CN104754067B - 基于车载短距离通信网的车载节点ip地址动态配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,车载节点将携带节点性质、IP地址及节点唯一标识等自身状态信息的心跳信息定时广播到网络中;车载节点接收其它车载节点的心跳信息,并将其它各车载节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中;车载节点依据环境信息队列中节点的节点性质配置、更新其IP地址的网络号,然后通过随机函数产生随机数作为主机号,以生成IP地址;当局域网内存在冲突节点时,车载节点与冲突节点依据各自的IP地址修改时间协商修改IP地址。本发明可保证车载短距离通信网内车载节点IP地址的唯一性,且可有效减少网络中为配置IP地址而发送的广播包,减小了网络压力。

Description

基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法
技术领域
本发明涉及一种基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,属于车载通信网技术领域。
背景技术
车载短距离通信(Vehicle to X:V2X)网络是通过无线通信、GPS/GIS、传感等短距离通信技术实现的车内(CAN-Controller Area Network)、车路(Vehicle-2-RSU)、车间(Vehicle-2-Vehicle)、车外(vehicle-2-Infrastructure)、人车(Vehicle-2-Person)之间的通信。
在V2X网络中,车载节点之间直接通信的范围限制在有限区域之内(车载节点之间的传输距离为304.8米,以下称局域网),因此,车辆在行车途中从一个局域网切换至另一个局域网的频率较高,切换网络时,车载节点的IP地址需要进行动态配置更新,才能保证其与本局域网内其它车载节点的正常通信。
若借鉴移动自组织网络(mobile ad hoc network:MANET)的IP地址动态配置方法,将MANETconf、Prophet配置方法应用于V2X网络中,尚存在以下问题:
MANETconf配置方法是通过维护一个全网所有已用的IP地址,依赖于多播与广播来解决IP地址冲突问题。网络中的每个节点都维护一张已使用IP地址的列表,当新节点加入时,其邻居节点依据IP地址列表为新节点分配一个列表中不存在的IP地址,但是,当邻居节点也是新节点时,其IP地址尚未更新,依该邻居节点配置的IP地址并不能保证在本局域网内进行正常通信;另外,为了避免多个节点同时加入时IP地址冲突的问题,MANETconf通过全网泛洪进行冲突地址检测,极大地加重了网络的通信开销,降低了网络性能。
Prophet配置方法是利用一个特定的f(n)函数来分配IP地址,以保证IP地址的唯一性。f(n)函数的初始状态称为种子,不同的种子在某个整数集合R上产生不同的整数序列,当R足够大时,该函数产生的序列可以满足在一个序列中出现相同数字之间的间隔相当长。但是,这种配置方法并不检测两个节点之间的IP地址是否重复,因此,该方法产生的IP地址仍有可能发生冲突。
发明内容
鉴于上述原因,本发明的目的在于提供一种基于车载短距离通信网的IP地址动态配置方法,该方法既可以保证车载短距离通信网内车载节点IP地址的唯一性,进而可保证车载节点之间的正常通信,同时,可有效减少网络中为配置IP地址而发送的广播包数量,减小了网络压力,改善了网络性能。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,其特征在于:
车载节点将携带节点性质、IP地址及节点唯一标识等自身状态信息的心跳信息定时广播到网络中;车载节点接收其它车载节点的心跳信息,并将其它各车载节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识等信息保存到一环境信息队列中;
车载节点依据该环境信息队列中节点的节点性质配置、更新IP地址的网络号,然后通过随机函数产生的随机数作为主机号,以配置、更新车载节点的IP地址;并通过查找该环境信息队列保证生成的IP地址不重复;
车载节点从该环境信息队列中查找到存在冲突节点时,车载节点与该冲突节点依据各自IP地址的修改时间协商修改IP地址。
进一步的,
车载节点配置IP地址的具体步骤是:
S10:车载节点接收周围其它车载节点的所述心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到所述环境信息队列中;
S11:车载节点依据所述环境信息队列中各节点的节点性质确定其IP地址的网络号,若所述环境信息队列中存在路侧节点,则执行步骤S110,否则跳转至步骤S111;
S110:车载节点将路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S111:车载节点查看所述环境信息队列中的节点数,如果仅有一个节点则执行步骤S112,否则跳转至步骤S113;
S112:所述环境信息队列中仅有一个节点,取该节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S113:所述环境信息队列中有多个节点,计算出多个节点IP地址的网络号的众数,作为自身IP地址的网络号;
S12:通过随机函数生成随机数作为主机号,配置出由网络号和主机号组成的IP地址;
S13:将配置的IP地址与环境信息队列中节点的IP地址作比较,若配置的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S12,通过更改主机号重新配置IP地址;
S14:将配置好的IP地址、节点性质以及节点唯一标识等信息以心跳信息广播到网络中。
车载节点更新IP地址的具体步骤是:
S20:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到所述环境信息队列中;
S21:车载节点依据所述环境信息队列中各节点的节点性质更新其IP地址的网络号,若所述环境信息队列中存在路侧节点,执行步骤S211,否则跳转至步骤S213;
S211:车载节点将自身IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号相比较,若相同跳转至步骤S20;否则执行步骤212;
S212:车载节点IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号不相同,取路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S22;
S213:计算出所述环境信息队列中各节点IP地址的网络号的众数,车载节点将自身IP地址的网络号与该众数相比较,若相同跳转至步骤S20,否则执行步骤S214;
S214:车载节点自身IP地址的网络号与该众数不相同,取该众数作为自身IP地址的网络号;
S22:通过随机函数生成随机数作为主机号,更新后的IP地址由网络号和主机号组成;
S23:将更新后的IP地址与所述环境信息队列中节点的IP地址作比较,若更新的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S22,通过更改主机号重新配置IP地址;
S24:将更新后的IP地址、节点性质以及节点唯一标识等信息以心跳信息广播到网络中。
车载节点进行IP地址冲突检测的步骤是:
S30:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到所述环境信息队列中;
S31:车载节点将自身IP地址与所述环境信息队列中各节点的IP地址相比较以确定是否存在IP地址重复的冲突节点;若不存在冲突节点,跳转至步骤S30,若存在冲突节点,执行步骤S32;
S32:车载节点将携带IP地址及IP地址修改时间的地址重复讯问数据包广播到网络中;
S33:冲突节点收到该地址重复讯问数据包,将冲突节点自身IP地址的修改时间与车载节点IP地址的修改时间相比较;若冲突节点自身IP地址的修改时间晚于车载节点IP地址的修改时间,执行步骤S34,否则跳转至步骤S36
S34:冲突节点通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找所述环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复;
S35:冲突节点将携带重新配置的IP地址、节点唯一标识的地址重复应答数据包以点对点方式发送给车载节点,以通知车载节点其IP地址已经重新配置,冲突检测结束;
S36:冲突节点将携带其自身IP地址及IP地址修改时间的地址重复应答数据包广播到网络中;
S37:车载节点收到该地址重复应答数据包,通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找所述环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复,然后将携带重新配置的IP地址的数据包以点对点的方式发送给冲突节点,冲突检测结束。
若车载节点接收到了IP地址相同但是节点唯一标识不同的数据包,则通过修改自身IP地址的主机号以重新配置IP地址。
本发明的优点在于:
本发明的基于车载短距离通信网的IP地址动态配置方法,是通过车载节点之间定时发送携带节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息的心跳信息以更新各自维护的环境信息队列,并依据该环境信息队列中的信息进行IP地址的配置、更新以及冲突检测,依据该方法,不仅可以保证车载短距离通信网内车载节点IP地址的唯一性,进而保证了车载节点之间的正常通信;同时有效减少了网络中为配置IP地址而发送的广播包数量,减小了网络压力,改善了网络性能。
附图说明
图1是本发明的基于车载短距离通信网的车载节点IP地址配置、更新及冲突检测的基本流程图。
图2是图1中车载节点配置IP地址的具体方法流程图。
图3是图1中车载节点更新IP地址的具体方法流程图。
图4是图1中车载节点对IP地址进行冲突检测的具体方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明的基于车载短距离通信网的车载节点IP地址配置、更新及冲突检测的基本流程图。如图所示,车辆初始启动时,IP地址为空,此时需要对车辆节点配置IP地址,以便与同一个局域网内其它车载节点进行正常通信;车辆在行驶过程中,从一个局域网驶入另一个局域网时,需要动态更新车辆节点的IP地址,以保证车辆节点在局域网内的正常通信;同时,车辆节点在配置、更新IP地址之后存在节点之间IP地址冲突的问题,因此必须对IP地址进行冲突检测及重新配置,以保证局域网内车载节点IP地址的唯一性。
本发明中车载节点配置IP地址的方法是:车载节点将携带节点性质(指明是路侧节点还是车辆节点)、IP地址及节点唯一标识(如车牌号码)等自身状态信息的心跳信息,定时广播到网络中;车载节点接收其它车载节点的心跳信息,并将其它各车载节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识等信息保存到一环境信息队列中;依据环境信息队列中各节点的性质确定IP地址的网络号,然后通过随机函数产生的随机数作为主机号,以生成车载节点的IP地址;将生成的IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址相比较,以确定配置的IP地址是否重复,若配置的IP地址重复,则通过随机函数重新产生随机数作为主机号,直到生成的IP地址不重复为止。
图2是图1中车载节点配置IP地址的具体方法流程图。如图所示,本发明中车载节点配置IP地址的方法,具体步骤如下:
S10:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中;
S11:车载节点依据环境信息队列中各节点的节点性质确定其IP地址的网络号,若环境信息队列中存在路侧节点,则执行步骤S110,否则跳转至步骤S111:
S110:车载节点将路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S111:车载节点查看环境信息队列中的节点数,如果仅有一个节点则执行步骤S112,否则跳转至步骤S113;
S112:环境信息队列中仅有一个节点,取该节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S113:环境信息队列中有多个节点,计算出多个节点IP地址的网络号的众数,作为自身IP地址的网络号;
S12:通过随机函数生成随机数作为主机号,配置出由网络号和主机号组成的IP地址;
S13:将配置的IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址作比较,若配置的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S12,通过更改主机号重新配置IP地址;
S14:将配置好的IP地址、节点性质以及节点唯一标识等信息以心跳信息广播到网络中。
本发明中车载节点更新IP地址的方法是:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并将其它节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中,车载节点依据环境信息队列中节点的节点性质更新其IP地址的网络号,然后通过随机函数产生的随机数作为主机号,以更新车载节点的IP地址;将更新后的IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址相比较,以确定更新的IP地址是否重复,若重复则通过随机函数重新生成的随机数作为主机号重新配置IP地址。
图3是图1中车载节点更新IP地址的具体方法流程图。如图所示,本发明中车载节点更新IP地址的方法,具体步骤如下:
S20:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中;
S21:车载节点依据环境信息队列中各节点的节点性质更新其IP地址的网络号,若环境信息队列中存在路侧节点,执行步骤S211,否则跳转至步骤S213;
S211:车载节点将自身IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号相比较,若相同跳转至步骤S20;否则执行步骤212;
S212:车载节点IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号不相同,取路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S22;
S213:计算出环境信息队列中各节点IP地址的网络号的众数,车载节点将自身IP地址的网络号与该众数相比较,若相同跳转至步骤S20,否则执行步骤S214;
S214:车载节点自身IP地址的网络号与该众数不相同,取该众数作为自身IP地址的网络号;
S22:通过随机函数生成随机数作为主机号,更新后的IP地址由网络号和主机号组成;
S23:将更新后的IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址作比较,若更新的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S22,通过更改主机号重新配置IP地址;
S24:将更新后的IP地址、节点性质以及节点唯一标识等信息以心跳信息广播到网络中。
本发明中车载节点对IP地址进行冲突检测的方法是:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并将其它节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中,车载节点将自身IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址相比较以确定是否存在IP地址重复的冲突节点;若存在冲突节点,则将携带IP地址及IP地址修改时间的数据包广播到网络中;冲突节点收到该数据包,依据数据包中IP地址的修改时间与车载节点协商修改IP地址。
图4是图1中车载节点对IP地址进行冲突检测的具体方法流程图。如图所示,本发明中车载节点对IP地址进行冲突检测的方法,具体步骤如下:
S30:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息保存到环境信息队列中;
S31:车载节点将自身IP地址与环境信息队列中各节点的IP地址相比较以确定是否存在IP地址重复的冲突节点;若不存在冲突节点,跳转至步骤S30,若存在冲突节点,执行步骤S32;
S32:车载节点将携带IP地址及IP地址修改时间的地址重复讯问数据包广播到网络中;
S33:冲突节点收到该地址重复讯问数据包,将冲突节点自身IP地址的修改时间与车载节点IP地址的修改时间相比较;若冲突节点自身IP地址的修改时间晚于车载节点IP地址的修改时间,执行步骤S34,否则跳转至步骤S36
S34:冲突节点通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复;
S35:冲突节点将携带重新配置的IP地址、节点唯一标识等信息的地址重复应答数据包以点对点方式发送给车载节点,以通知车载节点其IP地址已经重新配置,冲突检测结束。
S36:冲突节点将携带其自身IP地址及IP地址修改时间等信息的地址重复应答数据包广播到网络中;
S37:车载节点收到该地址重复应答数据包,通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复,然后将携带重新配置的IP地址等信息的数据包以点对点的方式发送给冲突节点,冲突检测结束。
需要说明的是,上述的IP地址配置方法能够保证有限区域(局域网)内IP地址的不重复,在局域网之外仍有可能存在与车载节点IP地址重复的冲突节点,如果该冲突节点与车载节点无直接路由,则不会造成影响,若有直接路由,则有可能出现数据包错误转发的问题,为了解决这个问题,可以通过心跳信息中的节点唯一标识来判断数据包是否正确转发,如果车载节点接收到了IP地址相同但是节点唯一标识不同的数据包,则通过修改自身IP地址的主机号(随机函数生成)以重新配置IP地址,并通过查找环境信息队列进一步保证局域网内IP地址也不重复,进而实现了局域网内、外车载节点IP地址的唯一性。
本发明的基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,是通过车载节点之间定时发送携带节点性质、IP地址、节点唯一标识等信息的心跳信息以更新各自维护的环境信息队列,并依据该环境信息队列中的信息进行IP地址的配置、更新以及冲突检测,依据该方法,不仅可以保证局域网内车载节点IP地址的唯一性,进而实现了车载节点之间的正常通信;同时有效减少了网络中为配置IP地址而发送的广播包数量,减小了网络压力,改善了网络性能。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理,对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的精神和范围的情况下,任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变,均属于本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,其特征在于:
车载节点将携带节点性质、IP地址及节点唯一标识这些自身状态信息的心跳信息定时广播到网络中;车载节点接收其它车载节点的心跳信息,并将其它各车载节点的节点性质、IP地址及节点唯一标识这些信息保存到一环境信息队列中;
车载节点依据该环境信息队列中节点的节点性质配置和更新IP地址的网络号,然后通过随机函数产生的随机数作为主机号,以配置和更新车载节点的IP地址;并通过查找该环境信息队列保证生成的IP地址不重复;
车载节点从该环境信息队列中查找到存在冲突节点时,车载节点与该冲突节点依据各自IP地址的修改时间协商修改IP地址;
其中,节点性质为路侧节点或车辆节点;
车载节点配置IP地址的具体步骤是:
S10:车载节点接收周围其它车载节点的所述心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识这些信息保存到所述环境信息队列中;
S11:车载节点依据所述环境信息队列中各节点的节点性质确定其IP地址的网络号,若所述环境信息队列中存在路侧节点,则执行步骤S110,否则跳转至步骤S111;
S110:车载节点将路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S111:车载节点查看所述环境信息队列中的节点数,如果仅有一个节点则执行步骤S112,否则跳转至步骤S113;
S112:所述环境信息队列中仅有一个节点,取该节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S12;
S113:所述环境信息队列中有多个节点,计算出多个节点IP地址的网络号的众数,作为自身IP地址的网络号;
S12:通过随机函数生成随机数作为主机号,配置出由网络号和主机号组成的IP地址;
S13:将配置的IP地址与环境信息队列中节点的IP地址作比较,若配置的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S12,通过更改主机号重新配置IP地址;
S14:将配置好的IP地址、节点性质以及节点唯一标识这些信息以心跳信息广播到网络中;
车载节点更新IP地址的具体步骤是:
S20:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识这些信息保存到所述环境信息队列中;
S21:车载节点依据所述环境信息队列中各节点的节点性质更新其IP地址的网络号,若所述环境信息队列中存在路侧节点,执行步骤S211,否则跳转至步骤S213;
S211:车载节点将自身IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号相比较,若相同跳转至步骤S20;否则执行步骤212;
S212:车载节点IP地址的网络号与路侧节点IP地址的网络号不相同,取路侧节点IP地址的网络号作为自身IP地址的网络号,跳转至步骤S22;
S213:计算出所述环境信息队列中各节点IP地址的网络号的众数,车载节点将自身IP地址的网络号与该众数相比较,若相同跳转至步骤S20,否则执行步骤S214;
S214:车载节点自身IP地址的网络号与该众数不相同,取该众数作为自身IP地址的网络号;
S22:通过随机函数生成随机数作为主机号,更新后的IP地址由网络号和主机号组成;
S23:将更新后的IP地址与所述环境信息队列中节点的IP地址作比较,若更新的IP地址与周围某一车载节点的IP地址重复,跳转至步骤S22,通过更改主机号重新配置IP地址;
S24:将更新后的IP地址、节点性质以及节点唯一标识这些信息以心跳信息广播到网络中。
2.如权利要求1所述的基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,其特征在于,车载节点进行IP地址冲突检测的步骤是:
S30:车载节点接收周围其它车载节点的心跳信息,并依据各节点的心跳信息,将其它各节点的节点性质、IP地址、节点唯一标识这些信息保存到所述环境信息队列中;
S31:车载节点将自身IP地址与所述环境信息队列中各节点的IP地址相比较以确定是否存在IP地址重复的冲突节点;若不存在冲突节点,跳转至步骤S30,若存在冲突节点,执行步骤S32;
S32:车载节点将携带IP地址及IP地址修改时间的地址重复讯问数据包广播到网络中;
S33:冲突节点收到该地址重复讯问数据包,将冲突节点自身IP地址的修改时间与车载节点IP地址的修改时间相比较;若冲突节点自身IP地址的修改时间晚于车载节点IP地址的修改时间,执行步骤S34,否则跳转至步骤S36
S34:冲突节点通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找所述环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复;
S35:冲突节点将携带重新配置的IP地址、节点唯一标识的地址重复应答数据包以点对点方式发送给车载节点,以通知车载节点其IP地址已经重新配置,冲突检测结束;
S36:冲突节点将携带其自身IP地址及IP地址修改时间的地址重复应答数据包广播到网络中;
S37:车载节点收到该地址重复应答数据包,通过随机函数生成随机数作为主机号,网络号不变,重新配置IP地址,并通过查找所述环境信息队列以保证重新配置的IP地址不重复,然后将携带重新配置的IP地址的数据包以点对点的方式发送给冲突节点,冲突检测结束。
3.如权利要求2所述的基于车载短距离通信网的车载节点IP地址动态配置方法,其特征在于,若车载节点接收到了IP地址相同但是节点唯一标识不同的数据包,则通过修改自身IP地址的主机号以重新配置IP地址。
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