CN101867997A - 一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，包括以下几个步骤，步骤一：以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群；步骤二：源节点i获取自己与目的节点j的距离D_ij；步骤三：源节点i将数据分组发送给群首X；步骤四：群首X确定目的节点j的群首Y；步骤五：源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；步骤六：目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j。本发明利用已有的交通基础设施进行分群，实现高效的信息传输，采用蜂窝网络中越区切换的方法，提高群内成员通信的服务质量。

Description

一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法

技术领域

本发明涉及一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，属于车载自组织网络的路由技术领域。

背景技术

车载自组织网络是一种特殊类型的移动自组织网络，是专门用于车辆间、车辆与路边节点间的无线通信的网络。作为“智能交通系统”的组成部分，以及移动自组织网络的一种具体应用，车载自组织网络相关技术越来越得到学术和工业领域的重视。相对于一般的移动自组织网络，车载自组织网络具有以下特点：(1)车辆节点移动速度快，网络拓扑变化快，路径寿命短；(2)车辆节点的分布受道路局限；(3)车辆节点的移动受到道路设施和驾驶者行为的影响；(4)具有比较丰富的外部辅助信息支持，例如，使用GPS可以获取节点的位置信息等。路由方法作为车载自组织网络的一项关键技术，是非常重要的。设计高效的路由方法以保证信息传输的高效及可靠性是车载自组织网络研究领域的一个热点问题。

移动自组织网络下有很多经典的路由方法，由于并不是专门针对车载自组织网络特点所设计，其中多数方法无法在车载自组织网络环境中取得较好的性能。为了使一些经典的移动自组织网络路由方法更适合于车载自组织网络，近年来研究者们提出了一些改进的方法。包括改进的表驱动的路由方法、改进的按需路由方法以及改进的基于地理位置的路由方法。同时，研究者们也提出了一些专用于车载自组织网络的路由方法。以上这些方法虽然考虑了车载自组织网络的特点，但都是基于传统路由方法思想的，不能很好地解决节点高速运动以及障碍物阻挡等引发的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有路由方法的不足，充分考虑车载自组织网络特点，提出一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法。

本发明的一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，包括以下几个步骤：

步骤一：以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群；

步骤二：源节点i获取自己与目的节点j的距离D_ij；

步骤三：源节点i将数据分组发送给群首X；

步骤四：群首X确定目的节点j的群首Y；

步骤五：源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；

步骤六：目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j。

本发明的优点在于：

本发明通过充分考虑城市场景下车载自组织网络的特点，以已有交通基础设施为群首将网络进行分群，所有群的群首之间构成一个骨干网络，在群内和群间采用不同的通信方式。这种分群方式覆盖了整个网络中的所有道路，实现了信息的无缝传输。针对群与群之间的重叠覆盖问题，在分组投递率、端到端时延及路由开销方面均具有较好的性能，能够更好地适应节点密度和网络拓扑动态变化，较好地减轻了车载自组织网络中节点快速运动以及障碍物阻挡等因素对车辆通信造成的不利影响。

由于车载自组织网络中节点具有高动态性，造成通信链路的频繁中断，本发明充分利用已有的交通基础设施进行分群，有助于实现高效的信息传输。由于无线通信的开放性，不可避免地造成群与群之间的重叠覆盖，本发明采用了蜂窝网络中越区切换的方法，可以提高群内成员通信的服务质量。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明步骤一中的分群及越区切换示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群；

以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群，每个群中有两种节点：群内成员和群首，如图2所示，图中a、b为群内成员，E，F，G，H为群首，所有群的群首之间构成一个骨干网络。

本发明中的分群覆盖了整个道路网络中的所有道路，实现了信息的无缝传输，将群之间重叠区域的大小降至最低。如图1所示的分群方式，在覆盖整个道路网络中的所有道路的同时，不同群的控制范围会产生一定程度的重叠，如图中阴影区域所示。计算可知，重叠区域仅占整个道路范围的约28.5％，信号干扰区域较小。

任意一个群的群内成员为源节点i，任意一个群的群内成员为源节点i的目的节点j，源节点i通过车载GPS设备及位置服务获取自己的位置坐标(x_i，y_i)及目的节点j的位置坐标(x_i，y_i)；设各个群的控制范围及群内成员的无线传输范围(即其一跳范围)均为R，图2中所示的圆的半径为R。

步骤二：源节点i获取自己与目的节点j的距离D_ij：

$D_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{(x_j-x_i)}^2+{(y_j-y_i)}^2}$

源节点i判断目的节点j是否在自己一跳范围R内，如果D_ij≤R，则目的节点j在源节点i的一跳范围内，源节点i直接发送数据分组给目的节点j，否则进行步骤三；

步骤三：源节点i将数据分组发送给群首X；

通过越区切换方法，源节点i判断并选取自己的群首X，并将数据分组发送给群首X。数据分组头部带有目的节点j的位置坐标。

所述的群内成员与群首间使用点到点的通信方式。

步骤四：群首X确定目的节点j的群首Y；

如果群首X成功接收数据分组获取目的节点j的位置坐标，则群首X获取目的节点j的位置坐标，群首X通过位置服务得到道路网络中所有群首的位置坐标，然后采用越区切换方法，判断并确定目的节点j的群首为Y。

否则，返回步骤一，源节点i重新获取自己的位置坐标(x_i，y_i)及目的节点j的位置坐标(x_i，y_i)。

步骤五：源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；

源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；如果群首Y成功接收数据分组获取目的节点j的位置坐标，则转入步骤六；否则返回步骤四。

由于群首是已有的交通基础设施，所以群首之间的骨干网络的通信采用有线或无线方式。若采用无线方式，由于群首位置是相对固定的，一般选取表驱动路由算法。

步骤六：目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j。

群内成员与群首间使用点到点的通信方式，所以目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j，如果目的节点j成功接收数据分组，方法结束，否则，返回步骤四。

步骤三、步骤四中所述的的越区切换方法具体为：

群内成员即为车辆，通过计算自己与所有群首的距离得知自己相邻的两个群首的坐标，获取车辆速度向量与与其相邻的两个群首的方向向量的点积，通过点积的值来判断适合作为该车辆群首。随后，车辆将选取该群首作为自己的群首并通过该群首发送或接收数据分组。如图2所示，本发明的城市场景下车辆的越区运动主要有两种情况，一种是车辆直行，如车辆a、一种是车辆转弯，如车辆b，具体为：

(1)当车辆直行时：

如图2所示，车辆a直行，车辆a当前群首为E，处于以E为群首的群内，简称群E，当车辆a即将运动到以群首F为群首的群内，简称群F。设定群首E和群首F的位置坐标分别为(x_E，y_E)和(x_F，y_F)，通过车载GPS设备及位置服务支持获取车辆a的位置坐标(x_a，y_a)，速度值v_a及其运动方向的单位向量

判断车辆a是否在进行越区切换，车辆a与群首F的距离D_aF为：

$D_{\mathrm{aF}}=\sqrt{{(x_a-x_F)}^2+{(y_a-y_F)}^2}$

群首E到群首F的方向向量

为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{EF}}=(x_F-x_E,y_F-y_E)$

车辆a的速度向量

为：

$\stackrel{\→}{V_a}=v_a\stackrel{\→}{{\mathrm{dx}}_a}+v_a\stackrel{\→}{{\mathrm{dy}}_a}$

得到车辆a速度向量与群首E到群首F方向向量的点积d_a为：

$d_a=\stackrel{\→}{V_a}\·\stackrel{\→}{\mathrm{EF}}$

若d_a＞0且D_aF≤R，R为群的控制范围，则车辆a在由群E向群F进行越区切换。车辆a选取群首F作为自己群首并通过群首F发送或接收数据分组。

否则，选取群首E作为自己群首并通过群首E发送或接收数据分组。

(2)当车辆转弯时：

如图2所示，车辆b转弯，车辆b当前群首为G，处于以G为群首的群内，简称群G，当车辆b即将运动到以群首H为群首的群内，简称群H。同步骤(1)获取群首G的坐标为(x_G，y_G)、群首H的坐标为(x_H，y_H)、车辆b位置坐标(x_b，y_b)，速度值v_b及其运动方向的单位向量然后得到D_bH，

及d_b，若d_b＞0且D_bH≤R，则可判断车辆b在由群G向群H进行越区切换，车辆b将选取群首H作为自己群首并通过群首H发送或接收数据分组。否则，选取群首G作为自己群首并通过群首G发送或接收数据分组。

Claims (3)

1.一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群；

以城市场景中已有的交通基础设施作为群首，将道路网络分成多个群，每个群中有两种节点：群内成员和群首，所有群的群首之间构成一个骨干网络；

所述的分群覆盖了整个道路网络中的所有道路，实现信息的无缝传输，将群之间重叠区域的大小降至最低；

任意一个群的群内成员为源节点i，任意一个群的群内成员为源节点i的目的节点j，源节点i通过车载GPS设备及位置服务获取自己的位置坐标(x_i，y_i)及目的节点j的位置坐标(x_i，y_i)；设各个群的控制范围及群内成员的无线传输范围均为R，R即群内成员一跳范围；

步骤二：源节点i获取自己与目的节点j的距离D_ij；

$D_{\mathrm{ij}}=\sqrt{{(x_j-x_i)}^2+{(y_j-y_i)}^2}$

源节点i判断目的节点j是否在自己一跳范围R内，如果D_ij≤R，则目的节点j在源节点i的一跳范围内，源节点i直接发送数据分组给目的节点j，否则进行步骤三；

步骤三：源节点i将数据分组发送给群首X；

通过越区切换方法，源节点i判断并选取自己的群首X，并将数据分组发送给群首X；数据分组头部带有目的节点j的位置坐标；

步骤四：群首X确定目的节点j的群首Y；

如果群首X成功接收数据分组获取目的节点j的位置坐标，则群首X获取目的节点j的位置坐标，群首X通过位置服务得到道路网络中所有群首的位置坐标，然后采用越区切换方法，判断并确定目的节点j的群首为Y；

否则，返回步骤一，源节点i重新获取自己的位置坐标(x_i，y_i)及目的节点j的位置坐标(x_i，y_i)；

步骤五：源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；

源节点i所在群的群首X通过骨干网络将数据分组发送给目的节点j所在群的群首Y；如果群首Y成功接收数据分组获取目的节点j的位置坐标，则转入步骤六；否则返回步骤四；

步骤六：目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j；

目的节点j所在群的群首Y将数据分组直接发送给自己群内的目的节点j，如果目的节点j成功接收数据分组，方法结束，否则，返回步骤四；

步骤三、步骤四中所述的的越区切换方法具体为：

群内成员即为车辆，通过计算自己与所有群首的距离得知自己相邻的两个群首的坐标，获取车辆速度向量与与其相邻的两个群首的方向向量的点积，通过点积的值来判断适合作为该车辆群首，车辆将选取该群首作为自己的群首并通过该群首发送或接收数据分组，具体为：

(1)当车辆直行时：

车辆a直行，车辆a当前群首为E，处于以E为群首的群内，简称群E，当车辆a即将运动到以群首F为群首的群内，简称群F；设定群首E和群首F的位置坐标分别为(x_E，y_E)和(x_F，y_F)，通过车载GPS设备及位置服务支持获取车辆a的位置坐标(x_a，y_a)，速度值v_a及其运动方向的单位向量

判断车辆a是否在进行越区切换，车辆a与群首F的距离D_aF为：

$D_{\mathrm{aF}}=\sqrt{{(x_a-x_F)}^2+{(y_a-y_F)}^2}$

群首E到群首F的方向向量

为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{EF}}=(x_F-x_E,y_F-y_E)$

车辆a的速度向量

为：

$\stackrel{\→}{V_a}=v_a\stackrel{\→}{{\mathrm{dx}}_a}+v_a\stackrel{\→}{{\mathrm{dy}}_a}$

得到车辆a速度向量与群首E到群首F方向向量的点积d_a为：

$d_a=\stackrel{\→}{V_a}\·\stackrel{\→}{\mathrm{EF}}$

若d_a＞0且D_aF≤R，则车辆a在由群E向群F进行越区切换；车辆a选取群首F作为自己群首并通过群首F发送或接收数据分组；

否则，选取群首E作为自己群首并通过群首E发送或接收数据分组；

(2)当车辆转弯时：

车辆b转弯，车辆b当前群首为G，处于以G为群首的群内，简称群G，当车辆b即将运动到以群首H为群首的群内，简称群H；同步骤(1)获取群首G的坐标为(x_G，y_G)、群首H的坐标为(x_H，y_H)、车辆b位置坐标(x_b，y_b)，速度值v_b及其运动方向的单位向量

然后得到D_bH，

及d_b，若d_b＞0且D_bH≤R，则可判断车辆b在由群G向群H进行越区切换，车辆b将选取群首H作为自己群首并通过群首H发送或接收数据分组；否则，选取群首G作为自己群首并通过群首G发送或接收数据分组。

2.根据权利要求1所述的一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，其特征在于，所述的群内成员与群首间使用点到点的通信方式。

3.根据权利要求1所述的一种车载自组织网络环境下基于越区切换的分群路由方法，其特征在于，所述的群首之间的骨干网络的通信采用有线或无线方式，若采用无线方式，则采取表驱动路由算法。