一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,主要包括:(1)令每個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)工作于一個(gè)服務(wù)信道上,使用相同服務(wù)信道的車輛節(jié)點(diǎn)在車隊(duì)內(nèi)組成一條信道傳輸路徑,從而在車隊(duì)中形成多信道的多條傳輸路徑;(2)車輛節(jié)點(diǎn)通過自適應(yīng)分布式位置服務(wù)獲取車隊(duì)其它車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度及運(yùn)動(dòng)方向信息;(3)采用多信道貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法:車輛節(jié)點(diǎn)發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),結(jié)合目的節(jié)點(diǎn)位置與鄰居節(jié)點(diǎn)的工作信道使用率,使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳鄰居節(jié)點(diǎn),直至數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明提供的面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議可以令車隊(duì)通信完全自組織,不依賴于任何基礎(chǔ)設(shè)施,允許相鄰的車輛節(jié)點(diǎn)同一時(shí)刻在不同的信道傳輸路徑上通信,提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量,支持多跳的大數(shù)據(jù)傳輸,具有實(shí)際應(yīng)用前景。
【專利說明】-種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車載自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),具體涉及一種車隊(duì)自組網(wǎng)的路由協(xié)議。
【背景技術(shù)】
[0002] 車隊(duì)是由一系列一起旅行的車輛節(jié)點(diǎn)組成的集合,常見的車隊(duì)有自駕游車隊(duì)、物 流車隊(duì)、公務(wù)車隊(duì)等。隨著汽車在人們生活中扮演越來越重要的角色,人們對(duì)行車過程中車 輛之間的通信需求也不斷提高。使用車間通信技術(shù),車隊(duì)成員可以了解其它成員位置情況, 在車輛間進(jìn)行事務(wù)通知、視頻通話、文件傳輸?shù)葢?yīng)用。目前車隊(duì)的通信方式主要有手機(jī)和電 臺(tái)通信。手機(jī)已經(jīng)成為一種普及的通信方式,然而,手機(jī)通信不僅成本高,且在時(shí)延和帶寬 上不能滿足車輛節(jié)點(diǎn)快速移動(dòng)環(huán)境下的通信要求;另外手機(jī)通信依賴于基礎(chǔ)設(shè)施,在沒有 信號(hào)覆蓋的地方無法通信。盡管電臺(tái)通信不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施,傳輸距離遠(yuǎn),然而電臺(tái)信號(hào)易 受干擾,帶寬有限,只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的通話應(yīng)用。車載自組網(wǎng)是移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)在車輛上的應(yīng) 用,是由一系列有無線收發(fā)裝置的車輛節(jié)點(diǎn)形成的自組織網(wǎng)絡(luò),具有無中心、多跳等特點(diǎn)。 車載自組網(wǎng)組建快速靈活,不太受基礎(chǔ)設(shè)施的限制,是智能交通系統(tǒng)的研究重點(diǎn)。
[0003] 目前路由協(xié)議是車載自組網(wǎng)技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。然而,目前大多數(shù)車載自組織 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議都有一定的局限性。例如,針對(duì)城市道路或高速公路等特定場(chǎng)景設(shè)計(jì)的路由 協(xié)議,不能高效地適應(yīng)車隊(duì)通信應(yīng)用場(chǎng)景。目前位置路由協(xié)議大多基于可以從位置服務(wù)器 獲取目的節(jié)點(diǎn)位置的假設(shè)前提,無法滿足在農(nóng)村、山地等無位置服務(wù)器覆蓋地區(qū)的車隊(duì)通 信需要;利用基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)車輛數(shù)據(jù)的路由協(xié)議假設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的普遍存在,在基礎(chǔ)設(shè) 施普及成本巨大的情況下使得這類路由協(xié)議在現(xiàn)實(shí)中難以推廣。車隊(duì)自組網(wǎng)是車載自組網(wǎng) 在車隊(duì)上的應(yīng)用,針對(duì)車隊(duì)通信的需求和特點(diǎn)研究一種能有效應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境的車隊(duì)自組 網(wǎng)路由協(xié)議具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] IEEE802. lip協(xié)議是專用于車間無線通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn),適用于車載自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)移 動(dòng)速度快、鏈路生存時(shí)間短、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁的環(huán)境。IEEE802. lip協(xié)議采用多信道方案, 將5. 9GHz的75MHz帶寬分為1個(gè)控制信道和6個(gè)服務(wù)信道,為車輛節(jié)點(diǎn)提供安全警告、輔 助駕駛、數(shù)據(jù)共享、車間娛樂等應(yīng)用。傳統(tǒng)的車載自組網(wǎng)路由協(xié)議設(shè)計(jì)獨(dú)立于物理層和MAC 層,沒有考慮信道選擇因素給數(shù)據(jù)傳輸帶來的影響,本發(fā)明結(jié)合信道的使用情況以及貪婪 轉(zhuǎn)發(fā)算法,設(shè)計(jì)一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,從而減少信道沖突,并提高網(wǎng) 絡(luò)容量,滿足現(xiàn)行車隊(duì)通信需要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于為車隊(duì)提供一種適用于各種場(chǎng)合、性能良好的自組網(wǎng)通信方 法,實(shí)現(xiàn)車輛之間數(shù)據(jù)的多跳傳輸。本發(fā)明將相同工作信道的車輛節(jié)點(diǎn)在車隊(duì)內(nèi)組成一條 信道傳輸路徑,數(shù)據(jù)的傳輸可以在不同的信道傳輸路徑上進(jìn)行,能夠避免單一路徑被過度 使用,有效地減少同信道的干擾和車輛節(jié)點(diǎn)信道的切換次數(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的均衡負(fù)載。針 對(duì)現(xiàn)有路由協(xié)議采用的位置服務(wù)依賴于位置服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施的不足,本發(fā)明設(shè)計(jì)一種自 適應(yīng)分布式位置服務(wù),使車隊(duì)內(nèi)的車輛節(jié)點(diǎn)可以不通過基礎(chǔ)設(shè)施獲取其它車輛節(jié)點(diǎn)的位 置、速度信息,了解車隊(duì)運(yùn)行狀況,調(diào)整車輛節(jié)點(diǎn)速度,保持車隊(duì)的穩(wěn)定行駛。本發(fā)明所述的 車輛節(jié)點(diǎn)按使用目的分為源節(jié)點(diǎn),中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn),目的節(jié)點(diǎn),鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,具體包括以下步驟:
[0008] (1)車輛節(jié)點(diǎn)各自選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)信道作為工作信道,根據(jù)服務(wù)信道 的使用率動(dòng)態(tài)地切換工作信道;同時(shí)使用相同工作信道的車輛節(jié)點(diǎn)在車隊(duì)內(nèi)組成一條信道 傳輸路徑;
[0009] (2)車輛節(jié)點(diǎn)通過自適應(yīng)分布式位置服務(wù)獲取車隊(duì)內(nèi)其它車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度 及運(yùn)動(dòng)方向信息;
[0010] (3)采用多信道貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法:車輛節(jié)點(diǎn)發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),結(jié)合目的節(jié)點(diǎn) 位置與鄰居節(jié)點(diǎn)的工作信道使用率,使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳鄰居節(jié)點(diǎn),或者由車輛 節(jié)點(diǎn)攜帶數(shù)據(jù)報(bào)文移動(dòng),直至數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
[0011] 進(jìn)一步的,步驟(1)所述的車輛節(jié)點(diǎn)各自選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)信道作為工 作信道,根據(jù)服務(wù)信道的使用率動(dòng)態(tài)地切換工作信道的具體內(nèi)容為:
[0012] 每個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)配備兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口,網(wǎng)絡(luò)接口一工作在控制信道,用于數(shù)據(jù)報(bào)文廣 播和控制報(bào)文傳輸,網(wǎng)絡(luò)接口二工作在服務(wù)信道,用于數(shù)據(jù)報(bào)文單播和多播。
[0013] 車輛節(jié)點(diǎn)在初始化過程隨機(jī)選擇一個(gè)服務(wù)信道作為工作信道,并周期地計(jì)算該工 作信道的使用率,工作信道的使用率由工作信道用于發(fā)送、接收和碰撞狀態(tài)的時(shí)間T busy占 周期時(shí)間T的比值得到;工作信道使用率采用平滑加權(quán)處理,計(jì)算方式如下:
[0014]
【權(quán)利要求】
1. 一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,其特征在于如下步驟: (1) 車輛節(jié)點(diǎn)各自選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)信道作為工作信道,根據(jù)服務(wù)信道的使 用率動(dòng)態(tài)地切換工作信道;同時(shí)使用相同工作信道的車輛節(jié)點(diǎn)在車隊(duì)內(nèi)組成一條信道傳輸 路徑; (2) 車輛節(jié)點(diǎn)通過自適應(yīng)分布式位置服務(wù)獲取車隊(duì)內(nèi)其它車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度及方 向信息; (3) 采用多信道貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法:車輛節(jié)點(diǎn)發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),結(jié)合目的節(jié)點(diǎn)位置 與鄰居節(jié)點(diǎn)的工作信道使用率,使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳鄰居節(jié)點(diǎn),或者由車輛節(jié)點(diǎn) 攜帶數(shù)據(jù)報(bào)文移動(dòng),直至數(shù)據(jù)報(bào)文到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,其特征在于步 驟(1)中車輛節(jié)點(diǎn)各自選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可用的服務(wù)信道作為工作信道,并根據(jù)服務(wù)信道的 使用率動(dòng)態(tài)地切換工作信道,具體過程為: 車輛節(jié)點(diǎn)在初始化過程隨機(jī)選擇一個(gè)服務(wù)信道作為工作信道,并周期地計(jì)算該工作信 道的使用率,工作信道的使用率由工作信道用于發(fā)送、接收和碰撞狀態(tài)的時(shí)間Tbusy占周期 時(shí)間T的比值得到;工作信道使用率采用平滑加權(quán)處理,計(jì)算方式如下:
其中Cjt)表示信道i當(dāng)前的使用率,i為信道的序號(hào),i的取值為1?η,η為可用的 工作信道數(shù)量表示信道i上一周期的使用率,λ為平滑因子; 車輛節(jié)點(diǎn)通過HELLO報(bào)文與鄰居節(jié)點(diǎn)相互獲知對(duì)方的工作信道信息和信道使用率信 息,建立一張鄰居節(jié)點(diǎn)服務(wù)信道表,每一行表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)服務(wù)信道編號(hào),該表記錄了使用每 個(gè)信道的鄰居節(jié)點(diǎn)ID集合、鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)量和服務(wù)信道使用率;表中服務(wù)信道使用率為該車 輛節(jié)點(diǎn)收到的不同車輛節(jié)點(diǎn)的HELLO報(bào)文中信道使用率最大的值; 車輛節(jié)點(diǎn)周期性地將工作信道使用率與切換閥值TCH進(jìn)行比較,切換閥值TCH計(jì)算方 式如下:
其屮k為權(quán)直糸數(shù),當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)的工作信道使用率大于切換閥值TCH時(shí),如果車輛節(jié)點(diǎn) 當(dāng)前沒有在使用信道,則進(jìn)入信道切換過程,信道切換過程如下:車輛節(jié)點(diǎn)從鄰居節(jié)點(diǎn)服務(wù) 信道表里,按使用率從小到大的順序依次選擇一個(gè)服務(wù)信道,以概率P切換到該信道;概率 P由車輛節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的工作信道使用率減去所選信道使用率得到;如果車輛節(jié)點(diǎn)成功切換信 道,則發(fā)送一個(gè)HELLO報(bào)文通知周圍鄰居節(jié)點(diǎn),并結(jié)束本次信道切換過程;如果車輛節(jié)點(diǎn)沒 有切換信道,則按順序選擇下一個(gè)信道,重新計(jì)算概率P進(jìn)行切換;當(dāng)計(jì)算所得概率P的值 等于或小于〇時(shí),車輛節(jié)點(diǎn)采用原有工作信道,并結(jié)束本次信道切換過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,其特征在于步 驟(1)所述的信道傳輸路徑是由車隊(duì)自組網(wǎng)內(nèi)采用相同工作信道的車輛節(jié)點(diǎn)建立的傳輸 路徑,具體是: 首先,在整個(gè)車隊(duì)中,車輛節(jié)點(diǎn)根據(jù)所選的服務(wù)信道,歸入不同的信道傳輸路徑;其次, 一個(gè)信道傳輸路徑上的車輛節(jié)點(diǎn)只接收本信道傳輸路徑上的數(shù)據(jù)報(bào)文,不參與其它信道傳 輸路徑上數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā);同時(shí),車輛節(jié)點(diǎn)在發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),可以切換到任意服務(wù) 信道上,選擇相應(yīng)的信道傳輸路徑發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文,數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送完畢后車輛節(jié)點(diǎn)切 換到原所選的服務(wù)信道。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,其特征在于步 驟(2)所述的自適應(yīng)分布式位置服務(wù)具體內(nèi)容如下: 每個(gè)車輛節(jié)點(diǎn)向車隊(duì)內(nèi)其它車輛節(jié)點(diǎn)發(fā)送VI報(bào)文,VI報(bào)文包括車輛節(jié)點(diǎn)與鄰居車輛 節(jié)點(diǎn)的位置信息、速度信息和運(yùn)動(dòng)方向信息;車輛節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)VI報(bào)文定時(shí)器和VI報(bào)文計(jì) 數(shù)器,定時(shí)周期為TVI,計(jì)數(shù)器值為H VI,HVI初始值為1,每當(dāng)VI報(bào)文定時(shí)器到期時(shí)HVI加1,車 輛節(jié)點(diǎn)廣播一個(gè)VI報(bào)文;當(dāng)H VI為偶數(shù)時(shí),設(shè)VI報(bào)文的TTL值為HVI,HVI為奇數(shù)時(shí),車輛節(jié) 點(diǎn)不發(fā)送VI報(bào)文,當(dāng)H VI大于車隊(duì)規(guī)模值K時(shí),將TTL值設(shè)為°〇,然后將HVI重置為1 ; 車輛節(jié)點(diǎn)將收到的VI報(bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則如下: a) 車輛節(jié)點(diǎn)收到VI報(bào)文后,如果已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)過該VI報(bào)文或者TTL為0,則丟棄該VI報(bào) 文不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),否則轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文; b) 車輛節(jié)點(diǎn)收到VI報(bào)文后檢查該VI報(bào)文內(nèi)是否包含本車輛節(jié)點(diǎn)位置信息和速度信 息,如果包含則重置VI報(bào)文定時(shí)器,并將HVI值設(shè)為VI報(bào)文里的TTL值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車隊(duì)自組網(wǎng)的多信道多徑路由協(xié)議,其特征在于步 驟(3)所述的多信道貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法具體步驟為: (3. 1)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),如果目的節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)列表中,源節(jié)點(diǎn)將信道切換到 目的節(jié)點(diǎn)的工作信道,直接發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文給目的節(jié)點(diǎn);如果目的節(jié)點(diǎn)不在鄰居節(jié)點(diǎn)列表中, 源節(jié)點(diǎn)首先選擇一個(gè)信道傳輸路徑再發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文;選擇信道傳輸路徑方法如下:首先, 源節(jié)點(diǎn)比較工作信道使用率與閥值Μ的大小,如果源節(jié)點(diǎn)的工作信道使用率小于閥值M,則 選用源節(jié)點(diǎn)所在的信道傳輸路徑發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文,否則選擇使用率最小的服務(wù)信道所在的信 道傳輸路徑發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文;當(dāng)選擇信道傳輸路徑后,在該信道傳輸路徑上的車輛節(jié)點(diǎn)中使 用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳節(jié)點(diǎn); (3. 2)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí),如果目的節(jié)點(diǎn)在鄰居節(jié)點(diǎn)列表中,中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)將信道切 換到目的節(jié)點(diǎn)的工作信道,直接發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)文給目的節(jié)點(diǎn);否則在中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)所屬的信道傳 輸路徑上使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳節(jié)點(diǎn); (3. 3)如果中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)在信道傳輸路徑上使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法找不到下一跳節(jié)點(diǎn),則在所 有鄰居節(jié)點(diǎn)中使用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)算法選擇下一跳節(jié)點(diǎn),使用下一跳節(jié)點(diǎn)的工作信道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào) 文; (3.4)如果步驟(3.3)找不到下一跳節(jié)點(diǎn),中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)保存在緩存中,攜帶數(shù)據(jù)報(bào) 文移動(dòng),當(dāng)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)通過HELLO報(bào)文發(fā)現(xiàn)新的鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí),重復(fù)步驟(3. 2)。
【文檔編號(hào)】H04W40/12GK104093185SQ201410251110
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】秦華標(biāo), 周延熙, 翁錦深 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)