CN103298063B - 一种车辆自组织网络中邻居节点发现方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆自组织网络中邻居节点发现方法，网络中的车辆如下发送beacon：将时间分为一个个时间帧，每个时间帧有若干时槽；车辆根据该路段车流密度设置一个时间帧的时槽个数，每当行驶进一新路段，该车辆根据新路段的车流密度，重设一个时间帧的时槽个数；第一时间帧内所述车辆随机地设置beacon发送次数；一新时间帧开始时，该车辆根据上一时间帧收到的消息，选择另一辆车作为参照车，并根据该参照车的邻居数量以及该时间帧的时槽个数，计算该时间帧的发送次数；根据计算出的发送次数随机地选择出相应的时槽，并在选择出的时槽发送beacon，其余时槽不发送beacon。本发明既能减小发现邻居延迟，又能保证公平性的邻居节点发现，适用于任一车辆自组织网络。

Description

一种车辆自组织网络中邻居节点发现方法
技术领域
本发明涉及一种网络中发现邻居节点的机制，具体是一种基于自适应控制beacon发送的车辆自组织网络中邻居节点发现方法，属通信技术领域。
背景技术
1999年，美国联邦通信委员会将75MHz频段分配出来，作为专用短距离通信的频段使用，用于支持车辆之间以及车辆与路边基础设施之间的通信。当两辆车互相在对方的通信距离内时，这两辆车互为邻居，两辆互为邻居的车辆可以互相收发消息。所谓邻居节点发现包含两层含义：（1）当车辆A进入车辆B的通信距离范围，车辆B发现车辆A的到来；（2）当车辆A驶离了车辆B的通信距离范围，车辆B发现车辆A的离开。
发现邻居到来的途径是广播beacon，当车辆B接收到车辆A的beacon后，车辆B就可以在接收到beacon的那一刻，发现车辆A的到来。发现邻居离开的方法是设定一个固定的时间阈值，当车辆B接收车辆A的beacon后，在固定的时间阈值内没有再次接收到车辆A的beacon，则车辆B就认定车辆A离开。每辆车都要确定自己何时发送beacon。我们将时间分为一个个时间帧，每个时间帧含有若干时槽，在每个时槽，一辆车可以选择发送beacon，也可以选择不发送beacon。
由于在道路上行驶的车辆通常速度快、间距小，车辆之间的邻居状态持续时间通常仅仅在30秒左右，因此，发现邻居延迟应该尽可能小。所述的发现邻居延迟包含两方面：发现邻居到来的延迟以及发现邻居离开的延迟。有效的邻居节点发现机制应该实现以下两点：（1）当车辆A进入车辆B的通信距离范围，车辆B以较小的延迟发现车辆A的到来；（2）当车辆A驶离了车辆B的通信距离范围，车辆B以较小的延迟发现车辆A的离开。
车辆自组织网络中，目前存在的邻居节点发现方法主要有以下三种，但每种方法都有其各自的缺点：（1）周期性频繁地广播beacon。其缺点是，因为过于频繁的广播有可能会引发大量的冲突，相互之间产生干扰，使得车辆接收不了beacon。（2）发送beacon前，采用IEEE802.11RTS/CTS的方法来避免冲突。其缺点是，必须完成RTS/CTS后才能发送beacon，这会造成发现邻居的延迟过大。（3）SFR(Synchronous Fixed Retransmission)，将时间分为一个个含有若干时槽的时间帧，在每个时间帧中，随机地选择出固定次数的时槽来发送beacon。其缺点是，采用固定不变的发送beacon方法，不能自适应车辆自组织网络拓扑结构的变化。由于车辆的高速行驶，使得车辆自组织网络具有快速变化的拓扑结构，有时候车辆的邻居个数多，有时候车辆的邻居个数少，因此，beacon的发送次数应该根据邻居个数自适应地变化，在邻居个数多时为了避免冲突应该减小beacon的发送次数，在邻居个数少时应该增加beacon的发送次数。本发明设计的是一种采取自适应策略的邻居节点发现机制，其根据邻居个数自适应地变化beacon的发送次数。
发明内容
本发明的目的是克服车辆自组织网络中现有的邻居节点发现方法的不足，提供一种低延迟的车辆自组织网络中邻居节点发现方法，其能够有效减小发现邻居到来的延迟和发现邻居离开的延迟，从而对车辆网络通信以及交通安全都有着积极的意义。
本发明解决其技术问题的技术方案是：
一种车辆自组织网络中邻居节点发现方法，其特征在于：所述网络中的车辆按照下列步骤发送beacon：
1）将时间分为一个个时间帧，每个时间帧有若干时槽；
2）所述车辆根据其所在的行驶路段的车流密度，设置一个时间帧的时槽个数，每当行驶进一个新路段，该车辆根据新路段的车流密度，重设一个时间帧的时槽个数；
3）在第一个时间帧，所述车辆随机地设置beacon发送次数；
4）在第二个时间帧及其之后，一个新时间帧开始时，所述车辆根据上一时间帧收到的消息，选择另一辆车作为参照车，所述车辆根据该参照车的邻居数量以及该时间帧的时槽个数，计算一个时间帧的beacon发送次数；
5）根据步骤4）计算出的beacon发送次数随机地选择出相应beacon发送次数的时槽，所述车辆在选择出的时槽发送beacon，其余时槽不发送beacon。
本发明采取了一种基于自适应策略的车辆发送beacon的方法，自适应策略包含两方面：（1）每辆车根据其所行驶的路段，自适应地调整每个时间帧的时槽个数；（2）每辆车根据邻居个数，自适应地调整一个时间帧里beacon的发送次数。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明通过自适应地调整每个时间帧的时槽个数，以及自适应地调整一个时间帧里的beacon的发送次数，可以有效适应车辆网络拓扑结构的变化，使得道路上的每辆车都可以以较小的延迟发现邻居的到来或者离开。
首先，较小的发现邻居延迟，即有效的邻居节点发现对于车辆网络的数据传输和路由协议是有益的。由于车辆的高速行驶，使得车辆网络的拓扑结构变化非常快。因此，为了有效地选择下一跳节点，一辆车就需要知道其当前邻居集，如果一辆车可以以较小的延迟发现其邻居的到来或者离开，对于选择下一跳节点是有帮助的；其次，有效的邻居发现对于交通安全是有帮助的，如果一辆车可以实时知道它的邻居集，它就可以知道它附近的车辆，因而可以控制车速、保持间距，从而避免可能发生的交通事故。
（2）本发明保证了车辆之间的公平性，可以让每辆车都有尽可能差不多的发现邻居到来延迟以及发现邻居离开延迟。
（3）本发明具有较小的通信代价和计算代价。
本发明适用于任意一个车辆自组织网络，仿真实验的结果验证了本发明的可靠性和优越性。
附图说明
图1是确定一个时间帧时槽个数的方法流程图。
图2是确定一个时间帧发送次数的方法流程图。
图3是选择参照车的方法示意图。
图4是本发明的方法流程图。
具体实施方式
本发明是一种用于车辆自组织网络中的邻居节点发现方法，其采取自适应的策略，关键的两个问题是：如何自适应地确定一个时间帧的时槽个数，以及一个时间帧的beacon发送次数。
以下结合附图对本发明作详细说明。
首先结合附图1详细说明一个时间帧时槽个数的确定方法。把一天的时间分为若干时段。根据历史信息统计，所述网络中的车辆获取该时段所在路段的车流密度，得到该时段所在路段的该车辆的平均邻居个数。根据该时段所在路段的车流密度，该车辆设置一个时间帧的时槽个数。特别的，假设这辆车该时段所在路段的车辆的平均邻居个数是n，则该车辆设置一个时间帧的时槽个数为L=log(1-P)0.01，其中P=(n-1)n-1／nn。当所述车辆行驶进一个新路段时，根据历史信息统计重新获取该时段所在路段的车流密度。根据该时段所在路段的车流密度，该车辆重新设置一个时间帧的时槽个数。如果这辆车仍然行驶在原来的路段上，则它一直保持一个时间帧的时槽个数不变。
下面结合附图2详细说明一个时间帧beacon发送次数的确定方法。在每个新时间帧开始时，所述车辆根据上一时间帧收到的消息，选择出一辆参照车。假设选择出的参照车的邻居个数是nr，则所述车辆计算该时间帧的发送次数为L／nr。在这个时间帧中，所述车辆随机地选择出L／nr个时槽，在选择出的时槽中发送beacon，其余时槽不发送beacon。
下面结合附图3详细说明所述车辆选择参照车的方法。所述车辆按照以下三点规则来选择出参照车：（1）参照车应该在所述车辆的前方；（2）参照车应该在所述车辆的通信距离内；（3）参照车应该在空间上距离所述车辆尽可能地远。如附图3，假设车辆V1在一个时间帧内收到了来自V2、V3、V4、V5和V6的若干beacon，则车辆V1选择车辆V6为参照车，因为车辆V6在车辆V1的前方，而且车辆V6是在车辆V1的通信距离内的距离车辆V1最远的车。假设车辆V6有n6个邻居，则车辆V1在下一个时间帧的发送次数是L／n6。在下一个时间帧中，车辆V1随机地选择出L／n6个时槽来发送beacon。
图4为本发明所述方法的流程图。所述的车辆自组织网络中邻居节点发现方法，其特征在于：所述网络中的车辆按照下列步骤发送beacon：
1）将时间分为一个个时间帧，每个时间帧有若干时槽；
2）所述车辆根据其所在的行驶路段的车流密度，设置一个时间帧的时槽个数，每当行驶进一个新路段，该车辆根据新路段的车流密度，重设一个时间帧的时槽个数；
3）在第一个时间帧，所述车辆随机地设置beacon发送次数；
4）在第二个时间帧及其之后，一个新时间帧开始时，所述车辆根据上一时间帧收到的消息，选择另一辆车作为参照车，所述车辆根据该参照车的邻居数量以及该时间帧的时槽个数，计算一个时间帧的beacon发送次数；
5）根据步骤4）计算出的beacon发送次数随机地选择出相应beacon发送次数的时槽，所述车辆在选择出的时槽发送beacon，其余时槽不发送beacon。

Claims (1)

1.一种车辆自组织网络中邻居节点发现方法，其特征在于：所述网络中的车辆按照下列步骤发送beacon：
1)将时间分为一个个时间帧，每个时间帧有若干时槽；
2)所述车辆根据其所在的行驶路段的车流密度，设置一个时间帧的时槽个数，每当行驶进一个新路段，该车辆根据新路段的车流密度，重设一个时间帧的时槽个数；
3)在第一个时间帧，所述车辆随机地设置beacon发送次数；
4)在第二个时间帧及其之后，一个新时间帧开始时，所述车辆根据上一时间帧收到的消息，选择另一辆车作为参照车，所述车辆根据该参照车的邻居数量以及该时间帧的时槽个数，计算一个时间帧的beacon发送次数；
所述车辆按照以下三点规则来选择出参照车：(1)参照车应该在所述车辆的前方；(2)参照车应该在所述车辆的通信距离内；(3)参照车应该在空间上距离所述车辆尽可能地远；
5)根据步骤4)计算出的beacon发送次数随机地选择出相应beacon发送次数的时槽，所述车辆在选择出的时槽发送beacon，其余时槽不发送beacon。
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