CN104093185A - 一种面向车队自组网的多信道多径路由协议 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，主要包括:（1）令每个车辆节点工作于一个服务信道上，使用相同服务信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径，从而在车队中形成多信道的多条传输路径；（2）车辆节点通过自适应分布式位置服务获取车队其它车辆节点的位置、速度及运动方向信息；（3）采用多信道贪婪转发算法：车辆节点发送或转发数据报文时，结合目的节点位置与邻居节点的工作信道使用率，使用贪婪转发算法选择下一跳邻居节点，直至数据报文到达目的节点。本发明提供的面向车队自组网的多信道多径路由协议可以令车队通信完全自组织，不依赖于任何基础设施，允许相邻的车辆节点同一时刻在不同的信道传输路径上通信，提高了网络吞吐量，支持多跳的大数据传输，具有实际应用前景。

Description

一种面向车队自组网的多信道多径路由协议

技术领域

本发明涉及车载自组织网络技术，具体涉及一种车队自组网的路由协议。

背景技术

车队是由一系列一起旅行的车辆节点组成的集合，常见的车队有自驾游车队、物流车队、公务车队等。随着汽车在人们生活中扮演越来越重要的角色，人们对行车过程中车辆之间的通信需求也不断提高。使用车间通信技术，车队成员可以了解其它成员位置情况，在车辆间进行事务通知、视频通话、文件传输等应用。目前车队的通信方式主要有手机和电台通信。手机已经成为一种普及的通信方式，然而，手机通信不仅成本高，且在时延和带宽上不能满足车辆节点快速移动环境下的通信要求；另外手机通信依赖于基础设施，在没有信号覆盖的地方无法通信。尽管电台通信不依赖于基础设施，传输距离远，然而电台信号易受干扰，带宽有限，只能进行简单的通话应用。车载自组网是移动自组网技术在车辆上的应用，是由一系列有无线收发装置的车辆节点形成的自组织网络，具有无中心、多跳等特点。车载自组网组建快速灵活，不太受基础设施的限制，是智能交通系统的研究重点。

目前路由协议是车载自组网技术的研究重点之一。然而，目前大多数车载自组织网络路由协议都有一定的局限性。例如，针对城市道路或高速公路等特定场景设计的路由协议，不能高效地适应车队通信应用场景。目前位置路由协议大多基于可以从位置服务器获取目的节点位置的假设前提，无法满足在农村、山地等无位置服务器覆盖地区的车队通信需要；利用基础设施协助转发车辆数据的路由协议假设基础设施的普遍存在，在基础设施普及成本巨大的情况下使得这类路由协议在现实中难以推广。车队自组网是车载自组网在车队上的应用，针对车队通信的需求和特点研究一种能有效应用于实际环境的车队自组网路由协议具有现实意义。

IEEE802.11p协议是专用于车间无线通信技术的标准，适用于车载自组网节点移动速度快、链路生存时间短、网络拓扑变化频繁的环境。IEEE802.11p协议采用多信道方案，将5.9GHz的75MHz带宽分为1个控制信道和6个服务信道，为车辆节点提供安全警告、辅助驾驶、数据共享、车间娱乐等应用。传统的车载自组网路由协议设计独立于物理层和MAC层，没有考虑信道选择因素给数据传输带来的影响，本发明结合信道的使用情况以及贪婪转发算法，设计一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，从而减少信道冲突，并提高网络容量，满足现行车队通信需要。

发明内容

本发明的目的在于为车队提供一种适用于各种场合、性能良好的自组网通信方法，实现车辆之间数据的多跳传输。本发明将相同工作信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径，数据的传输可以在不同的信道传输路径上进行，能够避免单一路径被过度使用，有效地减少同信道的干扰和车辆节点信道的切换次数，实现数据业务的均衡负载。针对现有路由协议采用的位置服务依赖于位置服务器等基础设施的不足，本发明设计一种自适应分布式位置服务，使车队内的车辆节点可以不通过基础设施获取其它车辆节点的位置、速度信息，了解车队运行状况，调整车辆节点速度，保持车队的稳定行驶。本发明所述的车辆节点按使用目的分为源节点，中转节点，目的节点，邻居节点。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，具体包括以下步骤：

(1)车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，根据服务信道的使用率动态地切换工作信道；同时使用相同工作信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径；

(2)车辆节点通过自适应分布式位置服务获取车队内其它车辆节点的位置、速度及运动方向信息；

(3)采用多信道贪婪转发算法：车辆节点发送或转发数据报文时，结合目的节点位置与邻居节点的工作信道使用率，使用贪婪转发算法选择下一跳邻居节点，或者由车辆节点携带数据报文移动，直至数据报文到达目的节点。

进一步的，步骤(1)所述的车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，根据服务信道的使用率动态地切换工作信道的具体内容为：

每个车辆节点配备两个网络接口，网络接口一工作在控制信道，用于数据报文广播和控制报文传输，网络接口二工作在服务信道，用于数据报文单播和多播。

车辆节点在初始化过程随机选择一个服务信道作为工作信道，并周期地计算该工作信道的使用率，工作信道的使用率由工作信道用于发送、接收和碰撞状态的时间T_busy占周期时间T的比值得到；工作信道使用率采用平滑加权处理，计算方式如下：

$C_i\left(t\right)=\mathrm{\λ}\frac{T_{\mathrm{busy}}}{T}+(1-\mathrm{\λ})C_i(t-1)$

其中C_i(t)表示信道i当前的使用率，i为信道的序号，i的取值为1～n，n为可用的工作信道数量；C_i(t-1)表示信道i上一周期的使用率，λ为平滑因子，λ参考范围为0.6～0.8；

车辆节点通过HELLO报文与邻居节点相互获知对方的工作信道信息和信道使用率信息，建立一张邻居节点服务信道表，每一行表项对应一个服务信道编号，该表记录了使用每个信道的邻居节点ID集合、邻居节点数量和服务信道使用率；表中服务信道使用率为该车辆节点收到的不同车辆节点的HELLO报文中信道使用率最大的值；

车辆节点周期性地将工作信道使用率与切换阀值TCH进行比较，切换阀值TCH计算方式如下：

$\mathrm{TCH}=\frac{k}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i$

其中k为权重系数，k参考取值在1.5到2之间，使切换阀值TCH在平均工作信道使用率的1.5倍至2倍之间，当车辆节点的工作信道使用率大于切换阀值TCH时，如果车辆节点当前没有在使用信道，则进入信道切换过程，信道切换过程如下：车辆节点从邻居节点服务信道表里，按使用率从小到大的顺序依次选择一个服务信道，以概率P切换到该信道；概率P由车辆节点当前的工作信道使用率减去所选信道使用率得到；如果车辆节点成功切换信道，则发送一个HELLO报文通知周围邻居节点，并结束本次信道切换过程；如果车辆节点没有切换信道，则按顺序选择下一个信道，重新计算概率P进行切换；当计算所得概率P的值等于或小于0时，车辆节点采用原有工作信道，并结束本次信道切换过程。

以上所述的HELLO报文包括车辆节点ID、车辆节点IP、速度、运动方向、位置、工作信道、工作信道使用率等信息。车辆节点在控制信道上广播HELLO报文，HELLO报文广播周期为1s。车辆节点ID在实际中可以用车牌号码或车辆编号表示。

各个车辆节点维护一个邻居节点列表，邻居节点列表保存邻居节点的ID、IP、位置、速度、运动方向及工作信道信息。每一行表项对应一个邻居节点。车辆节点每收到一个HELLO报文，更新邻居节点列表中对应的表项。

所述的信道传输路径是由车队自组网内采用相同工作信道的车辆节点建立的传输路径，其具体内容如下：

首先，在整个车队中，车辆节点根据所选的服务信道，归入不同的信道传输路径；其次，一个信道传输路径上的车辆节点只接收本信道传输路径上的数据报文，不参与其它信道传输路径上数据报文的转发；同时，车辆节点在发送或转发数据报文时，可以把网络接口二切换到任意服务信道上，选择相应的信道传输路径发送或转发数据报文，数据报文发送完毕后车辆节点把网络接口二切换回工作信道。

进一步的，步骤(2)所述的自适应分布式位置服务具体内容如下：

(2.1)每个车辆节点向车队内其它车辆节点发送VI报文，VI报文包括车辆节点与邻居车辆节点的位置信息、速度信息和运动方向信息；车辆节点设置一个VI报文定时器和VI报文计数器，定时周期为T_VI，计数器值为H_VI，H_VI初始值为1，每当VI报文定时器到期时H_VI加1，车辆节点广播一个VI报文；当H_VI为偶数时，设VI报文的TTL值为H_VI，H_VI为奇数时，车辆节点不发送VI报文，当H_VI大于车队规模值K时，将TTL值设为∞，然后将H_VI重置为1；

上述车队规模值K的计算方法如下：车队的头车定期向尾车发送一个数据报文，尾车收到数据报文后，计算从头车到尾车的数据报文转发跳数K_h，车队规模值取K_h的二分之一。然后，尾车向车队全部车辆节点发送包含车队规模值K的广播报文。头车为位于车队最前方的车辆，尾车为位于车队最后方的车辆。

(2.2)车辆节点将收到的VI报文进行转发，转发规则如下：

a)车辆节点收到VI报文后，如果已经转发过该VI报文或者TTL为0，则丢弃该VI报文不进行转发，否则转发该报文；

b)车辆节点收到VI报文后检查该VI报文内是否包含本车辆节点位置信息和速度信息，如果包含则重置VI报文定时器，并将H_VI值设为VI报文里的TTL值。

每个车辆节点维护一个车队节点列表，车队节点列表记录所有车辆节点的IP、速度、位置信息。每当车辆节点收到VI消息后即更新车队节点列表里相应的表项。

进一步的，步骤(3)所述的多信道贪婪转发算法，具体内容包括以下步骤：

(3.1)源节点发送数据报文时，如果目的节点在邻居节点列表中，源节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；如果目的节点不在邻居节点列表中，源节点首先选择一个信道传输路径再发送数据报文；选择信道传输路径方法如下：首先，源节点比较工作信道使用率与阀值M的大小，阀值M的参考取值为0.4；如果源节点的工作信道使用率小于阀值M，则选用源节点所在的信道传输路径发送数据报文，否则选择使用率最小的服务信道所在的信道传输路径发送数据报文；当选择信道传输路径后，在该信道传输路径上的车辆节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.2)中转节点转发数据报文时，如果目的节点在邻居节点列表中，中转节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；否则在中转节点所属的信道传输路径上使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.3)如果中转节点在信道传输路径上使用贪婪转发算法找不到下一跳节点，则在所有邻居节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点，使用下一跳节点的工作信道转发数据报文；

(3.4)如果步骤(3.3)找不到下一跳节点，中转节点将数据保存在缓存中，并携带数据报文移动，当中转节点通过HELLO报文发现新的邻居节点时，重复步骤(3.2)。

本发明是一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，利用了车载专用IEEE802.11p协议多信道的特性，设计并实现了一种多信道多径路由协议，与现有技术相比，其优点如下：

1.本方法将车队中的车辆节点根据所选服务信道划分为不同的信道传输路径，多个信道传输路径可以同时在不同的信道上高效地进行数据报文传输，避免单一信道被过度使用，有效地减少同信道的干扰，从而减少信道竞争和冲突，并实现数据业务的均衡负载；

2.本方法通过使车辆节点优先选择信道相同的邻居节点作为下一跳，从而减少了信道切换时延与信道切换开销；

3.本方法使用分布式自适应位置服务提供车辆节点位置信息，使车辆能够随时掌握车队内其它车辆的运行情况，并使车队自组网能够不依赖于位置服务器，在各种应用场景进行通信；

4.本方法提供的多信道多径路由协议，特别适合于车队车辆之间的大容量数据通信。

附图说明

图1是本发明实施方式中面向车队自组网的多信道多径路由协议整体示意图。

图2a是本发明实施方式中邻居节点服务信道表格式的示意图；

图2b是HELLO报文格式的示意图；

图2c是邻居节点列表格式的示意图；

图2d是以及VI报文格式的示意图。

图3是本发明实施方式中信道切换过程的流程图。

图4a是本发明实施方式中多信道贪婪转发算法源节点发送数据报文的流程图；

图4b是中转节点转发数据报文的流程图(图4b)。

图5是本发明实施方式中使用多信道多径路由协议的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的一种面向车队自组网的多信道多径路由协议做进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

采用本方法的所有车队车辆配备嵌入式平台、GPS模块、无线通信模块、摄像头、麦克风。其中，GPS模块为车辆提供位置、速度、运动方向信息；无线通信模块含有两个网络接口，支持IEEE802.11p协议；摄像头与麦克风用于语音视频通话；各模块通过接口连接到嵌入式平台。嵌入式平台安装电子导航地图软件，电子导航地图能够通过本发明的自适应分布式位置服务显示车队其它车辆位置。

图1为本发明的主要方法示意图，主要具体步骤包括以下内容：

(1)车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，该工作信道根据服务信道的使用率动态地切换；同时使用相同服务信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径；

(2)车辆节点通过自适应分布式位置服务获取车队内其它车辆节点的位置、速度及方向信息；

(3)采用多信道贪婪转发算法：车辆节点发送或转发数据报文时，结合目的节点位置与邻居节点的工作信道使用率，使用贪婪转发算法选择下一跳邻居节点，直至数据报文到达目的节点。

步骤(1)所述的车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，并根据服务信道的使用率动态地切换工作信道的具体内容为：

每个车辆节点配备两个网络接口，网络接口一工作在控制信道，用于数据报文广播和控制报文传输，网络接口二工作在服务信道，用于数据报文单播和多播。

车辆节点在初始化过程随机选择一个服务信道作为工作信道，并周期地计算该工作信道的使用率，工作信道的使用率由工作信道用于发送、接收和碰撞状态的时间T_busy占周期时间T的比值得到；工作信道使用率采用平滑加权处理，计算方式如下：

$C_i\left(t\right)=\mathrm{\λ}\frac{T_{\mathrm{busy}}}{T}+(1-\mathrm{\λ})C_i(t-1)$

其中C_i(t)表示信道i当前的使用率，i为信道的序号，i的取值为1～n，n为可用的工作信道数量；C_i(t-1)表示信道i上一周期的使用率，λ为平滑因子，λ参考范围为0.6～0.8；

车辆节点通过HELLO报文与邻居节点交换服务信道与信道使用率信息，建立一张邻居节点服务信道表，每一行表项对应一个服务信道编号，该表记录了使用每个信道的邻居节点ID集合、邻居节点数量和服务信道使用率；表中服务信道使用率为该车辆节点收到的不同车辆节点的HELLO报文中信道使用率最大的值；

如图2a所示。表中各个服务信道的使用率为该车辆节点收到的不同车辆节点的HELLO报文中信道使用率最大的值。例如，相邻的车辆节点A、车辆节点B、车辆节点C共同使用服务信道1，其中车辆节点A统计的信道使用率为0.6，车辆节点B统计的信道使用率为0.65，车辆节点C统计的信道使用率为0.7，车辆节点A、B和C相互交换HELLO报文后，各自将服务信道1的使用率更新为0.7，并记录在邻居节点服务信道表中。

车辆节点周期性地将工作信道使用率与切换阀值TCH进行比较，切换阀值TCH计算方式如下：

$\mathrm{TCH}=\frac{k}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i$

其中k为权重系数，k参考取值在1.5到2之间，使切换阀值TCH在平均工作信道使用率的1.5倍至2倍之间，n为可以使用的服务信道数量。当车辆节点的工作信道使用率大于切换阀值TCH时，如果车辆节点没有传输数据任务，则进入信道切换过程。

如图3所示，车辆节点从邻居节点服务信道表里，按使用率从小到大的顺序依次选择一个服务信道，以概率P切换到该信道；概率P由车辆节点当前的工作信道使用率减去所选信道使用率得到；如果车辆节点成功切换信道，则发送一个HELLO报文通知周围邻居节点，并结束本次信道切换过程；如果车辆节点没有切换信道，则按顺序选择下一个信道，重新计算概率P进行切换；当计算所得概率P的值等于或小于0时，车辆节点采用原有工作信道，并结束本次信道切换过程。

以上所述的HELLO报文包括车辆节点ID、车辆节点IP、速度、移动方向、位置、工作信道、工作信道使用率等信息。HELLO报文格式如图2b所示。车辆节点在控制信道上广播HELLO报文，HELLO报文广播周期为1s。车辆节点ID在实际中可以用车牌号码或车辆编号表示。

各个车辆节点维护一个邻居节点列表，如图2c所示，邻居节点列表保存邻居节点的ID、IP、位置、运动方向、速度及工作信道信息。每一行表项对应一个邻居节点。车辆节点每收到一个HELLO报文，更新邻居节点列表中对应的表项。

本发明通过一种步骤(2)所述的自适应分布式位置服务具体内容如下：

(2.1)每个车辆节点向车队内其它车辆节点发送VI报文，VI报文格式如图2d所示，包括车辆节点与邻居车辆节点的位置信息、速度信息和运动方向信息；车辆节点设置一个VI报文定时器和VI报文计数器，定时时间为T_VI，计数器值为H_VI，H_VI初始值为1，每当VI报文定时器到期时H_VI加1，车辆节点广播一个VI报文；当H_VI为偶数时，设VI报文的TTL值为H_VI，H_VI为奇数时，车辆节点不发送VI报文，当H_VI大于车队规模值K时，将TTL值设为∞，然后将H_VI重置为1；

上述车队规模值K的计算方法如下：车队的头车定期向尾车发送一个数据报文，尾车收到数据报文后，计算从头车到尾车的数据报文转发跳数K_h，车队规模值取K_h的二分之一。然后，尾车向车队全部车辆节点发送包含车队规模值K的广播报文。头车为位于车队最前方的车辆节点，尾车为位于车队最后方的车辆节点。

以下采用实例进一步说明车辆节点发送VI报文的过程：

i.在第一个T_VI到来时，H_VI＝1，H_VI为奇数，车辆节点不发送VI报文；

ii.在第二个T_VI到来时，H_VI＝2，H_VI为偶数，车辆节点发送一个跳数为2的VI报文；

iii.在第三个T_VI到来时，H_VI＝3，H_VI为奇数，车辆节点不发送VI报文；

iv.在第四个T_VI到来时，H_VI＝4，H_VI为偶数，车辆节点发送一个跳数为4的VI报文；

v.同理，每一个T_VI到来时，检测H_VI的值，根据结果选择发送或不发送VI报文，并让H_VI加1。当H_VI大于车队规模值K时，发送一个TTL＝∞的VI报文，然后将H_VI重置为1，重复进行以上流程。

(2.2)车辆节点将收到的VI报文进行转发，转发规则如下：

a)车辆节点收到VI报文后，如果已经转发过该VI报文或者TTL为0，则丢弃该VI报文不进行转发，否则转发该报文；

b)车辆节点收到VI报文后检查该VI报文内是否包含本车辆节点位置信息和速度信息，如果包含则重置VI报文定时器，并将H_VI值设为VI报文里的TTL值。

每个车辆节点维护一个车队节点列表，记录所有车辆的IP、速度、位置信息。每当车辆节点收到VI消息后即更新车队节点列表里相应的表项。

步骤(3)所述的多信道多径位置路由协议，采用一种结合位置与信道使用情况的多信道贪婪转发算法，其中源节点发送数据报文流程如图4a所示，中转节点发送数据报文流程如图4b所示，具体内容包括以下步骤：

(3.1)源节点发送数据报文时，如果目的节点在邻居节点列表中，源节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；如果目的节点不在邻居节点列表中，源节点首先选择一个信道传输路径再发送数据报文；选择信道传输路径方法如下：首先，源节点比较工作信道使用率与阀值M的大小，如果源节点的工作信道使用率小于阀值M，则选用源节点所在的信道传输路径发送数据报文，否则选择使用率最小的服务信道所在的信道传输路径发送数据报文；当选择信道传输路径后，在该信道传输路径上的车辆节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.2)中转节点转发数据报文时，

如果目的节点在邻居节点列表中，中转节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；否则在中转节点所属的信道传输路径上使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.3)如果中转节点在信道传输路径上使用贪婪转发算法找不到下一跳节点，则在所有邻居节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点，使用下一跳节点的工作信道转发数据报文；

(3.4)如果步骤(3.3)找不到下一跳节点，中转节点将数据保存在缓存中，携带数据报文移动，当中转节点通过HELLO报文发现新的邻居节点时，重复步骤(3.2)。

图5是车辆节点通过多信道贪婪转发算法选择下一跳节点的一个例子。IEEE802.11p标准提供了6个服务信道，其中有4个服务信道可用于私人数据传输，本示例使用3个服务信道用于建立信道传输路径。

图5中标有数字1的车辆表示选择服务信道1为工作信道的车辆，标有数字2的车辆表示选择服务信道2为工作信道的车辆，标有数字3的车辆表示选择服务信道3为工作信道的车辆。信道传输路径1由工作信道为服务信道1的车辆组成，信道传输路径2由工作信道为服务信道2的车辆组成，信道传输路径2由工作信道为服务信道2的车辆组成。图5中R表示车辆S的一跳传输范围。

车辆节点S发送数据报文到目的节点D。首先，车辆节点S比较本车的工作信道的使用率U1与阀值M的大小，U1<M，于是车辆节点S选择信道传输路径1作为传输路径；接着，车辆节点S选择一个在信道传输路径1上的邻居节点作为下一跳，根据多信道贪婪转发算法，车辆节点L1离目的节点的距离最近，所以被选为下一跳；当车辆节点L1收到数据报文后，在信道传输路径1上，根据贪婪转发算法选出车辆节点L2作为下一跳；当车辆节点L2收到数据报文后，发现数据报文的目的节点D在自己的邻居范围内，则将工作信道切换到目的节点D所用的服务信道3，将数据报文发送给目的节点D；车辆节点L2发送完数据报文后，将工作信道切换回服务信道1。

信道传输路径1上的车辆发送数据时，周围其它车辆节点可以同时使用服务信道2或服务信道3在相应的信道传输路径上发送数据报文，而不会与信道传输路径1上的车辆节点发生信道竞争。

Claims (5)

1.一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，其特征在于如下步骤：

(1)车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，根据服务信道的使用率动态地切换工作信道；同时使用相同工作信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径；

(2)车辆节点通过自适应分布式位置服务获取车队内其它车辆节点的位置、速度及方向信息；

(3)采用多信道贪婪转发算法：车辆节点发送或转发数据报文时，结合目的节点位置与邻居节点的工作信道使用率，使用贪婪转发算法选择下一跳邻居节点，或者由车辆节点携带数据报文移动，直至数据报文到达目的节点。

2.根据权利要求1所述的一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，其特征在于步骤(1)中车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，并根据服务信道的使用率动态地切换工作信道，具体过程为：

车辆节点在初始化过程随机选择一个服务信道作为工作信道，并周期地计算该工作信道的使用率，工作信道的使用率由工作信道用于发送、接收和碰撞状态的时间T_busy占周期时间T的比值得到；工作信道使用率采用平滑加权处理，计算方式如下：

$C_i\left(t\right)=\mathrm{\&lambda;}\frac{T_{\mathrm{busy}}}{T}+(1-\mathrm{\&lambda;})C_i(t-1)$

其中C_i(t)表示信道i当前的使用率，i为信道的序号，i的取值为1～n，n为可用的工作信道数量；C_i(t-1)表示信道i上一周期的使用率，λ为平滑因子；

车辆节点通过HELLO报文与邻居节点相互获知对方的工作信道信息和信道使用率信息，建立一张邻居节点服务信道表，每一行表项对应一个服务信道编号，该表记录了使用每个信道的邻居节点ID集合、邻居节点数量和服务信道使用率；表中服务信道使用率为该车辆节点收到的不同车辆节点的HELLO报文中信道使用率最大的值；

车辆节点周期性地将工作信道使用率与切换阀值TCH进行比较，切换阀值TCH计算方式如下：

$\mathrm{TCH}=\frac{k}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{C}_i$

其中k为权重系数，当车辆节点的工作信道使用率大于切换阀值TCH时，如果车辆节点当前没有在使用信道，则进入信道切换过程，信道切换过程如下：车辆节点从邻居节点服务信道表里，按使用率从小到大的顺序依次选择一个服务信道，以概率P切换到该信道；概率P由车辆节点当前的工作信道使用率减去所选信道使用率得到；如果车辆节点成功切换信道，则发送一个HELLO报文通知周围邻居节点，并结束本次信道切换过程；如果车辆节点没有切换信道，则按顺序选择下一个信道，重新计算概率P进行切换；当计算所得概率P的值等于或小于0时，车辆节点采用原有工作信道，并结束本次信道切换过程。

3.根据权利要求1所述的一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，其特征在于步骤(1)所述的信道传输路径是由车队自组网内采用相同工作信道的车辆节点建立的传输路径，具体是：

首先，在整个车队中，车辆节点根据所选的服务信道，归入不同的信道传输路径；其次，一个信道传输路径上的车辆节点只接收本信道传输路径上的数据报文，不参与其它信道传输路径上数据报文的转发；同时，车辆节点在发送或转发数据报文时，可以切换到任意服务信道上，选择相应的信道传输路径发送或转发数据报文，数据报文发送完毕后车辆节点切换到原所选的服务信道。

4.根据权利要求1所述的一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，其特征在于步骤(2)所述的自适应分布式位置服务具体内容如下：

每个车辆节点向车队内其它车辆节点发送VI报文，VI报文包括车辆节点与邻居车辆节点的位置信息、速度信息和运动方向信息；车辆节点设置一个VI报文定时器和VI报文计数器，定时周期为T_VI，计数器值为H_VI，H_VI初始值为1，每当VI报文定时器到期时H_VI加1，车辆节点广播一个VI报文；当H_VI为偶数时，设VI报文的TTL值为H_VI，H_VI为奇数时，车辆节点不发送VI报文，当H_VI大于车队规模值K时，将TTL值设为∞，然后将H_VI重置为1；

车辆节点将收到的VI报文进行转发，转发规则如下：

a)车辆节点收到VI报文后，如果已经转发过该VI报文或者TTL为0，则丢弃该VI报文不进行转发，否则转发该报文；

b)车辆节点收到VI报文后检查该VI报文内是否包含本车辆节点位置信息和速度信息，如果包含则重置VI报文定时器，并将H_VI值设为VI报文里的TTL值。

5.根据权利要求1所述的一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，其特征在于步骤(3)所述的多信道贪婪转发算法具体步骤为：

(3.1)源节点发送数据报文时，如果目的节点在邻居节点列表中，源节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；如果目的节点不在邻居节点列表中，源节点首先选择一个信道传输路径再发送数据报文；选择信道传输路径方法如下：首先，源节点比较工作信道使用率与阀值M的大小，如果源节点的工作信道使用率小于阀值M，则选用源节点所在的信道传输路径发送数据报文，否则选择使用率最小的服务信道所在的信道传输路径发送数据报文；当选择信道传输路径后，在该信道传输路径上的车辆节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.2)中转节点转发数据报文时，如果目的节点在邻居节点列表中，中转节点将信道切换到目的节点的工作信道，直接发送数据报文给目的节点；否则在中转节点所属的信道传输路径上使用贪婪转发算法选择下一跳节点；

(3.3)如果中转节点在信道传输路径上使用贪婪转发算法找不到下一跳节点，则在所有邻居节点中使用贪婪转发算法选择下一跳节点，使用下一跳节点的工作信道转发数据报文；

(3.4)如果步骤(3.3)找不到下一跳节点，中转节点将数据保存在缓存中，携带数据报文移动，当中转节点通过HELLO报文发现新的邻居节点时，重复步骤(3.2)。