CN104270461A - 一种车联网的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车联网的实现方法，所述车联网包括接入节点和车辆节点，两个接入节点之间具有相同方向的车道构成树域；一个接入节点属于一个以上的树域，当车辆节点经过一个接入节点进入一个新树域时，对于新树域，将该接入节点作为开始接入节点，对于原来的树域，将该接入节点作为结束接入节点；每个树域由开始接入节点唯一标识；车辆节点分为新节点和已配置节点，新节点为未配置家乡地址的节点，已配置节点为已经配置家乡地址的节点，位于一个树域中的已配置节点的拓扑结构为树状结构，称为车树，车树作为一个单位进行移动切换，因此降低了移动切换延迟和丢包率，提高了通信质量。

Description

一种车联网的实现方法

技术领域

本发明涉及一种实现方法，尤其涉及的是一种车联网的实现方法。 

背景技术

车联网作为一种新型车辆通信网络，能够实现车辆与车辆之间、车辆与路边基础设施之间的多跳无线通信。随着车联网技术的不断发展以及各种新应用的不断涌现，迫切需要车联网能够接入互联网以满足用户急剧增长的应用需求。 

车联网作为一种特殊类型的移动自组网，具有移动速度快、节点数量多、覆盖面积大等特点。基于IPv6的互联网(以下简称IPv6网络)具有移动性支持、地址资源丰富以及扩展性强等优点。因此，车联网接入IPv6网络成为满足用户应用需求的理想解决方案。 

目前的研究人员提出了车联网通过接入基于IPv6的互联网获取网络服务的模式并定义了相应的协议栈，但是由于车联网的体系结构与IPv6网络不通，现有的接入方法具有一些局限性。因此需要提出一种车联网的实现方法，从而降低数据丢失率，提高服务质量。 

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种车载网接入IPv6网络的方法。 

技术方案：本发明公开了一种车联网的实现方法，其特征在于，所述车联网包括接入节点和车辆节点，两个接入节点之间具有相同方向的车道构成树域；一个接入节点属于一个以上的树域，当车辆节点经过一个接入节点进入一个新树域时，对于新树域，将该接入节点作为开始接入节点，对于原来的树域，将该接入节点作为结束接入节点；每个树域由开始接入节点唯一标识，如果一个接入节点是两个以上树域的开始接入节点，那么该接入节点在每个所属树域均设有一个地址；车辆节点分为新节点和已配置节点，新节点为未配置家乡地址的节点，已配置节点为已经配置家乡地址的节点；位于一个树域中的已配置节点的拓扑结构为树状结构，称为车树；车树作为一个单位进行移动切换； 

新节点启动后，它从邻居已配置节点获取家乡地址并转换为已配置节点；当一个已 配置节点进入接入节点的通信范围时，判定它要进入一个新树域，当它完成移动切换之后，加入新的树域的车树或者自己创建新的车树，成为头部节点； 

车联网的节点的地址结构包括两部分：第一部分为m比特的树域ID，它为全球路由前缀，唯一标识一个树域，在一个树域内获取的转交地址的树域ID都相同，其值等于所在树域中开始接入节点的树域ID；第二部分为128-m比特的车辆ID，它唯一标识树域中的一个车辆； 

接入节点的地址预先设置，其车辆ID为1；一个接入节点拥有的车辆ID空间为[2,2^128-m-2]，其中，车辆ID空间[2,2^127-m-1]用于家乡地址的配置，称为家乡车辆ID空间，车辆ID空间[2^127-m,2^128-m-2]用于转交地址的配置，称为转交车辆ID空间，m为小于128的正整数； 

与一个已配置节点的家乡地址具有相同树域ID的接入节点称为该已配置节点的家乡接入节点，家乡接入节点所在标识的树域称为该已配置节点的家乡树域；已配置节点获取转交地址时所在的树域称为该已配置节点的外部树域，标识外部树域的开始接入节点称为该已配置节点的外部接入节点；当已配置节点位于家乡树域时，其转交地址等于家乡地址； 

车辆节点和接入节点在一跳范围内定期广播信标消息，信标消息负载包含自己的地理坐标、移动速度、移动角度、家乡地址空间长度、移动切换标识位以及根节点标识位；移动切换标识位为1时，表明车辆节点所在车树已经在新的树域中执行完移动切换，否则表明没有执行移动切换；根节点标识位为1时，则表明该节点为根节点，否则表明不是根节点；车辆节点广播信标消息的源地址为转交地址，家乡地址作为信标消息的负载；如果接入节点有两个以上IPv6地址，则任意选择一个IPv6地地址作为自己广播的信标消息的源地址，其他地址作为信标消息的负载； 

采用链路连接时间建立车树；如果车辆节点V_i和车辆节点V_j是邻居节点，其地理坐标分别为(x_i,y_i)和(x_j,y_j),速度为v_i和v_j,移动角度为θ_i和θ_j，0≤θ_i,θ_j<2π,传输半径为r，车辆V_i和V_j的链路连接时间T_ij如下列公式所示： 

$T_{\mathrm{ij}}=\frac{\sqrt{(a^2+c^2)r^2-{(\mathrm{ad}-\mathrm{bc})}^2}-(\mathrm{ab}+\mathrm{cd})}{a^2+c^2},$

其中， 

a＝v_icosθ_i-v_jcosθ_j

b＝x_i-x_j， 

c＝v_isinθ_i-v_jsinθ_j

d＝y_i-y_j

当车辆节点收到邻居车辆节点的信标消息后，采用定位技术计算并保存它与邻居车辆节点的相对角度，定位技术可以采用信号强度测试(Received Signal Strength Indication)技术或者角度测试技术(angle of arrival)。 

由于车辆节点高速行驶，频繁的移动切换导致车辆节点的转交地址频繁变动，从而导致丢包率增加，服务质量下降。本发明克服上述局限性，多个车辆同时进行移动切换，因此大幅度降低了移动切换延迟和丢包率，提高了服务质量。 

本发明所述方法中，新节点X启动后，自己随机产生一个树域ID和车辆ID形成一个临时地址，在新节点X获取地址家乡地址之前由临时地址唯一标识；如果新节点X在规定时间内收到家乡地址空间长度大于邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，新节点X则选择从优先级最高的邻居节点获取家乡地址；否则，如果新节点X没有收到邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，则继续移动直到收到邻居已配置节点或者接入节点广播的信标消息为止； 

如果新节点X收到两个邻居已配置节点或者接入节点的信标消息，那么新节点X通过下述算法来判定邻居已配置节点或者接入节点的优先级： 

(A)如果邻居节点Y3为接入节点，邻居节点Y4为车辆节点，则邻居接入节点Y3的优先级高于邻居车辆节点Y4的优先级； 

(B)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，且新节点X与邻居节点Y3的链路连接时间d1大于新节点X与邻居节点Y4的链路连接时间d2，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

(C)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2，邻居节点Y3的移动切换标识位h1为0，邻居节点Y4的移动切换标识位h2为1，新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

(D)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2且移动切换标识位h1等于移动切换标识位h2，邻居节点Y3的家乡地址长度大于邻 居节点Y4的家乡地址长度，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

如果新节点X的邻居已配置节点Y的优先级最高，且邻居已配置节点Y的家乡地址空间为[H1,H2]，2≤H1<H2≤2^127-m-1，新节点X通过接收邻居已配置节点Y的信标消息获取邻居已配置节点Y的家乡地址，新节点X从邻居已配置节点Y获取家乡地址的过程如下所示： 

步骤101：开始； 

步骤102：新节点X向邻居已配置节点Y发送家乡地址请求消息，请求消息目的地址为邻居已配置节点Y的转交地址的车辆ID； 

步骤103：邻居已配置节点Y收到新节点X的家乡地址请求消息后，将自己的家乡地址空间更新为然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，响应负载为地址空间

步骤104：判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是进行步骤105，否则进行步骤106； 

步骤105：邻居已配置节点Y将新节点X标记为自己的子节点； 

步骤106：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址作为车辆ID，与邻居已配置节点Y的家乡地址的树域ID相结合形成自己的家乡地址，新节点X转换为已配置节点X，同时将地址空间作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0； 

步骤107：已配置节点X判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是，则进行步骤108，否则进行步骤109； 

步骤108：已配置节点X将邻居已配置节点Y标记为自己的父节点； 

步骤109：结束； 

已配置节点X获取家乡地址后，将自己的转交地址设置为家乡地址； 

如果已配置节点X没有加入到任何车树，则查看是否有移动切换标识位为0的邻居已配置节点，如果没有，已配置节点X则将自己标记为车树的根节点，否则向移动切换标识位为0的邻居已配置节点发送子节点请求消息，移动切换标识位为0的邻居已配置节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息，已配置节点X收到子节点响应消息后，将移动切换标识位为0的邻居已配置节点标记为父节点； 

上述过程中，如果已配置节点X加入了车树，且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在开区间90°～270°范围内，那么新节点X进行如下更新根节点操作： 

步骤201：开始； 

步骤202：已配置节点X向已配置节点R1发送新根节点消息； 

步骤203：已配置节点R1收到新根节点消息后，将已配置节点X作为父节点，并向已配置节点X返回新根节点确认消息； 

步骤204：已配置节点X收到已配置节点R1返回的新根节点确认消息后，将自己标记为根节点，将已配置节点R1标记为自己的子节点； 

步骤205：结束。 

上述过程中，车辆节点通过邻居节点获取具有唯一性的IPv6地址，无需地址重复检测，因此提高了地址配置效率，实现了分布式地址配置。 

本发明所述方法中，在新节点X的邻居接入节点AP1的优先级最高的情况下，如果接入节点AP1在树域TD2和树域TD4是开始接入节点，接入节点AP1在树域TD1和树域TD3中是结束接入节点，新节点X从树域TD1进入树域2，那么新节点X从接入节点AP1获取家乡地址的过程如下所示： 

步骤301：开始； 

步骤302：新节点X向接入节点AP1发送地址预请求消息，预请求消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址； 

步骤303：接入节点AP1收到新节点X的地址预请求消息后，根据新节点X的移动角度判断新节点X从树域TD1进入树域TD2，然后向新节点X返回地址预响应消息，该地址预响应消息负载为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址； 

步骤304：新节点X向接入节点AP1发送家乡地址请求消息，消息目的地址为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址； 

步骤305：接入节点AP1收到家乡地址请求消息后，将树域TD2对应的一段未分配的家乡地址空间[H3,H4]分配给新节点X，2≤H3<H4≤2^127-m-1，然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，家乡地址响应消息负载为车辆ID空间[H3,H4]，同时将车辆ID空间[H3,H4]设置为已分配状态； 

步骤306：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址H3作为车辆ID，与接入节点AP1在树域TD2的树域ID相结合形成自己的家乡地址，转换为已配置节点X，同时将地址空间[H3+1,H4]作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0； 

步骤307：判定已配置节点X是否在树域TD2中收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，如果否进行步骤308，如果是进行步骤309； 

步骤308：已配置节点X将自己标记为根节点，进行步骤312； 

步骤309：已配置节点X向移动转交标识位为0的邻居车辆节点发送子节点请求消息； 

步骤310：移动转交标识位为0的邻居车辆节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息； 

步骤311：已配置节点X收到移动转交标识位为0的邻居车辆节点的子节点响应消息后，将移动转交标识位为0的邻居车辆节点标记为自己的父节点； 

步骤312：结束； 

步骤303中，接入节点AP1判断新节点X进入的新树域的方法为：以接入节点AP1为中心点设置二维坐标，如果接入节点AP1是两个以上树域的开始节点，那么接入节点AP1对比新节点X的移动角度与所述树域所在道路方向的夹角，夹角在区间(-90°,90°)内且夹角值最小的树域则判断为新节点X所进入的树域； 

已配置节点X获取家乡地址后，将其转交地址设置为家乡地址；上述过程中，如果已配置节点X加入了车树且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在90°～270°范围内，那么已配置节点X执行步骤201到205，由此已配置节点X成为新的根节点，已配置节点R1成为已配置节点X 的子节点； 

一个已配置节点X获取家乡地址后，定期向家乡接入节点AP1发送家乡地址活跃消息，消息负载为家乡地址以及对应的家乡节点ID空间，消息源地址为当前的转交地址；接入节点AP1收到家乡地址活跃消息后，将已配置节点X的家乡地址和家乡节点ID空间的生存时间设置为最大值；如果接入节点AP1检测到分配的家乡车辆ID的生存时间过期，则回收对应的家乡车辆ID空间以便重新分配。 

上述过程中，车辆节点通过邻居接入节点获取具有唯一性的IPv6地址，无需地址重复检测，因此提高了地址配置效率，实现了分布式地址配置。 

本发明所述方法中，已配置节点X加入车树时，其父节点为已配置节点Y，其子节点为已配置节点Z； 

如果已配置节点Y脱离已配置节点X，但已配置节点Z没有脱离已配置节点X，那么已配置节点X在满足下述条件之一的情况下，将自己标记为根节点： 

条件1：已配置节点X的移动切换标识位为1； 

条件2：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外的所有邻居车辆节点的移动切换标记位均为1； 

条件3：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外没有其他邻居车辆节点； 

如果已配置节点X不满足上述三个条件，那么它选择移动切换标识位为0，且链路连接时间最大的邻居已配置节点Y1，执行下述过程加入到节点Y所在的车树： 

步骤401：开始； 

步骤402：已配置节点X向邻居已配置节点Y1发送子节点请求消息； 

步骤403：邻居已配置节点Y1收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息； 

步骤404：已配置节点X收到邻居已配置节点Y1的子节点响应消息后，将邻居已配置节点Y1标记为自己的父节点； 

步骤405：结束。 

通过上述过程可以确保根节点总在车树的最前端。 

本发明所述方法中，已配置节点X加入车树时，其父节点为已配置节点Y，其子 节点为已配置节点Z； 

如果已配置节点Y和已配置节点Z同时脱离已配置节点X，且已配置节点X的移动切换标识位为1，那么已配置节点X不加入任何车树； 

如果已配置节点Y和已配置节点Z同时脱离已配置节点X，且已配置节点X的移动切换标识位为0，那么已配置节点X在满足下述条件之一的情况下将自己标记为根节点： 

条件1：已配置节点X的所有邻居车辆节点的移动切换标记位均为1； 

条件2：已配置节点X没有邻居车辆节点； 

如果已配置节点X的移动切换标识位为0且不满足上述两个条件，那么选择移动切换标识位为0，且链路连接时间最大的邻居已配置节点Y1，并执行步骤401到步骤405加入到邻居已配置节点Y1所在的车树。 

本发明所述方法中，已配置节点R1为已配置节点X的父节点，且为所在车树的根节点，已配置节点R1的移动切换标识位为0；如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在开区间90°～270°，那么已配置节点X执行步骤201到步骤205成为新的根节点，已配置节点R1成为已配置节点X的子节点。 

本发明所述方法中，如果接入节点AP1在树域TD1和树域TD7中为结束接入节点，在树域TD2和树域TD8中为开始接入节点，一个车树的根节点R通过接入节点AP1从树域TD1进入树域TD2，当根节点R进入到接入节点AP1的通信范围时，则判定根节点R进入了树域TD2，此时根节点R发起移动切换操作； 

车树的移动切换操作分为三个部分：第一部分为车树的转交地址配置；第二部分为车树的地址绑定；第三部分为链路切换； 

根节点R通过下述过程实现所在车树在树域TD2的转交地址配置： 

步骤501：开始； 

步骤502：根节点R在所在车树内广播一条预切换消息，预切换消息的源地址为根节点R的转交地址，然后将移动切换标志位设置为1； 

步骤503：车树内的节点收到父节点广播的预切换消息后，向根节点R单播返回一个预切换响应消息，预切换响应消息负载为其家乡地址，同时将移动切换标志位设置为1，判断该节点是否有子节点，如果是进行步骤504，否则进行步骤505； 

步骤504：有子节点的节点将预切换消息的源地址更新为自己的转交地址，继续转发预切换消息，执行步骤503； 

步骤505：在规定时间内，根节点R查看接收到的预切换响应消息，并记录下当前车树中节点总数n以及每个节点的家乡地址，根节点R向接入节点AP1发送切换消息，切换消息负载为节点总数n以及n个家乡地址，切换消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址； 

步骤506：接入节点AP1收到切换消息后，根据根节点R的移动角度判断根节点R从树域TD1进入树域TD2，并从树域TD2的未分配转交车辆ID空间分配n个车辆ID，并将所述车辆ID与自己在树域TD2中的树域ID相结合形成n个转交地址，然后接入节点AP1为转交消息中的每个家乡地址分配一个转交地址，形成地址二元组<家乡地址，转交地址>，接入节点AP1向根节点R返回转交响应消息，转交响应消息负载为节点总数n，n个地址二元组以及自己的信道信息，接入节点AP1然后执行车树的地址绑定； 

步骤507：根节点R获取切换响应消息后，保存自己在树域TD2中的转交地址，同时在所在车树内广播该切换响应消息，车树内节点收到该切换响应消息后，保存自己在树域TD2的转交地址以及接入节点AP1的信道信息； 

步骤508：结束； 

步骤505中，规定时间设置为t为一跳延迟，l为两个接入节点之间的距离，r为传输半径；当接入节点AP1检测到转交车辆ID不足时，在对应的树域内广播一条地址回收消息，在该树域内节点收到地址回收消息后，向接入节点AP1返回地址回收响应消息；对于被占用的转交地址，如果接入节点AP1没有收到相应的地址回收响应消息，则回收该被占用的转交地址； 

接入节点保存一个预切换表，该预切换表记录已经完成网络层切换但是没有完成链路层切换的车辆节点的转交地址； 

接入节点AP1为车树分配转交地址后，执行车树的地址绑定，包括如下步骤： 

步骤601：开始； 

步骤602：接入节点AP1查看步骤506中的n个地址二元组，然后向每个二元组所标识的已配置节点的家乡接入节点发送绑定消息，绑定消息负载为该已配置节点对应 的地址二元组，如果有多个已配置节点具有相同的家乡接入节点，那么绑定消息负载是具有相同家乡接入节点的已配置节点的地址二元组； 

步骤603：家乡接入节点收到绑定消息后，将二元组中家乡地址标识的节点的转交地址更新为地址二元组中的转交地址，然后向接入节点AP1返回绑定响应消息； 

步骤604：接入节点AP1收到家乡接入节点的绑定响应消息后，将对应的绑定消息负载中地址二元组的转交地址加入到预切换记录表中； 

步骤605：结束； 

当车树中节点进入接入节点AP1的通信范围之后，采用接入节点AP1的信道信息直接切换到接入节点AP1，并进行下述链路切换操作： 

步骤701：开始； 

步骤702：车树中节点广播信标消息，消息源地址为该节点在树域TD2中的转交地址； 

步骤703：接入节点AP1收到车树中节点的信标消息后，查看预切换记录表，判断信标消息的源地址是否在预切换记录表中，如果不在进行步骤704，否则进行步骤705： 

步骤704：接入节点AP1等待对应包含信标消息的源地址的绑定消息的绑定响应消息，进行步骤707； 

步骤705：接入节点AP1从预切换记录表中删除该源地址，然后向车树内节点返回切换结束消息； 

步骤706：车树中节点收到切换结束消息后，丢弃原来的转交地址，将转交地址更新为树域TD2中的转交地址，然后将移动切换标识位设置为0，删除所有子节点和父节点信息；如果车树中节点在树域TD2收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，则加入到该车辆节点所在的车树，否则将自己标记为根节点； 

步骤707：结束； 

车树中的任一个已配置节点Z在车树的转交地址配置过程中，仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

节点Z在车树的地址绑定过程中的通信分为两种情况： 

情况1：地址绑定前，在已配置节点Z的家乡接入节点接收到绑定消息之前，已配置节点Z仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

情况2：地址绑定后，当家乡接入节点接收到绑定消息进行地址绑定之后，但是已配置节点Z未进行链路切换操作之前，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址包含在接入节点AP1的预切换记录表中，此时，目的地址为已配置节点Z在树域TD2中的转交地址的数据消息首先到达接入节点AP1，接入节点AP1检测已配置节点Z未进行链路切换操作，接入节点AP1仍然将数据转发到树域TD1，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

节点Z在链路切换过程中通信分为两种情况： 

情况21，链路切换前，当已配置节点Z收到切换结束消息之前，执行已配置节点Z在车树的地址绑定过程进行通信； 

情况22，链路切换后，当已配置节点Z收到切换结束消息之后，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址不包含在接入节点AP1的预切换记录表中；当接入节点AP1收到目的地址为已配置节点Z在树域TD2的转交地址的数据消息时，检测已配置节点Z进行的链路切换操作，接入节点AP1将数据消息转发到树域TD2，该数据消息在树域TD2中路由，最终到达已配置节点Z。 

上述过程中，多个车辆同时进行转交地址配置以及地址绑定，因此大幅度降低了移动转交延迟和丢包率，提高了通信质量。 

有益效果：本发明提供了一种车联网的实现方法，所述车联网通过本发明所提供的实现方法可获取IPv6网络提供的网络服务，同时保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，提高服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。 

图1为本发明所述的车联网体系结构示意图。 

图2为本发明所述的节点IPv6地址结构示意图。 

图3为本发明所述的新节点从邻居已配置节点获取家乡地址的流程示意图。 

图4为本发明所述的更新根节点流程示意图。 

图5为本发明所述的新节点从邻居接入节点获取家乡地址的流程示意图。 

图6为本发明所述的加入车树的流程示意图。 

图7为本发明所述的转交地址配置流程示意图。 

图8为本发明所述的地址绑定流程示意图。 

图9为本发明所述的链路切换流程示意图。 

具体实施方式：

本发明提供了一种车联网的实现方法，所述车联网通过本发明所提供的实现方法可获取IPv6网络提供的网络服务，同时保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，提高服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。 

图1为本发明所述的车联网体系结构示意图。所述车联网包括接入节点1和车辆节点2，两个接入节点1之间具有相同方向的车道构成树域3；一个接入节点1属于一个以上的树域3，当车辆节点2经过一个接入节点1进入一个新树域3时，对于新树域3，将该接入节点1作为开始接入节点，对于原来的树域3，将该接入节点1作为结束接入节点；每个树域3由开始接入节点唯一标识，如果一个接入节点1是两个以上树域3的开始接入节点，那么该接入节点1在每个所属树域3均设有一个地址；车辆节点2分为新节点和已配置节点，新节点为未配置家乡地址的节点，已配置节点为已经配置家乡地址的节点；位于一个树域3中的已配置节点的拓扑结构为树状结构，称为车树4；车树4作为一个单位进行移动切换。 

图2为本发明所述的节点IPv6地址结构示意图。新节点启动后，它从邻居已配置节点获取家乡地址并转换为已配置节点；当一个已配置节点进入接入节点的通信范围时，判定它要进入一个新树域，当它完成移动切换之后，加入新的树域的车树或者自己创建新的车树，成为头部节点； 

车联网的节点的地址结构包括两部分：第一部分为m比特的树域ID，它为全球路 由前缀，唯一标识一个树域，在一个树域内获取的转交地址的树域ID都相同，其值等于所在树域中开始接入节点的树域ID；第二部分为128-m比特的车辆ID，它唯一标识树域中的一个车辆； 

接入节点的地址预先设置，其车辆ID为1；一个接入节点拥有的车辆ID空间为[2,2^128-m-2]，其中，车辆ID空间[2,2^127-m-1]用于家乡地址的配置，称为家乡车辆ID空间，车辆ID空间[2^127-m,2^128-m-2]用于转交地址的配置，称为转交车辆ID空间，m为小于128的正整数； 

与一个已配置节点的家乡地址具有相同树域ID的接入节点称为该已配置节点的家乡接入节点，家乡接入节点所在标识的树域称为该已配置节点的家乡树域；已配置节点获取转交地址时所在的树域称为该已配置节点的外部树域，标识外部树域的开始接入节点称为该已配置节点的外部接入节点；当已配置节点位于家乡树域时，其转交地址等于家乡地址； 

车辆节点和接入节点在一跳范围内定期广播信标消息，信标消息负载包含自己的地理坐标、移动速度、移动角度、家乡地址空间长度、移动切换标识位以及根节点标识位；移动切换标识位为1时，表明车辆节点所在车树已经在新的树域中执行完移动切换，否则表明没有执行移动切换；根节点标识位为1时，则表明该节点为根节点，否则表明不是根节点；车辆节点广播信标消息的源地址为转交地址，家乡地址作为信标消息的负载；如果接入节点有两个以上IPv6地址，则任意选择一个IPv6地地址作为自己广播的信标消息的源地址，其他地址作为信标消息的负载； 

采用链路连接时间建立车树；如果车辆节点V_i和车辆节点V_j是邻居节点，其地理坐标分别为(x_i,y_i)和(x_j,y_j),速度为v_i和v_j,移动角度为θ_i和θ_j，0≤θ_i,θ_j<2π,传输半径为r，车辆V_i和V_j的链路连接时间T_ij如下列公式所示： 

$T_{\mathrm{ij}}=\frac{\sqrt{(a^2+c^2)r^2-{(\mathrm{ad}-\mathrm{bc})}^2}-(\mathrm{ab}+\mathrm{cd})}{a^2+c^2},$

其中， 

a＝v_icosθ_i-v_jcosθ_j

b＝x_i-x_j， 

c＝v_isinθ_i-v_jsinθ_j

d＝y_i-y_j

当车辆节点收到邻居车辆节点的信标消息后，采用定位技术计算并保存它与邻居车辆节点的相对角度，定位技术可以采用信号强度测试(Received Signal Strength Indication)技术或者角度测试技术(angle of arrival)。 

由于车辆节点高速行驶，频繁的移动切换导致车辆节点的转交地址频繁变动，从而导致丢包率增加，服务质量下降。本发明克服上述局限性，多个车辆同时进行移动切换，因此大幅度降低了移动切换延迟和丢包率，提高了服务质量。 

图3为本发明所述的新节点从邻居已配置节点获取家乡地址的流程示意图。新节点X启动后，自己随机产生一个树域ID和车辆ID形成一个临时地址，在新节点X获取地址家乡地址之前由临时地址唯一标识；如果新节点X在规定时间内收到家乡地址空间长度大于邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，新节点X则选择从优先级最高的邻居节点获取家乡地址；否则，如果新节点X没有收到邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，则继续移动直到收到邻居已配置节点或者接入节点广播的信标消息为止； 

如果新节点X收到两个邻居已配置节点或者接入节点的信标消息，那么新节点X通过下述算法来判定邻居已配置节点或者接入节点的优先级： 

(A)如果邻居节点Y3为接入节点，邻居节点Y4为车辆节点，则邻居接入节点Y3的优先级高于邻居车辆节点Y4的优先级； 

(B)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，且新节点X与邻居节点Y3的链路连接时间d1大于新节点X与邻居节点Y4的链路连接时间d2，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

(C)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2，邻居节点Y3的移动切换标识位h1为0，邻居节点Y4的移动切换标识位h2为1，新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

(D)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2且移动切换标识位h1等于移动切换标识位h2，邻居节点Y3的家乡地址长度大于邻居节点Y4的家乡地址长度，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级； 

如果新节点X的邻居已配置节点Y的优先级最高，且邻居已配置节点Y的家乡地 址空间为[H1,H2]，2≤H1<H2≤2^127-m-1，新节点X通过接收邻居已配置节点Y的信标消息获取邻居已配置节点Y的家乡地址，新节点X从邻居已配置节点Y获取家乡地址的过程如下所示： 

步骤101：开始； 

步骤102：新节点X向邻居已配置节点Y发送家乡地址请求消息，请求消息目的地址为邻居已配置节点Y的转交地址的车辆ID； 

步骤103：邻居已配置节点Y收到新节点X的家乡地址请求消息后，将自己的家乡地址空间更新为然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，响应负载为地址空间

步骤104：判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是进行步骤105，否则进行步骤106； 

步骤105：邻居已配置节点Y将新节点X标记为自己的子节点； 

步骤106：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址作为车辆ID，与邻居已配置节点Y的家乡地址的树域ID相结合形成自己的家乡地址，新节点X转换为已配置节点X，同时将地址空间作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0； 

步骤107：已配置节点X判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是，则进行步骤108，否则进行步骤109； 

步骤108：已配置节点X将邻居已配置节点Y标记为自己的父节点； 

步骤109：结束； 

已配置节点X获取家乡地址后，将自己的转交地址设置为家乡地址； 

如果已配置节点X没有加入到任何车树，则查看是否有移动切换标识位为0的邻居已配置节点，如果没有，已配置节点X则将自己标记为车树的根节点，否则向移动切换标识位为0的邻居已配置节点发送子节点请求消息，移动切换标识位为0的邻居 已配置节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息，已配置节点X收到子节点响应消息后，将移动切换标识位为0的邻居已配置节点标记为父节点。 

图4为本发明所述的更新根节点流程示意图。如果已配置节点X加入了车树，且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在开区间90°～270°范围内，那么新节点X进行如下更新根节点操作： 

步骤201：开始； 

步骤202：已配置节点X向已配置节点R1发送新根节点消息； 

步骤203：已配置节点R1收到新根节点消息后，将已配置节点X作为父节点，并向已配置节点X返回新根节点确认消息； 

步骤204：已配置节点X收到已配置节点R1返回的新根节点确认消息后，将自己标记为根节点，将已配置节点R1标记为自己的子节点； 

步骤205：结束。 

上述过程中，车辆节点通过邻居节点获取具有唯一性的IPv6地址，无需地址重复检测，因此提高了地址配置效率，实现了分布式地址配置。 

图5为本发明所述的新节点从邻居接入节点获取家乡地址的流程示意图。在新节点X的邻居接入节点AP1的优先级最高的情况下，如果接入节点AP1在树域TD2和树域TD4是开始接入节点，接入节点AP1在树域TD1和树域TD3中是结束接入节点，新节点X从树域TD1进入树域2，那么新节点X从接入节点AP1获取家乡地址的过程如下所示： 

步骤301：开始； 

步骤302：新节点X向接入节点AP1发送地址预请求消息，预请求消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址； 

步骤303：接入节点AP1收到新节点X的地址预请求消息后，根据新节点X的移动角度判断新节点X从树域TD1进入树域TD2，然后向新节点X返回地址预响应消息，该地址预响应消息负载为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址； 

步骤304：新节点X向接入节点AP1发送家乡地址请求消息，消息目的地址为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址； 

步骤305：接入节点AP1收到家乡地址请求消息后，将树域TD2对应的一段未分配的家乡地址空间[H3,H4]分配给新节点X，2≤H3<H4≤2^127-m-1，然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，家乡地址响应消息负载为车辆ID空间[H3,H4]，同时将车辆ID空间[H3,H4]设置为已分配状态； 

步骤306：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址H3作为车辆ID，与接入节点AP1在树域TD2的树域ID相结合形成自己的家乡地址，转换为已配置节点X，同时将地址空间[H3+1,H4]作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0； 

步骤307：判定已配置节点X是否在树域TD2中收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，如果否进行步骤308，如果是进行步骤309； 

步骤308：已配置节点X将自己标记为根节点，进行步骤312； 

步骤309：已配置节点X向移动转交标识位为0的邻居车辆节点发送子节点请求消息； 

步骤310：移动转交标识位为0的邻居车辆节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息； 

步骤311：已配置节点X收到移动转交标识位为0的邻居车辆节点的子节点响应消息后，将移动转交标识位为0的邻居车辆节点标记为自己的父节点； 

步骤312：结束； 

步骤303中，接入节点AP1判断新节点X进入的新树域的方法为：以接入节点AP1为中心点设置二维坐标，如果接入节点AP1是两个以上树域的开始节点，那么接入节点AP1对比新节点X的移动角度与所述树域所在道路方向的夹角，夹角在区间(-90°,90°)内且夹角值最小的树域则判断为新节点X所进入的树域； 

已配置节点X获取家乡地址后，将其转交地址设置为家乡地址；上述过程中，如果已配置节点X加入了车树且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在90°～270°范围内，那么已配置节点X执行步骤201到205，由此已配置节点X成为新的根节点，已配置节点R1成为已配置节点X的子节点； 

一个已配置节点X获取家乡地址后，定期向家乡接入节点AP1发送家乡地址活跃 消息，消息负载为家乡地址以及对应的家乡节点ID空间，消息源地址为当前的转交地址；接入节点AP1收到家乡地址活跃消息后，将已配置节点X的家乡地址和家乡节点ID空间的生存时间设置为最大值；如果接入节点AP1检测到分配的家乡车辆ID的生存时间过期，则回收对应的家乡车辆ID空间以便重新分配。 

上述过程中，车辆节点通过邻居接入节点获取具有唯一性的IPv6地址，无需地址重复检测，因此提高了地址配置效率，实现了分布式地址配置。 

图6为本发明所述的加入车树的流程示意图。已配置节点X加入车树时，其父节点为已配置节点Y，其子节点为已配置节点Z； 

如果已配置节点Y脱离已配置节点X，但已配置节点Z没有脱离已配置节点X，那么已配置节点X在满足下述条件之一的情况下，将自己标记为根节点： 

条件1：已配置节点X的移动切换标识位为1； 

条件2：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外的所有邻居车辆节点的移动切换标记位均为1； 

条件3：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外没有其他邻居车辆节点； 

如果已配置节点X不满足上述三个条件，那么它选择移动切换标识位为0，且链路连接时间最大的邻居已配置节点Y1，执行下述过程加入到节点Y所在的车树： 

步骤401：开始； 

步骤402：已配置节点X向邻居已配置节点Y1发送子节点请求消息； 

步骤403：邻居已配置节点Y1收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息； 

步骤404：已配置节点X收到邻居已配置节点Y1的子节点响应消息后，将邻居已配置节点Y1标记为自己的父节点； 

步骤405：结束。 

通过上述过程可以确保根节点总在车树的最前端。 

图7为本发明所述的转交地址配置流程示意图。如果接入节点AP1在树域TD1和树域TD7中为结束接入节点，在树域TD2和树域TD8中为开始接入节点，一个车树的根节点R通过接入节点AP1从树域TD1进入树域TD2，当根节点R进入到接入节 点AP1的通信范围时，则判定根节点R进入了树域TD2，此时根节点R发起移动切换操作； 

车树的移动切换操作分为三个部分：第一部分为车树的转交地址配置；第二部分为车树的地址绑定；第三部分为链路切换； 

根节点R通过下述过程实现所在车树在树域TD2的转交地址配置： 

步骤501：开始； 

步骤502：根节点R在所在车树内广播一条预切换消息，预切换消息的源地址为根节点R的转交地址，然后将移动切换标志位设置为1； 

步骤503：车树内的节点收到父节点广播的预切换消息后，向根节点R单播返回一个预切换响应消息，预切换响应消息负载为其家乡地址，同时将移动切换标志位设置为1，判断该节点是否有子节点，如果是进行步骤504，否则进行步骤505； 

步骤504：有子节点的节点将预切换消息的源地址更新为自己的转交地址，继续转发预切换消息，执行步骤503； 

步骤505：在规定时间内，根节点R查看接收到的预切换响应消息，并记录下当前车树中节点总数n以及每个节点的家乡地址，根节点R向接入节点AP1发送切换消息，切换消息负载为节点总数n以及n个家乡地址，切换消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址； 

步骤506：接入节点AP1收到切换消息后，根据根节点R的移动角度判断根节点R从树域TD1进入树域TD2，并从树域TD2的未分配转交车辆ID空间分配n个车辆ID，并将所述车辆ID与自己在树域TD2中的树域ID相结合形成n个转交地址，然后接入节点AP1为转交消息中的每个家乡地址分配一个转交地址，形成地址二元组<家乡地址，转交地址>，接入节点AP1向根节点R返回转交响应消息，转交响应消息负载为节点总数n，n个地址二元组以及自己的信道信息，接入节点AP1然后执行车树的地址绑定； 

步骤507：根节点R获取切换响应消息后，保存自己在树域TD2中的转交地址，同时在所在车树内广播该切换响应消息，车树内节点收到该切换响应消息后，保存自己在树域TD2的转交地址以及接入节点AP1的信道信息； 

步骤508：结束； 

步骤505中，规定时间设置为t为一跳延迟，l为两个接入节点之间的距离，r为传输半径；当接入节点AP1检测到转交车辆ID不足时，在对应的树域内广播一条地址回收消息，在该树域内节点收到地址回收消息后，向接入节点AP1返回地址回收响应消息；对于被占用的转交地址，如果接入节点AP1没有收到相应的地址回收响应消息，则回收该被占用的转交地址； 

图8为本发明所述的地址绑定流程示意图。接入节点保存一个预切换表，该预切换表记录已经完成网络层切换但是没有完成链路层切换的车辆节点的转交地址； 

接入节点AP1为车树分配转交地址后，执行车树的地址绑定，包括如下步骤： 

步骤601：开始； 

步骤602：接入节点AP1查看步骤506中的n个地址二元组，然后向每个二元组所标识的已配置节点的家乡接入节点发送绑定消息，绑定消息负载为该已配置节点对应的地址二元组，如果有多个已配置节点具有相同的家乡接入节点，那么绑定消息负载是具有相同家乡接入节点的已配置节点的地址二元组； 

步骤603：家乡接入节点收到绑定消息后，将二元组中家乡地址标识的节点的转交地址更新为地址二元组中的转交地址，然后向接入节点AP1返回绑定响应消息； 

步骤604：接入节点AP1收到家乡接入节点的绑定响应消息后，将对应的绑定消息负载中地址二元组的转交地址加入到预切换记录表中； 

步骤605：结束。 

图9为本发明所述的链路切换流程示意图。当车树中节点进入接入节点AP1的通信范围之后，采用接入节点AP1的信道信息直接切换到接入节点AP1，并进行下述链路切换操作： 

步骤701：开始； 

步骤702：车树中节点广播信标消息，消息源地址为该节点在树域TD2中的转交地址； 

步骤703：接入节点AP1收到车树中节点的信标消息后，查看预切换记录表，判断信标消息的源地址是否在预切换记录表中，如果不在进行步骤704，否则进行步骤705： 

步骤704：接入节点AP1等待对应包含信标消息的源地址的绑定消息的绑定响应消息，进行步骤707； 

步骤705：接入节点AP1从预切换记录表中删除该源地址，然后向车树内节点返回切换结束消息； 

步骤706：车树中节点收到切换结束消息后，丢弃原来的转交地址，将转交地址更新为树域TD2中的转交地址，然后将移动切换标识位设置为0，删除所有子节点和父节点信息；如果车树中节点在树域TD2收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，则加入到该车辆节点所在的车树，否则将自己标记为根节点； 

步骤707：结束； 

车树中的任一个已配置节点Z在车树的转交地址配置过程中，仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

节点Z在车树的地址绑定过程中的通信分为两种情况： 

情况1：地址绑定前，在已配置节点Z的家乡接入节点接收到绑定消息之前，已配置节点Z仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

情况2：地址绑定后，当家乡接入节点接收到绑定消息进行地址绑定之后，但是已配置节点Z未进行链路切换操作之前，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址包含在接入节点AP1的预切换记录表中，此时，目的地址为已配置节点Z在树域TD2中的转交地址的数据消息首先到达接入节点AP1，接入节点AP1检测已配置节点Z未进行链路切换操作，接入节点AP1仍然将数据转发到树域TD1，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z； 

节点Z在链路切换过程中通信分为两种情况： 

情况21，链路切换前，当已配置节点Z收到切换结束消息之前，执行已配置节点Z在车树的地址绑定过程进行通信； 

情况22，链路切换后，当已配置节点Z收到切换结束消息之后，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址不包含在接入节点AP1的预切换记录表中；当接入节点AP1 收到目的地址为已配置节点Z在树域TD2的转交地址的数据消息时，检测已配置节点Z进行的链路切换操作，接入节点AP1将数据消息转发到树域TD2，该数据消息在树域TD2中路由，最终到达已配置节点Z。 

上述过程中，多个车辆同时进行转交地址配置以及地址绑定，因此大幅度降低了移动转交延迟和丢包率，提高了通信质量。 

本发明提供了车联网的实现方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。 

实施例1 

基于表1的仿真参数，本实施例模拟了本发明中的车联网实现方法，性能分析如下：当车辆到达率不变，随着车辆节点的速度增加，链路稳定性减弱，因此车辆移动切换延迟和丢包率都随之增加。当车辆速度不变，随着车辆到达率的增加，车树包含的车辆数量增加，从而车辆移动切换延迟和丢包率都随之降低。车辆的平均移动切换延迟为50ms，平均丢包率为0.6％。 

表1仿真参数 

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Claims (7)

1.一种车联网的实现方法，其特征在于，所述车联网包括接入节点和车辆节点，两个接入节点之间具有相同方向的车道构成树域；一个接入节点属于一个以上的树域，当车辆节点经过一个接入节点进入一个新树域时，对于新树域，将该接入节点作为开始接入节点，对于原来的树域，将该接入节点作为结束接入节点；每个树域由开始接入节点唯一标识，如果一个接入节点是两个以上树域的开始接入节点，那么该接入节点在每个所属树域均设有一个地址；车辆节点分为新节点和已配置节点，新节点为未配置家乡地址的节点，已配置节点为已经配置家乡地址的节点；位于一个树域中的已配置节点的拓扑结构为树状结构，称为车树；车树作为一个单位进行移动切换；

新节点启动后，它从邻居已配置节点获取家乡地址并转换为已配置节点；当一个已配置节点进入接入节点的通信范围时，判定它要进入一个新树域，当它完成移动切换之后，加入新的树域的车树或者自己创建新的车树，成为头部节点；

车联网的节点的地址结构包括两部分：第一部分为m比特的树域ID，它为全球路由前缀，唯一标识一个树域，在一个树域内获取的转交地址的树域ID都相同，其值等于所在树域中开始接入节点的树域ID；第二部分为128-m比特的车辆ID，它唯一标识树域中的一个车辆；

接入节点的地址预先设置，其车辆ID为1；一个接入节点拥有的车辆ID空间为[2,2^128-m-2]，其中，车辆ID空间[2,2^127-m-1]用于家乡地址的配置，称为家乡车辆ID空间，车辆ID空间[2^127-m,2^128-m-2]用于转交地址的配置，称为转交车辆ID空间，m为小于128的正整数；

与一个已配置节点的家乡地址具有相同树域ID的接入节点称为该已配置节点的家乡接入节点，家乡接入节点所在标识的树域称为该已配置节点的家乡树域；已配置节点获取转交地址时所在的树域称为该已配置节点的外部树域，标识外部树域的开始接入节点称为该已配置节点的外部接入节点；当已配置节点位于家乡树域时，其转交地址等于家乡地址；

车辆节点和接入节点在一跳范围内定期广播信标消息，信标消息负载包含自己的地理坐标、移动速度、移动角度、家乡地址空间长度、移动切换标识位以及根节点标识位；移动切换标识位为1时，表明车辆节点所在车树已经在新的树域中执行完移动切换，否则表明没有执行移动切换；根节点标识位为1时，则表明该节点为根节点，否则表明不是根节点；车辆节点广播信标消息的源地址为转交地址，家乡地址作为信标消息的负载；如果接入节点有两个以上IPv6地址，则任意选择一个IPv6地地址作为自己广播的信标消息的源地址，其他地址作为信标消息的负载；

采用链路连接时间建立车树；如果车辆节点V_i和车辆节点V_j是邻居节点，其地理坐标分别为(x_i,y_i)和(x_j,y_j),速度为v_i和v_j,移动角度为θ_i和θ_j，0≤θ_i,θ_j<2π,传输半径为r，车辆V_i和V_j的链路连接时间T_ij如下列公式所示：

$T_{\mathrm{ij}}=\frac{\sqrt{(a^2+c^2)r^2-{(\mathrm{ad}-\mathrm{bc})}^2}-(\mathrm{ab}+\mathrm{cd})}{a^2+c^2},$

其中，

a＝v_icosθ_i-v_jcosθ_j

b＝x_i-x_j

c＝v_isinθ_i-v_jsinθ_j，

d＝y_i-y_j

当车辆节点收到邻居车辆节点的信标消息后，采用定位技术计算并保存它与邻居车辆节点的相对角度。

2.根据权利要求1所述的车联网的实现方法，其特征在于，新节点X启动后，自己随机产生一个树域ID和车辆ID形成一个临时地址，在新节点X获取地址家乡地址之前由临时地址唯一标识；如果新节点X在规定时间内收到家乡地址空间长度大于邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，新节点X则选择从优先级最高的邻居节点获取家乡地址；否则，如果新节点X没有收到邻居已配置节点或者接入节点发送的信标消息，则继续移动直到收到邻居已配置节点或者接入节点广播的信标消息为止；

如果新节点X收到两个邻居已配置节点或者接入节点的信标消息，那么新节点X通过下述算法来判定邻居已配置节点或者接入节点的优先级：

(A)如果邻居节点Y3为接入节点，邻居节点Y4为车辆节点，则邻居接入节点Y3的优先级高于邻居车辆节点Y4的优先级；

(B)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，且新节点X与邻居节点Y3的链路连接时间d1大于新节点X与邻居节点Y4的链路连接时间d2，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级；

(C)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2，邻居节点Y3的移动切换标识位h1为0，邻居节点Y4的移动切换标识位h2为1，新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级；

(D)如果邻居节点Y3和Y4都为车辆节点，链路连接时间d1等于链路连接时间d2且移动切换标识位h1等于移动切换标识位h2，邻居节点Y3的家乡地址长度大于邻居节点Y4的家乡地址长度，那么新节点X判定邻居节点Y3的优先级高于邻居节点Y4的优先级；

如果新节点X的邻居已配置节点Y的优先级最高，且邻居已配置节点Y的家乡地址空间为[H1,H2]，2≤H1<H2≤2^127-m-1，新节点X通过接收邻居已配置节点Y的信标消息获取邻居已配置节点Y的家乡地址，新节点X从邻居已配置节点Y获取家乡地址的过程如下所示：

步骤101：开始；

步骤102：新节点X向邻居已配置节点Y发送家乡地址请求消息，请求消息目的地址为邻居已配置节点Y的转交地址的车辆ID；

步骤103：邻居已配置节点Y收到新节点X的家乡地址请求消息后，将自己的家乡地址空间更新为然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，响应负载为地址空间

步骤104：判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是进行步骤105，否则进行步骤106；

步骤105：邻居已配置节点Y将新节点X标记为自己的子节点；

步骤106：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址作为车辆ID，与邻居已配置节点Y的家乡地址的树域ID相结合形成自己的家乡地址，新节点X转换为已配置节点X，同时将地址空间作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0；

步骤107：已配置节点X判断邻居已配置节点Y的移动切换标识位是否为0，如果是，则进行步骤108，否则进行步骤109；

步骤108：已配置节点X将邻居已配置节点Y标记为自己的父节点；

步骤109：结束；

已配置节点X获取家乡地址后，将自己的转交地址设置为家乡地址；

如果已配置节点X没有加入到任何车树，则查看是否有移动切换标识位为0的邻居已配置节点，如果没有，已配置节点X则将自己标记为车树的根节点，否则向移动切换标识位为0的邻居已配置节点发送子节点请求消息，移动切换标识位为0的邻居已配置节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息，已配置节点X收到子节点响应消息后，将移动切换标识位为0的邻居已配置节点标记为父节点；

上述过程中，如果已配置节点X加入了车树，且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在开区间90°～270°范围内，那么新节点X进行如下更新根节点操作：

步骤201：开始；

步骤202：已配置节点X向已配置节点R1发送新根节点消息；

步骤203：已配置节点R1收到新根节点消息后，将已配置节点X作为父节点，并向已配置节点X返回新根节点确认消息；

步骤204：已配置节点X收到已配置节点R1返回的新根节点确认消息后，将自己标记为根节点，将已配置节点R1标记为自己的子节点；

步骤205：结束。

3.根据权利要求2所述的车联网的实现方法，其特征在于，在新节点X的邻居接入节点AP1的优先级最高的情况下，如果接入节点AP1在树域TD2和树域TD4是开始接入节点，接入节点AP1在树域TD1和树域TD3中是结束接入节点，新节点X从树域TD1进入树域2，那么新节点X从接入节点AP1获取家乡地址的过程如下所示：

步骤301：开始；

步骤302：新节点X向接入节点AP1发送地址预请求消息，预请求消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址；

步骤303：接入节点AP1收到新节点X的地址预请求消息后，根据新节点X的移动角度判断新节点X从树域TD1进入树域TD2，然后向新节点X返回地址预响应消息，该地址预响应消息负载为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址；

步骤304：新节点X向接入节点AP1发送家乡地址请求消息，消息目的地址为接入节点AP1在树域TD2的IPv6地址；

步骤305：接入节点AP1收到家乡地址请求消息后，将树域TD2对应的一段未分配的家乡地址空间[H3,H4]分配给新节点X，2≤H3<H4≤2^127-m-1，然后向新节点X返回一个家乡地址响应消息，家乡地址响应消息负载为车辆ID空间[H3,H4]，同时将车辆ID空间[H3,H4]设置为已分配状态；

步骤306：新节点X收到家乡地址响应消息后，将地址H3作为车辆ID，与接入节点AP1在树域TD2的树域ID相结合形成自己的家乡地址，转换为已配置节点X，同时将地址空间[H3+1,H4]作为自己的家乡车辆ID空间，将自己的移动切换标识位设置为0；

步骤307：判定已配置节点X是否在树域TD2中收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，如果否进行步骤308，如果是进行步骤309；

步骤308：已配置节点X将自己标记为根节点，进行步骤312；

步骤309：已配置节点X向移动转交标识位为0的邻居车辆节点发送子节点请求消息；

步骤310：移动转交标识位为0的邻居车辆节点收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息；

步骤311：已配置节点X收到移动转交标识位为0的邻居车辆节点的子节点响应消息后，将移动转交标识位为0的邻居车辆节点标记为自己的父节点；

步骤312：结束；

步骤303中，接入节点AP1判断新节点X进入的新树域的方法为：以接入节点AP1为中心点设置二维坐标，如果接入节点AP1是两个以上树域的开始节点，那么接入节点AP1对比新节点X的移动角度与所述树域所在道路方向的夹角，夹角在区间(-90°,90°)内且夹角值最小的树域则判断为新节点X所进入的树域；

已配置节点X获取家乡地址后，将其转交地址设置为家乡地址；上述过程中，如果已配置节点X加入了车树且该车树的根节点为已配置节点R1，如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在90°～270°范围内，那么已配置节点X执行步骤201到205，由此已配置节点X成为新的根节点，已配置节点R1成为已配置节点X的子节点；

一个已配置节点X获取家乡地址后，定期向家乡接入节点AP1发送家乡地址活跃消息，消息负载为家乡地址以及对应的家乡节点ID空间，消息源地址为当前的转交地址；接入节点AP1收到家乡地址活跃消息后，将已配置节点X的家乡地址和家乡节点ID空间的生存时间设置为最大值；如果接入节点AP1检测到分配的家乡车辆ID的生存时间过期，则回收对应的家乡车辆ID空间以便重新分配。

4.根据权利要求3所述的车联网的实现方法，其特征在于，已配置节点X加入车树时，其父节点为已配置节点Y，其子节点为已配置节点Z；

如果已配置节点Y脱离已配置节点X，但已配置节点Z没有脱离已配置节点X，那么已配置节点X在满足下述条件之一的情况下，将自己标记为根节点：

条件1：已配置节点X的移动切换标识位为1；

条件2：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外的所有邻居车辆节点的移动切换标记位均为1；

条件3：已配置节点X的移动切换标记位为0，且已配置节点X除了它的子节点以外没有其他邻居车辆节点；

如果已配置节点X不满足上述三个条件，那么它选择移动切换标识位为0，且链路连接时间最大的邻居已配置节点Y1，执行下述过程加入到节点Y所在的车树：

步骤401：开始；

步骤402：已配置节点X向邻居已配置节点Y1发送子节点请求消息；

步骤403：邻居已配置节点Y1收到子节点请求消息后，将已配置节点X标记为自己的子节点，同时向已配置节点X返回子节点响应消息；

步骤404：已配置节点X收到邻居已配置节点Y1的子节点响应消息后，将邻居已配置节点Y1标记为自己的父节点；

步骤405：结束。

5.根据权利要求4所述的车联网的实现方法，其特征在于，已配置节点X加入车树时，其父节点为已配置节点Y，其子节点为已配置节点Z；

如果已配置节点Y和已配置节点Z同时脱离已配置节点X，且已配置节点X的移动切换标识位为1，那么已配置节点X不加入任何车树；

如果已配置节点Y和已配置节点Z同时脱离已配置节点X，且已配置节点X的移动切换标识位为0，那么已配置节点X在满足下述条件之一的情况下将自己标记为根节点：

条件1：已配置节点X的所有邻居车辆节点的移动切换标记位均为1；

条件2：已配置节点X没有邻居车辆节点；

如果已配置节点X的移动切换标识位为0且不满足上述两个条件，那么选择移动切换标识位为0，且链路连接时间最大的邻居已配置节点Y1，并执行步骤401到步骤405加入到邻居已配置节点Y1所在的车树。

6.根据权利要求4所述的车联网的实现方法，其特征在于，已配置节点R1为已配置节点X的父节点，且为所在车树的根节点，已配置节点R1的移动切换标识位为0；如果已配置节点X检测到它与已配置节点R1的相对角度在开区间90°～270°，那么已配置节点X执行步骤201到步骤205成为新的根节点，已配置节点R1成为已配置节点X的子节点。

7.根据权利要求4所述的车联网的实现方法，其特征在于，如果接入节点AP1在树域TD1和树域TD7中为结束接入节点，在树域TD2和树域TD8中为开始接入节点，一个车树的根节点R通过接入节点AP1从树域TD1进入树域TD2，当根节点R进入到接入节点AP1的通信范围时，则判定根节点R进入了树域TD2，此时根节点R发起移动切换操作；

车树的移动切换操作分为三个部分：第一部分为车树的转交地址配置；第二部分为车树的地址绑定；第三部分为链路切换；

根节点R通过下述过程实现所在车树在树域TD2的转交地址配置：

步骤501：开始；

步骤502：根节点R在所在车树内广播一条预切换消息，预切换消息的源地址为根节点R的转交地址，然后将移动切换标志位设置为1；

步骤503：车树内的节点收到父节点广播的预切换消息后，向根节点R单播返回一个预切换响应消息，预切换响应消息负载为其家乡地址，同时将移动切换标志位设置为1，判断该节点是否有子节点，如果是进行步骤504，否则进行步骤505；

步骤504：有子节点的节点将预切换消息的源地址更新为自己的转交地址，继续转发预切换消息，执行步骤503；

步骤505：在规定时间内，根节点R查看接收到的预切换响应消息，并记录下当前车树中节点总数n以及每个节点的家乡地址，根节点R向接入节点AP1发送切换消息，切换消息负载为节点总数n以及n个家乡地址，切换消息目的地址为接入节点AP1广播信标消息的源地址；

步骤506：接入节点AP1收到切换消息后，根据根节点R的移动角度判断根节点R从树域TD1进入树域TD2，并从树域TD2的未分配转交车辆ID空间分配n个车辆ID，并将所述车辆ID与自己在树域TD2中的树域ID相结合形成n个转交地址，然后接入节点AP1为转交消息中的每个家乡地址分配一个转交地址，形成地址二元组<家乡地址，转交地址>，接入节点AP1向根节点R返回转交响应消息，转交响应消息负载为节点总数n，n个地址二元组以及自己的信道信息，接入节点AP1然后执行车树的地址绑定；

步骤507：根节点R获取切换响应消息后，保存自己在树域TD2中的转交地址，同时在所在车树内广播该切换响应消息，车树内节点收到该切换响应消息后，保存自己在树域TD2的转交地址以及接入节点AP1的信道信息；

步骤508：结束；

步骤505中，规定时间设置为t为一跳延迟，l为两个接入节点之间的距离，r为传输半径；当接入节点AP1检测到转交车辆ID不足时，在对应的树域内广播一条地址回收消息，在该树域内节点收到地址回收消息后，向接入节点AP1返回地址回收响应消息；对于被占用的转交地址，如果接入节点AP1没有收到相应的地址回收响应消息，则回收该被占用的转交地址；

接入节点保存一个预切换表，该预切换表记录已经完成网络层切换但是没有完成链路层切换的车辆节点的转交地址；

接入节点AP1为车树分配转交地址后，执行车树的地址绑定，包括如下步骤：

步骤601：开始；

步骤602：接入节点AP1查看步骤506中的n个地址二元组，然后向每个二元组所标识的已配置节点的家乡接入节点发送绑定消息，绑定消息负载为该已配置节点对应的地址二元组，如果有多个已配置节点具有相同的家乡接入节点，那么绑定消息负载是具有相同家乡接入节点的已配置节点的地址二元组；

步骤603：家乡接入节点收到绑定消息后，将二元组中家乡地址标识的节点的转交地址更新为地址二元组中的转交地址，然后向接入节点AP1返回绑定响应消息；

步骤604：接入节点AP1收到家乡接入节点的绑定响应消息后，将对应的绑定消息负载中地址二元组的转交地址加入到预切换记录表中；

步骤605：结束；

当车树中节点进入接入节点AP1的通信范围之后，采用接入节点AP1的信道信息直接切换到接入节点AP1，并进行下述链路切换操作：

步骤701：开始；

步骤702：车树中节点广播信标消息，消息源地址为该节点在树域TD2中的转交地址；

步骤703：接入节点AP1收到车树中节点的信标消息后，查看预切换记录表，判断信标消息的源地址是否在预切换记录表中，如果不在进行步骤704，否则进行步骤705：

步骤704：接入节点AP1等待对应包含信标消息的源地址的绑定消息的绑定响应消息，进行步骤707；

步骤705：接入节点AP1从预切换记录表中删除该源地址，然后向车树内节点返回切换结束消息；

步骤706：车树中节点收到切换结束消息后，丢弃原来的转交地址，将转交地址更新为树域TD2中的转交地址，然后将移动切换标识位设置为0，删除所有子节点和父节点信息；如果车树中节点在树域TD2收到了移动转交标识位为0的邻居车辆节点的信标消息，则加入到该车辆节点所在的车树，否则将自己标记为根节点；

步骤707：结束；

车树中的任一个已配置节点Z在车树的转交地址配置过程中，仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z；

节点Z在车树的地址绑定过程中的通信分为两种情况：

情况1：地址绑定前，在已配置节点Z的家乡接入节点接收到绑定消息之前，已配置节点Z仍然采用原来的转交地址进行数据通信，即树域TD1中的转交地址，当树域TD1中的开始接入节点接收到目的地址为已配置节点Z在树域TD1中的转交地址的数据消息后，它将数据消息转发到树域TD1中，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z；

情况2：地址绑定后，当家乡接入节点接收到绑定消息进行地址绑定之后，但是已配置节点Z未进行链路切换操作之前，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址包含在接入节点AP1的预切换记录表中，此时，目的地址为已配置节点Z在树域TD2中的转交地址的数据消息首先到达接入节点AP1，接入节点AP1检测已配置节点Z未进行链路切换操作，接入节点AP1仍然将数据转发到树域TD1，该数据消息在树域TD1中转发，最终到达已配置节点Z；

节点Z在链路切换过程中通信分为两种情况：

情况21，链路切换前，当已配置节点Z收到切换结束消息之前，执行已配置节点Z在车树的地址绑定过程进行通信；

情况22，链路切换后，当已配置节点Z收到切换结束消息之后，已配置节点Z在树域TD2中的转交地址不包含在接入节点AP1的预切换记录表中；当接入节点AP1收到目的地址为已配置节点Z在树域TD2的转交地址的数据消息时，检测已配置节点Z进行的链路切换操作，接入节点AP1将数据消息转发到树域TD2，该数据消息在树域TD2中路由，最终到达已配置节点Z。