一种路口ad hoc节点辅助的城市车载路由协议方法技术

本发明专利技术针对城市环境下的交通特点，提出了一种路口ad hoc固定节点辅助的路由协议——SAGR（Static-Node Assisted Geographical Routing）方法。该协议针对车联网（Vehicular Ad Hoc Network，VANET）中车辆运动快、交叉路口易发生网络割裂和车辆辅助设备丰富等特点，在交叉路口设置自组织通信网的固定节点。这些固定节点结合路径距离、车辆密度、时延来计算与其连接的每段道路的SCORE值，并根据每段道路的SCORE值，进行最佳路由路径的选择。同时，在特定路段内，车辆间采用改进的贪婪算法进行分组转发。针对车辆稀松场景下，VANET易出现局部最优化的问题，SAGR协议结合路由的选择策略以及车辆的运动特性，采取“固定节点辅助”与“存储转发”策略来保证VANET的连通性与分组投递率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于车载无线通信
，尤其涉及一种路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议方法。
技术介绍
现如今，智能交通已是智慧城市的重要组成部分，而其中车载自组织网(VehicularAdHocNetwork，VANET)又是智能交通中非常具有研究价值的领域之一。它是由一系列车辆自组织通信而形成的车载网络，是移动自组织网(MobileAdHocNetwork，MANET)的一个重要应用场景。VANET在安全预警、协助驾驶与交通监管等领域发挥越来越大的作用。其中VANET的路由协议是决定其性能的重要组成部分，但由于VANET高速移动性、拓扑变化频繁、网络割裂严重、城市环境复杂等特点，传统的AdHoc路由协议直接运用在VANET上的效果很不理想，所以，根据城市交通的特点，设计出能保证车辆间高效且可靠通信的路由协议，一直是VANET路由研究的重点。许多路由协议在进行路由选择时，只是考虑节点的位置、节点间距离和电子地图等这些静态参数，而没有考虑交通的实时情况。例如，GSR协议，只是根据Dijkstra算法计算出一条从源节点到目的节点之间的最短路径，以及必须经过的一系列交叉路口。虽然这一类协议计算出的路径是源节点到目的节点的最短路径，但由于没有考虑交通的实时情况，当其所选取的路径上，部分路段车辆密度太小，导致车辆间连通性较低，时延就会很大，甚至出现数据分组的丢失。对于VANET路由协议来说，车辆间通过周期性的交换HELLO信息来维护自身的邻居车辆表，其中包括邻居节点的位置、运动方向、运动速度等属性。但由于车辆是不断行驶的，尤其当车辆行驶速度较快时，上一时刻收到的邻居节点的信息，可能已经过期，邻居节点已经不在原来的位置，甚至已经不在发送节点的通信范围内。尤其对于GPSR、GSR、GPCR等路由协议来说，数据分组在道路上转发时，会在自身的邻居节点中选择一个距离目的节点最近的邻居节点作为下一跳，直到数据传送至目的节点。当节点要发送分组至该邻居节点时，该车辆很有可能已经行驶出了发送节点的通信范围，导致传送失败。
技术实现思路
针对VANET中车辆运动快、交叉路口易发生网络割裂和车辆辅助设备丰富等特点，设计了一种路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议。该协议包括以下步骤：S1，在交叉路口增加固定节点；S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点在其通信范围内，目的节点D不在交叉路口所连接的道路上时，进入交叉路口模式；S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点不在其通信范围内，或者是交叉路口模式过后，进入道路模式。其中，交叉路口模式的固定节点进行路径选择主要从路径距离、车辆密度、时延三个方面进行路径选择。路径距离，定义候选下一跳节点到目的节点的归一化距离为，D‾jk=M*Djk/Σk=1MDjk]]>其中I为节点现在所在的交叉口；J为分组将要经过的下一个候选交叉路口；M为与I直接相连的道路数量，即下一个候选交叉路口总数；Jk为第k个下一个候选交叉路口；Dj为J到目的节点的距离。车辆密度，定义为：ρij＝Nij/rij其中rij为交叉路口I到J的距离；Nij为I和J之间道路上的车辆数量。时延包括传播时延、处理时延、排队时延等，定义为；dij=(1-e-R/ρij)·lij·cR+e-R/ρij·lijvij]]>I、J间道路的归一化时延为：d‾ijk=M*dijk/Σk=1Mdijk]]>其中，rij为交叉路口I与J之间的道路；lij为rij的欧氏距离；ρij为rij的车辆密度；vij为I、J之间道路上车辆的平均速度；dij为分组在I、J之间道路上的时延；R为节点传输半径；c为一跳时延。固定节点的每下一个候选节点的值为：SCORE(Jk)=α*1/D‾jk+β*ρ‾ijk+γ*1/d‾ijk]]>其中α+β+γ＝1在交叉路口固定节点选择路径时，选择距离目的节点较近、车辆密度较大、时延较小的路径，即SCORE(J)值最大，SCORE(J)值越大的路径，就作为最佳路由路径。道路模式包括基于HELLO信息的节点位置预测与车辆方向相结合的改进GPSR协议，用于对处于道路模式的车辆进行packet转发。包括以下步骤：S21，对HELLO信息进行优化和定义；S22，节点收到邻居节点的HELLO信息后，更新自己的邻居节点信息表；S23，节点计算出当前时刻t、邻居节点的位置后，选择进入下一跳节点。下一跳节点选择包括：(1)首先，把根据SCORE选出的道路，即分组即将发送到的下一个路口处固定节点的ID添加到数据分组头中，并把下一路口处的固定节点作为当前路段目的节点。(2)即将发送数据分组的节点，根据邻居节点信息表以及公式，计算出当前时刻邻居节点的位置，并从中选择距离目的路口处固定节点最近的邻居节点作为下一跳。(3)当该节点有多个邻居节点与驶向路口处固定节点距离最近且相同时，选择其中驶向目的路口处的节点作为下一跳节点。本专利技术的路由协议还包括针对特定路段增设的路由修复模式，用以解决城市局部最优和车辆稀疏问题。所述的特定路段为当街道车辆密度较小时，车辆容易遇到局部最优问题，当遇到局部最优的节点进入周边转发模式后，又由于城市中高大建筑物的阻碍，使得packet难以到达目的节点。路由修复模式包括以下状态：(1)针对城市环境的特点，当道路上的车辆遇到局部最优问题时，SAGR协议采用“存储转发”模式，将packet存储于自身缓存中，直到目的路口固定节点距离更近的节点进入其通信范围，将分组packet转发至该节点；(2)遇到局部最优问题后，在道路上始终都没有遇到距离固定节点更近的邻居节点，于是就一直存储packet，直到目的交叉路口固定节点进入其通信范围，节点直接将packet转发给固定节点；(3)当交叉路口处的固定节点遇到局部最优问题时，采用类似于“存储转发”的方法来进行恢复，即先将packet存储于自身缓存中，直到被选择的道路上有车辆进入固定节点的通信范围，同时，需要为“存储转发”模式设定一个生存时间TTL，当遇到局部最优问题时，在TTL以内遇到符合条件的下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路口ad hoc节点辅助的城市车载路由协议方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在交叉路口增加固定节点；S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点在其通信范围内，目的节点D不在交叉路口所连接的道路上时，进入交叉路口模式；S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点不在其通信范围内，或者是交叉路口模式过后，进入道路模式。

【技术特征摘要】
1.一种路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议方法，其特征在于，
包括以下步骤：
S1，在交叉路口增加固定节点；
S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点在其通信范围内，
目的节点D不在交叉路口所连接的道路上时，进入交叉路口模式；
S2，当目的节点D不在本段道路上，固定节点不在其通信范围内，
或者是交叉路口模式过后，进入道路模式。
2.根据权利要求1所述的路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议
方法，其特征在于，所述的交叉路口模式的固定节点进行路径选择主
要从路径距离、车辆密度、时延三个方面进行路径选择。
3.根据权利要求2所述的路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议
方法，其特征在于，所述的路径距离，定义候选下一跳节点到目的节
点的归一化距离为，
D‾jk=M*Djk/Σk=1MDjk]]>其中I为节点现在所在的交叉口；J为分组将要经过的下一个候
选交叉路口；M为与I直接相连的道路数量，即下一个候选交叉路
口总数；Jk为第k个下一个候选交叉路口；Dj为J到目的节点的距
离；
所述的车辆密度，定义为：
ρij＝Nij/rij其中rij为交叉路口I到J的距离；Nij为I和J之间道路上的

\t车辆数量。
所述的时延包括传播时延、处理时延、排队时延等，定义为；
dij=(1-e-R/ρij)·lij·cR+e-R/ρij·lijvij]]>I、J间道路的归一化时延为：d‾ijk=M*dijk/Σk=1Mdijk]]>其中，rij为交叉路口I与J之间的道路；lij为rij的欧
氏距离；ρij为rij的车辆密度；vij为I、J之间道路上车辆的
平均速度；dij为分组在I、J之间道路上的时延；R为节点传输半
径；c为一跳时延。
4.根据权利要求1所述的路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议
方法，其特征在于，所述固定节点的每下一个候选节点的值为：
SCORE(Jk)=α*1/D‾jk+β*ρ‾ijk+γ*1/d‾ijk]]>其中
α+β+γ＝1
在交叉路口固定节点选择路径时，选择距离目的节点较近、车辆
密度较大、
时延较小的路径，即SCORE(J)值最大，SCORE(J)值越大的路径，就
作为最佳路由路径。
5.根据权利要求1所述的路口adhoc节点辅助的城市车载路由协议
方法，其特征在于，所述的道路模式包括基于HELLO信息的节点位置
预测与车辆方向相结合的改进GPSR协议，用于对处...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杰英，彭石，秦兆东，刘映淋，许杨鹏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44