CN101720059B - 一种车载移动自组织网络路由的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于它还包括以下步骤：(1)每个交叉路口设置静态节点，(2)源节点在转发数据包时，可以向自己所在路段一端距离目的静态节点较近的静态节点转发；(3)静态节点在转发数据包时，首先判断邻居表中是否有距目的静态节点更近的静态节点，若有，则直接将数据包转发给对应的静态节点；否则按照路段选择算法选择相邻的不是刚刚接收数据包的路段，并且路段方向靠近目的静态节点的路段，然后指定所选路段上另一端静态节点为路段接收端静态节点；(4)路由静态节点从不同路段接受到相同源节点发送来的同一个数据包时，选择一条接收数据包成功率较高，且延迟时间较短的最优路径，同时禁用那些非最优接收路径。

Description

一种车载移动自组织网络路由的实现方法

技术领域

本发明属于网络技术领域，具体涉及一种车载移动自组织网络(VANET)路由的实现方法。

背景技术

车载移动自组织网络(Vehicle Ad Hoc Network，简称VANET)，是指将行驶在道路上的每一辆车及路基的一些的静态节点看作一个通信载体，由这些通信载体组成的网络。这些通信载体之间可以在一定距离范围内直接通信，称为一跳范围内通信，也可以在超出直接通信距离后，通过其它通信载体的转发，将信息通过多跳方式转发到目的通信载体。

目前，车载移动自组织网络主要有以下应用：①车辆行驶安全方面，如当出现交通事故时，事故现场车辆可以向周围车辆广播事故信息，其它车辆收到该信息后，可以减慢速度，从而可以有效避免大规模追尾现象；②减少交通拥塞，检测到路段交通拥塞现象的车辆向远处的车辆发送该处路段拥塞信息，其它车辆收到该信息后，便可以绕道其它路段，从而一定程度上缓解某路段的拥塞状况；③车载办公，人们坐在车内即可了解公司内的一些状况，并且可以发送相关指令；④路基广告，如司机可以查看某一路段酒店的价格及入住情况、某停车场是否有空位等。随着技术的不断扩展，逐渐成熟，车载移动自组织网络还会有更广阔的应用。

从车载移动自组织网络的应用可以看出，所有应用都需要载体间有效的通信，而载体间有效的通信，则依赖于可靠的适用于车载移动自组织网络的数据路由实现方法。

在研究车载移动自组织网络的数据路由实现方法之前，必须考虑到车载移动自组织网络自身的特性：①节点移动快速，②网络拓扑变化频繁，③节点移动范围受限，必须在固定的道路上沿某一方向行驶，④对节点能量限制要求较底，⑤可以应用辅助设备，如GPS卫星定位系统、数字地图以及路边设施等。上述特性的存在，使得较早提出的一些需要维持路由状态的数据路由实现方法无法直接应用于车载移动自组织网络，如距离向量路由(DSDV)，链路状态路由(Link StateRouting)，DSR，AODV等。基于地理位置信息的路由协议被认为是较好的适用于车载移动自组织网络数据路由的实现方法，因为它不需要前期采用泛洪广播的方法进行路由请求、维持等，而只需知道自己一跳传输距离范围内的节点信息即可，不需要维持整个源到目的节点之间的各个路由状态。

GPSR(Brad Karp and H.T.Kung，“Gpsr：Greedyperimeterstateless routing for wireless networks，”inMobiCom’00：Proceedings of the 6th Annual InternationalConference on Mobile Computing and Networking.)实现方法是较早提出的一种基于地理位置信息的数据路由实现方法，被认为能够较好的适用于车载移动自组织网络。它要求每个移动节点都载有GPS系统及数字地图。每个节点通过GPS系统获取自己的地理位置，通过周期性广播HELLO包向一跳范围内的邻居节点发送自己的地理位置等运行信息，另外，源节点通过位置服务策略(Tracy Camp，″LocationInformation Services in Mobile Ad Hoc Networks″，October 21，2003.)获得目的节点的地理位置。源节点知道目的节点的地理位置后，便进行贪婪转发模式，将信息转发给离目的节点最近的邻居节点，但该实现方法会出现一种称为局部最优的现象，即某一中间节点发现没有比自己距离目的节点更近的邻居节点，此时进行边界转发模式，采用右手法则进行数据转发，并记录该进入局部最优的节点与目的节点之间的距离，当发现有节点到目的节点的距离小于此距离时，便恢复为贪婪转发模式。这种实现方法的缺点是采用右手法则找到的路径可能是非最优路径，进而产生较大延迟。.

GSR(Christian Lochert，Martin Mauve，Holger Fβler，andHannes Hartenstein，“Geographic routing in city scenarios，”ACMSIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review，vol.9，no.1，pp.69-72，2005.)实现方法要求通过位置服务策略获得目的节点的地理位置，然后根据附加的城市地图，应用Dijkstra最短路径算法计算一条包含一系统交叉口的距离最短的路径，在每两个相邻的交叉口之间的路段上采用贪婪策略进行数据包转发。由于包含交叉口节点，所以障碍物对信号接收的影响显著减少。实现方法的不足在于距离最短并不能保证数据包转发的有效性。

A-STAR(Boon-Chong  Seet，Genping Liu，Bu-Sung Lee，ChuanHeng Foh，Kai-Juan Wong，and Keok-Kee Lee，“A-star：Amobile ad hoc routing strategy for metropolis vehicularcommunications，”in NETWORKING 2004，Networking Technologies，Services，and Protocols.)实现方法利用城市中公交车总是按照固定的交通轨道行驶的特性，它为每一条有公交线路的道路设置一个权重，公交线路越多，权重越大，然后，结合地图信息，应用Dijkstra最短路径算法计算最短路径。当在某个节点进入局部最优状态时，由该节点从当前位置重新计算一条最优路径，并把进入局部最优的路段标记为暂时不可用，然后在网络中广播，使得在一段时间内计算最优路径时不考虑该路段。NS2仿真结果显示，该实现方法优于GSR和GPSR实现方法，但它的缺陷是总是选择包含公交线路较多的路段，容易造成这些路段带宽开销较大，而其它路段带宽利用不足，即使其有很好的连通性。

CAR(Valery Naumov and Thomas Gross，“Connectivity-awarerouting(car)in vehicular ad-hoc networks，”in INFOCOM 2007.)实现方法要求每个节点周期性广播自己的行驶方向和速率及位置信息，并且周期间隔可以随着交通条件的变化自适应改变。该实现方法的特点是将目的节点的定位过程和在源节点和目的节点之间选择最优路径的过程结合起来。另外，为了跟踪目的节点的最新位置，采用guard节点来通知邻居节点，接收到通知的节点在被选择为转发节点时，将要转发的数据包包头中的目的地址更新为最新状态。它的不足是可能将一些不需要的节点加到所选路径中，导致转发跳数增加。

总之，当前大多数适用车载移动自组织网络路由的实现方法都是通过一些间接的、抽象的表征现象来判断最优路径，如源到目的节点的距离、路段的连通性、车辆密度等。这些方法一方面实现复杂，另一方面能否有效表示最优路径还有待验证。在此基础上，本发明提出一种能够根据数据包实际转发状况来选择最优路径的车载移动自组织网络路由实现方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种能够根据数据包实际转发状况来选择最优路径的车载移动自组织网络路由实现方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种车载移动自组织网络路由的实现方法，将行驶在道路上的每个车辆看成一个移动节点，发送数据包的移动节点为源节点，最终接收数据包的移动节点为目的节点，其特征在于它还包括以下步骤：

(1)每个交叉路口设置静态节点，配置射频收发模块，源节点初始时驶近方向的静态节点为起始静态节点，目的节点初始时驶近方向的静态节点为目的静态节点，转发数据包的静态节点为路由静态节点；

(2)源节点在转发数据包时，可以向自己所在路段一端距离目的静态节点较近的静态节点转发；也可以同时向自己所在路段两端的静态节点转发；

(3)每个节点都有一个记录邻居节点状况的邻居表，静态节点在转发数据包时，首先判断邻居表中是否有距目的静态节点更近的静态节点，若有，则直接将数据包转发给对应的静态节点；否则按照路段选择算法选择相邻的不是刚刚接收数据包的路段，并且路段方向靠近目的静态节点的路段，然后指定所选路段上另一端静态节点为路段接收端静态节点；接着搜索邻居表，选择位于所选路段且离路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳数据包接收节点；

(4)路由静态节点从不同路段接受到相同源节点发送来的同一个数据包时，选择一条接收数据包成功率较高，且延迟时间较短的最优路径，同时禁用那些非最优接收路径。

进一步包括以下步骤：

(21)静态节点在初始化时存储自身所在的地理位置、各相邻路段另一端静态节点的地理位置以及交叉口半径，其中交叉口半径指刚进入某路段时移动节点与交叉口处静态节点之间的距离，静态节点的地理位置是指其所在的交叉口中心处的地理位置；

(22)移动节点通过和经过的静态节点进行信息交互，获得自己进入路段两端静态节点的地理位置信息。

还包括以下步骤：

(31)节点在转发数据包时，首先根据记录的节点移动速度和方向，预测计算自己邻居表中的邻居节点当前是否仍然在射频通信范围内，然后选择仍然在通信范围内的节点且距路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳转发节点。

还包括以下步骤：

(41)每个路由静态节点还为每一对源和目的节点维持一张路段转发表，用于记录相邻路段的转发状况；一个接收数据包序号队列，用于跟踪记录最近接收到的数据包；一个源和目的节点队列，用于记录经过自己的源和目的节点；

(42)静态节点使用的路段选择算法是指以当前静态节点为起始点，各相邻路段上另一端静态节点为终点构成表示每条相邻路段的有向线段，然后分别计算这些有向线段与以当前静态节点为起始点、目的静态节点为终点的有向线段所成的夹角，选择所有夹角小于90度的相邻路段为下一跳转发路段，并更新路段转发表。

本发明与现有技术相比具有以下的特点：

(1)根据数据包实际转发状况选择最优路径，所选路径总是延迟最小且转发成功率最高，并且最优路径能够实时进行调整；

(2)有效跟踪源和目的节点的移动过程，充分考虑到车载移动自组织网络的特性，有很好的适用性；

(3)充分利用道路基础设施，将道路交叉口的交通信号灯功能化，承担最优路径选择的任务，减轻了对每个车辆的功能要求；

附图说明

图1是本发明中移动节点和静态节点广播HELLO包示意图。

图2是本发明的移动节点进入新路段示意图。

图3是一个HELLO包广播周期内移动节点移动示意图。

图4是数据包格式示意图。

图5是静态节点计算靠近目的静态节点的路段示意图。

图6是图5中路由静态节点R₂的路段转发表示意图。

图7是静态节点选择最优接收路段的伪代码。

具体实施方式

本发明将行驶在道路上的每个车辆看成一个移动节点，该移动节点配置有射频收发模块，信号发射范围为半径为R(通常有数百米)的圆形区域；发送数据包的移动节点为源节点，最终接收数据包的移动节点为目的节点，每个交叉路口设置静态节点(配置射频收发模块，信号发射范围为半径为R的圆形区域)，通常与交通信号灯集成在一起，源节点初始时驶近方向的静态节点为起始静态节点，目的节点初始时驶近方向的静态节点为目的静态节点，转发数据包的静态节点为路由静态节点；静态节点在初始化时存储自身所在的地理位置、各相邻路段另一端静态节点的地理位置以及交叉口半径，其中交叉口半径指刚进入某路段时移动节点与交叉口处静态节点之间的距离，静态节点的地理位置是指其所在的交叉口中心处的地理位置。

每个移动节点配置有GPS模块，通过GPS模块或其它辅助方法获取自身的地理位置信息；移动节点周期性广播mHELLO包，向邻居节点广播自己的地理位置和移动信息，mHELLO包包括发送节点的地理位置及矢量速度；静态节点周期性广播sHELLO包，向邻近节点广播自身相关信息，sHELLO包包括当前静态节点的地理位置、各相邻路段另一端静态节点的地理位置以及交叉口半径。数据包发送源节点通过位置服务(Location services)策略寻找要发送目的节点所在路段两端的静态节点的地理位置。

图1是本发明中移动节点和静态节点广播HELLO包示意图。HELLO包发送范围如图1(a)中R所示；图1(b)为移动节点mHELLO包与静态节点sHELLO包的包格式图，其中节点类型指示发送节点是移动节点还是静态节点；mHELLO包中的当前位置指移动节点发送HELLO包时所在位置，上一处位置指获取当前位置之前，上一次获取的节点位置，根据mHELLO包广播周期及两次位置间距可以计算出该移动节点的速率和方向；sHELLO包中相邻静态节点位置为交叉口相邻路段另一端静态节点的地理位置，如图1(a)中的静态节点S，其相邻静态节点为A、B、C、D处的静态节点，sHELLO包的大小会根据相邻静态节点的个数而变化；交叉口半径指刚进入某路段时移动节点与交叉口处静态节点之间的距离，在图1(a)中，静态节点S的交叉口半径由图中r指示。

移动节点通过和经过的静态节点进行信息交互，获得自己进入路段两端静态节点的地理位置信息。移动节点也可以通过自身携带的GPS和GIS系统，获得自己进入路段两端静态节点的地理位置信息。图2为移动节点进入新路段示意图，某一移动节点从BS指示路段进入到SC指示路段。移动节点驶进到道路交叉口区域时，首先收到交叉口处静态节点广播的mHELLO包，记录下该静态节点自身所在的地理位置、其相邻路段另一端静态节点的地理位置以及交叉口半径，假设静态节点S的位置坐标为(X_s，Y_s)，相邻静态节点A、B、C、D的位置坐标分别为(X_a，Y_a)、(X_b，Y_b)、(X_c，Y_c)、(X_d，Y_d)，移动节点在位置P，超出交叉口半径，进入到新路段，位置坐标为(X_p，Y_p)，计算向量SP与SA、SB、SC之间的夹角，与SP夹角最小的路段即为移动节点进入的新路段。根据公式(1)，即两向量a与c的夹角的余弦值等于两向量的内积与两向量长度之积的商，得到公式(2)，进而可以计算出向量SP与向量SD之间的夹角∠DSP(公式3)，采用同样的方法计算向量SP与SA、SB、SC之间的夹角。针对本实例，移动节点可以判断出SC指示路段为其进入的新路段。

$\stackrel{\→}{a}\·\stackrel{\→}{c}=\left|\stackrel{\→}{a}\right|\left|\stackrel{\→}{c}\right|\cos \mathrm{\θ}$ (θ为a与c的夹角，θ∈[0，π])    (1)

$\mathrm{\θ}={\cos }^{-1}\frac{\stackrel{\→}{a}\·\stackrel{\→}{c}}{\left|\stackrel{\→}{a}\right|\left|\stackrel{\→}{c}\right|}---\left(2\right)$

$\∠\mathrm{DSP}={\cos }^{-1}\frac{\stackrel{\→}{\mathrm{SD}}\·\stackrel{\→}{\mathrm{SP}}}{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{SD}}\right|\left|\stackrel{\→}{\mathrm{SP}}\right|}$

${=\cos }^{-1}\frac{[(X_d-X_s)*(X_p-X_s)]+[(Y_d-Y_s)*(Y_p-Y_s)]}{\sqrt{{(X_d-X_s)}^2+{(Y_d-Y_s)}^2}*\sqrt{{(X_P-X_s)}^2+{(Y_P-Y_s)}^2}}---\left(3\right)$

每个移动节点选择和自己行驶方向夹角最接近的路段为进入的新路段，并记录下新进入路段两端的静态节点的位置。

通过周期性广播HELLO控制包，每个节点都能获得自己射频覆盖范围内邻居节点的信息。移动节点在转发数据包时，首先检查自己的邻居表，如果邻居表中包含数据包中指示的路段接收静态节点，则移动节点直接将数据包转发给此静态节点，否则，移动节点查找和自己在同一路段的邻居节点，并重新计算这些邻居节点的位置，选择仍在发送节点射频覆盖范围内且距数据包中指示的路段接收静态节点最近的邻居节点作为下一跳转发节点，将数据包转发给它。

每个节点广播HELLO控制包都有一定的周期，因此，在某个节点的邻居表中，它的邻居节点的信息在一个HELLO控制包广播周期内是不会变的，然而，道路中的移动节点都在不停的移动，在此周期内，邻居节点可能移动了一段距离，原节点自身也可能移动了一段距离，两个节点可能已经超出了通信范围。图3是一个HELLO包广播周期内移动节点移动示意图，假设节点M₁的HELLO包广播周期为t₁，节点M₀收到M₁的HELLO包时的位置为P₀，M₁的位置为P₁，在接下来的t(t＜t₁)时间内可能再现节点M₀移动到P₀′位置，节点M₁移动到P₁′位置的情况，此时P₀与P₁之间的距离小于P₀′与P₁′之间的距离，即|P₀P₁|＜|P₀′P₁′|。因此，在t时刻，可能出现M₀、M₁两个节点已经超出了射频通信范围，即|P₀′P₁′|＞R。节点M₀在t时刻转发数据包时，不能再选择邻居表中暂存的M₁节点作为接收节点。

下面给出节点M₀计算P₀′与P₁′之间距离(|P₀′P₁′|)的方法。

在t时刻，节点M₀在其邻居表中存储着节点M₁在P₁处的位置及矢量速度，以位置P(X_P，Y_P)及P₁(X_P1，Y_P1)表示，其中P(X_P，Y_P)为节点M₁在上一个周期获取的自身位置，P₁(X_P1，Y_P1)为当前周期获取的自身位置，M₁以向量表示的速率和方向行驶，t时刻到达P₁′(X_P1’，Y_P1’)位置，根据定比分点原理，可以得到：

$X_{p^{\′}}=\frac{X_p+\mathrm{\λ}{X}_{p1}}{1+\mathrm{\λ}}$ (λ为点P₁′分有向线段

所成的比)    (4)

$Y_{p^{\′}}=\frac{Y_p+\mathrm{\λ}{Y}_{p1}}{1+\mathrm{\λ}}$ (λ为点P₁′分有向线段所成的比)    (5)

由公式(4、5)易知，只要能计算出λ值，即可得到P₁′的位置坐标(X_P1’，Y_P1’)。

假设移动节点广播sHELLO包的周期为t_s，根据移动节点在上一个周期内的行驶速率和方向，可以计算得到P₁与P₁′之间的距离|P₁P₁′|：

$\left|P_1{P_1}^{\′}\right|=\frac{\left|{\mathrm{PP}}_1\right|}{t_m}*t$ (|PP₁|为P与P₁之间的距离)    (6)

最后，根据公式(7)得到λ的值。

$\mathrm{\λ}=\frac{\stackrel{\→}{{{\mathrm{PP}}_1}^{\′}}}{\stackrel{\→}{{P_1}^{\′}{P}_1}}=-\frac{\left|{\mathrm{PP}}_1\right|}{\left|P_1{P_1}^{\′}\right|}---\left(7\right)$

M₀计算到P₁′(X_P1’，Y_P1’)位置后，根据装载GPS系统得到自身在P₀′(X_P0’，Y_P0’)位置，由公式(8)得到|P₀′P₁′|。

$\left|{P_0}^{\′}{P_1}^{\′}\right|=\sqrt{{(X_{{P1}^{,}}-X_{{P0}^{,}})}^2+{(Y_{{P1}^{,}}-Y_{{P0}^{,}})}^2}---\left(8\right)$

按照上述方法，节点(包括静态节点)在转发数据包时，首先根据记录的节点移动速度和方向，预测计算自己邻居表中的邻居节点当前是否仍然在射频通信范围内，然后选择仍然在通信范围内的节点且距路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳转发节点。

上文重点介绍了移动节点进入新路段的判断过程，以及转发数据包时，邻居表中的移动节点位置更新的方法。下面阐述静态节点转发数据包的策略。

源节点产生向目的节点发送的数据包，可以向自己所在路段一端距离目的静态节点较近的静态节点转发数据包，或者同时向自己所在路段两端的静态节点转发。图4为数据包格式示意图，包括源节点ID、目的节点ID、当前转发路段两端的静态节点地理位置，其中前一个为路段发送端静态节点，后一个为路段接收端静态节点、源节点初始时驶近方向的静态节点(又称为起始静态节点)地理位置、目的节点初始时驶近方向的静态节点(又称为目的静态节点)地理位置、源节点发送数据包时间标志、数据包序号以及发送数据。转发数据包的静态节点称为路由静态节点，即在起始静态节点和目的静态节点之间被选定的每个路段两端的静态节点。起始静态节点和目的静态节点属于路由静态节点。

经过在路段内多跳转发，数据包会到达路段一端的路由静态节点，每个节点都有一个记录邻居节点状况的邻居表，静态节点在转发数据包时，首先判断邻居表中是否有距目的静态节点更近的静态节点，若有，则直接将数据包转发给对应的静态节点；否则，按照路段选择算法选择相邻的不是刚刚接收数据包的路段，并且路段方向靠近目的静态节点的路段，然后指定所选路段上另一端静态节点为路段接收端静态节点；接着搜索邻居表，选择位于所选路段且离路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳数据包接收节点。若静态节点未找到路段方向靠近目的静态节点的路段，则此静态节点将数据包发送回接收路段上另一端的路由静态节点。

静态节点使用的路段选择算法是指以当前静态节点为起始点，各相邻路段上另一端静态节点为终点构成表示每条相邻路段的有向线段，然后分别计算这些有向线段与以当前静态节点为起始点、目的静态节点为终点的有向线段所成的夹角，选择所有夹角小于90度的相邻路段为下一跳转发路段，并更新路段转发表。图5为路由静态节点路段选择算法具体实施示意图。其中路由静态节点为R，位置坐标(XR，YR)，源节点S0，目的节点D0，起始静态节点为S(X_S，Y_S)，目的静态节点为D(X_D，Y_D)，静态节点R相邻路段上另一端静态节点分别为S(X_S，Y_S)、R₁(X_R1，Y_R1)、R₂(X_R2，Y_R2)、R₃(X_R3，Y_R3)。根据公式(1，2，3)计算向量与向量

的夹角，选择夹角小于90度的路段为靠近目的静态节点D的路段。图5中，路段RR₂、RR₃为靠近目的静态节点D的路段，静态节点R将要转发的数据包中的路段接收端静态节点分别修改为R₂、R₃，然后分别向路段RR₂、RR₃转发。

源节点开始向目的节点转发数据包时，同时向自己所在路段两端的静态节点转发，到达每一端静态节点后，相应的静态节点计算靠近目的静态节点的路段，该类型路段可能有多条，如图5所示的路段RR₂、RR₃，因此，静态节点可能同时向多条路段转发相同数据包。这一过程称为冗余转发阶段。

路由静态节点从不同路段接受到相同源节点发送来的同一个数据包时，选择一条接收数据包成功率较高，且延迟时间较短的最优路径，同时禁用那些非最优接收路径。当数据包冗余转发阶段执行了一定时间后，如图5所示的箭头标志路段，会进入路由收敛阶段，也就是最优路段选择阶段。在路由收敛阶段，每个参预数据包转发的路由静态节点选择接收到数据包的最优路段，并向那些不是最优接收路段上的另一端静态节点发送STOP控制包(包含发送源静态节点的标志、STOP包类型)，非最优接收路段上另一端静态节点收到STOP数据包后，即停止向该路段转发数据包。

每个路由静态节点都为每一对源和目的节点维持一张路段转发表，用于记录相邻路段的转发状况；一个接收数据包序号队列，用于跟踪记录最近接收到的数据包；一个源和目的节点队列，用于记录经过自己的源和目的节点；路段转发表记录对应某一源节点和目的节点的各路段转发状态，以及最近接收到的数据包在相应路段上的延迟时间，当路段转发表填满时，计算对应各路段接收到的数据包平均延迟时间及对应方差，然后选择一条接收数据包成功率较高、平均延迟时间最小且对应方差最小的接收路段为最优接收路径，记录此时的平均延迟时间为最小平均延迟时间、方差为最小方差，并向未被选择的接收路径发送控制包，禁止向当前静态节点转发该类型数据包，最后更新路段转发表，记录最优接收路径上的平均延迟时间为最小平均延迟时间，方差为最小方差。

数据包在最优路径上转发时，若某一静态节点未收到路段接收端静态节点反馈的确认包时，或者某一静态节点检测到数据包接收成功率降低、数据包延迟时间大于某一统计值时，该静态节点自动进入路径修复阶段，恢复该节点被禁用的非最优接收路径，也就是当计算得到最优路径接收到的新的N个数据包的延迟时间方差大于最小方差，或者平均延迟时间大于最小平均延迟时间与最小方差之和时，由当前静态节点发送控制包，启用之前被禁用的接收路径，并更新路段转发表。如图6所示，为图5中静态节点R₂路段转发表，表的第一行是R₂的相邻路段上另一端静态节点，表示与R₂相邻的路段；第二行指相应路段的转发状态，可以取以下值：1(Input)表示数据包接收路段，-2、-3、-4…表示停止接收该路段数据包的顺序，值越大表示被停止转发的时间越早；0(Output)表示下一跳转发路段，2、3、4…表示该路段被停止转发数据包的顺序，值越大表示被停止转发的时间越迟，-1为初始默认值，表示该路段没有被用到；第3到第3+N-1行用来记录从某一路段最近接收到的N个数据包在对应路段上的延迟时间，初始化默认值为0，其中N的值不应太大，也不能太小，过大一方面对节点的存储空间要求较高，另一方面会造成最优路径收敛过程较慢，N值太小则会造成路径收敛过程频繁发生，增加网络带宽开销，使得传输过程变得不稳定，本实现方法中，指定N的范围为[3，10]，即3到10之间的整数，包括3和10。

图6为图5中路由静态节点R₂的路段转发表，R、R₄、R₅、R₆为与R₂相邻的路段上另一端静态节点，其中R、R₄为接收端静态节点，R₅、R₆为发送端静态节点；第二行表示每个路段的转发状态；t_R(1)...t_R(N)、t_R4(1)...t_R4(N)分别指示从R、R4路段接收到的最近N个数据包对应的延迟时间。下面介绍静态节点选择最优的数据包接收路段过程。

每个路由静态节点维持一个长度为N的接收数据包序号队列，用于记录最近接收到的N个数据包的序号，以及其路段延迟时间在路段转发表(图6)中的行号，当新接收到的数据包序号大于队尾的值时，认为是接收到的新数据包，添加到队列中；若数据包序号小于队尾值时，则认为该数据包已经从其它路段接收过，如果能从队列中找到与该包序号相同的项，则更新其在路段转发表中对应接收路段的延迟时间，然后丢弃，否则直接丢弃。

图7是静态节点根据其路段转发表选择最优接收路段的伪代码。当接收到第N个数据包时，静态节点执行选择最优路段过程，由于此时其它接收路段可能尚未接收到第N个数据包，因此具体计算时不考虑第N个数据包的延迟时间，只对其前N-1个数据包的延迟时间进行操作。另外，还考虑到丢包的问题，当某一接收路段出现丢包时，不再选择该路段为最优接收路段。最后，如果有多个接收路段都完整的接收到前N-1个数据包，如图6所示，则根据公式(9)、公式(10)对每个路段计算前N-1个数据包延迟时间的均值X及方差S，并选择均值及方差都较小的路段为最优路段，记录下此最小均值和最小方差，向未被选择的接收路段上另一端静态节点发送STOP包，停止相应路段。若一段时间后，所选择最优接收路段上接收到的新的N个数据包的延迟时间方差大于最小方差，或者平均延迟时间大于最小均值与最小方差之和时，则向被停止的接收发送RESTART包(包含发送源静态节点的标志、RESTART包类型)，恢复相应路段。对于路段转发表中只有一个接收路段的静态节点，不执行最优路段选择过程。

$\stackrel{\‾}{X}=\left(\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{t}_R\left(i\right)\right)/(n-1)---\left(9\right)$

$S=\left(\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{(t_R\left(i\right)-\stackrel{\‾}{X})}^2\right)/(n-1)---\left(10\right)$

当某静态节点向其接收路段发送STOP包时，需要将其路段转发表中该接收路段的转发状态值设置为负整数(-2、-3、-4…)，其中值越小表示停止接收的时间越晚。如果路段另一端静态节点收到STOP包后，其所有下一跳转发路段都被停止，但仍有接收路段处于活跃状态，则该静态节点向仍处于活跃状态的接收路段上另一端静态节点发送STOP包，并将其路段转发表中该接收路段的转发状态值设置为负整数(-2、-3、-4…)。

路段另一端静态节点接收到第一个STOP包后，将自己路段转发表中对应的发送路段转发状态设置为2，如果以后又从其它路段接收到STOP包，则将其路段转发状态设置为3。路段转发状态值的大小表示路段被停止的先后顺序，值越大，停止转发的时间越晚。

当某静态节点需要恢复被停止的路段时，它选择其路段转发表中转发状态值最小且小于零的接收路段，向其另一端静态节点发送RESTART包。另一端静态节点收到RESTART包后，将路段转发表中该路段对应的转发状态值设置为0，使能转发功能，若其接收路段全部被停止，则它也选择路段转发表中转发状态值最小且小于零的接收路段，向其另一端静态节点发送RESTART包，直到找到一条连通的路径。

最后，本实现方法还考虑到源和目的节点的移动性问题。据前文所述，每个数据包包含源节点所在路段一端源节点驶近方向的静态节点(又称为起始静态节点)地理位置以及目的节点所在路段一端目的节点驶近方向的静态节点(又称为目的静态节点)地理位置。当源节点发送出的数据包到达目的静态节点后，如仍未找到目的节点，则说明目的节点在数据包转发的过程中已经移动出了原来所在的路段。同理，源节点在发送数据包的过程中，也可能移动到别的路段。

当源节点或目的节点分别经过起始静态节点或目的静态节点及以后的静态节点时，它们主动向经过的静态节点发送源节点或目的节点类型标志信息和新进入的路段信息，静态节点将接收到的信息存储到源和目的节点队列。为了跟踪源和目的节点的移动轨迹，每个静态节点维持一个长度为M的源和目的节点队列，用于记录穿过自己的源和目的节点，本实现方法中M取值为20，即只跟踪最近经过自己的20个源和目的节点的移动方向。当源或目的节点越过任一静态节点，进入到新的路段时，它主动向越过的静态节点发送RECORD包(主要包括源节点或目的节点的类型标志信息和新进入的路段另一端静态节点的标志信息)，请求记录自己进入的新路段方向。当某一对源和目的节点之间的数据发送完成时，源和目的节点恢复为普通节点，不再向越过的静态节点发送RECORD包。

根据上述方法，由源节点发送出的数据包到达目的静态节点后，如果仍未找到目的节点，则检查该静态节点的源和目的节点队列，找到目的节点进入的新路段，并将数据包延该路段转发，直到到达目的节点。

目的节点收到由源节点发送来的数据包后，若此时自己已经离开了原来的路段，则它采用冗余转发的方式向源节点发送自己新的位置信息。如果该信息到达起始静态节点时，仍未找到源节点，此时源节点可能已经离开了原来所在路段，则由起始静态节点检查自己的源和目的节点队列，找到源节点进入的新路段，并将数据包延该路段转发，直到到达源节点。源节点收到该信息后，便按照目的节点新的位置信息向目的节点发送数据包。

Claims (8)

1.一种车载移动自组织网络路由的实现方法，将行驶在道路上的每个车辆看成一个移动节点，发送数据包的移动节点为源节点，最终接收数据包的移动节点为目的节点，其特征在于它还包括以下步骤：

(1)每个交叉路口设置静态节点，配置射频收发模块，源节点初始时驶近方向的静态节点为起始静态节点，目的节点初始时驶近方向的静态节点为目的静态节点，转发数据包的静态节点为路由静态节点；

(2)源节点在转发数据包时，向自己所在路段一端距离目的静态节点较近的静态节点转发；或者同时向自己所在路段两端的静态节点转发；

(3)每个节点都有一个记录邻居节点状况的邻居表，静态节点在转发数据包时，首先判断邻居表中是否有距目的静态节点更近的静态节点，若有，则直接将数据包转发给对应的静态节点；否则按照路段选择算法选择相邻的不是刚刚接收数据包的路段，并且路段方向靠近目的静态节点的路段，然后指定所选路段上另一端静态节点为路段接收端静态节点；接着搜索邻居表，选择位于所选路段且离路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳数据包接收节点；

(4)路由静态节点从不同路段接受到相同源节点发送来的同一个数据包时，选择一条接收数据包成功率较高，且延迟时间较短的最优路径，同时禁用那些非最优接收路径。

2.根据权利要求1所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，进一步包括以下步骤：

(21)静态节点在初始化时存储自身所在的地理位置、各相邻路段另一端静态节点的地理位置以及交叉口半径，其中交叉口半径指刚进入某路段时移动节点与交叉口处静态节点之间的距离，静态节点的地理位置是指其所在的交叉口中心处的地理位置；

(22)移动节点通过和经过的静态节点进行信息交互，获得自己进入路段两端静态节点的地理位置信息。

3.根据权利要求1或2所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(31)节点在转发数据包时，首先根据记录的节点移动速度和方向，预测计算自己邻居表中的邻居节点当前是否仍然在射频通信范围内，然后选择仍然在通信范围内的节点且距路段接收端静态节点最近的节点作为下一跳转发节点。

4.根据权利要求1或2所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(41)每个路由静态节点还为每一对源和目的节点维持一张路段转发表，用于记录相邻路段的转发状况；一个接收数据包序号队列，用于跟踪记录最近接收到的数据包；一个源和目的节点队列，用于记录经过自己的源和目的节点；

(42)静态节点使用的路段选择算法是指以当前静态节点为起始点，各相邻路段上另一端静态节点为终点构成表示每条相邻路段的有向线段，然后分别计算这些有向线段与以当前静态节点为起始点、目的静态节点为终点的有向线段所成的夹角，选择所有夹角小于90度的相邻路段为下一跳转发路段，并更新路段转发表。

5.根据权利要求1或2所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(51)若静态节点未找到路段方向靠近目的静态节点的路段，则此静态节点将数据包发送回接收路段上另一端的路由静态节点。

6.根据权利要求4所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(61)路段转发表记录对应某一源节点和目的节点的各路段转发状态，以及最近接收到的数据包在相应路段上的延迟时间，当路段转发表填满时，计算对应各路段接收到的数据包平均延迟时间及对应方差，然后选择一条接收数据包成功率较高、平均延迟时间最小且对应方差最小的接收路段为最优接收路径，记录此时的平均延迟时间为最小平均延迟时间、方差为最小方差，并向未被选择的接收路径发送控制包，禁止向当前静态节点转发该类型数据包，最后更新路段转发表。

7.根据权利要求4所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(71)当源节点或目的节点分别经过起始静态节点或目的静态节点及以后的静态节点时，它们主动向经过的静态节点发送源节点或目的节点类型标志信息和新进入的路段信息，静态节点将接收到的信息存储到源和目的节点队列。

8.根据权利要求6所述的一种车载移动自组织网络路由的实现方法，其特征在于：

(81)数据包在最优路径上转发时，若某一静态节点未收到路段接收端静态节点反馈的确认包时，或者某一静态节点检测到数据包接收成功率降低、接收到的新的N个数据包的延迟时间方差大于最小方差，或者平均延迟时间大于最小平均延迟时间与最小方差之和时，由当前静态节点发送控制包，启用之前被禁用的接收路径。

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