車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。在該路由方法中，首先，采用了一種限定多副本噴發(fā)范圍的方法，結(jié)合車輛的運(yùn)動對于不同的范圍和方向噴發(fā)不同的消息副本數(shù)，使得消息的傳輸更加具有方向性；其次，添加了三個節(jié)點性能指標(biāo)，將其通過模糊邏輯學(xué)習(xí)系統(tǒng)來選擇性能最好的鄰居節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點；最后，采用了一個控制擁塞的緩存調(diào)度策略。本發(fā)明所述路由方法解決了在多副本路由中消息副本數(shù)盲目洪泛帶來的網(wǎng)絡(luò)開銷過大的問題，同時也解決了由于被動地采用直接傳輸使得投遞率不高以及時延較大的問題，該方法相比于傳統(tǒng)方法及時性、可靠性等性能更強(qiáng)，更適合高動態(tài)拓?fù)涞能囕d自組織網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車載自組網(wǎng)絡(luò)(VehicularAdhocNetworks, VANET)是專門為了車輛通信而設(shè)計的自組織網(wǎng)絡(luò)。由于車輛不斷的高速運(yùn)動所以其網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境一般比較惡劣。VANET近幾年備受關(guān)注，在VANTE中，點對點通信對于許多應(yīng)用非常需要，包括駕駛輔助系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)接入，和道路交通信息的收集。由于車輛的移動性，無線資源的有限性和無線信道的損耗性，通過一系列中間節(jié)點尋找一條從源節(jié)點到目的節(jié)點的有效的路徑是非常大的挑戰(zhàn)。路由的效率是依賴于所有節(jié)點參與數(shù)據(jù)傳輸，這一系列情況使得路由選擇問題比較困難。
[0003]多副本路由策略被認(rèn)為是最合適消息傳遞的方法，所以傳染路由方式被提出。傳染路由協(xié)議是一種基于存儲攜帶轉(zhuǎn)發(fā)方式的洪泛路由協(xié)議，它有著很高的投遞率和較低的復(fù)雜性，但是同時也有很高的開銷和時延，傳統(tǒng)的路由算法為追求高的傳輸成功率、低的傳輸延遲，通常會進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，大量的無效數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)成為節(jié)點資源消耗的一個突出問題。因此，為了最大化傳輸率、最小化端到端時延和總體資源消耗，需要對傳染路由協(xié)議進(jìn)行消息副本數(shù)量的控制，在傳染路由的基礎(chǔ)上提出了洪泛控制算法SprayandWait和BinarySpray andffait路由協(xié)議來控制洪泛的程度。
[0004]Sprayandffait路由包含兩個階段:噴發(fā)階段和等待階段。在噴射階段，類似于傳染路由的噴發(fā)方式，源節(jié)點消息生成L個消息副本，擁有此消息副本的節(jié)點將其轉(zhuǎn)發(fā)給L個不同的能接收消息副本的節(jié)點，然后進(jìn)入等待階段。等待階段，即如果目的節(jié)點在噴射階段沒有被發(fā)現(xiàn)，L個攜帶消息副本的節(jié)點一直等到遇見目的節(jié)點并把消息投遞給它，或者到達(dá)消息的生存時間丟棄消息。
[0005]BinarySprayandffait是對SprayandWait的改進(jìn),是為了更快地將消息投遞出去，它不同的部分是在Spray階段。當(dāng)一個節(jié)點A (源節(jié)點或者中繼節(jié)點)擁有一個以上的消息副本并且遇見節(jié)點B，且B沒有這個消息副本，節(jié)點A轉(zhuǎn)發(fā)一半的消息副本給節(jié)點B，自己保留一半的消息副本。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都只剩下一個副本，它轉(zhuǎn)換成Wait階段，當(dāng)它遇見目的節(jié)點時采用直接傳輸方式或者到達(dá)生存時間丟棄消息。
[0006]雖然以上兩種協(xié)議性能較好，但是它自身也存在一些缺陷，比如，它轉(zhuǎn)發(fā)固定數(shù)量的副本，對于應(yīng)用在不同的網(wǎng)絡(luò)中，沒有很好的靈活性。在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，由于它自身的一些特點，它可以獲得關(guān)于周圍環(huán)境的各種信息，所以可以對基礎(chǔ)的S&W協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，使得更適合在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。并且，在第二階段，它一直被動的等待采用直接傳輸或者等到消息到達(dá)生存時間，非常不利于消息迅速而有效地投遞到目的地?；谶@些不足之處，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，用于在車間通信中提高消息的投遞率，降低時延并且減少資源的損耗和開銷。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0009]一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，在噴發(fā)階段:車輛源節(jié)點首先獲得L個消息副本；通過定位系統(tǒng)獲取當(dāng)前位置信息、目的地位置信息與車輛運(yùn)動方向，并且計算相遇的車輛是否在面向目的地限定的角度范圍內(nèi)；結(jié)合位置信息如果判斷出遇見的鄰居車輛在角度限定的范圍內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行關(guān)于車輛運(yùn)動方向的判斷來選擇噴發(fā)的副本個數(shù)，如果判斷出車輛不在角度限定的范圍內(nèi)，則發(fā)送I個消息副本；繼續(xù)判斷相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地是否一致，如果相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地也一致，則發(fā)送L/2個消息副本，如果相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地不一致，則發(fā)送一個消息副本，最后每個車輛節(jié)點攜帶一個消息副本時結(jié)束噴發(fā)階段，進(jìn)入等待階段。
[0010]進(jìn)一步，在車載自組織網(wǎng)絡(luò)中，車輛可以比較方便地獲取自己和鄰居節(jié)點及目的地的位置、方向，每個車輛維護(hù)一個鄰居列表記錄一跳范圍內(nèi)的節(jié)點信息，可以利用這些信息使消息副本的噴射有一定的導(dǎo)向性和目的性，而不是在網(wǎng)絡(luò)中盲目地噴發(fā)，所以在本發(fā)明中，在確定噴發(fā)范圍時，車輛利用自己和鄰居節(jié)點及目的地的位置、方向信息使消息副本
的噴發(fā)具有一定的導(dǎo)向性和目的性，假設(shè)當(dāng)前車輛行駛方向為單位向量i，源節(jié)點與目的
節(jié)點的矢量$與行駛方向向量?夬角為Θ，在{Θ th+ θ，Θ th- Θ}為可能采用二分法噴發(fā)的范圍，其中Qth為90度。
[0011]進(jìn)一步，車輛計算出在自己一跳范圍內(nèi)的鄰居車輛的運(yùn)動方向同源節(jié)點車輛與目的地矢量方向的角度，方向角度小于角度閾值π/2則說明行駛方向與目的節(jié)點所在方向一致，這時選擇滿足上述條件的車輛發(fā)送L/2個副本；同時,方向角度大于π/2,說明車輛的行駛方向與目的地的方向相反，則只選擇轉(zhuǎn)發(fā)一個副本；角度計算如下:
【權(quán)利要求】
1.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:在噴發(fā)階段: 車輛源節(jié)點首先獲得L個消息副本； 通過定位系統(tǒng)獲取當(dāng)前位置信息、目的地位置信息與車輛運(yùn)動方向，并且計算相遇的車輛是否在面向目的地限定的角度范圍內(nèi)； 結(jié)合位置信息如果判斷出遇見的鄰居車輛在角度限定的范圍內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行關(guān)于車輛運(yùn)動方向的判斷來選擇噴發(fā)的副本個數(shù)，如果判斷出車輛不在角度限定的范圍內(nèi)，則發(fā)送I個消息副本； 繼續(xù)判斷相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地是否一致，如果相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地也一致，則發(fā)送L/2個消息副本，如果相遇車輛的運(yùn)動方向與目的地不一致，則發(fā)送一個消息副本，最后每個車輛節(jié)點攜帶一個消息副本時結(jié)束噴發(fā)階段，進(jìn)入等待階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:在確定噴發(fā)范圍時，車輛利用自己和鄰居節(jié)點及目的地的位置、方向信息使消息副本的噴發(fā)具有一定的導(dǎo)向性和目的性，假設(shè)當(dāng)前車輛行駛方向為單位向量;源節(jié)點與目的節(jié)點的矢量;^與行駛方向向量孟夾角為Θ，在{ Θ th+ θ，Θ th- Θ }為可能采用二分法噴發(fā)的范圍，其中Qth為90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:車輛計算出在自己一跳范圍內(nèi)的鄰居車輛的運(yùn)動方向同源節(jié)點車輛與目的地矢量方向的角度，方向角度小于角度閾值π /2則說明行駛方向與目的節(jié)點所在方向一致，這時選擇滿足上述條件的車輛發(fā)送L/2個副本；同時，方向角度大于η/2，說明車輛的行駛方向與目的地的方向相反，則只選擇轉(zhuǎn)發(fā)一個副本;角度計算如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:在所述路由方法中，采用將性能指標(biāo)通過模糊邏輯算法主動選擇下一跳的方法，具體包括:獲取節(jié)點基本信息，通過獲取的信息計算新近度、節(jié)點活躍因子；將車間距離和相對速度通過模糊邏輯系統(tǒng)得出車輛速度；將節(jié)點新近度、節(jié)點活躍因子和車輛速度再次通過模糊邏輯系統(tǒng)，得到效用評估結(jié)果；通過得到的評估結(jié)果進(jìn)行路由選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:當(dāng)每輛車攜帶的信息副本數(shù)僅剩一個副本時，結(jié)束噴發(fā)階段，進(jìn)入等待階段；在等待階段根據(jù)評估結(jié)果主動進(jìn)行下一跳的選擇。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:節(jié)點新近度和節(jié)點活躍因子是通過移動加權(quán)指數(shù)平均方法來更新，選取上一狀態(tài)的數(shù)據(jù)和當(dāng)前狀態(tài)的數(shù)據(jù)加權(quán)更新。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:使用一個模糊邏輯算法去處理具有不確定性的指標(biāo)，將節(jié)點新近度，節(jié)點活躍因子和車輛速度三個指標(biāo)使用預(yù)先定義的語言變量和隸屬函數(shù)將這些因素變成模糊值，然后通過預(yù)先定義的IF-THEN規(guī)則并組合這幾個規(guī)則對鄰居節(jié)點的性能進(jìn)行排名，最后通過解模糊化將模糊輸出轉(zhuǎn)換為一個數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:所述路由方法中還采用了一種緩存調(diào)度管理方法，包括:接收數(shù)據(jù)包，判斷緩存空間是否擁塞；判斷出緩存空間不擁塞，說明還可以繼續(xù)使用，可以將接收的數(shù)據(jù)包緩存起來；緩存擁塞時，計算消息優(yōu)先函數(shù)并進(jìn)行排序，優(yōu)先級高的取出來存入緩存，優(yōu)先級低的直接丟棄。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的車載自組織網(wǎng)絡(luò)中選擇噴發(fā)范圍的多副本路由方法，其特征在于:在緩存調(diào) 度管理方法中，假設(shè)車輛的緩存空間大小為ξ，若緩存空間用到ξ的3/4的時候判斷為緩存擁塞；首先判斷緩存是否擁塞，若節(jié)點還未擁塞則進(jìn)入緩存，如果擁塞，則對消息i進(jìn)行優(yōu)先函數(shù)的計算，消息的優(yōu)先函數(shù)的定義為:消息i的剩余生存時間與網(wǎng)絡(luò)中所有消息初始化生存時間的比值同節(jié)點的緩存大小與消息i的大小比值的乘積；節(jié)點根據(jù)消息的優(yōu)先函數(shù)將緩存中的消息按優(yōu)先級降序排列；一個節(jié)點從它的緩存中按從上到下的方式來調(diào)度消息，取出消息，并且丟棄不需要的消息。
【文檔編號】H04L12/861GK103763193SQ201410060371
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】唐倫, 韓潔, 陳前斌 申請人:重慶郵電大學(xué)