本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是車輛自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法。

背景技術(shù)：

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)是一種自組織、結(jié)構(gòu)開放的車輛間通信網(wǎng)絡(luò)，能夠提供車輛之間以及車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信，通過結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS)及無線通信技術(shù)，如無線局域網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等，可為處于高速移動狀態(tài)的車輛提供高速率的數(shù)據(jù)接入服務(wù)，并支持車輛之間的信息交互，已成為保障車輛行駛安全，提供高速數(shù)據(jù)通信、智能交通管理及車載娛樂的有效技術(shù)。

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中，車輛的位置、方向和速度不斷改變以及接入點(diǎn)(Access Point，AP)覆蓋范圍有限等因素導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速改變，源車輛(SourceVehicle，SV)與目的車輛(DestinationVehicle，DV)車輛間的通信鏈路不穩(wěn)定，甚至無法直接進(jìn)行通信，可采用中繼車輛(RelayVehicle，RV)支持SV與DV之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。在SV與DV之間存在多個候選路由的情況下，如何綜合考慮SV業(yè)務(wù)特性，RV的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)性能等因素，選擇最佳路由以滿足客戶應(yīng)用及娛樂需求，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能優(yōu)化已成為車輛自組織網(wǎng)絡(luò)的重要研究課題。

在現(xiàn)有技術(shù)中，有人提出基于鏈路生存時間的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇機(jī)制，即各節(jié)點(diǎn)選擇具有最長鏈路生存時間的中繼節(jié)點(diǎn)作為下一跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)路由生存時間最大化；也有人提出一種基于十字路口的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)連接性感知路由協(xié)議，通過考慮實(shí)時性車輛業(yè)務(wù)信息和過往分組發(fā)送時延，以傳輸時延及鏈路連接性為指標(biāo)選擇下一跳路徑，從而提高分組發(fā)送率，并降低端到端傳輸時延；還有人提出一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)多參數(shù)路由選擇算法，根據(jù)車輛接收信號強(qiáng)度、路徑持續(xù)時間及中繼可用容量的歸一化線性加權(quán)值，選擇最大加權(quán)值所對應(yīng)的RV作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。此外，也有研究基于鏈路狀態(tài)信息、鏈路生存時間和存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，選擇能效最小的路由作為轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

以上研究所考慮路由選擇因素較為單一，未綜合考慮SV業(yè)務(wù)流的到達(dá)特性如到達(dá)速率、業(yè)務(wù)突發(fā)性等因素以及RV的服務(wù)特性，如可用帶寬、接入時延等因素，無法實(shí)現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能的優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，具體技術(shù)方案如下：

一種車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，該方法包括以下步驟：

S1：采用邏輯代數(shù)化算法確定源車輛(Source Vehicles，SV)與目的車輛(Destination Vehicle，DV)之間滿足SV業(yè)務(wù)需求的所有候選路由；

S2：基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算(StochasticNetworkCalculus，SNC)理論，建模SV業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線；

S3：基于SNC理論，建模SV與DV之間候選路由中繼車輛(RelayVehicles,RVs)隨機(jī)服務(wù)模型；

S4：評估SV業(yè)務(wù)經(jīng)各候選路由傳輸所對應(yīng)的傳輸速率；

S5：評估SV業(yè)務(wù)經(jīng)各候選路由傳輸所對應(yīng)的端到端時延邊界；

S6：針對SV業(yè)務(wù)特性，選擇對應(yīng)傳輸性能最優(yōu)的路由為目標(biāo)路由。

進(jìn)一步，在步驟S1中，采用邏輯代數(shù)化算法確定SV與DV之間的所有候選路由，具體步驟如下：

S11：建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣并確定元素初始值，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)存在Z個節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)1為源節(jié)點(diǎn)，建立節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣Q＝[q_i,j]_Z×Z，q_i,j為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的關(guān)聯(lián)度；若節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間無直接連接鏈路，q_i,j＝0；若節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間存在直接連接鏈路，則q_i,j＝X_i,j，X_i,j表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路；若節(jié)點(diǎn)之間存在多條直接連接鏈路時，若i＝j(luò)，q_i,i＝1；

S12：關(guān)聯(lián)矩陣行間整合與刪除運(yùn)算：調(diào)用公式q′_i,j＝q_i,k·q_k,j+q_i,j對矩陣的第k行進(jìn)行整合與刪除，其中，q′_i,j為整合后矩陣中的元素，i,j≠k；

S13：依次整合與刪除關(guān)聯(lián)矩陣中第2行到第Z行，直到矩陣中僅余第1行為止，此時,該行中每一個邏輯表達(dá)形式均表示源節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系,其中每一個邏輯乘積項(xiàng)即表示一條源節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)間的候選路由，邏輯乘積項(xiàng)的集合即為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間的全部候選路由，假設(shè)N為候選路由數(shù)目。

進(jìn)一步，在步驟S2中，所述SV的業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線α_i(t)建模包括：令α_i(t)為SV傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)時對應(yīng)的隨機(jī)到達(dá)曲線，i＝1,2表示業(yè)務(wù)類型，i＝1表示語音業(yè)務(wù)，i＝2表示視頻業(yè)務(wù)；針對語音業(yè)務(wù)，即i＝1時，采用馬爾科夫開關(guān)模型建模業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線，令p₁和p₂分別表示源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)流發(fā)送及無數(shù)據(jù)流發(fā)送的穩(wěn)態(tài)概率，P_1,2及P_2,1為相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，可得建模λ₁為語音業(yè)務(wù)生成速率，θ＞0為自由參數(shù)；i＝2時，采用分型布朗運(yùn)動模型建模業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線，可得其中，λ₂為視頻業(yè)務(wù)生成速率，為高斯隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差，h為赫斯特參數(shù)，反映業(yè)務(wù)流的長范圍依賴性。

進(jìn)一步，在步驟S3中，所述RV的隨機(jī)服務(wù)過程S_j,k(τ,t)建模如下：令S_j.k(τ,t)表示第j條候選路由第k個車輛的隨機(jī)服務(wù)曲線，其中，τ∈(0,t]，j＝1,2…N，k＝1,2…M_j，M_j為第j條候選路由的車輛數(shù)目，S_j.k(τ,t)可建模為：S_j,k(τ,t)＝R_j,k(t-τ-ω_j,k)，其中，R_j,k為第j條候選路由第k個車輛的服務(wù)速率，建模為：R_j,k＝B_j,klog₂(1+γ_j,k)，B_j,k為第j條候選路由第k個中繼車輛的傳輸帶寬，γ_j,k為相應(yīng)接收信噪比，建模為P_k-1為第j條候選路由第k-1個車輛的發(fā)送功率，p₀為源車輛的發(fā)送功率，σ²為傳輸信道噪聲功率，h_j,k為第j條候選路由第k-1個車輛與第k個車輛之間鏈路的增益，ω_j,k為第j條路由第k個車輛的接入時延，建模為：ω_j,k＝E[C_j,k]+E[B_j,k]+T_s，其中，為車輛自身受到?jīng)_突所需的時間，為最大重傳次數(shù)，碰撞周期為T_c＝RTS+DIFS，RTS為請求發(fā)送幀，DIFS為長幀間間隔，為同一時隙鄰居車輛發(fā)送數(shù)據(jù)的碰撞概率，L′為第k個車輛及它的鄰居車輛總數(shù)，p_a為每輛車發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率；為車輛在退避狀態(tài)階段，正常退避計時與其它車輛干擾所需的時間，計時器計數(shù)減1的時間δ為一個時隙的長度，μ_l為第l個避退階段的平均避退間隔，信道中僅有一輛非目標(biāo)車輛傳輸數(shù)據(jù)包的概率為P_suc＝(L′-1)p_a(1-p_a)^L′-2；為一次成功傳輸所需時間，H＝L_PHY+L_MAC為分組頭部大小，L_p為分組長度，L_PHY和L_MAC分別為物理層與MAC幀首部大小，R′_p為分組傳輸速率，CTS為允許發(fā)送幀，ACK為確認(rèn)幀，SIFS為短幀間間隔。

進(jìn)一步，在步驟S4中，所述評估SV業(yè)務(wù)經(jīng)各候選路由傳輸時對應(yīng)的傳輸速率，具體如下：令SV的第j條候選路由傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)對應(yīng)的傳輸速率為可得其中，為第j條路由第k個RV選擇下一跳中繼節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳輸速率，建模為：其中，其中，u(t)為時刻t背景業(yè)務(wù)的鏈路利用率，D_j,k(τ,t)為(τ,t]內(nèi)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)k服務(wù)后離開的背景業(yè)務(wù)流。

進(jìn)一步，在步驟S5中，評估SV業(yè)務(wù)經(jīng)各候選路由傳輸時對應(yīng)的端到端時延，具體如下：第j條路由傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)時對應(yīng)的端到端時延建模為：

其中，ε為違約概率，和分別為到達(dá)曲線和服務(wù)曲線的矩量母函數(shù)。

進(jìn)一步，在步驟S6中，針對SV業(yè)務(wù)特性，確定路由選擇策略，具體為：若SV擬傳輸語音業(yè)務(wù)，令為SV所傳輸業(yè)務(wù)的最大時延閾值，在滿足的條件下，選擇對應(yīng)最小的路由j^*，即：若SV擬傳輸視頻業(yè)務(wù)，令為SV傳輸視頻業(yè)務(wù)時對應(yīng)的最小傳輸速率閾值，在滿足的條件下，選擇對應(yīng)最大的路由，其中

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明所述方法綜合考慮了影響SV選擇最佳路由的多個因素，如SV業(yè)務(wù)到達(dá)速率、業(yè)務(wù)突發(fā)性、可用帶寬、由于信道競爭導(dǎo)致碰撞等因素，在SV選擇多條候選路由的場景下，應(yīng)用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論，得到更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩说蕉藭r延與鏈路傳輸速率值，獲得最佳傳輸路由選擇方案。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明中所述的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇應(yīng)用場景；

圖2為本發(fā)明中所述的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇系統(tǒng)模型；

圖3為本發(fā)明車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

圖1為本發(fā)明中車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇應(yīng)用場景，假設(shè)通信場景為單向雙軌道行駛道路，車輛間車輛密度多樣化，可能存在車輛密度稀疏導(dǎo)致車輛間不能直接通信和車輛密集存在某車輛有多個鄰居車輛等情況。涉及一個擬進(jìn)行通信的源車輛(SV)通過中繼車輛(RVs)發(fā)送信息到目的車輛(DV)。

圖2為本發(fā)明中車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇系統(tǒng)模型，假設(shè)SV與DV之間的候選路由數(shù)目為N條，每條候選路由的跳數(shù)為一跳或多跳。

圖3為本發(fā)明公開的車輛自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇流程圖，具體包括：

301：基于邏輯代數(shù)化算法，選取候選路由集合。

具體步驟包括：(1)建立節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣并確定元素初始值，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)有Z個節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)1為源節(jié)點(diǎn)，建立節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)方陣Q＝[q_i,j]_Z×Z，q_i,j為節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的關(guān)聯(lián)度。若節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間無直接連接鏈路，q_i,j＝0；若節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間存在直接連接鏈路，則q_i,j＝X_i,j，X_i,j表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的鏈路；節(jié)點(diǎn)之間存在多條直接連接鏈路時，若i＝j(luò)，q_i,i＝1；(2)關(guān)聯(lián)矩陣行間整合與刪除運(yùn)算：調(diào)用公式q′_i,j＝q_i,k·q_k,j+q_i,j對矩陣的第k行進(jìn)行整合與刪除，其中，q_i,k、q_k,j、q_i,j為整合前矩陣中的元素，q′_i,j為整合后矩陣中的元素，i,j≠k；(3)依次整合與刪除關(guān)聯(lián)矩陣中第2行到第Z行，直到矩陣中僅余第1行為止，此時,該行中每一個邏輯表達(dá)式均表示源節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系,其中每一個邏輯乘積項(xiàng)即表示一條源節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)間的候選路由，邏輯乘積項(xiàng)的集合即為源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)間的全部候選路由，假設(shè)N為候選路由數(shù)目。

302：基于SV的業(yè)務(wù)特性，建模業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線α_i(t)

令α_i(t)為SV傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)時對應(yīng)的隨機(jī)到達(dá)曲線，i＝1,2表示業(yè)務(wù)類型，i＝1表示語音業(yè)務(wù)，i＝2表示視頻業(yè)務(wù)。針對語音業(yè)務(wù)，即i＝1時，采用馬爾科夫開關(guān)模型建模業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線，令p₁和p₂分別表示源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)流發(fā)送及無數(shù)據(jù)流發(fā)送的穩(wěn)態(tài)概率，P_1,2及P_2,1為相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率，可得建模λ₁為語音業(yè)務(wù)生成速率，θ＞0為自由參數(shù)；i＝2時，采用分型布朗運(yùn)動模型建模業(yè)務(wù)隨機(jī)到達(dá)曲線，可得其中，λ₂為視頻業(yè)務(wù)生成速率，為高斯隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差，h為赫斯特參數(shù)，反映業(yè)務(wù)流的長范圍依賴性。

303：建模RV的隨機(jī)服務(wù)過程

令S_j.k(τ,t)表示第j條候選路由第k個車輛的隨機(jī)服務(wù)曲線，其中，τ∈(0,t]，j＝1,2…N，k＝1,2…M_j，M_j為第j條候選路由的車輛數(shù)目，S_j.k(τ,t)可建模為：S_j,k(τ,t)＝R_j,k(t-τ-ω_j,k)，其中，R_j,k為第j條候選路由第k個車輛的服務(wù)速率，建模為：R_j,k＝B_j,klog₂(1+γ_j,k)，B_j,k為第j條候選路由第k個中繼車輛的傳輸帶寬，γ_j,k為相應(yīng)接收信噪比，建模為P_k-1為第j條候選路由第k-1個車輛與第k個車輛之間鏈路的增益，ω_j,k為第j條路由第k個車輛的接入時延，建模為：ω_j,k＝E[C_j,k]+E[B_j,k]+T_s，其中，為車輛自身受到?jīng)_突所需的時間，為最大重傳次數(shù)，碰撞周期為T_c＝RTS+DIFS，RTS為請求發(fā)送幀，DIFS為長幀間間隔，為同一時隙鄰居車輛發(fā)送數(shù)據(jù)的碰撞概率，L′為第k個車輛及它的鄰居車輛總數(shù)，p_a為每輛車發(fā)送數(shù)據(jù)包的概率；為車輛在退避狀態(tài)階段，正常退避計時與其它車輛干擾所需的時間，計時器計數(shù)減1的時間δ為一個時隙的長度，μ_l為第l個避退階段的平均避退間隔時間，信道中僅有一輛非目標(biāo)車輛傳輸數(shù)據(jù)包的概率為P_suc＝(L′-1)p_a(1-p_a)^L′-2；為一次成功傳輸所需時間，H＝L_PHY+L_MAC為分組頭部大小，L_p為分組長度，L_PHY和L_MAC分別為物理層與MAC幀首部大小，，R′_p為分組傳輸速率，CTS為允許發(fā)送幀，ACK為確認(rèn)幀，SIFS為短幀間間隔。

304：評估SV選擇各個路由的鏈路傳輸速率

令SV的第j條候選路由傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)對應(yīng)的傳輸速率為可得其中，為第j條路由第k個RV選擇下一跳中繼節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳輸速率，建模為：其中，其中，u(t)為時刻t背景業(yè)務(wù)的鏈路利用率，D_j,k(τ,t)為(τ,t]內(nèi)經(jīng)過節(jié)點(diǎn)k服務(wù)后離開的背景業(yè)務(wù)流。

305：評估SV選擇各個路由的端到端時延

第j條路由傳輸?shù)趇種業(yè)務(wù)時對應(yīng)的端到端時延建模為：

其中，和分別為到達(dá)曲線和服務(wù)曲線的矩量母函數(shù)，ε為違約概率。

306:針對SV業(yè)務(wù)特性，選擇對應(yīng)傳輸性能最優(yōu)的路由為目標(biāo)路由

目標(biāo)路由選擇策略具體為：若SV擬傳輸語音業(yè)務(wù)，令為SV所傳輸業(yè)務(wù)的最大時延閾值，在滿足的條件下，選擇對應(yīng)最小的路由j^*，即：若SV擬傳輸視頻業(yè)務(wù)，令為SV傳輸視頻業(yè)務(wù)時對應(yīng)的最小傳輸速率閾值，在滿足的條件下，選擇對應(yīng)最大的路由，其中

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。