一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法，具体包括：步骤1：网关根据管辖范围内的车辆位置信息计算源到目的节点的协助连通概率；步骤2：网关计算端到端的时延d；步骤3：网关计算路由跳数H；步骤4：网关计算误码率BER；步骤5：将协助连通概率当做目标函数，将时延、跳数、误码率作为约束条件，形成一个最优化问题；步骤6：利用路由基因算法得到最优解，即主干路由；步骤7：将最优解加到数据包的首部；步骤8：如果QoS要求的端到端的时延d、路由跳数H和误码率BER相应的阈值D

【技术实现步骤摘要】
一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法。
技术介绍
随着当前我国车辆数量的日益增多，交通管理面临着越来越严重的难题。作为最新的综合交通管理系统，智能交通系统(IntelligentTransportationSystem，ITS)可以提高道路使用者的安全性和舒适水平，在未来可以得到普及。ITS使用当前最先进的电子信息科学、智能传感、快速数据传输、高效控制和现代计算机科学等技术，旨在提供全方位的、大范围的、实时性高、准确高效的综合交通管理服务。车载自组织网络的应用主要包含三大类：车辆安全性应用、休闲娱乐性应用和舒适便利性应用。车辆安全性的一些应用目的是为了保证驾驶出行人的行车安全，尽量避免交通拥塞和事故的发生，提供变道预警、道路故障预警、道路拥塞预警等安全性预警，提醒驾驶者及时作出防范措施。这些安全消息大多数以单跳或者多跳的方式广播出去，众所周知，安全性消息最重要的就是保证消息的实时性。娱乐性应用包括地图下载、停车支付、自动收费服务、浏览网页、下载APP、观看流媒体等。这些应用都有各自的QoS要求。便利性应用旨在提高交通效率。使用发达的路由导航系统、信号灯的智能调度等方式优化交通情况，使得驾驶者有效避免交通拥塞，减少了出行时间。这类应用跟安全性应用相比来说时延没有那么严格，但是对误码率有一定的要求。通常来说，便利性应用一般通过多跳V2V实现源到目的节点的通信。为实现VANET的上述应用，FCC为车与车(V2V)和车与基站(V2I)通信分配了75MHz的短距离通信频谱，IEEE也为车辆之间的通信制定了标准，欧盟的车辆间通信联盟(Car-2-Carcommunicationconsortium,C2C-CC)和美国的汽车智能一体化(vehicleinfrastructureintegration,VII)也致力于车联网的推进。但是，由于车载自组织网络与传统的移动自组织网络有很大的不同。主要体现在如下几个方面：(1)车辆的快速移动导致网络拓扑的频繁变化；(2)不确定的用户行为；(3)车辆节点具有较强的存储能力和计算能力；(4)车辆的运动轨迹受道路的限制，可预测。其中，特点(1)、(2)导致拓扑的不断变化，车辆之间的连通性也就表现为一个随驾驶者不确定行为、车辆密度和通信范围等因素而变化的概率值了。特点(3)、(4)为这个概率值的研究提供了可能和依据。在移动自组织网络中，关于连通性的研究已经不在少数了，然而并不能将它们直接应用到车载自组织网络中。由于车辆速度较快、频繁的急加速和急减速行为等都会使网络的拓扑结构发生很大的变化，并且网络中车辆的数目都是不确定且难以控制的，这些严重影响VANET连通性的交通流特性在以往的连通性研究中都很少有被考虑到。上述两种网络之间的不同点使得很多用于移动自组织网络的成熟的协议不能直接应用在车载网络中，加上最近人们对于车辆间宽频带的服务需求越来越多，这些都使得车载网络的通信技术倍受挑战。与移动自组织网络相比，车载自组织网络中节点的高速移动会引起通信链路不稳定，这给路由协议算法的设计带来了极大的挑战，即如何在满足不同业务的QoS要求的情况下保证将数据包由源节点传送到目的节点。所以，车载网络中路由协议的设计旨在提高网络的连通概率，而且设计出满足各种QoS的路由算法是不可能的。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决了上述现有的技术问题，提出了一种基于网络连通概率的车载通信中骨干路由选择的方法，针对时延、路由跳数和误码率敏感的业务进行路由算法的设计。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法，具体包括如下步骤：步骤1：网关根据管辖范围内的车辆位置信息计算源到目的节点的协助连通概率；步骤2：网关计算端到端的时延d；步骤3：网关计算路由跳数H；步骤4：网关计算误码率BER；步骤5：将步骤1计算得到的协助连通概率当做目标函数，将时延、跳数、误码率作为约束条件，形成一个最优化问题；步骤6：利用路由基因算法得到最优解，即主干路由；步骤7：将所述最优解加到数据包的首部；步骤8：如果QoS要求的端到端的时延d、路由跳数H和误码率BER相应的阈值Dth、Hth、BERth不变，则返回步骤7，否则返回步骤1。进一步，上述步骤1中计算源到目的节点的协助连通概率所基于的车载网络系统模型设为G＝(V,E),包括一些十字路口v∈V和路段e∈E连接着十字路口，具体的计算过程如下：步骤1：根据提出的车载网络系统模型可知，车道1上的车辆数目是服从平均值为K1的指数分布，网关根据FX1(x)＝1-e-K1*x计算出车道1上的相邻节点的距离X1；步骤2：网关计算相邻车辆之间的小段个数为n＝Xi/(R/2)；步骤3：网关根据车道1上相邻两车间隔的小段数目(n)计算出通过车道2和车道3的协助连通概率PC，如公式所示；步骤4：如果相邻两车辆之间的距离大于车辆的通信距离d，则两车辆之间是不能通信的，X1服从参数为K1的指数分布，所以网关计算车道1的中断概率Pd的方法为Pd＝P(X1＞R)＝e-R*K1；步骤5：考虑到车道1上可能有多条链路是不连通的，设不连通的链路条数为q，节点有Q个，则q∈1,2,.....Q-1，则车道1上有q条链路被协助连通的概率Pcq为步骤6：假设不同车道上的车辆不能协助通信，则车道1上的q条链路不连通的概率Pq可以表示为步骤7：最终网关计算得到车道1的连通概率P1C为步骤8：同理网关可以计算出车道2和车道3的连通概率，分别为P2C和P3C，网关选择连通概率最高的车道进行数据的转发，即Ps＝Max{P1CP2CP3C}，由于整条路径是由n个车道组成，且骨干路径由连通概率最大的首尾相连的n个车道组成，则骨干路径的连通概率可以表示为步骤9：当车道为3或者4的情况下，某一车道上的车辆被其他车道上的车辆协助通信的概率更大，假设车道一上的相邻车辆之间的距离n＝k，道路有L个车道，则连通概率如公式上述步骤5所述的最优化问题可以用下式来表达：maxp(y)Subjectto其中，p(y)是路径y的连通概率，Dth、Hth和BERth分别是容忍时延、误码率、跳数的阈值。上述步骤6所述的路由基因算法为基因进化算法GA，具体包含以下步骤：S1：编码定义问题，对可行解进行合适的编码表述，将主干路由中每一个路口作为一个基因，骨干路由是由被选择的标识数字构成，即一条路由中的路口被看成是一条有顺序的染色体结构；S2：初始化可行解集合，从可行解中随机选择出几个组成可行解集合；S3：基因交叉，采用单点交叉算法，即从可行解集合中选择出两个染色体，选出相同的基因，将相同基因左右的部分交换，生成新的染色体；S4：基因突变，即在一条染色体中随机改变基因，在集合中等概率选择一条染色体，随机将其中的基因换成相邻的基因；S5：利用评估函数f(y)评估路由，依据这一函数可以选择出较好的几条路由，所以这个函数的选择是至关重要的，由于我们的目标是最大化连通概率，所以我们将协助连通概率看做是评估函数；S6：选择，让连通概率较高的路由路径有较大的机会进行交叉组合，即让评估函数较高的染色体有较大的机会去产生后代，被选中的概率取决于S7：当后代的染色体的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：网关根据管辖范围内的车辆位置信息计算源到目的节点的协助连通概率；步骤2：网关计算端到端的时延d；步骤3：网关计算路由跳数H；步骤4：网关计算误码率BER；步骤5：将步骤1计算得到的协助连通概率当做目标函数，将时延、跳数、误码率作为约束条件，形成一个最优化问题；步骤6：利用路由基因算法得到最优解，即主干路由；步骤7：将所述最优解加到数据包的首部；步骤8：如果QoS要求的端到端的时延d、路由跳数H和误码率BER相应的阈值D

【技术特征摘要】
1.一种基于网络连通的路由骨干路径的选择方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：网关根据管辖范围内的车辆位置信息计算源到目的节点的协助连通概率；步骤2：网关计算端到端的时延d；步骤3：网关计算路由跳数H；步骤4：网关计算误码率BER；步骤5：将步骤1计算得到的协助连通概率当做目标函数，将时延、跳数、误码率作为约束条件，形成一个最优化问题；步骤6：利用路由基因算法得到最优解，即主干路由；步骤7：将所述最优解加到数据包的首部；步骤8：如果QoS要求的端到端的时延d、路由跳数H和误码率BER相应的阈值Dth、Hth、BERth不变，则返回步骤7，否则返回步骤1。2.根据权利要求1所述的基于网络连通的路由骨干路径的选择方法，其特征在于步骤1中计算源到目的节点的协助连通概率所基于的车载网络系统模型设为G＝(V,E),包括一些十字路口v∈V和路段e∈E连接着十字路口，具体的计算过程如下：步骤1：根据提出的车载网络系统模型可知，车道1上的车辆数目是服从平均值为K1的指数分布，网关根据计算出车道1上的相邻节点的距离X1；步骤2：网关计算相邻车辆之间的小段个数为n＝Xi/(R/2)；步骤3：网关根据车道1上相邻两车间隔的小段数目(n)计算出通过车道2和车道3的协助连通概率PC，如公式所示；步骤4：如果相邻两车辆之间的距离大于车辆的通信距离d，则两车辆之间是不能通信的，X1服从参数为K1的指数分布，所以网关计算车道1的中断概率Pd的方法为Pd＝P(X1＞R)＝e-R*K1；步骤5：考虑到车道1上可能有多条链路是不连通的，设不连通的链路条数为q，节点有Q个，则q∈1,2,.....Q-1，则车道1上有q条链路被协助连通的概率Pcq为步骤6：假设不同车道上的车辆不能协助通信，则车道1上的q条链路不连通的概率Pq可以表示为步骤7：最终网关计算得到车道1的连通概率P1C为步骤8：同理网关可以计算出车道2和车道3的连通概率，分别为P2C和P3C，网关选择连通概率最高的车道进行数据的转发，即Ps＝Max{P1CP2CP3C}，由于整条路径是由n个车道组成，且骨干路径由连通概率最大的首尾相连的n个车道组...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海涛，于洪苏，丁仪，王慧敏，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32