一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議。本發(fā)明利用車輛行駛的道路特征，首次提出了穩(wěn)定度和有效性乘積(Product?of?Connection?and?Distance，CDP)的計(jì)算方法來選擇最佳下一跳，并利用局部恢復(fù)的方法在路由斷開時(shí)及時(shí)恢復(fù)。本發(fā)明將路由過程分為兩個(gè)階段：1、在路由建立階段，車輛首先確定所處位置是十字路口區(qū)域還是路段區(qū)域。若節(jié)點(diǎn)處于路段區(qū)域，那么節(jié)點(diǎn)將選擇CDP值最大的鄰居為下一跳；若節(jié)點(diǎn)處于十字路口區(qū)域，節(jié)點(diǎn)首先選擇出下一個(gè)路段，然后計(jì)算該路段中的鄰居節(jié)點(diǎn)的CDP，選擇出最佳下一跳。根據(jù)CDP的值，依次選擇出最佳下一跳，最終建立好一條高效的路由。2、在路由恢復(fù)階段，節(jié)點(diǎn)采用局部恢復(fù)策略，而出現(xiàn)局部恢復(fù)失敗或者路由空洞采取攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)策略。
【專利說明】一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議，屬于車載網(wǎng)的路由協(xié)議利用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]車載網(wǎng)，即車輛通信網(wǎng)絡(luò)，是一種旨在感知車輛的車速、位置等信息，與一定通信范圍內(nèi)的車輛相互交換感知的數(shù)據(jù)，并自動(dòng)連接建立起來的一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。通過網(wǎng)絡(luò)間信息的交換，實(shí)現(xiàn):減少交通事故的發(fā)生；降低交通擁堵；行駛途中娛樂應(yīng)用、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。
[0003]車載網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，涉及到車輛制造、城市規(guī)劃和通信網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，有著非常好的應(yīng)用前景。為了保證不同應(yīng)用能夠有效的在車載網(wǎng)中使用，還有許多的關(guān)鍵技術(shù)有待研究和發(fā)現(xiàn)，其中包括高性能的物理層傳輸策略、公平可擴(kuò)展的MAC層協(xié)議、高效的數(shù)據(jù)傳輸和路由協(xié)議。在眾多的關(guān)鍵技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議吸引了眾多研究人員的注意力。
[0004]路由協(xié)議負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分組從源節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)，它主要包括兩個(gè)方面的功能:尋找源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間的優(yōu)化路徑，將數(shù)據(jù)分組沿著優(yōu)化路徑正確轉(zhuǎn)發(fā)。車載網(wǎng)與傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其ad-hoc網(wǎng)絡(luò)相比，有著如下先天的特點(diǎn):
[0005](I).拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化:車輛在高速移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也時(shí)常變化；
[0006](2).網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定性差:拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)常變化的結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)時(shí)斷時(shí)連，鏈路穩(wěn)定性較差；
[0007](3).移動(dòng)特征:車輛移動(dòng)有一定的特征，受道路、公交燈、速度限制、交通狀況和司機(jī)的駕駛習(xí)慣的影響；
[0008](4).傳播模型:由于建筑物、樹和其他車輛的存在,車載網(wǎng)的傳播模型經(jīng)常認(rèn)為不是在空曠的空間里傳播；
[0009](5).能量和存儲(chǔ)空間無限制:車載網(wǎng)中假設(shè)節(jié)點(diǎn)有足夠的能量和計(jì)算能力。
[0010]由于存在以上特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、ad-hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議在車載網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)遇到了各種各樣的問題，路由技術(shù)也成為了車載網(wǎng)中的重大挑戰(zhàn)之一。
[0011]車載網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)在安裝了全球定位系統(tǒng)(GPS)、電子地圖之后，能夠獲知城市道路布局信息和自己所在的位置，同時(shí)通過信息交換可以獲知鄰居節(jié)點(diǎn)的位置、速度等多種信息，因此現(xiàn)有的路由協(xié)議研究較多的是基于地理位置的路由協(xié)議。基于地理位置的路由協(xié)議又可以分為三類:受限定向洪泛路由、分層轉(zhuǎn)發(fā)路由和貪婪轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議。首先，這些協(xié)議或者沒有考慮到車輛密度對車輛轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包成功率的影響；或者通過復(fù)雜的算法來計(jì)算車輛密度，計(jì)算的前提條件比較苛刻，更新密度的網(wǎng)絡(luò)代價(jià)比較大、計(jì)算比較復(fù)雜，而且準(zhǔn)確度一般。其次，基于地理位置的路由協(xié)議，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇下一跳的標(biāo)準(zhǔn)是在鄰居中選擇到目的節(jié)點(diǎn)的歐式距離最短的鄰居節(jié)點(diǎn)，在不知道全局節(jié)點(diǎn)位置的情況下，這種選擇是局部最優(yōu)的貪心算法。選擇離目的節(jié)點(diǎn)最近的鄰居作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，一般來說，意味著選擇離當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)(源節(jié)點(diǎn)或轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn))最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)，所以該類算法的路由路徑穩(wěn)定性較差，鏈路斷開較為頻繁，恢復(fù)鏈路需要的開銷較大。反之基于穩(wěn)定性的路由算法中，當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)選擇下一跳的標(biāo)準(zhǔn)是在鄰居中選擇與它連接持續(xù)時(shí)間最長的鄰居節(jié)點(diǎn)。在有多個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)與當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)的速度差相同的情況下，該算法選出的下一跳一般是離當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)最近的鄰居，因此該類算法的缺陷是源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由路徑的跳數(shù)較大，導(dǎo)致時(shí)延較大。
[0012]綜上所述，車載網(wǎng)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)需要考慮網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特征以及節(jié)點(diǎn)的內(nèi)在屬性，因此基于地理位置的路由協(xié)議受到了廣泛的關(guān)注。而現(xiàn)有的地理位置路由協(xié)議要么單獨(dú)考慮鏈路穩(wěn)定性而選擇與當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離最近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳，要么單獨(dú)考慮鏈路有效性而選擇與當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)的距離最遠(yuǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳，這兩種方法能夠滿足某些性能的需求，但綜合性能不是很理想。在實(shí)際的交通道路網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)在十字路口區(qū)域如何有效地、準(zhǔn)確地選擇下一個(gè)路段作為下一跳傳輸?shù)穆范我仓档醚芯?。總之，若根?jù)車輛自身的攜帶信息，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定而有效的路由協(xié)議，即利用車輛自身攜帶的信息挖掘出在不斷的拓?fù)渥兓写嬖谝粭l穩(wěn)定性較好、高效的路由，能夠減少路由斷開的維護(hù)開銷，提高數(shù)據(jù)包傳輸?shù)某晒β?，降低?shù)據(jù)包傳輸帶來的時(shí)延。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議。該路由協(xié)議不依賴于導(dǎo)航系統(tǒng)硬件的安裝，只需車輛提供的實(shí)時(shí)GPS位置信息，即可根據(jù)城市中車輛的位置、運(yùn)行速度和目的地位置信息，選擇一條高穩(wěn)定性和高效的路由路徑。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0015]一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議，其特征在于包括以下步驟:
[0016]步驟1，根據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)道路布局信息，以十字路口為分界線對道路網(wǎng)絡(luò)劃分為十字路口區(qū)域和路段區(qū)域，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的GPS位置判定節(jié)點(diǎn)屬于什么區(qū)域。如圖1中示例，道路可以分為9個(gè)十字路口區(qū)域，對應(yīng)的十字路口 ID為I」(j = 1，2，...，9)，以及十字路口之間的路段區(qū)域，如I山；
[0017]步驟2，若當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于路段區(qū)域，那么節(jié)點(diǎn)將采用路段區(qū)域路由方式選擇下一跳，即節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)時(shí)的車輛情況來計(jì)算鄰居的穩(wěn)定度和有效性乘積(CDP)值，根據(jù)CDP值的大小選擇最優(yōu)下一跳，然后進(jìn)入步驟4 ;若當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于十字路口區(qū)域，那么將采用十字路口區(qū)域路由方式選擇下一跳，即節(jié)點(diǎn)計(jì)算候選十字路口區(qū)域的權(quán)重，選擇最優(yōu)的下一個(gè)十字路口，進(jìn)入步驟3 ；
[0018]步驟3，將步驟2選擇的下一個(gè)路口中的鄰居車輛作為候選下一跳車輛，在候選車輛中根據(jù)其CDP值來選擇最優(yōu)下一跳；
[0019]步驟4，若源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)路由路徑建立未完成，轉(zhuǎn)向步驟2;否則，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)按照路由路徑傳輸數(shù)據(jù)；
[0020]步驟5，路由路徑建立完成后，監(jiān)測路由路徑是否仍然存在。當(dāng)路徑中有車輛由于行駛方向和其他原因?qū)е侣窂綌嚅_時(shí)，開啟本地路由恢復(fù)算法；
[0021]步驟6，檢測步驟5中的路由恢復(fù)算法，采用最新的完整的路由路徑傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟4。保證源節(jié)點(diǎn)總是采用最新的路由來傳輸數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)。
[0022]其中，[0023]所述步驟I中，當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)電子地圖和GPS位置信息，確定自己是否處于十字路口區(qū)域，如果是就進(jìn)行候選十字路口選擇，否則按照步驟2選擇下一跳。
[0024]所述步驟2中，當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于路段區(qū)域，即節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向都是相同或者相反的，如圖1中示例。在這里，考慮選擇在同方向的節(jié)點(diǎn)中選擇候選下一跳(比較容易的篩選出同方向的車輛)。為了討論簡單，首先考慮在單車道的道路上行駛的車輛節(jié)點(diǎn)，如圖2(a)所示。假設(shè)道路限定的最大速度為Vm，在節(jié)點(diǎn)S的通信范圍之內(nèi)有節(jié)點(diǎn)I至5，節(jié)點(diǎn)S及其鄰居的當(dāng)前速度大小為vs、vn(n = I,...，5,vs、vn都小于Vm)。節(jié)點(diǎn)S與鄰居節(jié)點(diǎn)(以節(jié)點(diǎn)I為例來說明)的關(guān)系有:兩者的實(shí)際距離(即歐幾里得距離)為RnOi = I)，穩(wěn)定連接距離為Ln(η = I)，并且有Rn+Ln = R0因此，對任意鄰居節(jié)點(diǎn)來說，和節(jié)點(diǎn)S的連接時(shí)間可計(jì)算為:
【權(quán)利要求】
1.一種平衡穩(wěn)定性和有效性的車載網(wǎng)地理路由協(xié)議，其特征在于: 1)所述的一種平衡穩(wěn)定性和有效性的地理路由協(xié)議，可通過計(jì)算函數(shù)⑶P計(jì)算得出最佳的下一跳； 2)根據(jù)道路的布局，區(qū)別路段和十字路口來考慮車載網(wǎng)路由； 3)根據(jù)道路的特征來分析⑶P函數(shù)。
2.如權(quán)利要求1中所述的CDP函數(shù)，其特點(diǎn)在于: DCDP由當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)和其鄰居節(jié)點(diǎn)的速度、距離，以及節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍決定； 2)在路段區(qū)域，候選節(jié)點(diǎn)為與當(dāng)前發(fā)送節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相同的鄰居節(jié)點(diǎn)； 3)在十字路口區(qū)域，選擇出最佳路段，候選節(jié)點(diǎn)為最佳路段中的鄰居節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號】H04W40/24GK103634871SQ201310003819
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年1月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月5日
【發(fā)明者】孫詠梅, 戴其進(jìn), 紀(jì)越峰 申請人:北京郵電大學(xué)