本發(fā)明設(shè)計了一種基于鏈路傳輸能力的跨層車載網(wǎng)路由方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

車載自組織網(wǎng)絡(luò)(vanet)作為移動自組織網(wǎng)絡(luò)(manet)的一個研究方向，在智能交通系統(tǒng)(its)中有著重要的應(yīng)用。vanet將車輛節(jié)點與道路基礎(chǔ)設(shè)施作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，主要實現(xiàn)車輛間通信(v2v，vehicle-to-vehiclecommunication)和車輛與路邊設(shè)施之間的通信(v2i，vehicle-to-infrastructurecommunication)，構(gòu)成了實時通信的移動網(wǎng)絡(luò)，提高了交通的安全性和管理效率，同時也為車輛駕駛提供了更多的服務(wù)。由于車輛的高移動型，vanet具有網(wǎng)絡(luò)拓撲頻繁變化的特性，一般的manet協(xié)議在vanet場景下，容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)中斷，高時延，高丟包率等問題，無法滿足vanet的需求。所以vanet的協(xié)議設(shè)計成為了解決這些問題的研究熱點。

車載網(wǎng)絡(luò)城市場景中，因為建筑物的阻擋和節(jié)點的移動性，節(jié)點間的鏈路頻繁斷開會對于網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生較大的影響；跨層設(shè)計結(jié)合鄰節(jié)點的信道使用情況，考慮不同信道衰落產(chǎn)生的傳輸失敗概率，可以更有效的使用無線信道資源，具有廣泛的研究與應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服傳統(tǒng)路由在vanet下的缺點，提供一種綜合考慮城市場景中影響鏈路傳輸能力的路由方法，確保鏈路的穩(wěn)定傳輸能力，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明旨在提供一種基于鏈路傳輸能力的跨層車載網(wǎng)路由方法，該方法包括：

1).計算節(jié)點在數(shù)據(jù)流上發(fā)送數(shù)據(jù)的成功概率：設(shè)集合示源節(jié)點s到目標(biāo)節(jié)點d的n條路由路徑，集合表示路徑rj所包含的m個節(jié)點序列，節(jié)點表示路由路徑rj上的第i跳節(jié)點。表示當(dāng)節(jié)點在數(shù)據(jù)流s→d上，能成功將信息發(fā)送到下一跳節(jié)點的概率。路徑損耗下節(jié)點的接收功率為其中表示節(jié)點和節(jié)點之間的距離，pt為距離節(jié)點d0距離處的接收功率，γ為路徑損耗系數(shù)，k為環(huán)境常數(shù)。當(dāng)節(jié)點與節(jié)點之間存在建筑物阻擋時，進行一次發(fā)送數(shù)據(jù)的成功概率為其中erf表示誤差函數(shù)，ψdb為發(fā)射與接收功率比值的分貝值，服從均值為μdb，標(biāo)準(zhǔn)差為的正態(tài)分布，εth表示節(jié)點的接收功率閾值的對數(shù)形式；當(dāng)節(jié)點與節(jié)點之間不存在建筑物阻擋時，進行一次發(fā)送數(shù)據(jù)的成功概率為其中pth表示節(jié)點的接收功率閾值。

2).計算節(jié)點能夠使用業(yè)務(wù)信道進行發(fā)送的概率：定義節(jié)點能夠使用業(yè)務(wù)信道進行發(fā)送的概率表示最近n個長度為t的周期內(nèi)，能夠使用業(yè)務(wù)信道的時間的平均值，其中表示節(jié)點在第k個周期內(nèi)兩跳內(nèi)業(yè)務(wù)信道都被占用的總時間，在這些時間內(nèi)節(jié)點x無法占用業(yè)務(wù)信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送。

3).計算節(jié)點的等待系數(shù)：定義等待系數(shù)為節(jié)點在占用業(yè)務(wù)信道時，距離發(fā)送屬于數(shù)據(jù)流s→d的數(shù)據(jù)分組所需要等待時間的倒數(shù)，其中表示節(jié)點的業(yè)務(wù)隊列中正在等待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)。

4).計算節(jié)點能夠保持業(yè)務(wù)信道占用的概率：定義節(jié)點能夠保持業(yè)務(wù)信道占用的概率表示控制信道的時隙數(shù)與節(jié)點兩跳內(nèi)節(jié)點數(shù)量的比值，其中nsn表示控制信道的時隙數(shù)，表示節(jié)點兩跳內(nèi)的節(jié)點數(shù)量，min表示取較小值，當(dāng)時隙數(shù)大于節(jié)點數(shù)量時取1，表示能夠保持占用業(yè)務(wù)信道。

5)計算路由判據(jù)和路由選擇：定義數(shù)據(jù)流s→d上的某個節(jié)點對于該數(shù)據(jù)流的發(fā)送能力路由選擇為或

有益效果

本發(fā)明利用了跨層的機制提出了一種vanet中基于鏈路傳輸能力的跨層車載網(wǎng)路由方法，利用該方法建立的路由能提高鏈路的穩(wěn)定性，可以顯著地改善平均端到端延時、吞吐量、丟包率等網(wǎng)絡(luò)性能。

附圖說明

圖1是路由選擇的流程圖。

圖2是節(jié)點鏈路示意圖。

圖3是lcpr跨層結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是路由算法的算法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖具體說明。

車載自組織網(wǎng)絡(luò)中車輛的移動性使得網(wǎng)絡(luò)拓撲頻繁變化，城市場景中存在建筑物的遮擋，路由鏈路相比一般的移動自組織網(wǎng)絡(luò)更加容易變動。傳統(tǒng)的路由協(xié)議是通過維護路由鏈路表進行路由選擇算法的，如果因為節(jié)點的移動導(dǎo)致鏈路頻繁斷開對于網(wǎng)絡(luò)通信的有效性會產(chǎn)生很大的影響.

為了解決這個問題，本發(fā)明提出了一種基于鏈路傳輸能力的路由機制，算法流程如圖1所示。根據(jù)鄰居節(jié)點的位置和信道使用情況，將每一跳可行鏈路進行預(yù)測用來優(yōu)化路由選擇。在mac層使用vemac協(xié)議接入，所有節(jié)點在多信道場景下的接入控制信道，并在控制信道上廣播控制信息，進行信道預(yù)約和節(jié)點信息交換。定義表征節(jié)點之間的通信能力的參數(shù)反映了節(jié)點之間傳輸?shù)挠行裕辉诖嘶A(chǔ)上給出了一種新的適應(yīng)城市場景的路由判據(jù)，實現(xiàn)了一種網(wǎng)路層與mac層的協(xié)議設(shè)計。分為路由判據(jù)和協(xié)議實現(xiàn)兩個部分。

1、路由判據(jù)

由于城市中有大量的建筑物，在街道上行駛的車輛兩兩之間進行通信時，可以分兩種情況進行討論，即節(jié)點間不存在障礙物和節(jié)點間存在障礙物。

當(dāng)節(jié)點之間不存在障礙物時，信道衰落模型可以采用大尺度路徑損耗模型，接收功率pr為：

其中pt為發(fā)射功率，d0為單位距離，d為發(fā)射點和接收點之間的距離，γ路徑損耗系數(shù)，k為常數(shù)。

當(dāng)節(jié)點之間的信道存在建筑物時，需要考慮陰影效應(yīng)，一般采用對數(shù)正態(tài)陰影模型來表示陰影衰落：

其中ψdb為功率發(fā)射與接收功率比值的分貝值，它服從均值為μdb，標(biāo)準(zhǔn)差為的正態(tài)分布

因此當(dāng)兩個車輛節(jié)點之間有障礙物時，信道衰落為陰影衰落與路徑損耗的疊加，接收功率與發(fā)射功率比值的分貝值可以表示為：

對接收功率的概率在接收門限的范圍內(nèi)做變上限積分，則對于存在障礙物時節(jié)點之間通信成功的概率為：

其中erf表示誤差函數(shù)，這樣就得出當(dāng)存在障礙物時兩節(jié)點之間的通信成功概率。

進一步考慮不存在障礙物的情況，節(jié)點之間在城市內(nèi)的傳輸存在多徑效應(yīng)對于傳輸成功的概率有著一定的，考慮瑞利衰落對于信號產(chǎn)生的影響。瑞利信道下節(jié)點間的直接傳輸成功概率為：

如圖2所示，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中存在著10個節(jié)點組成多個數(shù)據(jù)流，對于其中一條數(shù)據(jù)流s→d，定義流上的某個節(jié)點x對于數(shù)據(jù)流s→d的發(fā)送能力：

式中每項的具體定義如下：

(1)表示節(jié)點x能夠使用業(yè)務(wù)信道進行發(fā)送的概率，其定義為在最近n個長度為t的周期內(nèi)，節(jié)點x能夠有可以使用的業(yè)務(wù)信道的平均值，即其中n為最近的周期個數(shù)，t為周期長度，表示節(jié)點x在第i個周期內(nèi)兩跳內(nèi)業(yè)務(wù)信道都被占用的總時間，在這些時間內(nèi)節(jié)點x無法占用業(yè)務(wù)信道進行數(shù)據(jù)發(fā)送；

(2)表示節(jié)點x在占用業(yè)務(wù)信道時，距離發(fā)送屬于數(shù)據(jù)流s→d的數(shù)據(jù)分組所需要等待時間的倒數(shù)，即其中，表示節(jié)點x的業(yè)務(wù)隊列中正在等待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)。

(3)表示節(jié)點x能夠保持業(yè)務(wù)信道占用的概率，其定義為控制信道的時隙數(shù)與節(jié)點x空兩跳內(nèi)節(jié)點數(shù)量的比值，即nsn表示控制信道的時隙數(shù)，表示節(jié)點x兩跳內(nèi)的節(jié)點數(shù)量，min表示取較小值，當(dāng)時隙數(shù)大于節(jié)點數(shù)量時取1，表示能夠保持占用業(yè)務(wù)信道。

(4)表示當(dāng)節(jié)點x在數(shù)據(jù)流s→d上，能成功將信息發(fā)送到s→d下一跳y的概率，即當(dāng)x點已經(jīng)是終點時，取最大值1。當(dāng)x與y之間存在障礙物時，使用計算；當(dāng)x與y之間不存在障礙物時，使用計算。

上游節(jié)點若發(fā)送成功，則表示下游節(jié)點也成功接收了，所以可以給出節(jié)點接收能力的定義，在數(shù)據(jù)流s→d中對于節(jié)點x的上游節(jié)點w，

設(shè)集合表示源節(jié)點s到目標(biāo)節(jié)點d的m條路由路徑，結(jié)合表示路徑rj所包含的l個節(jié)點序列，節(jié)點表示路由路徑rj上的第i跳節(jié)點。

根據(jù)每個節(jié)點的綜合能力，定義路由判據(jù)為：

或

2、協(xié)議實現(xiàn)

基于鏈路傳輸能力的車載網(wǎng)絡(luò)跨層路由協(xié)議在aodv的基礎(chǔ)上擴展而來，以新的路由判據(jù)來重新定義路由表，在路由表中增加了鏈路總傳輸能力。mac層以車載網(wǎng)絡(luò)多信道接入?yún)f(xié)議vemac為基礎(chǔ)，使用無競爭的信道預(yù)約，在控制信道上廣播更新節(jié)點的信息。圖3給出了協(xié)議中各層之間的工作關(guān)系。從圖中可以看出，網(wǎng)絡(luò)層在計算路由判據(jù)時，需要獲得鏈路層中鄰居節(jié)點的信道接入情況、業(yè)務(wù)情況和傳輸成功概率；在路由維持過程中，需要不斷接收鏈路層反饋的信息來更新路由表。

圖4為源節(jié)點為s目的節(jié)點為d時的路由算法流程圖，具體步驟如下：

(1)如果源節(jié)點s不存在到達目的節(jié)點d的路由，或者原路由已經(jīng)過期，向周圍節(jié)點廣播路由請求；

(2)中間節(jié)點接受到源節(jié)點s發(fā)來的路由請求后，向s建立反向路由，更新路由信息，如果中間節(jié)點仍不存在到目的節(jié)點d的路由，中間節(jié)點繼續(xù)廣播路由請求；

(3)d收到源節(jié)點發(fā)來的路由請求后，首先判斷是否接收過相同序號的路由請求，如果已經(jīng)收到過則無視該請求；計算整條路徑的路由判據(jù)，反向更新路由信息；向源節(jié)點s發(fā)送包含自身傳輸能力參數(shù)的路由信息；

(4)源節(jié)點s收到來自目的節(jié)點d發(fā)來的路由消息后，前向更新路由。