并机会地连接到本地热点或者其他用户。该方法可以很容易地通过IP协议执行，自然地运用于V-NDN。

 

B.    使用名字通信

      V-NDN，通过命名数据，而不是主机，并将数据与IP地址解绑，可以对通信带来实质性的优势：

      （1）   解除了应用程序和网络传输的隔离，允许转发节点处理应用需要的数据。

      （2）   通信可以自发地开始，因为IP地址分配的基础设施不再需要。

      （3）   命名数据促进数据安全，网络中的内容由作者签名。

      （4）   本地产生的数据和具有本地意义的数据，作为交通信息，不再需要被传输到远程服务器；数据在车头产生将仍在车头被消费，并被节点交付到消费者，而不经过远程服务器。

 

C.   未来挑战

      移动命名数据网络仍处于早期阶段。有几个需要解决的挑战和研究问题变成了主流，如文献[12]总结的那样。特别地，通过限制消息传播减少通信开销而不影响网络中的性能，仍然是一个开放问题。

      名字空间是NDN的核心，名字设计是仍然活跃的研究课题。实际上，命名方案不仅仅与应用相关，而且可以积极地影响通信性能：使用名字帮助转发过程，是未来的一步，来提升V-NDN体系结构。除了名字设计，V-NDN的工作不仅仅扩展到车辆网络，而且扩展到所有其他类型的移动设备，包括移动电话。

 

7.   参考文献

[1] A. Afanasyev, I. Moiseenko, and L. Zhang.ndnSIM: NDN simulator for NS-3. Technical Report NDN-0005, NDN Project, July2012.

[2] E. Giordano, R. Frank, G. Pau, and M. Gerla.Corner: a realistic urban propagation model for vanet. In Wireless On-demandNetwork Systems and Services (WONS), 2010 Seventh International Conference on,pages 57–60. IEEE, 2010.

[3] Y.-C. Hu and K. P. Laberteaux. Strong vanetsecurity on a budget. In Proceedings of Workshop on Embedded Security in Cars(ESCAR), 2006.

[4] IEEE802-WG. IEEE 802.11, part 11: WirelessLAN medium access control (MAC) and physical layer (PHY) specifications. InANSI/IEEE Std 802.11, 1999 Edition (R2007), 2007.

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以下是论文报告的PPT版本：