一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法技术

本发明专利技术涉及智能交通领域，特别涉及一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，包括当源车辆响应数据请求时，根据数字地图规划多条路由路径作为备选路径，源车辆向目的车辆发送探测包确定每条备选路径的传输时延，并根据路段连通模型计算各路段的连通性；目的车辆综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出最优路由路径，并按选择的路由路径回复源车辆一个回复包；源车辆将选择的路由路径所经过的路段序列ID写入数据包头部，然后路径中的车辆使用贪婪算法将数据包逐跳转发给目的车辆；本方法提出多跳贪婪探寻机制来避免数据被转发到陷入路由空洞的车辆，另一方面本方法提出可变贪婪查找半径的机制来减少链路中断情况的发生。

A greedy routing method for Internet of vehicles based on Path Exploration

The invention relates to the field of intelligent transportation, in particular to a greedy route method of the Internet of vehicles based on path exploration, which includes planning multiple route paths as alternative paths according to the digital map when the source vehicle responds to the data request, sending a detection packet from the source vehicle to the target vehicle to determine the transmission delay of each alternative path, and calculating the connectivity of each road section according to the road section connectivity model; The destination vehicle selects the optimal route and replies a reply packet to the source vehicle according to the selected route by considering the data transmission delay and link connectivity. The source vehicle writes the link sequence ID of the selected route to the head of the data packet, and then the vehicle in the path uses greedy algorithm to forward the data packet to the destination vehicle one by one. This method proposes multi hop greedy algorithm On the other hand, this method proposes a mechanism of variable greedy search radius to reduce the occurrence of link interruption.

【技术实现步骤摘要】
一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法
本专利技术涉及智能交通领域，特别涉及一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法。
技术介绍
在构建和发展新型城市需求下，智能交通系统作为智慧城市的重要项目，对城镇环境再发展、重布局提供了一定指向。智能交通系统将确定未来交通的发展趋势，它将较成熟的数据通讯传输理念、交通管理方式、无线传感器网络、车辆控制理论及新一代计算机网络技术等有效并集成应用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大区域内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统，跨领域合作正成为整个产业的趋势。车载自组网(VehicularAd-hocNetworks，VANET)是一种新兴技术，它将新一代无线网络集成到车辆中，旨在实现车辆之间的通信，以改善道路安全和提供必要的服务。车载自组网作为一种特殊的移动自组网，在智能交通和智慧城市的发展中发挥着重要的作用。车载自组网主要包含两种类型的应用，安全预警和娱乐服务。安全预警消息，比如碰撞警告、前车变速预警等，是以广播的形式进行传播，对时延有很高的要求。而娱乐服务，比如文件共享、对特定路段的视频请求等，是通过多跳单播路由来实现的，具有一定的时延容忍特性。本专利技术所提出的方法是应用于车辆间娱乐服务的多跳单播路由算法。对于目前已经提出的车联网路由算法，可以从不同的角度进行分类。根据寻址方式的不同可以将算法分为基于拓扑的路由算法，基于地理位置的路由算法和基于地图的路由算法。而在车联网多跳单播路由中，基于地理位置的路由算法，如贪婪周边无状态路由协议(GreedyPerimeterStatelessRouting，GPSR)等,具有路由开销小，适应性强的特点，非常适合应用于高度动态的车联网路由环境中。但基于地理位置的路由协议没有考虑城市场景的特殊性，以及道路车流量的动态性，在快速变化的车辆拓扑结构中容易将数据包转发到路由空洞的区域并产生很多冗余转发，造成较长的数据传输时延和较高的丢包率的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中问题，本专利技术提出一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，具体包括以下步骤：S1：车辆监听其他车辆的数据请求；将响应数据请求的车辆称为源车辆，发起数据请求的车辆称为目的车辆；S2：当源车辆响应数据请求时，源车辆查找本地路由表中是否有到达目的车辆的路由路段序列，如果有就转至S8，否则转至S3；S3：根据数字地图规划多条路由路径，作为备选路径；S4：源车辆向每一条备选路径发送一个探测包；S5：当目的车辆收到探测包，根据探测包中的数据信息计算各个路径的数据传输时延，并根据路段连通模型计算各路段的连通性；S6：综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出最优路由路径，并按选择的路由路径回复源车辆一个回复包；S7：判断源车辆在发出探测包t个时间内是否收到回复消息，如果收到就转至S8；如果没收到，则返回步骤S4；S8：源车辆将选择的路由路径所经过的路段序列ID写入数据包头部，源车辆使用贪婪算法依照路由路径将数据包转发给目的车辆。进一步的，综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出路由路径包括：其中，M(IS,ID)为源车辆到目的车辆备选路径集合；r为车辆备选路径集合中的最优路径；G(r)为综合考虑数据传输时延和路段的连通性的目标函数；D(r)为路径时延；PC(ei)为路径上路段的连通概率；n是路径上的路段个数。进一步的，源车辆使用贪婪算法依照路由路径将数据包转发给目的车辆包括：S81、制定车辆间交换的信标消息；当前车辆是否有数据包需要转发，若有则在当前车辆的邻居表中是否有目的车辆，如果有就直接将数据包发送给目的车辆；S82、若当前车辆的邻居表中没有目的车辆，则判断当前车辆的邻居表中是否有在交叉路口的车辆，若有则进行步骤S83；否则进行步骤S84；S83、判断当前车辆的邻居表中是否有路径中下一个路段的车辆，如果有就转发给下个路径的车辆，否则转发给交叉路口的车辆，完成数据转发；S84、根据当前道路最高限速和转发车辆速度确定贪婪查找半径，并根据邻居表中邻居车辆的位置信息计算邻居车辆与目的车辆的距离；S85、根据邻居车辆与目的车辆的距离升序排列，并按照该排列对邻居车辆进行筛选；S86、在筛选过程中，若当前车辆与邻居车辆的距离小于查找半径，则向该邻居车辆发送探寻包确定该邻居车辆是否有下一跳；S87、若该邻居车辆有下一跳，则当前车辆将数据包发送给该邻居车辆；S88、若筛选完所有邻居车辆均未发现符合筛选条件的邻居车辆则等待t1个时刻，返回S84重新计算贪婪查找半径。本专利技术对于普通的基于地理位置的路由协议中，每次转发都选择局部最优的转发车辆，可能造成路由空洞的问题，本方法提出多跳贪婪探寻机制来避免数据被转发到陷入路由空洞的车辆；另一方面对于在车联网中，因为车辆的高速移动性，在使用基于地理位置的路由协议传输数据时容易发生链路中断的问题，本方法提出可变贪婪查找半径的机制来减少链路中断情况的发生。附图说明图1为本专利技术中源车辆在发送数据包前探索路由路径并发送数据包的流程图；图2为路段连通模型中不稳定连通示意图；图3为路段连通模型中稳定连通示意图；图4为确定的路由路径中某一转发车辆转发数据包的流程图；图5为贪婪探寻转发示意图；图6为可变贪婪查找示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，如图1，具体包括以下步骤：S1：车辆监听其他车辆的数据请求；将响应数据请求的车辆称为源车辆，发起数据请求的车辆称为目的车辆；S2：当源车辆收到数据请求响应时，源车辆查找本地路由表中是否有到达目的车辆的路由路段序列，如果有就转至S8，否则转至S3；S3：根据数字地图规划多条路由路径，作为备选路径；S4：源车辆向每一条备选路径发送一个探测包；S5：当目的车辆收到探测包，根据探测包中的数据信息计算各个路径的数据传输时延，并根据路段连通模型计算各路段的连通性；S6：综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出最优路由路径，并按选择的路由路径回复源车辆一个回复包；S7：判断源车辆在发出探测包t个时间内是否收到回复消息，如果收到就转至S8；如果没收到，则返回步骤S4；优选的，t＝2s；S8：源车辆将选择的路由路径所经过的路段序列ID写入数据包头部，源车辆使用贪婪算法依照路由路径将数据包转发给目的车辆。当源车辆不能直接将数据包发送给目的车辆时，需要根据数字地图规划从源车辆到目的车辆的路由路径作为备选路径集，备选路径集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/nS1：车辆监听其他车辆的数据请求；将响应数据请求的车辆称为源车辆，发起数据请求的车辆称为目的车辆；/nS2：当源车辆响应数据请求时，源车辆查找本地路由表中是否有到达目的车辆的路由路段序列，如果有就转至S8，否则转至S3；/nS3：根据数字地图规划多条路由路径，作为备选路径；/nS4：源车辆向每一条备选路径发送一个探测包；/nS5：当目的车辆收到探测包，根据探测包中的数据信息计算各个路径的数据传输时延，并根据路段连通模型计算各路段的连通性；/nS6：综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出最优路由路径，并按选择的路由路径回复源车辆一个回复包；/nS7：判断源车辆在发出探测包t个时间内是否收到回复消息，如果收到就转至S8；如果没收到，则返回步骤S4；/nS8：源车辆将选择的路由路径所经过的路段序列ID写入数据包头部，源车辆使用贪婪算法依照路由路径将数据包转发给目的车辆。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：车辆监听其他车辆的数据请求；将响应数据请求的车辆称为源车辆，发起数据请求的车辆称为目的车辆；
S2：当源车辆响应数据请求时，源车辆查找本地路由表中是否有到达目的车辆的路由路段序列，如果有就转至S8，否则转至S3；
S3：根据数字地图规划多条路由路径，作为备选路径；
S4：源车辆向每一条备选路径发送一个探测包；
S5：当目的车辆收到探测包，根据探测包中的数据信息计算各个路径的数据传输时延，并根据路段连通模型计算各路段的连通性；
S6：综合考虑数据传输时延和路段的连通性，选出最优路由路径，并按选择的路由路径回复源车辆一个回复包；
S7：判断源车辆在发出探测包t个时间内是否收到回复消息，如果收到就转至S8；如果没收到，则返回步骤S4；
S8：源车辆将选择的路由路径所经过的路段序列ID写入数据包头部，源车辆使用贪婪算法依照路由路径将数据包转发给目的车辆。


2.根据权利要求1所述的一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，所述根据数字地图规划多条路由路径，作为备选路径包括根据数字地图找到从源车辆到目的车辆经过最少交叉路口的路径作为最短路径，然后将源车辆到目的车辆的路径中交叉路口数小于等于最短路径交叉路口数两倍的路径和最短路径一起作为备选路径，组成备选路径集。


3.根据权利要求1所述的一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，源车辆向目的车辆发送的探测包以及目的车辆收到探测包后回复源车辆的回复包均包括32个字节，其中第1～2个字节为探索包的类型；第3～5个字节为备选路径的数量，即源车辆发送的探索包的数量；第6～8个字节为探索包所探索的路由路径号；第9～16个字节为探索包所要经过路段的ID序列，包括源车辆和目的车辆所在路段；第17～24个字节记录探索包发送时间；第25～32个字节记录探索包从源车辆到目的车辆被转发的跳数；
目的车辆收到探测包后回复源车辆的回复包包括32个字节，其中第1～2个字节为探索包的类型；第3～5个字节为所选路径编号；第6～8个字节为收到路径编号；第9～16个字节为回复包所要经过路段的ID序列，包括源车辆和目的车辆所在路段；第17～24个字节记录各个路径传输时延；第25～32个字节记录回复包从目的车辆到源车辆被转发的跳数。


4.根据权利要求1所述的一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，根据路段连通模型计算各路段的连通性包括：路段连通模型将车辆在双向车道的行驶过程中的连通情况分为稳定连接和不稳定连接，若在携带数据车辆的通信范围内只有反向车道上有车辆，则为不稳定连接，否则为稳定连接；则路段的连通性表示为：



其中，表示不稳定连通时路段的连通性；表示稳定连通时路段的连通性。


5.根据权利要求4所述的一种基于路径探索的车联网贪婪路由方法，其特征在于，不稳定连通时路段的连通性表示为：



其中，表示有m个断开的链路，每条断开链路都通过反向行驶的车辆来连接的概率；表示在道路中有m个断开链路的概率；m为在t时刻断开的链路数量；n1(t)表示同向道路在时刻t时的车辆数；n1(t)-1表示同向道路在时刻t时...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，汤星峰，杨行，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50