车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法技术

本发明专利技术公开一种车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法，克服现有技术中不能保证转发路径连通以及没有考虑路段长度小于无线信号通信半径导致路由跳数增加的问题。本发明专利技术的具体思路是，首先交叉口节点计算相邻路段的连通度，然后根据相邻路段的连通度，将数据包转发给距离目的节点最近的交叉口节点或者邻居节点，最后重复上述过程直到将数据包转发给目的节点。本发明专利技术根据路段的长度利用不同的方法计算相邻路段的连通度，优先选择连通的且距离目的节点较近的交叉口节点，可有效的避免将数据包转发到易于中断的路段上，减少了网络延迟，提高了数据包的投递率。

【技术实现步骤摘要】
车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法
本专利技术属于通信
，更进一步涉及一种车辆自组织网络(VANETs)中基于路段长度的交叉口路由方法。本专利技术可用于城市场景的路由决策，根据路段的长度利用不同的方法计算交叉口相邻路段的连通度，优先选择连通的且距离目的节点较近的交叉口节点，可有效避免将数据包转发到易于中断的路段上，减少了网络延迟，提高了车辆自组织网络的整体性能。
技术介绍
车辆自组织网络是移动自组织网络一个极具应用价值的研究方向，并且为智能交通系统的发展提供了一个有效的解决方案。车辆自组织网络以行驶的车辆和道路基础设施为节点，实现车与车之间以及车与道路设施之间的信息交换，从而形成了由车辆与道路基础设施组成的实时通信网络，不仅提高了道路交通的安全性与管理效率，而且增加了驾驶舒适性。在城市环境中，网络拓扑变化频繁、节点移动受道路布局限制以及路边障碍物对无线信号的阻挡，使车辆组织网络的路由协议设计比移动自组织网络更加复杂。因此，如何结合城市环境下车辆自组织网络的特点设计出稳定、高效的路由协议是车辆自组织网络研究的一个重点。上海交通大学拥有的专利技术“一种动态自适应的车辆网络路由方法”(授权公告号CN102595547B，申请号201210081277.2)公开了一种动态自适应的车辆网络路由方法。该方法中车辆以及路边节点首先利用历史数据初始化整个网络系统，随后车辆通过GPS以及路边节点获取其它车辆的轨迹信息、位置信息和当前道路的实时道路信息，接下来各个车辆分别计算按道路来路由的路由策略和不考虑道路的路由策略在当前情况下的传输成功率期望值及传输时延期望值，最后选择其中一种路由策略传输数据包，并在需要的情况下对所选路由策略做出调整。该方法虽然根据不同的路况选择不同的路由策略，但是该方法仍然存在的不足是，没有考虑到真实城市环境下障碍物对无线信号传输的影响，造成丢包率的增加。Lochert等人在“GeographicRoutinginCityScenarios”(ACMSIGMOBILEMobileComputingandCommunicationsReview，2005)中提出了一种基于交叉口的路由协议GPCR(GreedyPerimeterCoordinatorRouting)。该协议在每个交叉口设置协调节点，在交叉口之间的路段上采用贪婪转发，在交叉口将数据包转发给协调节点，由协调节点决定数据包的转发方向。该协议虽然解决了信号传输受障碍物阻碍的问题，但是该方法仍然存在的不足是，过度依赖交叉口节点，将数据包转发给经过的每个交叉口的协调节点，增加了跳数和延迟，降低了数据包的转发效率，此外交叉口节点的判断算法增加了通信开销。Lee等人在“EnhancedPerimeterRoutingforGeographicForwardingProtocolsinUrbanVehicularScenarios”(GlobecomWorkshops，2007IEEE)中提出了一种基于预测的交叉口路由协议GpsrJ+(GreedyPerimeterStatelessRoutingJunction+)。该协议主要改进了交叉口处的路由策略，只有在数据包的转发方向发生变化时，才将数据包转发给交叉口节点，否则数据包仍采用贪婪转发。若当前节点的邻居节点中存在交叉口节点，就让当前节点做出如下预测：若该交叉口节点接收到数据包，它将会选择哪个节点作为下一跳，如果预测所得的下一跳节点与当前节点的最远邻居节点在同一路段上，则直接将数据包转发给最远的邻居节点；否则，转发给交叉口节点。与基于交叉口的路由协议GPCR相比，该协议减少了数据包转发的跳数，降低了对交叉口的依赖性，提高了数据包投递率。但是该协议仍然存在的不足是，基于预测的交叉口路由协议GpsrJ+没有考虑路段的连通度，仅根据交叉口的一跳邻居节点选择转发方向，有可能将数据包转发到不连通的路段上，造成网络中断，使得数据包无法继续传输。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法。本专利技术依据城市环境下车辆自组织网络中路段的长度，根据交叉口节点计算得到的相邻路段连通度，选择连通的且距离目的节点最近的交叉口节点或者邻居节点作为下一跳。为实现上述目的，本专利技术提出的路由方法实现的具体思路是：首先交叉口节点计算相邻路段的连通度；然后根据相邻路段的连通度，将数据包转发给距离目的节点最近的交叉口节点或者邻居节点；重复上述过程直到到达目的节点。本专利技术实现上述目的的具体步骤如下：(1)节点获取节点信息：(1a)车辆自组织网络中的每个节点，从全球定位系统GPS接收机和电子地图中，获取自身节点信息和目的节点信息；(1b)车辆自组织网络中的每个节点，周期性广播自身节点信息，并接收邻居节点广播的节点信息，将邻居节点的节点信息保存到自身的邻居表中；(2)当前节点查询自身的邻居节点中是否有目的节点，若是，执行步骤(7)；否则，执行步骤(3)；(3)当前节点查询自身的邻居节点中是否有交叉口节点，若是，执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；(4)计算交叉口节点的相邻路段连通度：(4a)按照下式，计算交叉口节点所在交叉口的中心点和目的节点的连线与每个相邻路段的角度差，其中，θi,j表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与相邻路段Ii-Ij的角度差，Ij表示交叉口，Ii-Ij表示交叉口Ii和交叉口Ij所确定的路段，θiD表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D连线与横坐标轴之间的夹角，表示相邻路段Ii-Ij与横坐标轴之间的夹角，i和j分别表示两个不同的交叉口的标号，其数值由实施场景中所涉及的交叉口的数目确定；(4b)从相邻路段中，选取交叉口节点所在交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与该相邻路段的角度差θi,j小于90°的相邻路段；(4c)判断所选取的相邻路段的长度是否小于无线信号的通信半径，若是，执行步骤(4d)；否则，执行步骤(4e)；(4d)当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为1；当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，不存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为0；(4e)交叉口节点利用实时的分布式连通度计算方法，计算所选取的相邻路段的连通度；(5)判断交叉口节点中相邻路段的连通度值是否为1，若是，当前节点向距离目的节点最近的交叉口节点发送数据包，执行步骤(2)；否则，执行步骤(6)；(6)当前节点向距离目的节点最近的邻居节点发送数据包，执行步骤(2)；(7)当前节点向目的节点发送数据包：当前节点的邻居节点中有目的节点时，将数据包直接转发给目的节点，目的节点收到源节点转发的数据包后，路由结束。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，本专利技术中计算了路段的连通度，优先选择连通的且距离目的节点更近的交叉口节点，并且利用实时的分布式连通度计算方法获得路段的连通度，克服了现有技术中不能保证转发路径连通的问题，可有效的避免将数据包转发到不连通的路段上，减少了数据包的丢失率和延迟，提高了数据包投递率。第二，本专利技术中通过路段长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法，其步骤包括如下：(1)节点获取节点信息：(1a)车辆自组织网络中的每个节点，从全球定位系统GPS接收机和电子地图中，获取自身节点信息和目的节点信息；(1b)车辆自组织网络中的每个节点，周期性广播自身节点信息，并接收邻居节点广播的节点信息，将邻居节点的节点信息保存到自身的邻居表中；(2)当前节点查询自身的邻居节点中是否有目的节点，若是，执行步骤(7)；否则，执行步骤(3)；(3)当前节点查询自身的邻居节点中是否有交叉口节点，若是，执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；(4)计算交叉口节点的相邻路段连通度：(4a)按照下式，计算交叉口节点所在交叉口的中心点和目的节点的连线与每个相邻路段的角度差：θi,j=|θiD-θIiIj|]]>其中，θi,j表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与相邻路段Ii‑Ij的角度差，Ij表示交叉口，Ii‑Ij表示交叉口Ii和交叉口Ij所确定的路段，θiD表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D连线与横坐标轴之间的夹角，表示相邻路段Ii‑Ij与横坐标轴之间的夹角，i和j分别表示两个不同的交叉口的标号，其数值由实施场景中所涉及的交叉口的数目确定；(4b)从相邻路段中，选取交叉口节点所在交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与该相邻路段的角度差θi,j小于90°的相邻路段；(4c)判断所选取的相邻路段的长度是否小于节点发出的无线信号的通信半径，若是，执行步骤(4d)；否则，执行步骤(4e)；(4d)当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为1；当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，不存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为0；(4e)交叉口节点利用实时的分布式连通度计算方法，计算所选取的相邻路段的连通度；(5)判断交叉口节点中相邻路段的连通度值是否为1，若是，当前节点向距离目的节点最近的交叉口节点发送数据包，执行步骤(2)；否则，执行步骤(6)；(6)当前节点向距离目的节点最近的邻居节点发送数据包，执行步骤(2)；(7)当前节点向目的节点发送数据包：当前节点的邻居节点中有目的节点时，将数据包直接转发给目的节点，目的节点收到源节点转发的数据包后，路由结束。...

【技术特征摘要】
1.车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法，其步骤包括如下：(1)节点获取节点信息：(1a)车辆自组织网络中的每个节点，从全球定位系统GPS接收机和电子地图中，获取自身节点信息和目的节点信息；(1b)车辆自组织网络中的每个节点，周期性广播自身节点信息，并接收邻居节点广播的节点信息，将邻居节点的节点信息保存到自身的邻居表中；(2)当前节点查询自身的邻居节点中是否有目的节点，若是，执行步骤(7)；否则，执行步骤(3)；(3)当前节点查询自身的邻居节点中是否有交叉口节点，若是，执行步骤(4)；否则，执行步骤(6)；(4)计算交叉口节点的相邻路段连通度：(4a)按照下式，计算交叉口节点所在交叉口的中心点和目的节点的连线与每个相邻路段的角度差：其中，θi,j表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与相邻路段Ii-Ij的角度差，Ij表示交叉口，Ii-Ij表示交叉口Ii和交叉口Ij所确定的路段，θiD表示交叉口节点所在的交叉口Ii的中心点和目的节点D连线与横坐标轴之间的夹角，表示相邻路段Ii-Ij与横坐标轴之间的夹角，i和j分别表示两个不同的交叉口的标号，其数值由实施场景中所涉及的交叉口的数目确定；(4b)从相邻路段中，选取交叉口节点所在交叉口Ii的中心点和目的节点D的连线与该相邻路段的角度差θi,j小于90°的相邻路段；(4c)判断所选取的相邻路段的长度是否小于节点发出的无线信号的通信半径，若是，执行步骤(4d)；否则，执行步骤(4e)；(4d)当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为1；当交叉口节点位于所选取的相邻路段上的邻居节点中，不存在比自身距离目的节点更近的邻居节点时，所选取的相邻路段的连通度值为0；(4e)交叉口节点利用实时的分布式连通度计算方法，计算所选取的相邻路段的连通度；(5)判断交叉口节点中相邻路段的连通度值是否为1，若是，当前节点向距离目的节点最近的交叉口节点发送数据包，执行步骤(2)；否则，执行步骤(6)；(6)当前节点向距离目的节点最近的邻居节点发送数据包，执行步骤(2)；(7)当前节点向目的节点发送数据包：当前节点的邻居节点中有目的节点时，将数据包直接转发给目的节点，目的节点收到源节点转发的数据包后，路由结束。2.根据权利要求1所述的车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法，其特征在于，步骤(1a)所述节点信息包含节点标志号、速度、方向、地理坐标、所在路段的标志号和所在路段的长度。3.根据权利要求1所述的车辆自组织网络中基于路段长度的交叉口路由方法，其特征在于，步骤(1b)所述的邻居节点是指，任意两个距离小于无线信号的通信半径，且节点间没有被障碍物阻挡的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，张宁，裴庆祺，吕宁，魏康文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61