一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知的機(jī)會路由方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知的車載自組織網(wǎng)絡(luò)機(jī)會路由方法，針對車載自組織網(wǎng)絡(luò)高動(dòng)態(tài)拓?fù)渲袩o線網(wǎng)絡(luò)間歇性中斷、通信困難的場景：（1）提出了路段鏈路斷開處主動(dòng)向路口發(fā)起預(yù)警的DA機(jī)制以及鏈路狀態(tài)更新的方法；（2）路口通過最近m個(gè)Hello消息周期的鏈路狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算路段無線鏈路隨后重新連接概率的RP值；（3）改進(jìn)GPSR路由協(xié)議，加入攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，在路口通過主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知機(jī)制得到具有最大重連概率的路段，使用改進(jìn)的貪婪算法輔助路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策。提高了數(shù)據(jù)投遞率，減小了時(shí)延和開銷，增強(qiáng)了城市路口數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的穩(wěn)定性、及時(shí)性和可靠性。
【專利說明】一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知的機(jī)會路由方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及車載無線網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，提出一種機(jī)會路由中的鏈路狀態(tài)主動(dòng)感知的機(jī)制，并給出一種路段鏈路重連概率的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車載自組織網(wǎng)絡(luò)(Vehicular Ad Hoc Networks,車載自組織網(wǎng)絡(luò))是由車載單元和路邊設(shè)施組成，通過無線數(shù)據(jù)傳遞與蜂窩網(wǎng)、W1-Fi及陸地移動(dòng)無線設(shè)備連接，再通過公共網(wǎng)路送到移動(dòng)管理中心的特殊專用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。它是移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad-hocNetworks, MANET)的一個(gè)特殊范疇，具有高速動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)?、受道路拓?fù)浜驼系K物限制、節(jié)點(diǎn)快速移動(dòng)、密度分布不均、無線傳輸間歇性中斷和陰影效應(yīng)等特點(diǎn)。目前車輛都配備有GPS，通過信標(biāo)消息交互獲得一跳傳輸范圍內(nèi)鄰居的位置、速度、方向和目的等信息，選擇最優(yōu)鄰居來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。
[0003]車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于地理的延時(shí)容忍網(wǎng)絡(luò)(Delay Tolerant Networks, DTN^PI機(jī)會路由常與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS和電子地圖相結(jié)合，目前已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，具有挑戰(zhàn)性和機(jī)遇。
[0004]機(jī)會路由通常用節(jié)點(diǎn)到目的的最短路期望傳輸計(jì)數(shù)(Expected TransmissionCount,ETX)值、跳數(shù)或地理距離作為計(jì) 算優(yōu)先級的指標(biāo)篩選最佳節(jié)點(diǎn)。如果沒有這樣的節(jié)點(diǎn)，將攜帶轉(zhuǎn)發(fā)尋找更好的機(jī)會。它的核心是尋找一個(gè)候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集，再選擇優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。車載自組織網(wǎng)絡(luò)中典型的地理機(jī)會路由有GPSR、GPCR、MORCD, T0-G0, GeOpps,GeoDTN+等。
[0005]車載自組織網(wǎng)絡(luò)中機(jī)會路由協(xié)議的目的如何獲取實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的鏈路狀態(tài)信息。有助于提高路由協(xié)議端到端的可靠性和及時(shí)性。而車載自組織網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有路由方法鏈路感知方案多由源節(jié)點(diǎn)或路口節(jié)點(diǎn)發(fā)出，不僅被動(dòng)且浪費(fèi)有限資源，且導(dǎo)航系統(tǒng)或路邊設(shè)施的歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不能反映實(shí)時(shí)鏈路狀態(tài)，造成較大時(shí)延和開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提出一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知的機(jī)會路由方法(即機(jī)會路由協(xié)議DARP (Disconnection Alerts Routing Protocol),用于解決提高端到端通信的可靠性，減少機(jī)會路由獲取鏈路狀態(tài)信息的時(shí)延和開銷。
[0007]所述方法主要包括以下步驟:
[0008]步驟1:確定路段 中的節(jié)點(diǎn)的四種狀態(tài)；
[0009]步驟2:DA (Disconnection Alerts斷開警告)機(jī)制主動(dòng)感知鏈路斷開,發(fā)送BAP(Border node Alerts Packet邊界節(jié)點(diǎn)警告包)報(bào)文；
[0010]步驟3:路口 IN更新鏈路狀態(tài)，廣播IN_BAP (Intersection Node_BAP路口節(jié)點(diǎn)BAP)；[0011 ]步驟 4:重連概率(RP, Re-connection Probability,)值的計(jì)算；
[0012]步驟5:選擇最大路段上的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行貪婪轉(zhuǎn)發(fā)。
[0013]以下是對每一個(gè)步驟的詳細(xì)說明:
[0014]步驟1:車載自組織網(wǎng)絡(luò)中所有車輛都裝備了 GPS及當(dāng)前區(qū)域的電子地圖，車載自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通過周期性的HELLO報(bào)文交互建立鄰居列表，獲取一跳范圍內(nèi)鄰居的地理位置，根據(jù)自己和鄰居的位置關(guān)系，判定自身的節(jié)點(diǎn)類型:路口節(jié)點(diǎn)(Intersection Node,IN)、前后都有鄰居的隊(duì)列節(jié)點(diǎn)(Party Node，PN)、只有一邊有鄰居的邊界節(jié)點(diǎn)(BorderNode, BN)、前后都沒有鄰居的孤立節(jié)點(diǎn)(Isolated Node, SN)。
[0015]步驟2:DA機(jī)制檢測到節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)置為邊界節(jié)點(diǎn)BN時(shí)，即刻生成一個(gè)警告當(dāng)前路段斷開的BAP報(bào)文發(fā)送給路口 IN，當(dāng)IN節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)BAP報(bào)文時(shí)，立即更新本地路口與相鄰路口的連接狀態(tài)Cij,取值范圍0-1，然后丟棄該BAP。IN按HELLO消息周期性檢查本地鏈路狀態(tài)表，如果在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)沒有收到BAP報(bào)文，則默認(rèn)該條鏈路是完全連接的Cij [0]=lo另外，若路口節(jié)點(diǎn)IN周期性檢測自己的鄰居列表在Ia方向沒有鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，更新ab鏈路為非連接狀態(tài)(；」[0]=0。
[0016]步驟3:路口節(jié)點(diǎn)更新路段鏈路狀態(tài)七」=[(^，RPij]，生成新的IN_BAP報(bào)文，以廣播的方式向當(dāng)前路口的所有節(jié)點(diǎn)更新已斷開路段的信息，當(dāng)路口節(jié)點(diǎn)接收到IN_BAP報(bào)文時(shí)，則比對鏈路狀態(tài)列表中路段IiL的狀態(tài)更新時(shí)間與IN_BAP報(bào)文中該路段的鏈路狀態(tài)更新時(shí)間的值，保留最新的Cij和RPij。
[0017]步驟4:通 過最近m個(gè)HELLO周期的鏈路狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算該鏈路的重連概率:
【權(quán)利要求】
1.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中主動(dòng)鏈路狀態(tài)感知的機(jī)會路由方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1:確定路段中的節(jié)點(diǎn)的四種狀態(tài)； 步驟2:DA機(jī)制主動(dòng)感知鏈路斷開，發(fā)送BAP報(bào)文； 步驟3:路口 IN更新鏈路狀態(tài)，廣播IN_BAP ； 步驟4:重連概率(RP)值的計(jì)算； 步驟5:選擇候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中鄰居節(jié)點(diǎn)所在路段中的RPu最大的節(jié)點(diǎn)作為新的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行貪婪轉(zhuǎn)發(fā)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1，車載自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通過周期性的HELLO報(bào)文交互建立鄰居列表，根據(jù)自己和鄰居的位置關(guān)系，判定自身的節(jié)點(diǎn)類型:路口節(jié)點(diǎn)(IN)、前后都有鄰居的隊(duì)列節(jié)點(diǎn)(PN)、只有一邊有鄰居的邊界節(jié)點(diǎn)(BN)、前后都沒有鄰居的孤立節(jié)點(diǎn)(SN)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2，節(jié)點(diǎn)判定自身狀態(tài)為邊界節(jié)點(diǎn)BN后，開始主動(dòng)鏈路狀態(tài)更新:BN主動(dòng)觸發(fā)此路段斷開的BAP報(bào)文，通知路口節(jié)點(diǎn)IN鏈路斷開；如果傳遞BAP報(bào)文的節(jié)點(diǎn)在目的路口方向上沒有下一跳，則丟棄該BAP報(bào)文，由于這目的路口方向存在另外的距離路口更近的BN已經(jīng)生產(chǎn)了新的到該路口方向的BAP報(bào)文；當(dāng)IN節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)BAP報(bào)文時(shí)，則更新本地路口與相鄰路口的連接狀態(tài)Cu (取值為0-1)，然后丟棄該BAP報(bào)文。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3，本地路口節(jié)點(diǎn)IN通過接受BAP報(bào)文或IN_BAP報(bào)文，更新本地路口節(jié)點(diǎn)IN到相鄰IN的鏈路狀態(tài)Sij ;假設(shè)當(dāng)前路口與相鄰路口之間鏈路狀態(tài)為SftCij，RPij]，其中=Cij表示路段IiIj是否連接，其中Cij=I表示當(dāng)前路段處于連接狀態(tài)，Cij=O表示非連接；根據(jù)更新的鏈路狀態(tài)Sij= [Cij, RPij]生成新的IN_BAP報(bào)文，向當(dāng)前路口的所有節(jié)點(diǎn)廣播已斷開路段的信息。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟4，路口Ia根據(jù)最近m個(gè)Hello消息周期內(nèi)鏈路狀態(tài)統(tǒng)計(jì)得到的、路段反映了鏈路穩(wěn)定性的重連概率RPu值，取值范圍為[0-1];當(dāng)1?^ e (O, I)時(shí)，RPij表示路段在下一個(gè)Hello報(bào)文間隔時(shí)重新連接的概率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述RPij值統(tǒng)計(jì)了最近m個(gè)Hello周期的


鏈路狀態(tài)，且在當(dāng)前時(shí)刻，路段I山的重連概率為
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟5，路口節(jié)點(diǎn)IN具有最高的優(yōu)先級，若鄰居列表中存在IN，首先發(fā)送給IN，節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，通過以下步驟進(jìn)行: (I)將要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)按步驟I所述方法更新節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，決定數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸方式，即IN按路口模式轉(zhuǎn)發(fā)分組，BN、PN和SN按直路模式工作； (2)直路模式:節(jié)點(diǎn)采用貪婪算法傳遞給距離目的最近的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)鏈路中斷時(shí)，由于道路的寬度有限，不存在邊界轉(zhuǎn)發(fā)的空間，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文直至遇到下一個(gè)貪婪節(jié)點(diǎn)； (3)路口模式: I.1N遍歷鄰居列表，首先通過貪婪算法得到一個(gè)距離目的地比IN更近的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集； ?.如果轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集為空，則分組繼續(xù)存儲在當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的緩存中，否則進(jìn)入步驟ii1.1i1.遍歷步驟i得到的鏈路狀態(tài)表，然后比對這些候選節(jié)點(diǎn)所在路段的鏈路狀態(tài)(Cij, RPij)，將位于Cij [O] =O的路段上的節(jié)點(diǎn)從步驟i的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中去除； iv.如果步驟iii的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集不為空，則按貪婪算法選擇其中距離目的地最近的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)，否則，進(jìn)入步驟V ； V.比較步驟i得到的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中鄰居節(jié)點(diǎn)所在路段的RPij,并選擇RPij最大的路段上的節(jié)點(diǎn)作為新的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集； v1.在步驟V得到的新候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集中按貪婪算法選擇距離目的地最近的節(jié)點(diǎn)執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)； (4)數(shù)據(jù)包在道路拓?fù)渖细鶕?jù)攜帶數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)位置使用對應(yīng)的模式，直到傳輸至目的或者因到期而丟棄。
【文檔編號】H04W40/24GK103546937SQ201310499578
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】陳前斌, 符媛柯, 劉杰, 唐倫 申請人:重慶郵電大學(xué)