本發(fā)明涉及一種車載網(wǎng)自適應(yīng)廣播協(xié)議，尤其涉及一種基于概率的車載網(wǎng)自適應(yīng)廣播協(xié)議。
背景技術(shù)：
：車載自組網(wǎng)(vehicularadhocnetworks，vanet)的發(fā)展不僅對眾多商業(yè)發(fā)展和娛樂推廣起著巨大的推動作用，其作為現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)(intelligenttransportationsystem，its)的重要組成部分，對提高交通的安全狀況更是不可或缺。有報道：若司機能多出額外0.5秒的報警時間，高速上車輛追尾事故將能降低近60％。因此，通過為vanet設(shè)計和構(gòu)建新協(xié)議來向那些行駛在車輛稀疏或視線受限區(qū)域的車輛發(fā)布告警信息，具有非常重要的積極意義，同時也面臨著重大挑戰(zhàn)。專用短距通行(dedicatedshortrangecommunication，dsrc)技術(shù)作為過去數(shù)年來新出現(xiàn)的技術(shù)，完全能夠滿足vanet對安全或非安全領(lǐng)域的需求。它同時也被認為是車輛間實現(xiàn)無線訪問(wirelessaccessinvehicularenvironment，wave)或ieee802.11p協(xié)議的最好技術(shù)和方案。借助于dsrc技術(shù)，vanet中車輛間通信可以通過兩種方式來實現(xiàn)：車輛與車輛間的通信(v2v)和車輛與路邊設(shè)施間的通信(v2r)。前者借助車載本身搭載的通信單元(obu)，車輛向行駛在路上的某特定車輛發(fā)送信息；后者車輛則只與安裝在路邊的固定設(shè)施(rsu)進行信息交互。而不管是v2v還是v2r，廣播通信都已成為多數(shù)vanet實際應(yīng)用中車輛間信息發(fā)布的基礎(chǔ)性方案。例如，某個特定rsu可以針對路上的特定區(qū)域廣播交通事故信息。對應(yīng)區(qū)域車輛一旦收到相關(guān)信息，則可以進一步向與其相鄰的車輛廣播該信息，同樣的行為在該區(qū)域所有車輛間不斷重復(fù)進行，直至該區(qū)域所有車輛都收到該信息，進而能做出規(guī)避事故區(qū)域的選擇，從而能夠避免世故區(qū)域的交通擁堵狀況，提高整個道路車輛通行效率。原始意義上的廣播通信通常由泛洪算法實現(xiàn)。泛洪是一種節(jié)點全網(wǎng)廣播信息，以保證網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都能收到相應(yīng)信息的算法。針對車載自組網(wǎng)消息廣播的方式，這種算法在節(jié)點有限的中小網(wǎng)絡(luò)中運行效果不錯，通行效率也較高。但同樣的算法照搬到大型可擴展網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點的廣播、重播通信將會造成大量冗余廣播信息，以及因共享無線信道而導(dǎo)致的節(jié)點相互傳送信息時的信道爭用帶來的數(shù)據(jù)沖突，都將使得泛洪算法的性能急劇降低。這就是著名的廣播風(fēng)暴問題(broadcast-stormproblem，bsp)。近年來，針對廣播風(fēng)暴問題涌現(xiàn)出了不少解決方案，它們可歸納為四類：1)基于概率的；2)基于泛洪的；3)基于區(qū)域的(又可進一步劃分為基于位置和基于距離的)；4)基于鄰居關(guān)系的。這些方案同時也在移動自組網(wǎng)(mobileadhocnetwork，manet)中出現(xiàn)并得到過或正在進行著廣泛的研究。廣播風(fēng)暴問題同樣也困擾著vanet中節(jié)點進行的信息廣播通信。文獻[m.slavikandi.mahgoub.stochasticbroadcastforvanet，proceedingsofthe7thieeeconferenceonconsumercommunicationsandnetworkingconference.pp.205-209，2010.]中，在分別擁有單、雙車道高速路的設(shè)定場景下，作者基于概率和計時器提出了三個廣播通信方案：時隙1-堅持、時隙p-堅持和加權(quán)時隙p-堅持，并分別從分組傳送延遲、丟包率和系統(tǒng)開銷三個方面分析了它們的性能。時隙1-堅持中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點一旦收到相關(guān)廣播信息，則以概率1向其它節(jié)點廣播接收到的信息(即一定重播)。時隙-堅持，其要求所有節(jié)點以預(yù)先選定的概率p重新廣播接收到的信息。雖然，時隙p-堅持能通過使用多個不同的p值來提升網(wǎng)絡(luò)性能，但其仍然存在著大量廣播被重傳的現(xiàn)象。對于加權(quán)p-堅持(wpp)，其節(jié)點重播接收到信息的概率必須等于發(fā)送節(jié)點和接收節(jié)點信號范圍間的比值，加權(quán)p-堅持在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(車輛)數(shù)量不足的區(qū)域效率非常低；而對高密度節(jié)點(車輛)區(qū)域，節(jié)點也必須選擇一個適當(dāng)?shù)膹V播概率才行。此外，上述三個方案在廣播收到(或新)的信息前，節(jié)點都必須緩存信息一段時間。文獻[g.korkmaz，e.ekici，andurbanmultihop是broadcastprotocolforinter-vehiclecommunicationsystems.proceedingsofthelstacminternationalworkshoponvehicularadhocnetworks.pages：76-85，2004.]針對廣播風(fēng)暴和隱藏節(jié)點問題及可靠的多跳廣播需求提出了一個專用于車載網(wǎng)的城區(qū)多跳廣播協(xié)議(umb)。該協(xié)議雖然實現(xiàn)了高密度節(jié)點區(qū)域高流量負荷環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息交付的高成功率，但該協(xié)議需要中繼器和支持黑場信號等的硬件成本和額外能量消耗。作為umb協(xié)議的擴展，文獻[g.korkmaz，e.ekici，f.ozgune.anefficientfullyad-hocmulti-hopbroadcastprotocolforinter-vehicularcommunicationsystems.proceedingsof6thieeeicc.pages：423-428，2006]給出了一個完全自組織網(wǎng)絡(luò)多跳廣播協(xié)議(amb)。該協(xié)議使用了一個定向廣播方案來向距離自己最遠的節(jié)點指派重播功能，專門設(shè)計的十字路口廣播方案被用來處理十字路口的信息重播，從而避免了umb中交叉路口廣播信息時對中繼器的需求。通過對已有的研究的分析和總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)，車載網(wǎng)的廣播協(xié)議的性能可集中體現(xiàn)于兩個參數(shù)：信息可達率(re)和重播保存率(sr)。一個好的車載網(wǎng)廣播協(xié)議應(yīng)該具備在信息可達性和重播保存率間達成平衡的能力。上述現(xiàn)有方法中，車載自組網(wǎng)車輛間廣播信息的可達性均不太理想，同時廣播信息冗余嚴(yán)重。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高廣播信息的可達性，同時降低廣播信息的重播數(shù)量。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于概率的車載網(wǎng)自適應(yīng)廣播協(xié)議，其特征在于：車載網(wǎng)的廣播協(xié)議的性能集中體現(xiàn)于兩個參數(shù)：信息可達率re和重播保存率sr；定義一：信息可達率re假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點總數(shù)為n，節(jié)點vr收到的信息數(shù)量為m，則信息可達率re由下式確定：定義二：重播保存率sr假設(shè)結(jié)點vs發(fā)送了s個信息，如果節(jié)點vr收到的信息數(shù)量為m，則重播保存率sr表示如下：基于概率的車載網(wǎng)自適應(yīng)廣播協(xié)議的邏輯步驟如下：步驟1：節(jié)點vr收到新信息msg；步驟2：計算發(fā)出所述新信息msg的源節(jié)點vs與節(jié)點vr之間的距離d；步驟3：計算節(jié)點vr的鄰居節(jié)點數(shù)量nn；步驟4：計算網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點平均數(shù)navg；步驟5：設(shè)r為網(wǎng)絡(luò)中信息平均傳輸?shù)姆秶蝗绻襫n≥navg，則vr位于一個密集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，并且廣播半徑??；vr以低概率p＝plow對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；否則，vr位于一個稀疏節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，但廣播半徑??；vr以高概率p＝phigh對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；步驟6：如果且nn＜navg，則vr位于一個稀疏節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr遠離源節(jié)點vs，并且廣播半徑大；vr以低概率p＝plow對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；否則，vr位于一個密集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，并且廣播半徑大；vr以高概率p＝phigh對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；步驟7：均勻生成區(qū)間(0.0，1.0)內(nèi)的隨機數(shù)，如果該隨機數(shù)小于概率p，則轉(zhuǎn)發(fā)信息，否則就放棄信息。優(yōu)選地，所述步驟3中，整個網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點平均數(shù)navg的計算方法如下：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)為n，任意節(jié)點vi在某一特定時刻的鄰居節(jié)點數(shù)量為xi，i＝1、2、3……n，則該網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點平均數(shù)navg由下式表示：優(yōu)選地，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點每秒周期性的向四周廣播“hello”分組，以獲取本節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)量，該值與網(wǎng)絡(luò)的平均鄰居結(jié)點數(shù)間的比值作為判斷節(jié)點所處網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的疏密標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選地，稀疏節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中，節(jié)點vi對節(jié)點vj的信息重播概率plow為：其中，dij是節(jié)點vi和節(jié)點vj間的距離，j＝1、2、3……n；r是網(wǎng)絡(luò)中信息平均傳輸?shù)姆秶?。?yōu)選地，密集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中，節(jié)點vi對節(jié)點vj的信息重播概率phigh為：其中，dij是節(jié)點vi和節(jié)點vj間的距離，j＝1、2、3……n；r是網(wǎng)絡(luò)中信息平均傳輸?shù)姆秶?。?yōu)選地，當(dāng)phigh大于1時，將phigh調(diào)整為1。優(yōu)選地，當(dāng)plow小于0時，將plow調(diào)整為0。優(yōu)選地，每個接收到信息的節(jié)點首先緩存該信息，同時初始化自己的計時器以等延時t(wait_time)的到來；若在最大延時tmax期間，節(jié)點不止一次的收到相同信息，則依據(jù)公式(4)來計算信息重播概率；否則，信息重播概率由公式(5)決定；這里，信息的重播延遲通過式(6)和式(7)來決定。t(wait_time)＝tmax*t0(6)t0表示節(jié)點密度與信息發(fā)送和接收結(jié)點間距離的關(guān)系。優(yōu)選地，所述tmax的值均勻的分布于[0，2ms]之間。優(yōu)選地，鄰居越多的節(jié)點，其延遲重播信息的時間越長；反之，鄰居越少的節(jié)點則能更快的重播信息。本發(fā)明針對車載自組網(wǎng)vanet廣播通信的廣播風(fēng)暴問題，采用基于概率的技術(shù)，提出了一種vanet基于概率的自適應(yīng)廣播方案awpb。該方案從信息的可達性和降低信息重播數(shù)量兩方面著手，分別從交通繁忙和交通稀疏兩種場景出發(fā)，通過重新定義相應(yīng)節(jié)點廣播信息的概率，在提高信息的可達性的同時，降低了節(jié)點廣播信息數(shù)量，實現(xiàn)了高傳送率和減少廣播冗余的目的。awpb具有較高的安全性和較低的存儲開銷，能夠滿足高速公路事故車聯(lián)網(wǎng)間通信保護隱私的需求。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：1、信息的高可達，低冗余。新協(xié)議以wpp協(xié)議為基礎(chǔ)，利用廣播技術(shù)來實現(xiàn)行駛中車輛間的信息交互，從而實現(xiàn)了信息的高可達性。設(shè)計了一個通用的概率方法，動態(tài)地調(diào)整每輛車的重新轉(zhuǎn)發(fā)概率，并且考慮每個車輛的局部密度，每個節(jié)點就能對接收到的信息獨立的作出重播與否的決策，從而實現(xiàn)了重播信息的地冗余。2、廣播風(fēng)暴解決。因為awpb協(xié)議根據(jù)每個結(jié)點的相對結(jié)點密度動態(tài)調(diào)整結(jié)點重播的概率，較好的控制了網(wǎng)絡(luò)中冗余廣播的出現(xiàn)，實現(xiàn)了從源頭上廣播風(fēng)暴問題產(chǎn)生的控制，消除或有效降低了廣播風(fēng)暴。3、更大的車輛密度應(yīng)用范圍。awpb考慮了每個車輛的局部密度，動態(tài)地調(diào)整每輛車的重新轉(zhuǎn)發(fā)概率，從而使的協(xié)議好更好的車輛密度通信寬度。4、良好的車速適應(yīng)能力。awpb協(xié)議的重播保存率控制適中，使得協(xié)議運行對車輛行駛速度具備較好的適應(yīng)性，在高速行駛時，其信息可達性好。綜上，本發(fā)明只需較低的存儲開銷就能很大程度的提高廣播信息的可達性，降低廣播信息的重播數(shù)量。本發(fā)明協(xié)議可應(yīng)用于無線vanet、傳感器網(wǎng)絡(luò)、adhoc網(wǎng)絡(luò)、無線通信等私密保護領(lǐng)域。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。本發(fā)明提供了一種基于概率的車載網(wǎng)自適應(yīng)廣播協(xié)議awpb，awpb對車輛密度進行區(qū)分，分別從交通繁忙和交通稀疏兩種場景出發(fā)，重新定義相應(yīng)節(jié)點廣播信息的概率，通用概率算法能夠動態(tài)地調(diào)整每輛車的重新轉(zhuǎn)發(fā)概率，并且考慮每個車輛的局部密度，不同的密度區(qū)域中的節(jié)點有自己的專門的信息重播概率，實現(xiàn)了算法的自適應(yīng)。awpb在提高信息的可達性的同時，降低節(jié)點廣播信息數(shù)量，實現(xiàn)了高傳送率和減少廣播冗余的目的。一、相關(guān)概念車載網(wǎng)的廣播協(xié)議的性能可集中體現(xiàn)于兩個參數(shù)：信息可達率(re)和重播保存率(sr)。定義一：信息可達率。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點總數(shù)為n，節(jié)點vr收到的信息數(shù)量為m，則信息可達率re由下式確定：信息可達率re反映了收到信息的車輛與網(wǎng)絡(luò)中總車輛之間的比值。定義二：重播保存率。假設(shè)結(jié)點vs發(fā)送了s個信息，如果節(jié)點vr收到的信息數(shù)量為m，則重播保存率sr可表示如下：重播保存率sr主要反映協(xié)議降低廣播重播信息的能力。二、基于概率的自適應(yīng)加權(quán)廣播協(xié)議——awpbawpb協(xié)議中，設(shè)計了一個通用的概率方法，其動態(tài)地調(diào)整每輛車的重新轉(zhuǎn)發(fā)概率，并且考慮每個車輛的局部密度。awpb協(xié)議的邏輯步驟具體如下：步驟1：節(jié)點vr收到新信息msg；步驟2：計算發(fā)出所述新信息msg的源節(jié)點vs與節(jié)點vr之間的距離d；步驟3：計算節(jié)點vr的鄰居節(jié)點數(shù)量nn；步驟4：計算網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點平均數(shù)navg；步驟5：設(shè)r為網(wǎng)絡(luò)中信息平均傳輸?shù)姆秶蝗绻襫n≥navg，則vr位于一個密集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，并且廣播半徑小；vr以低概率p＝plow對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；否則，vr位于一個稀疏節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，但廣播半徑小；vr以高概率p＝phigh對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；步驟6：如果且nn＜navg，則vr位于一個稀疏節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr遠離源節(jié)點vs，并且廣播半徑大；vr以低概率p＝plow對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；否則，vr位于一個密集節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中；vr靠近源節(jié)點vs，并且廣播半徑大；vr以高概率p＝phigh對接收到的信息進行重播；轉(zhuǎn)步驟7；步驟7：均勻生成區(qū)間(0.0，1.0)內(nèi)的隨機數(shù)，如果該隨機數(shù)小于概率p，則轉(zhuǎn)發(fā)信息，否則就放棄信息。為了評估網(wǎng)絡(luò)的局部密度，awpb通過使用“hello”分組來獲取節(jié)點的鄰域信息，以便為網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點構(gòu)造其1跳鄰居列表。對一給定拓撲場景的網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點總數(shù)為n，任意節(jié)點vi在某一特定時刻的鄰居節(jié)點數(shù)量為xi，i＝1、2、3……n，則該網(wǎng)絡(luò)的鄰居節(jié)點平均數(shù)navg可由下式表示。網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點每秒周期性的向四周廣播“hello”分組，以獲取本節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)量xi，該值與網(wǎng)絡(luò)平均鄰居結(jié)點數(shù)navg間的比值作為判斷節(jié)點所處網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的疏密標(biāo)準(zhǔn)。從而，每個節(jié)點就能對接收到的信息獨立的作出重播與否的決策。限于資源和時間，本協(xié)議的最佳網(wǎng)絡(luò)平均鄰居數(shù)量navg通過大量的模擬試驗來獲取。表1顯示了在不同路況和節(jié)點總數(shù)的情況下，相對應(yīng)的最佳平均網(wǎng)絡(luò)鄰居節(jié)點的數(shù)量。表1不同路況和節(jié)點數(shù)量下對應(yīng)的平均鄰居節(jié)點數(shù)節(jié)點數(shù)路長最佳平均鄰居結(jié)點數(shù)251x1km7501x1km121001x1km252002x2km392502x2km45awpb依據(jù)網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點數(shù)把道路劃分為節(jié)點密集區(qū)和節(jié)點稀疏區(qū)兩個邏輯區(qū)域。不同的邏輯區(qū)域中的每個節(jié)點都有自己的專門的信息重播概率p。對于節(jié)點稀疏區(qū)，節(jié)點vi對節(jié)點vj的信息重播概率p＝plow為：其中，dij是節(jié)點vi和節(jié)點vj間的距離，j＝1、2、3……n；r是網(wǎng)絡(luò)中信息平均傳輸?shù)姆秶τ诠?jié)點密集區(qū)，節(jié)點vi對節(jié)點vj的信息重播概率p＝phigh為：在某些情況下，p值可以小于0或大于1。小于0則意味著節(jié)點非常靠近源節(jié)點，并且在非常密集的區(qū)域中。因此，通過編碼，可以將p值調(diào)整為零。大于1則意味著節(jié)點距離源節(jié)點非常遠，處于一個非常稀疏的地區(qū)。這時p的值被調(diào)整為1。表2顯示了不同的p值的可能情況。每個接收到信息的節(jié)點首先應(yīng)該緩存該信息，同時初始化自己的計時器以等延時t(wait_time)的到來。若在最大延時tmax期間，節(jié)點不止一次的收到相同信息，則依據(jù)公式(4)來計算信息重播概率。否則，信息重播概率由公式(5)決定。這里，信息的重播延遲可通過式(6)和式(7)來決定。t(wait_time)＝tmax*t0(6)t0表示節(jié)點密度與信息發(fā)送和接收結(jié)點間距離的關(guān)系。這里需要特別指出的是：tmax的值均勻的分布于[0，2ms]之間。這就意味著：鄰居越多的節(jié)點，其延遲重播信息的時間越長；反之，鄰居越少的節(jié)點則能更快的重播信息。表2不同距離鄰居節(jié)點對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)概率navgxidijp71320plow＝0107100phigh＝19250phigh＝0.42本實施例針對車載自組網(wǎng)vanet的廣播風(fēng)暴問題，采用動態(tài)概率重播技術(shù)，實現(xiàn)了vanet的信息重播自適應(yīng)方案。awpb方案分別從交通繁忙和交通稀疏兩種場景出發(fā)，通過重新定義相應(yīng)節(jié)點廣播信息的概率，在提高信息的可達性的同時，降低節(jié)點廣播信息數(shù)量，實現(xiàn)了高傳送率和減少廣播冗余的目的。通過提出的awpb協(xié)議中，設(shè)計了一個通用的概率方法，其動態(tài)地調(diào)整每輛車的重新轉(zhuǎn)發(fā)概率，并且考慮每個車輛的局部密度，從而，每個節(jié)點就能對接收到的信息獨立的作出重播與否的決策。與同類方案相比，awpb具有較高的信息可達性和較低的存儲開銷。awpb協(xié)議的邏輯語言形式如下：當(dāng)前第1頁12