本發(fā)明屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
：，尤其涉及一種基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法。
背景技術(shù)：
：：車載自組織網(wǎng)絡(luò)由于其在加強(qiáng)道路安全、提升交通便利方面發(fā)揮的作用，吸引了越來越多的注意力。不同于一般的移動自組織網(wǎng)絡(luò)，車載自組織網(wǎng)絡(luò)有一些獨(dú)有的特點(diǎn)，比如，節(jié)點(diǎn)的快速移動，不均勻的分布等。這些特點(diǎn)導(dǎo)致了拓?fù)涞膭討B(tài)變化，從而影響了鏈路的穩(wěn)定性。所以，如何設(shè)計一個城市環(huán)境下的穩(wěn)健的路由協(xié)議是一個非常有挑戰(zhàn)的任務(wù)。許多的路由機(jī)制已經(jīng)被提出來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)?；谕?fù)涞穆酚蓹C(jī)制在數(shù)據(jù)發(fā)送之前需要建立一個路由。由于節(jié)點(diǎn)移動，為了維護(hù)這個路由，需要消耗大量的網(wǎng)絡(luò)資源。相對而言，基于地理位置的路由協(xié)議是一個可用的方案。gytar[m.jerbi，s.-m.senouci，t.rasheed，andy.ghamri-doudane，"towardsefficientgeographicroutinginurbanvehicularnetworks,"ieeetransactionsonvehiculartechnology，vol.58，pp.5048-5059，2009]在數(shù)據(jù)到達(dá)路口的情況下，通過考慮候選路口到目的節(jié)點(diǎn)的距離以及現(xiàn)在路口到該候選路口的連通度選擇下一個路口。當(dāng)選定的路段上，一個加強(qiáng)的基于貪婪的攜帶轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制用于數(shù)據(jù)的傳輸。然而，在路由的過程中，gytar依賴于局部的交通參數(shù)，比如車輛密度、車輛分布。這些參數(shù)并不能充分的反映路由的服務(wù)質(zhì)量(qos)。例如，密度大的時候雖然可以提升網(wǎng)絡(luò)的連通度，但是在比較擁塞數(shù)據(jù)流的場景下，會增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。icar[n.alsharif，s.céspedes，andx.s.shen，"icar:intersection-basedconnectivityawareroutinginvehicularadhocnetworks,"in2013ieeeinternationalconferenceoncommunications(icc)，2013，pp.1736-1741]結(jié)合路段的連通度和傳輸時延動態(tài)的選擇路口以提升路由的性能。但是，路口的選擇所參考的參數(shù)有點(diǎn)簡單，并不能充分反映相鄰路口到目的路口之間的網(wǎng)絡(luò)情況，比如交通流，連通性等。scrp[m.a.togou，a.hafid，andl.khoukhi，"scrp:stablecds-basedroutingprotocolforurbanvehicularadhocnetworks,"ieeetransactionsonintelligenttransportationsystems，vol.pp，pp.1-10，2016]提出了一個分布式的地理位置路由協(xié)議，來處理局部優(yōu)化和數(shù)據(jù)擁塞的問題。在路段骨干節(jié)點(diǎn)的協(xié)助下，該協(xié)議可以在發(fā)送數(shù)據(jù)前充分利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔⑦x擇具有最小時延的路徑。然而因?yàn)樵搮f(xié)議需要建立、維護(hù)路段的骨干節(jié)點(diǎn)，這會造成一定的開銷。tlrc[q.ding，b.sun，andx.zhang，"atraffic-light-awareroutingprotocolbasedonstreetconnectivityforurbanvehicularadhocnetworks]考慮了紅綠燈對于節(jié)點(diǎn)密度和分布的影響來建立道路連通度的模型。該協(xié)議可以避免選擇一些兩端擁塞而中間稀疏的路段，從而提升網(wǎng)絡(luò)的性能。該協(xié)議利用連通度作為路段選擇的依據(jù)，并沒有充分的反映路段的服務(wù)質(zhì)量。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：車載自組織網(wǎng)絡(luò)由于節(jié)點(diǎn)的快速移動、不均勻的分布，拓?fù)渚哂袆討B(tài)變化、頻繁斷開的特征，這些特征給設(shè)計一個穩(wěn)健的多跳傳輸協(xié)議提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。雖然已經(jīng)很多協(xié)議被提出來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，但是依然存在不少問題，最主要的局部優(yōu)化。這是由于數(shù)據(jù)在傳輸過程中，沒有遇到距離目的節(jié)點(diǎn)較近方向的可用節(jié)點(diǎn)來中繼信息。在這種情形下，需要依賴攜帶轉(zhuǎn)發(fā)策略輔助信息的傳輸，因此造成了一定的時延。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法，所述基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法包括以下步驟：步驟一，利用貝爾曼方程計算每個路口到目的節(jié)點(diǎn)的連通質(zhì)量；用連通質(zhì)量作為路段的度量指標(biāo)可以反映路段上節(jié)點(diǎn)的密度以及交通流的狀態(tài)；步驟二，根據(jù)連通質(zhì)量，數(shù)據(jù)到達(dá)路口時，自適應(yīng)的選擇下一個路口；這樣就能確保選擇的路段有一定的連通度，避免局部優(yōu)化的發(fā)生；當(dāng)數(shù)據(jù)在選擇的路段上傳輸時，一個有效的下一跳選擇機(jī)制考慮了信道的性能以及節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離；可以減少信息從一個路口到另外一個路口傳輸過程中所需要的跳數(shù)以及不必要的重傳，從而來保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)健傳輸；所述自適應(yīng)的選擇采用基于連通度的自適應(yīng)任播路由協(xié)議包括兩個層面的傳播策略：1)如何選擇下一個傳播路口；采用一個自適應(yīng)的路口選擇機(jī)制，機(jī)制考慮了網(wǎng)絡(luò)的連通度、交通狀況；2)如何沿著選定的路段傳輸數(shù)據(jù)，采用下一跳選擇策略，確保鏈路的穩(wěn)定性。進(jìn)一步，所述連通質(zhì)量表示為：cqi為連通質(zhì)量；作為路口i和jk間路段的權(quán)值，k∈(1,2,…,m)；其中表示路口jk被選擇為下一個傳輸路口的概率，被表示為：其中被定義為路口i的數(shù)據(jù)在當(dāng)前路口與相鄰路口jk之間所在路段遇見車輛的概率；ti表示攜帶數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)通過路口i所需的時間。進(jìn)一步，在路段的到達(dá)率服從參數(shù)為的泊松分布，那么被計算為:進(jìn)一步，用表示路口i在路段被選擇作為下一個傳輸路段條件下的連通質(zhì)量，被計算為：根據(jù)的值，相鄰的路口可以給以不同的優(yōu)先級，值越大，優(yōu)先級越大。進(jìn)一步，所述下一跳的選擇包括：s表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)，r表示一個相鄰節(jié)點(diǎn)；作為下一跳選擇的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合數(shù)據(jù)的傳輸概率和一跳傳輸距離，提出了以下度量指標(biāo)：其中dsr表示節(jié)點(diǎn)之間的距離，r表示傳輸范圍，psr表示數(shù)據(jù)傳輸成功的概率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法的城市車載自組織網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果為：本方案用連通質(zhì)量作為路段的度量指標(biāo)可以反映節(jié)點(diǎn)的密度以及交通狀況；利用貝爾曼方程可以計算每個路口到目的節(jié)點(diǎn)的連通質(zhì)量；根據(jù)連通質(zhì)量，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)路口時，自適應(yīng)的選擇下一個路口，這樣就能確保選擇的路段有一定的車流，避免局部優(yōu)化的發(fā)生；當(dāng)數(shù)據(jù)在選擇的路段上傳輸時，一個有效的下一跳選擇機(jī)制考慮了信道的性能以及節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離，可以減少信息從一個路口到另外一個路口傳輸過程中所需要的跳數(shù)以及不必要的重傳，從而來可以保障數(shù)據(jù)快速有效的傳輸。相比于star和gytar，提出的協(xié)議在數(shù)據(jù)投遞率方面分別提升了6.37％和11.69％，而在時延方面分別降低了13.86％和25.74％。本發(fā)明利用貝爾曼方程計算每個路口到目的節(jié)點(diǎn)的連通質(zhì)量；用連通質(zhì)量作為路段的度量指標(biāo)可以反映節(jié)點(diǎn)的密度以及交通狀況；根據(jù)連通質(zhì)量，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)路口時，自適應(yīng)的選擇下一個路口；這樣就能確保選擇的路段有一定的車流，避免局部優(yōu)化的發(fā)生；當(dāng)數(shù)據(jù)在選擇的路段上傳輸時，一個有效的下一跳選擇機(jī)制考慮了信道的性能以及節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離，可以減少信息從一個路口到另外一個路口傳輸過程中所需要的跳數(shù)以及不必要的重傳，從而來可以保障數(shù)據(jù)快速有效的傳輸。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法流程圖。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于802.11的感知連通質(zhì)量自適應(yīng)任播路由方法包括以下步驟：s101：利用貝爾曼方程計算每個路口到目的節(jié)點(diǎn)的連通質(zhì)量；s102：根據(jù)連通質(zhì)量，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)路口時，自適應(yīng)的選擇下一個路口；當(dāng)數(shù)據(jù)在選擇的路段上傳輸時，一個有效的下一跳選擇機(jī)制用于保障數(shù)據(jù)的穩(wěn)健傳輸。所述自適應(yīng)的選擇采用基于連通質(zhì)量的自適應(yīng)任播路由協(xié)議，主要包括兩個層面的傳播策略：1)如何選擇下一個傳播路口；2)如何沿著選定的路段傳輸數(shù)據(jù)。對于前者，設(shè)計了一個自適應(yīng)的路口選擇機(jī)制，該機(jī)制考慮了網(wǎng)絡(luò)的連通度、交通狀況；對于后者，提出了一個下一跳選擇策略，確保鏈路的穩(wěn)定性。仿真顯示提出的協(xié)議要優(yōu)于對比的協(xié)議。下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1：1、假設(shè)假設(shè)每個車輛可以通過gps導(dǎo)航系統(tǒng)獲知自己的地理位置，也能夠通過短程無線通信設(shè)備，比如dsrc，實(shí)現(xiàn)通信。目的節(jié)點(diǎn)的位置可以用過定位服務(wù)rlsmp獲知。1.1系統(tǒng)模型給定一個城市的道路拓?fù)?，本發(fā)明可以建立一個有向圖g(v，e)。v表示路口的集合，e表示路口之間路段的結(jié)合。對于一個長度為li的路段i，考慮兩車道的場景，其中車輛在每個車道上沿著不同的方向行駛。假定車輛在兩個車道均服從均勻分布，并且車道1的平均節(jié)點(diǎn)密度為車道2的平均節(jié)點(diǎn)密度為此外，分別定義為車道1和車道2的平均節(jié)點(diǎn)數(shù)目；所有車輛連通的概率，可以被表示為：其中1.2為了便于不同路段的權(quán)值相加，本發(fā)明進(jìn)而定義路段的權(quán)值為相應(yīng)連通度的負(fù)對數(shù)形式，即：2、一個穩(wěn)健的協(xié)議旨在從源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間發(fā)現(xiàn)一條最優(yōu)路徑。由于拓?fù)涞膭討B(tài)變化，一條預(yù)先計算好的最優(yōu)路徑有可能在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中變成次優(yōu)的。因此，一個有效的方法是動態(tài)的選擇路由。城市的道路環(huán)境一般包括路口和路段兩部分。所以，本發(fā)明提出的協(xié)議設(shè)計了兩個不同的策略來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。第一個是路口的選擇；第二是下一跳的選擇。下面，本發(fā)明詳細(xì)的介紹這兩個策略。2.1當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到路口時，它可以選擇任何一個相鄰的路口傳輸數(shù)據(jù)，前提是這個路段有車輛在數(shù)據(jù)的通信范圍內(nèi)接收信息。所以，路口的選擇是高度動態(tài)的。它依賴于路段的交通流狀態(tài)。給定一個路口，本發(fā)明可以把它相鄰的路口區(qū)分不同的優(yōu)先級。那么，對于有m個相鄰路口的路口i，本發(fā)明可以將這些相鄰路口根據(jù)優(yōu)先級降序排列，即{j1,j2,…jm}。數(shù)據(jù)根據(jù)優(yōu)先級傾向于選擇最優(yōu)的鄰居路口進(jìn)行傳輸。只有在優(yōu)先級比較高的路段沒有可用車輛接收數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)才會轉(zhuǎn)向次優(yōu)的路口傳輸。2.1作為區(qū)分路口優(yōu)先級的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明提出了一個新的指標(biāo)，“連通質(zhì)量”(cq)來反映路段的連通度和交通狀況。令作為路口i和jk間路段的權(quán)值，k∈(1,2,…,m)。該權(quán)值可以通過公式(2)計算得到。那么在“任播”機(jī)制下，從路口i到目的地d的連通質(zhì)量cqi可以定義為下面的方程：其中表示路口被選擇為下一個傳輸路口的概率，它可以被表示為：其中被定義為路口i的數(shù)據(jù)可以在當(dāng)前路口與相鄰路口jk之間所在路段遇見車輛的概率。令ti表示攜帶數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)通過路口i所需的時間。假定車輛在路段的到達(dá)率服從參數(shù)為的泊松分布，那么可以被計算為:2.2根據(jù)方程(3)，從任何一個路口到目的地的連通質(zhì)量可以通過下面的算法1獲得。本發(fā)明用表示路口i在路段被選擇作為下一個傳輸路段條件下的連通質(zhì)量，那么它可以被計算為：根據(jù)的值，相鄰的路口可以給以不同的優(yōu)先級，值越大，優(yōu)先級越大。3、下一跳的選擇一旦下一個傳輸路段選定，一個基于貪婪機(jī)制的“任播”路由策略用于在該路段傳輸信息。令s表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)，r表示一個相鄰節(jié)點(diǎn)。作為下一跳選擇的標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明提出了一個新的指標(biāo)“鏈路質(zhì)量”(lq)。該指標(biāo)結(jié)合了數(shù)據(jù)的傳輸概率和一跳傳輸距離，即：其中dsr表示節(jié)點(diǎn)之間的距離，r表示傳輸范圍，psr表示數(shù)據(jù)傳輸成功的概率。4、當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)廣播數(shù)據(jù)時，多個鄰居節(jié)點(diǎn)將會收到該信息。然而，而只有其中一個節(jié)點(diǎn)會負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)該信息?；诜匠?7)，具有較大鏈路質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)有較高的優(yōu)先級。只有在其他較高優(yōu)先級失敗的情況下，次優(yōu)的節(jié)點(diǎn)才會負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)該信息。由于節(jié)點(diǎn)的快速移動性以及不均勻分布，數(shù)據(jù)很容易遇到網(wǎng)絡(luò)的斷開，因此會陷入局部優(yōu)化的問題。為了應(yīng)對這個問題，作為路由的修復(fù)策略，本發(fā)明采用了一個攜帶轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制輔助數(shù)據(jù)的傳輸。遇到該情況，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將會攜帶數(shù)據(jù)行駛，直到它達(dá)到下一個路口或者遇到一個可用的節(jié)點(diǎn)傳輸信息。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12