MP2P在车联网资源共享策略中的应用

罗建康　张巍

摘要：车载网在汽车领域的应用非常广泛，但由于流动性高的车辆节点，导致网络拓扑结构的变化非常快，所以传统的C/S体系结构难以满足车联网的需求。文章提出了一种新的移动P2P架构在车联网中的应用。该种架构能够满足移动环境下网络拓扑结构易变化的特性，能够使同一路测单元下的各车辆节点共享资源，减少了服务器端的带宽压力。关键词：车联网；MP2P；资源共享

引言

文章中车联网的系统架构分为三个部分，车载移动终端设备即车载单元处于车联网系统架构中的第三层，网络中转站的路侧单元作为第二层，实现数据集中控制的网络中心作为最上面一层。车辆节点将自身携带的资源及采集到的资源传送到AP站点，AP站点再根据不同的信息种类进行分类处理。这些信息可能的流向是：一是路侧单元将这些信息传回网络中心，网络中心对这些信息进行处理利用；二是路侧单元之间的信息传递，使得相近的路测单元进行信息共享；三是路侧单元将信息处理过后再次传回车载单元，对车载单元进行控制或者使得车载单元对这些信息进行利用。

在车联网的系统架构中，如果采用传统的C/S架构会使得服务器端的带宽压力非常大，并且在连接过程中的连接不间断问题也很难保证。所以，我们根据车联网架构的性质，以及车联网用户的需求，提出了一种基于移动P2P技术的合作下载方法用于车联网中，使得车载单元在：高速移动的环境下获得良好的用户体验。

1 车联网传统资源获取方法

车联网中传统的资源获取方法是采用C/S架构，即客户端/服务器架构，OBU作为客户端，RSU作为服务器，OBU统一将资源上传到RSU，由RSU统—对这些资源进行管理控制以及提供下载。这种架构有两个优点：一是RSU统—对这些资源进行管理，不易造成资源遗漏。二是保密性好，由服务器统一管理各个OBU，只要服务器的保密性高，就不易造成各个OBU信息的泄漏。C/S架构在车辆网中的部署示意，如图1所示。

采用C/S架构有一个优点就是可以保证RSU覆盖下的所有OBU都可以得到及时响应，但是也有一个缺点，就是当RSU覆盖下的OBU数量过多时会导致RSU负荷过大。其次，如果同一RSU盖下的多个OBU在不同时间段向RSU请求同一资源时，会使得RSU做重复动作，造成资源浪费。最后，由于车联网的特性，使得在高速移动环境下网络连接不稳定造成网络中断，影响用户体验。

2.1 移动P2P技术

车联网的P2P模型采用半分布式结构，分为三层，如图2所示，第一层是用户终端，携带着用户信息以及用户资源；第2层为超级节点（Server）和索引节点（Tracker），Server负责存储用户终端上传的资源并对这些资源进行管理分配，Tracker存储用户节点的文件列表，用户终端每次获取资源都要通过Tracker查询哪些用户终端拥有该资源，之后由Server统一调度，控制这些用户终端向该用户终端发送资源；最顶层则是中心云，中心云是总后台，连接着多个AP，管理着连接在这些A吐的Server。

MP2P具有以下特征：

（1）网络拓扑结构易变化：传统P2P网络拓扑结构一般比较稳定，不易发生变化，而MP2P网络拓扑结构容易发生变化，不稳定，这些特点使得移动环境下网络连接易中断。

（2）节点本身资源有限：由于节点本身的移动性，使得节点的计算能力，存储能力和电源供应能力都受到限制，这使得其在连接AP站点以及和AP站点及其他节点共享资源时必须考虑自身资源限制，使其能力发挥受到一定限制。

（3）网络层分配地址不统一：传统P2P网络在接入路由器时就分配了IP地址，并且不会再改变，而移动P2P网络由于其移动特性，节点在移动过程中IP地址会经常发生变化。

2.2 移动P2P技术在车联网中的资源共享方法

资源发现策略是移动P2P网络中车辆节点获取其他车辆节点及AP站点资源信息列表的方法，怎样以一种快速有效的方式响应节点请求并满足其获取其他资源信息请求关系到整个网络的高效性，P2P网络系统是为实现各节点资源共享而产生的，移动P2P网络由于其高速移动性，满足其资源共享策略显得更为困难，怎样以更低的成本，在更短的时间内以一种更为有效的方法发现其他节点并获取其资源信息是这篇论文的研究内容。

移动P2P网络节点的高速移动性使得其网络拓扑节点容易发生变化，形成了网络一致性问题。网络拓扑一致性问题会造成其连接节点的资源经常发生变化，造成移动扰动性，而且引起数据传输的低效。因此，如何提高整个移动P2P网络的覆盖层和网络层结构的一致『生是移动P2P网络研究的主要内容之一。

数据分发是某个车辆节点通过某种机制方法将其他节点需要的数据通过某种高效的方式分发给所有请求该资源的车辆节点的过程。在整个网络连接不可靠，资源有限及节点设备受限的情况下，如何以一种高效的数据分发策略直接关系到整个P2P网络性能的优劣，数据分发基本上有下面四个过程组成：数据处理、路由选择、数据发送和数据接收，每个过程本身的优劣程度直接影响到整个P2P网络数据分发策略的优劣。所以，如何结合车联网移动网络环境的自身特点，设计一种适用于车联网的高效的数据分发策略是车联网移动P2P网络研究的重要内容。

整个框架分为云端，server，tracker和移动终端四个部分，Tracker用于存储Server和各个移动终端的资源列表，所有移动终端一旦进入AP的覆盖范围时，都会将自己的资源列表传送给Tracker，当移动终端向服务器发送请求时，服务器会从Tracker的资源列表中查找，如果查找成功，则将相关的资源列表返回给移动终端，实现移动终端的点对点通信，如果查找失败，Server则会从云端拉取资源。

由于RSU的计算能力、带宽、内存容量有限，本论文中利用Rsu向中心云开虚拟机为车载单元服务的方法，每个节点的网络地址及所持有的资源索引都存于中心云的资源列表中，同时，每个节点都拥有一张路由表，查询只能指向那些路由表中的对等体（即RSu覆盖范围内的所有普通节点）。如图3所示，当A车进入RSU1的覆盖区域内时，RSU1将A车的网络地址及所持有的资源索引通过RSU1发送至中心云，当然，B、C车进入RSU1时这个步骤已经完成，同时，覆盖区域的所有车更新路由表，当RSU1发布一段正是A车所需要的视频信息时，A车向RSU1发出下载申请，于是RSU1向云中开了一个虚拟机a为A车服务（只有当发出下载申请时才开虚拟机，RSU可以在云中开多个虚拟机，这就涉及到虚拟机通信与同步的概念及相关技术，虚拟机a从资源列表中监测到B车与C车刚好有视频的片段1、片段2，于是将此资源列表信息通过RSU传达给A车，为以后A、B、C车离开RSU1的覆盖范围组成自组网实现资源共享作铺垫；当A车进入到RSU2的覆盖范围，需要继续下载时，不再需要在RSU2中开虚拟机，直接改变虚拟机a的AP即可达到目的。

3 结语

信息安全问题是车联网移动P2P网络研究中应该关注的重要内容。目前，对移动P2P网络信息安全的研究主要在以下几个方面：信任管理、攻击检测、访问控制；对隐私问题的匿名通信和对等信誉方面也会加以研究。移动P2P网络在车联网环境下能否发挥更大的作用主要集中在节点信誉方面。集中式的节点信誉管理有着自身缺点，既复杂又不一定可靠，对等信誉由于其便于管理，不属于集中式管理，是未来节点信誉管理的理想选择。