一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，屬于車載無線網(wǎng)絡【技術領域】。該方法包括：（1）利用鄰居節(jié)點信息計算節(jié)點的方向角度和效用值；（2）路段上的節(jié)點采用加入緩存機制的貪婪算法，路口節(jié)點選擇在角度閾值范圍內(nèi)效用值最大且大于當前節(jié)點效用值的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)中繼；（3）通過Q學習算法輔助路由算法，使車輛節(jié)點從自身歷史轉(zhuǎn)發(fā)動作中學習，節(jié)點將選擇使獎勵函數(shù)取得最大收斂值的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)器。本方法減小了路由算法的復雜度，降低了系統(tǒng)開銷，同時利用Q學習算法輔助路由選擇，使數(shù)據(jù)分組沿著具有最小跳數(shù)的路徑傳輸，從而減小了時延；提高了數(shù)據(jù)分組的投遞率，減小了端到端時延和系統(tǒng)資源的消耗。
【專利說明】—種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于車載無線網(wǎng)絡【技術領域】，涉及一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法。
【背景技術】
[0002]延遲容忍網(wǎng)絡(Delay Tolerant Networks以下簡稱DTNs)中，從源到目的地通常不存在端到端的穩(wěn)定路徑，網(wǎng)絡經(jīng)常處于間斷連接的狀態(tài)。而車載自組織網(wǎng)絡(VehicularAd Hoc Networks以下簡稱VANETs)作為DTNs的一種典型范例，由于各種無線設備(例如，手機，GPS設備)快速普及和廣泛使用，近年來引起了越來越多的關注。社會網(wǎng)絡分析致力于研究社會實體之間的關系、模式以及這些關系的應用，利用節(jié)點之間的社會關系選擇合適的下一跳節(jié)點進行消息轉(zhuǎn)發(fā)，能建立一個更加可靠的路由機制。在VANETs中，在利用網(wǎng)絡基礎設施或端到端的連接的同時，也可以利用社會關系，使車輛之間也能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信，且能實現(xiàn)車輛與路邊設施相互通信，進而獲取網(wǎng)絡服務。盡管如此，間斷和不確定的連接使VANETs中的數(shù)據(jù)傳輸仍然是一個十分具有挑戰(zhàn)性的問題。因此，充分利用地理信息和車輛之間的社會關系，設計適用于車載自組織網(wǎng)絡的DTN路由也成為路由協(xié)議研究的一個熱點問題。
[0003]在車載自組織網(wǎng)中，若當前時刻不存在一條到目的地的路徑，傳統(tǒng)的路由協(xié)議在這種情況下將丟棄分組，而機會路由則使用延時容忍轉(zhuǎn)發(fā)策略傳輸數(shù)據(jù)分組，車載自組織網(wǎng)絡中典型的DTN路由包括VADD、SADV、MaxProp、STDFS等。在車載自組織網(wǎng)中，還常利用地理信息和社會關系進行路由選擇，常見的地理路由包括GPSR、GPCR等，而利用社會網(wǎng)絡的路由協(xié)議包括Label、SimBet、BubbleRap等。
[0004]車載自組織網(wǎng)絡中DTN路由協(xié)議的目的是為了減小數(shù)據(jù)分組的丟失，提高路由協(xié)議端到端的可靠性。而如何高效利用地理信息和社會關系使節(jié)點在進行下一跳轉(zhuǎn)發(fā)器選擇，使數(shù)據(jù)分組能夠沿著更加可靠的路徑快速傳輸?shù)侥康牡?，增加投遞率并降低時延和系統(tǒng)開銷是一個新的挑戰(zhàn)和機遇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，在路口選擇效用值較高的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)器，同時利用Q學習算法輔助路由選擇，從而減小路由的時延和跳數(shù)，提高數(shù)據(jù)分組的投遞率。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]—種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，該路由方法包括以下步驟:步驟一:節(jié)點通過GPS定位系統(tǒng)和hello消息包獲取節(jié)點信息,并計算節(jié)點的方向角度Θ和兩個社會性的效用指標:中心度Bet和活躍度Act，其中鄰居節(jié)點的方向角度Θ利用余弦定理求得，節(jié)點的中介中心度Bet利用自我網(wǎng)絡的概念求得，節(jié)點活躍度Act通過統(tǒng)計時間周期T內(nèi)鄰居節(jié)點的變化情況求得；步驟二:將節(jié)點中心度Bet和活躍度Act加權(quán)求和計算得到節(jié)點的綜合效用值U，其中在活躍度基礎上考慮了速度因素，避免把數(shù)據(jù)分組傳輸給速度較小的車輛節(jié)點；
[0008]步驟三:路段節(jié)點工作在直路模式，采用改進的GPSR路由算法，即加入緩存機制的貪婪轉(zhuǎn)發(fā)；路口節(jié)點工作在路口模式，路口節(jié)點將選擇方向角度在角度閾值范圍內(nèi)效用值最高且高于當前節(jié)點效用值的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；步驟四:采用基于歷史轉(zhuǎn)發(fā)動作的Q學習算法輔助路由選擇，將路由問題映射成強化學習框架中的狀態(tài)空間，在學習過程中，根據(jù)收斂后的Q值，選擇最佳的轉(zhuǎn)發(fā)動作。
[0009]進一步，在步驟一中，VANETs假設每輛車都配置了 GPS導航系統(tǒng)，可以獲得網(wǎng)絡中車輛節(jié)點的位置、方向和速度等基本信息，車輛節(jié)點通過周期性地發(fā)送Hello消息包來構(gòu)建和更新鄰居列表，該鄰居列表用于記錄一跳范圍內(nèi)的節(jié)點信息。根據(jù)當前節(jié)點M、鄰居節(jié)點N和目的節(jié)點D的坐標，利用余弦定理計算方向角度
【權(quán)利要求】
1.一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，其特征在于:該路由方法包括以下步驟: 步驟一:節(jié)點通過GPS定位系統(tǒng)和hello消息包獲取節(jié)點信息,并計算節(jié)點的方向角度和兩個社會性的效用指標:中心度和活躍度，其中方向角度利用余弦定理求得，中心度利用自我網(wǎng)絡的概念求得，活躍度通過統(tǒng)計一段時間周期內(nèi)鄰居節(jié)點的變化求得； 步驟二:將中心度和活躍度加權(quán)求和計算節(jié)點的綜合效用值U ; 步驟三:路段節(jié)點采用加入緩存機制的貪婪轉(zhuǎn)發(fā)，路口節(jié)點選擇在角度閾值范圍內(nèi)效用值最高且高于當前節(jié)點效用值的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點； 步驟四:采用基于歷史轉(zhuǎn)發(fā)動作的Q學習算法輔助路由選擇，將路由問題映射成強化學習框架中的狀態(tài)空間，在學習過程中，根據(jù)收斂后的Q值，選擇最佳的轉(zhuǎn)發(fā)動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，其特征在于:在步驟一中，車載自組織網(wǎng)絡中的節(jié)點利用GPS定位系統(tǒng)和hello消息包獲取節(jié)點信息，節(jié)點通過周期性地發(fā)送hello消息進行信息交互，建立、維護并更新鄰居列表，根據(jù)當前節(jié)點M、鄰居節(jié)點N和目的節(jié)點D的地理位置，利用余弦定理計算鄰居節(jié)點N的方向角度

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，其特征在于:在步驟二中，節(jié)點的綜合效用值利用中心度和活躍度加權(quán)相加求得，其中在活躍度的基礎上加上了速度因素，防止把數(shù)據(jù)分組傳輸給速度較小的車輛，節(jié)點m的效用值用下式確定:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，其特征在于:在步驟三中，節(jié)點根據(jù)GPS導航系統(tǒng)和電子地圖判定自身的節(jié)點類型:路口節(jié)點、路段節(jié)點；節(jié)點通過以下步驟發(fā)送數(shù)據(jù)包: 1)若將要發(fā)送數(shù)據(jù)的節(jié)點是路口節(jié)點，則按路口模式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組；若為路段節(jié)點，則按直路模式工作； 2)直路模式:在直路模式下，節(jié)點采用加入緩存機制的貪婪轉(zhuǎn)發(fā)方式，即節(jié)點采用貪婪算法尋找下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點，該轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點在當前節(jié)點所有鄰居節(jié)點中距離目的節(jié)點最近；若當前節(jié)點所有鄰居節(jié)點到目的節(jié)點的距離都比當前節(jié)點到目的節(jié)點的距離遠，則數(shù)據(jù)分組將由當前節(jié)點緩存，當前節(jié)點攜帶數(shù)據(jù)分組向前運動，直到遇到下一個貪婪節(jié)點； 3)路口模式: 31)路口節(jié)點按步驟2計算當前時刻本節(jié)點U值，提取數(shù)據(jù)分組中的目的地信息，遍歷鄰居列表，按步驟I計算鄰居節(jié)點的方向角度，從方向角度在規(guī)定角度閾值范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點中查找確定近期是否有到相同目的地且效用值U大于當前節(jié)點的鄰居節(jié)點，如果存在這樣的鄰居節(jié)點，則將數(shù)據(jù)分組發(fā)送到具有最大效用值U的鄰居節(jié)點；如果具有最大效用值U的節(jié)點為本節(jié)點，則將數(shù)據(jù)分組放入對應目的地地址的緩存表中，并進入步驟32)； 32)提取數(shù)據(jù)分組中的目的地地址，生成一個包含該地址的RREQ(路由請求消息)分組，并周期性地廣播RREQ ； 33)單跳鄰居車輛接收到RREQ，每隔5秒取一次中心度和活躍度，并統(tǒng)計5此的平均值，設置α，β的值，調(diào)整U，使其最大，并將包含U值的路由回復消息RREP返回給本車； 34)節(jié)點接收到RREP消息后，提取RREP中的“目的地地址，U，鄰居節(jié)點地址”對，對于每一個目的地地址，建立一個本地列表，在新建立的鄰居表項的時候，同時啟動一個定時器，定時器到期的路由表項將被刪除，按步驟31)的方式檢查鄰居列表，決定是發(fā)送數(shù)據(jù)分組到具有最大U的鄰居，還是啟動RREQ過程； 4)數(shù)據(jù)包在道路拓撲上根據(jù)攜帶數(shù)據(jù)的節(jié)點位置使用對應的模式，直到傳輸至目的或者因到期而丟棄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的一種基于社會網(wǎng)絡的車載自組織網(wǎng)絡路由方法，其特征在于:在步驟四中，采用基于歷史轉(zhuǎn)發(fā)動作的Q學習算法輔助路由選擇，將路由問題映射成強化學習框架中的狀態(tài)空間，在VANETs中，將整個網(wǎng)絡看成是一個系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)根據(jù)節(jié)點是否持有數(shù)據(jù)分組來定義。
【文檔編號】H04W40/24GK103702387SQ201410008349
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】唐倫, 古曉琴, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學