CN104811950A - 面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法 - Google Patents

Abstract

面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，属于网络通信技术领域。为了解决传统城市广播协议由于分组不当造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下降的问题。采用正三角形法或正六边形法给中继节点一跳发射所覆盖的区域平均分割,节点按所在的区域分组，正三角形和正六边形顶点为中继节点的最佳位置，每一组内所有的节点根据自己和最佳中继节点位置的距离计算WT，由WT决定每一组内的中继节点并转发信息，信息可同时沿着多个方向多条路转发。按区域给汽车分组正确性和中继节点选择的正确，与传统的沿着一条道路转发信息即使在交叉口处可以同时沿着多个方向转发信息的广播协议相比，降低网络开销、链路时延和转发节点率，提高覆盖率。

Description

面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法

技术领域

本发明涉及一种基于区域分组的安全信息广播协议，属于网络通信技术领域。

背景技术

车载无线网络(VANETs，Vehicle Ad Hoc Networks)是以安全和舒适旅行为目的的新兴的智能交通系统网络[1]。其潜在的应用包括广告服务、娱乐、交通事故警告、交通管理信息的采集与分发等[2]。大多数这些应用要求把信息以多跳的形式分发到很远，尤其交通事故信息，因此设计一个能够可靠地有效地分发安全信息的广播协议是关键问题。

最简单的信息分发方式是泛洪，所有收到信息的节点全部参与转发，直到信息被转发到所有的邻居节点。可是盲目地泛洪会导致信息冗余，访问MAC竞争会发生，因此广播风暴会出现[3]。为了抑制VANETs中广播风暴，文献[4]和[5]中分别提出基于位置和基于概率限制中继节点转发信息解决广播风暴的问题。在文献[6]和[7]中，提出定向广播。按照道路、车辆位置、汽车的行驶方向给汽车分组，并且选择最远的节点作为中继节点转发信息，这种给汽车分组的广播协议会因为错误的汽车分组而导致信息传输的可靠性和实时性差，因为在道路交叉口处会把不同道路上的汽车分为一组，使得下一跳只有一条道路上可以转发信息，而其它道路上不再转发。在直行的路上，同一条道路上的车，会因为方向不同被分为不同的组，每一组内都有一个最远位置的中继节点转发信息，会导致信息冗余重传，因此信息碰撞增加，信息传输的可靠性差。在文献[8]中，按照发送者和接收者之间的角度给汽车分组，在道路交叉口，如果两条路之间的角度小，那么在不同路上的汽车节点会被分在同一组，还会遇到上述同样问题。所以按照汽车分组而转发广播协议，如果分组不当，会造成信息传输冗余和可达性差。Tung等人提出ERD(Efficient Road-based DirectionalBroadcast Protocol)协议，基于道路分段给汽车分组[9]，并且在道路交叉口处选择视线最好的节点作为中继节点，然后定向转发信息，这样确保在交叉口处信息能够向所有方向转发。另外，在[6-9]中，由于使用周期性信标维护邻居列表记录车辆的位置、行驶方向和车间距离等，也会导致网络开销大。

广播是移动自组网(MANET,Mobile Ad Hoc Network)中用于信息分发的主要方式[10]。盲目的广播会造成信息冗余，尤其在密集型场景下，数据无序竞争和碰撞会造成广播风暴，数据传输可靠性和实时性差，网络传输率低，这种状况在网络拓扑结构高动态变化的VANETs中会更加严重[11][12]。而VANETs的研究最终目标是发展一个车间通信系统，能够实时地、可靠地实现数据的传输，实现驾乘人员安全和舒适的旅行[13]。为了实现这一应用目的，Briesemeister等人最早提出了一个面向VANETs的信息分发机制[14]，通过延迟不同节点转发信息的时间避免信息竞争和碰撞。针对源节点局部区域的信息分发，该机制考虑节点位置，并没有考虑网络分割的问题，这会严重影响信息分发。后来，针对不同应用和不同的交通流环境包括密集型和稀疏型的，研究人员提出了相应的信息分机制。为了解决稀疏交通流环境造成的网络断连情况下的数据可靠传输，Zhao等人提出车辆协助数据传输协议(VADD,vehicle-assisted data delivery)，采用存储-携带-转发(store-carry-forward)机制转发数据，基于电子地图和交通统计信息，使用最小包延迟选择转发路由[15]。在容迟或机会网络(稀疏的VANETs)中[16][17]，作者提出存储携带转发思想，充分利用节点的移动性存储和转发数据，在这种类型的网络中，汽车节点依据当前的知识信息评估最好的网络连接性，然后决定是否转发数据。

针对高速公路环境中密集和稀疏交通流的VANETs信息分发协议，Tonguz等人[18]提出分布式汽车广播协议(DV-CAST,Distributed Vehicular Broadcast)，Schwartz[19]等人提出简单和健壮性的分发协议(SRD,Simple and Robust Dissemination)，而且这两个协议在密集型交通流下的转发信息都取决于一跳邻居信息，都使用Hello信标寻找邻居信息，不使用任何基础设施，而且它们都采用定向转发数据，不同的是DV-CAST采用的是概率p-坚持机制[5]抑制广播风暴发生，而SRD优化了时隙1-坚持[5]机制并且用来抑制广播风暴。当交通流稀疏时，二者均采用存储-携带-转发机制转发数据。

文献[20]和[21]提出了针对城市的密集和稀疏交通流的信息转发协议。Zhao等人在文献[20]中提出数据注入协议(Data Pouring Protocol),在城市场景下沿着道路转发信息，但是在道路交叉口设置了中继器和存储器转发信息。Viriyasitavat等人在文献[21]中提出城市汽车广播协议(UV-CAST,Urban Vehicular Broadcast)，当交通流稀疏时，采用存储-携带-转发机制转发信息，当交通流密集时采用一跳邻居信息决定是否转发信息，使用Hello周期性信标确定一跳邻居信息，使用电子地图确定道路交叉口，在道路上和交叉口处采用了两种不同的信息转发的机制，抑制了广播风暴在交叉口处发生的机会，由于使用周期性信标创建邻居列表存储邻居信息，所以网络开销会很大。

对于密集型城市交通流下的数据分发，相应的广播机制已经被研究很久了，其中包括有基础设施和无基础设施的，文献[20]中提出的协议就需要在道路交叉口设置中继器转发数据。在文献[22]中，Yi等人提出了街道广播协议(StreetCast，Street Broadcast)，和文献[4]中的UMB协议类似，在道路交叉口的路边单元被选作最好的转发节点。为了防止周期性信标在交叉口处竞争碰撞，采用了信标控制机制。对于这种城市密集型的信息分发，不只需要信标的控制机制，更需要抑制信息转发的冗余造成的广播风暴，信息碰撞丢失，进而造成信息的传输的可靠性差，因此，在多跳广播中，研究人员采用过不同的抑制方法。

在文献[5]中提出了概率抑制机制，分别是加权p-坚持、时隙1-坚持和时隙p-坚持三种协议，基于节点和发送者之间的距离决定转发信息，不过，在高节点密度情况下，时隙p-坚持协议由于可能选择非最远节点作为信息中继节点，增加了信息传输时延，在资源利用率和可靠性方面好于其它两个，三个协议都未能解决隐藏/暴露节点对广播信息可靠分发的影响。DV-CAST[18]协议是典型加权p-坚持概率广播协议，文献[18]和[23]都是基于节点密度的动态概率协议，能够在稀疏和密集模式下提供较好的信息可达率，但没有解决隐藏/暴露节点对信息可靠性的影响。并且节点需要维护两跳邻居节点信息，在高动态变化网络中开销较大。

在文献[24]中，Yu等人提出基于广播节点和接收节点之间的距离抑制信息冗余机制，利用广播节点与接收节点间的距离变化，动态地调节接收节点转发广播信息的等待时间，以适应不同的网络节点密度，同时利用反向行驶的车辆转发信息。

Yang等人在文献[25]提出基于位置抑制广播风暴机制，基于车辆位置的自适应广播(PAB,Position-based Adaptive Broadcast)。该协议充分利用了车辆的位置、速度和方向选择中继节点。避免了高密度节点之间转发信息无序的竞争。Lee等人提出带有交叉口识别(IRA,Intersection Recognition Algorithm)的广播算法[26],该广播算法选择中继节点考虑了节点的位置和车辆的行驶方向，采用周期性信标获得邻居信息识别道路上的交叉口，所以信息在向事故节点周围区域转发时，减小了链路时延，提高了转发率。

传统城市广播协议为了提高信息分发的效率和可靠性，沿着道路给汽车分组进行广播，这是一个很好的方法，但是分组不当仍会造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，以解决现有技术网络开销大、转发节点率高，存在链路时延、网络覆盖率低的问题，以及传统城市广播协议由于分组不当造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下降的问题。

本发明的主要目的是在事故节点周围尽可能大的区域内以低延迟、低网络开销、高覆盖率和低转发节点率在多种交通流密度环境中分发信息。本发明所述的基于区域分组的安全信息广播方法，即基于区域分组的安全信息广播协议(AGBP，Area-Grouping BasedBroadcast Protocol of Safety Message)。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，所述方法的实现过程为：

步骤一、将发生事故的汽车作为第0跳广播的中继节点；

步骤二、以所述中继节点为圆心，将中继节点的一次发射所覆盖的区域平均分成N等份扇形区域；

步骤三、将处于同一扇形区域内的所有汽车划分为一组，共分成N组；N为大于或等于3的自然数；

步骤四、中继节点的确定以及信息转发：在每一组内，每个汽车节点计算自已的等待时间WT，选择WT值最小的汽车节点作为第1跳广播的中继节点转发信息，其他汽车节点收到信息后不转发；共选择N个第1跳广播的中继节点；

步骤五、再将所述第1跳广播的N个中继节点作为圆心，重复步骤二至四，选出2N个第2跳广播的中继节点、选出3N个第3跳广播的中继节点……，直至没有车辆作为中继节点为止。

在步骤二中，N取值为三，采用正三角形分割方法来分割每个中继节点一次发射所覆盖的平面区域。

在步骤二中，N取值为六，采用正六边形分割方法来分割每个中继节点一次发射所覆盖的平面区域。

采用正三角形分割方法的具体过程为：

步骤1、正三角法分割平面区域

以中继节点为坐标原点O(x,y)为转发信息的中继节点建立平面直角坐标系，x轴方向为纬度方向，y轴方向为经度方向，以所述中继节点为圆心，中继节点的一次发射所覆盖的半径为无线传输半径250米，两条射线OL₁、OL₂、x轴的负半轴把圆分成了三等份形成三个区域，每个扇形区域的角度均为角度分别为将三个区域里所覆盖的汽车分别被定义为三个汽车组，按照逆时针顺序，角度α所在的区域里面的汽车被命名为第一组，β所在的区域里的汽车为第二组，角度γ所在的区域里的汽车为第三组；三个角度α，β，γ角平分线为OA,OB,OC，A,B,C三个点构成了一个正三角形，坐标分别为A(x+r,y),三个点为下一跳中继节点的最佳位置，如果恰好有汽车节点在这三个位置上，那么这三个节点被定义为下一跳的中继节点；

步骤2、判断每一个汽车节点自己确定所属的汽车组：

首先给出三等分平面区域的两条直线的点斜式方程,

直线OL₁的方程为：

$Y-y=(X-x)\·\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\π}}{3}---\left(1\right)$

直线OL₂的方程为：

$Y-y=(X-x)\·\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\π}}{3}---\left(2\right)$

x轴的直线方程为：y＝0      (3)

定义1第一组的汽车节点的集合为S₁，任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(4\right)$

则汽车节点N₁∈S₁；

定义2第二组的汽车节点的集合为S₂,任意汽车节点N₂(x₂,y₂)，如果满足条件：

(y₂-y)＞0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(5\right)$

则汽车节点N₂∈S₂；

定义3第三组的汽车节点的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃)，如果满足条件：

(y₃-y)≤0且 $(y_3-y)<-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(6\right)$

则汽车节点N₃∈S₃；

任意一个汽车节点根据上述三个定义判断属于哪一个汽车组。

采用正六边形分割方法的具体过程为：

步骤1、正六边形法分割平面区域

以中继节点为坐标原点O(x,y)为转发信息的中继节点建立平面直角坐标系，x轴方向为纬度方向，y轴方向为经度方向，以所述中继节点为圆心，中继节点的一次发射所覆盖的半径为无线传输半径250米，直线L₁，L₂和y轴把中继节点一次发射信息所覆盖的区域平均分成了六份，按照逆时针顺序，角度分别为因此按照节点的位置所在的区域给节点分成相应的6组，其中α角度所在的扇形区域里的汽车被命名为第一组，β所在区域里的汽车为第二组，γ区域里的汽车第三组，θ区域里的汽车为第四组，φ区域里的汽车为第五组，ψ区域里汽车为第六组；

所述六个角度的角平分线分别为OA,OB,OC,OD,OE,OF，因此，六个点构成了一个正六边形，如果在这六个点的位置恰好有汽车节点，那么这六个汽车节点为下一跳的中继节点，所述六个位置为中继节点的最佳位置；

步骤2、每个汽车确定自己所属的汽车组

首先给出两条直线L₁和L₂的点斜式直线方程和y轴方程：

$L_1:(Y-y)=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(7\right)$

$L_2:(Y-y)=-(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(8\right)$

y轴:x＝0          (9)

定义1第一组的节点集合为S₁,对于任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(10\right)$

则节点N₁∈S₁；

定义2第二组的汽车集合为S₂,任意节点N₂(x₂,y₂),如果满足条件：

(x₂-x)>0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(11\right)$

则N₂∈S₂；

定义3第三组汽车的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃),如果满足条件：

(x₃-x)≤0且 $(y_3-y)>-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(12\right)$

则汽车节点N₃∈S₃；

定义4第四组汽车的集合为S₄,任意汽车节点N₄(x₄,y₄),如果满足条件：

$(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}<(y_4-y)\&le;-(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(13\right)$

则N₄∈S₄；

定义5第五组汽车的集合为S₅，任意汽车节点N₅(x₅,y₅),如果满足条件：

$(y_5-y)\&le;(x_5-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}$ 且(x₅-x)<0   (14)

则N₅∈S₅；

定义6令第六组汽车的集合为S₆，任意汽车节点N₆(x₆,y₆),如果满足条件

(x₆-x)≥0且 $(y_6-y)<-(x_6-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(15\right)$

则N₆∈S₆；

由上述定义,中继节点一跳所覆盖的范围内的所有节点根据其位置可以确定自己属于哪个节点组。

采用正三角形分割法时,在步骤四中，中继节点的确定以及信息转发的具体过程为：当邻居节点收到了数据包后，根据中继节点的位置计算下一跳中继节点的最佳位置即A,B,C三个点的坐标，并根据上述三个定义判断自己属于中继节点一次覆盖范围内的哪一个汽车组(S₁,S₂,S₃)，然后每个组内的所有节点分别计算和自己所在区域内的最佳中继节点的位置的距离，并根据等待转发信息时延公式(21)计算WT，得到WT值后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个转发信息的汽车被定义为该组的中继节点，这表明WT值最小，则最先转发信息；其它收到该中继节点转发的信息的汽车不再转发信息；

WT公式为： $\mathrm{WT}={\mathrm{WT}}_{\max }\&CenterDot;(1-e^{-\frac{\mathrm{dis}}{r}})---\left(21\right)$

式中：dis为每个节点和其所属区域范围内下一跳最佳中继节点位置的距离，r为中继节点的覆盖的半径，e为常数，WT_max为最大等待时间，如果节点在最佳的位置上，那么dis的值为零，最佳位置上的节点为最理想的下一跳中继节点,WT值为零。

采用正六边形分割法时,在步骤四中，中继节点的确定以及信息转发的具体过程为：中继节点直接广播数据包，在其一跳范围内的所有邻居节点收到数据包后，根据数据包里的中继节点的位置信息计算下一跳中继节点的最佳位置的坐标(A,B,C,D,E,F六个点)，并根据上节中判断自己所属区域的六个定义，确定自己应该属于哪一个汽车组(S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆)，每个组里的所有汽车节点分别计算和自己所属的域内最佳中继节点位置的距离，然后根据WT公式(21)计算等待转发信息的时间，得到WT值之后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个重播信息的汽车节点被定义为该组汽车的中继节点，其它收到同样信息副本的汽车节点不再转发。

本发明的有益效果是：

本发明提出基于区域分组的安全信息广播协议(AGBP，Area-Grouping Based BroadcastProtocol of Safety Message)，不考虑距离、节点的位置、节点的密度、汽车的行驶方向、信息的传输方向、节点的行驶速度、道路的交叉口这些因素，而是首先采用正三角形法和正六边形法给中继节点一跳所覆盖的范围平均划分成几个区域,按照区域给节点分组，在每一组内确定中继节点的最佳位置，然后每一组内所有节点分别计算和该组内中继节点最佳位置的距离和自己的WT(Waiting Time)，WT最小的节点，最先转发信息，最先转发信息的节点被定义为该组的中继节点，因此，AGBP协议也是一个分布式的广播协议。这样限制其它节点重播，减少冗余重传，提高网络资源利用率。和其它广播协议不同，AGBP不采用周期性信标维护邻居信息，不用识别交叉口，与传统的只沿着一条道路转发信息即使道路交叉口处可以同时沿着多条道路转发信息的广播协议相比，降低了网络开销和转发节点率，减小了链路时延，提高了网络覆盖率。最后，AGBP可以适应多种交通流密度环境中的信息转发。

本发明提出基于区域分组的安全信息广播协议(Area-Grouping Based BroadcastProtocol of Safety Message,AGBP)，它的主要目标是在事故节点周围尽可能大的区域内以低延迟、低网络开销、高覆盖率和低转发节点率在多种交通流密度环境中分发信息。本发明提出采用正三角形(equilateral triangle)和正六边形(regular hexagon)两种方法分割平面区域，按照汽车所在的区域给汽车分组，在每一组内有一个中继节点转发信息，其它收到信息的节点不转发。因此实现AGBP广播协议具有两种方法，分别被命名为AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon。

传统城市广播协议为了提高信息分发的效率和可靠性，沿着道路给汽车分组进行广播，但是分组不当仍会造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下降。本发明提出AGBP广播协议，采用正三角形法或正六边形法给中继节点一跳发射所覆盖的区域平均分割，节点按所在的区域分组，正三角形和正六边形顶点为中继节点的最佳位置，每一组内所有的节点根据自己和最佳中继节点位置的距离计算WT，由WT决定每一组内的中继节点并转发信息，因此信息可以同时沿着多个方向多条路转发。由于按区域给汽车分组正确性和中继节点选择的正确，与传统的沿着一条道路转发信息即使在交叉口处可以同时沿着多个方向转发信息的广播协议相比，降低了网络开销、链路时延和转发节点率，提高了覆盖率。

附图说明

图1是正三角法汽车分组示意图，图2是正六边形法汽车分组示意图，图3是按照正三角形转发信息示意图，图4是按照正六边形转发信息示意图，图5是AGBP-Rhexagon和AGBP-Etriangle信息分发的流程图；

图6给出了四个协议在不同交通流密度场景下的覆盖率；

图7给出了所有协议的链路时延的比较曲线图；

图8给出了在车辆密度不同的情况下四个协议的节点转发率对比图；

图9给出的是所有协议的数据包的网络开销对比图；

图10为四个协议中总的网络开销进行比较的分析结果图(总的网络开销，包括hello信标)；

以上附图6至10均为截图，横坐标中的vehicles表示汽车节点个数；附图中的英文含义在说明书中已给出或已具有公知含义。

具体实施方式

采用正多边形无空隙、无重叠地覆盖一个平面区域最佳的形状有正三角形、正方形和正六边形。很容易想到覆盖面积相同的区域采用的正三角形个数最多，正六边形个数最少，正方形的个数则位于二者中间。在具体实施方式部分分别给出采用正三角形和正六边形分割区域给汽车分组。

具体实施方式一：如图1和3所示，本实施方式所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，采用正三角形(equilateral triangle)方法，所述方法的实现过程为：

步骤一、将发生事故的汽车作为第0跳广播的中继节点；

步骤二、以所述中继节点为圆心，将中继节点的一次发射所覆盖的区域平均分成三等份扇形区域；采用正三角形(equilateral triangle)方法分割平面区域；

步骤三、将处于同一扇形区域内的所有汽车划分为一组，共分成三组；

步骤四、中继节点的确定以及信息转发：在每一组内，每个汽车节点计算自已的等待时间WT，选择WT值最小的汽车节点作为第1跳广播的中继节点转发信息，其他汽车节点收到信息后不转发；共选择N个第1跳广播的中继节点；

步骤五、再将所述第1跳广播的N个中继节点作为圆心，重复步骤二至四，选出6个第2跳广播的中继节点、选出9个第3跳广播的中继节点……，直至没有车辆作为中继节点为止。

在步骤二中，关于采用正三角形法进行汽车分组，具体描述如下：

1、正三角法分割平面区域

我们为转发信息的中继节点建立平面直角坐标系，以一个中继节点为例，如图1所示，坐标原点O(x,y)为中继节点，圆的半径为无线传输半径250米，两条直线OL₁、OL₂、x轴的负半轴把圆分成了三等份，每一份的角度为角度 因此中继节点的一次发射所覆盖的区域被平均分成了三份，这三个区域里所覆盖的汽车分别被定义为三个汽车组，按照逆时针顺序，角度α所在的区域里面的汽车被命名为第一组，β所在的区域里的汽车为第二组，角度γ所在的区域里的汽车为第三组。三个角度α，β，γ角平分线为OA,OB,OC，A,B,C三个点构成了一个正三角形，坐标分别为A(x+r,y),这三个点为下一跳中继节点的最佳位置，如果恰好有汽车节点在这三个位置上，那么这三个节点被定义为下一跳的中继节点。中继节点的确定将在下文中详细给出。

2、每一个汽车节点自己确定所属的汽车组

中继节点一跳覆盖范围内所有的节点该如何判断自己属于哪一个组，我们首先给出三等分平面区域的两条直线的点斜式方程,

直线OL₁的方程为：

$Y-y=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(1\right)$

直线OL₂的方程为：

$Y-y=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(2\right)$

x轴的直线方程为：y＝0       (3)

定义1第一组的汽车节点的集合为S₁，任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(4\right)$

则汽车节点N₁∈S₁。

定义2第二组的汽车节点的集合为S₂,任意汽车节点N₂(x₂,y₂)，如果满足条件：

(y₂-y)>0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(5\right)$

则汽车节点N₂∈S₂。

定义3第三组的汽车节点的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃)，如果满足条件：

(y₃-y)≤0且 $(y_3-y)<-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(6\right)$

则汽车节点N₃∈S₃。

根据上述三个定义，任意一个汽车节点可以判断自己属于哪一个汽车组。

步骤四实现过程的具体描述：

按照AGBP分发信息,信息可以同时沿着不同的方向和不同的道路转发,提高信息分发率。

AGBP-Etriangle中继节点选择及信息分发：

AGBP-Etriangle规定中继节点直接广播数据包给其邻居节点，数据包里面包含位置信息，当邻居节点收到了数据包后，根据中继节点的位置计算下一跳中继节点的最佳位置即A,B,C三个点的坐标，并根据上述三个定义判断自己属于中继节点一次覆盖范围内的哪一个汽车组(S₁,S₂,S₃)，然后每个组内的所有节点分别计算和自己所在区域内的最佳中继节点的位置的距离，并根据等待转发信息时延公式(21)计算WT，得到WT值后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个转发信息的汽车被定义为该组的中继节点，这表明WT值最小，则最先转发信息。其它收到该中继节点转发的信息的汽车不再转发信息，这样保证了每一组汽车的集合内只有一个中继节点转发信息，因此限制中继点数量。

依据WT公式，WT值越小的节点，该节点的位置越趋近于该区域内最佳的中继节点的位置。如果WT为零，表明该节点和最佳位置的距离为零，这说明最佳的位置上正好有汽车节点，这也支持了“正三角形法分割平面区域”中的结论，正三角形三个顶点位置上的节点是最佳的中继节点。

图3正三角形的三个顶点位置上恰好都有中继节点的特例，给出了中继节点向周围的相关区域转发信息的方法。由于篇幅所限，本发明只给出了信息按照正三角形向相关区域转发三次的图示，在继续向外转发信息是同样的规则。本发明中把信息每向外转发一次定义为一跳，图中给出了转发三跳(1,2,3跳),本发明定义第0跳为信息在源中继节点处，第1跳的中继节点为信息经过一跳向外转发需要的中继节点，第2跳的中继节点为信息经过两跳转发需要的中继节点，第3跳选出的中继节点为数据信息经过三跳转发需要的中继节点，以此类推，事故信息就可以这样通过每一跳选出的中继节点向事故节点周围扩散到很远，直到没有车辆做中继节点为止。

从图3中可看出，如果信息每一跳向外转发所选择的中继节点恰好都是正三角形的三个顶点，那么每一跳能够选出新的中继节点个数遵循以下规律：

第0跳：1个中继节点；

第1跳：3个中继节点；

第2跳：6个中继节点；

第3跳：9个中继节点；

......；

第n跳：3n个中继节点。

因此，信息每向外转发一次，每一跳的中继节点的个数和跳数之间的关系为3n，其中n为跳数，如图3所示。这样限制了中继节点个数。

AGBP-Etriangle规定已经转发过信息的中继节点再接收到同一条信息副本则不再转发，这样规定限制了信息重传冗余，从而降低了信息碰撞的机会，提高数据信息传输的可靠性和实时性。

通过正三角形的规则向外扩散信息每一跳选出来的中继节点为3n个，三个最佳的节点构成的一个三角形也是正三角形。如果有一个中继节点不在最佳的位置上，那么每一组内按照WT值最小法确定的中继节点构成的三角形不是正三角形，而是一般的三角形，那么每一跳选择的中继节点也是3n个，即使这样也可以保证信息同时向三个不同的方向转发。最后，如果某一组或某两组内没有汽车节点，只要有一组内有汽车，信息也可以向外转发，这时信息的转发的中继节点不再遵循3n这个规律，而是少于3n，所以每一跳选择3n个节点转发信息是中继节点最多的情况。当然，本发明的信息分发不规定每一跳必须有3n个节点才能转发。按照正三角形向外转发信息只是恰巧在最佳的三个位置上都有中继节点的特例，采用正三角形法只是给汽车分组。信息转发遵循流程图5。

具体实施方式二：如图2和4所示，本实施方式所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，采用正六边形(regular hexagon)方法，所述方法的实现过程为：

步骤一、将发生事故的汽车作为第0跳广播的中继节点；

步骤二、以所述中继节点为圆心，将中继节点的一次发射所覆盖的区域平均分成六等份扇形区域；采用正六边形(equilateral triangle)方法分割平面区域；

步骤三、将处于同一扇形区域内的所有汽车划分为一组，共分成三组；

步骤四、中继节点的确定以及信息转发：在每一组内，每个汽车节点计算自已的等待时间WT，选择WT值最小的汽车节点作为第1跳广播的中继节点转发信息，其他汽车节点收到信息后不转发；共选择N个第1跳广播的中继节点；

步骤五、再将所述第1跳广播的N个中继节点作为圆心，重复步骤二至四，选出6个第2跳广播的中继节点、选出9个第3跳广播的中继节点……，直至没有车辆作为中继节点为止。

在步骤二中，关于采用正三角形法进行汽车分组，具体描述如下：

1、正六边形法分割平面区域

如图2所示，为一个中继节点的一次发射覆盖的区域建立直角坐标系，坐标原点O(x,y)为中继节点，圆的半径为无线传输半径250米，图中直线L1，L2和y轴把中继节点一次发射信息所覆盖的区域平均分成了六份，按照逆时针顺序，角度分别为因此按照节点的位置所在的区域给节点分成相应的6组，其中α角度所在的区域里的汽车被命名为第一组，β所在区域里的汽车为第二组，γ区域里的汽车第三组，θ区域里的汽车为第四组，φ区域里的汽车为第五组，ψ区域里汽车为第六组。这六个角度的角平分线分别为OA,OB,OC,OD,OE,OF，因此，六个点构成了一个正六边形，如果在这六个点的位置恰好有汽车节点，那么这六个汽车节点为下一跳的中继节点，因此这六个位置为中继节点的最佳位置。下文详细给出中继节点的选择。

2、每个汽车确定自己所属的汽车组

首先给出两条直线L₁和L₂的点斜式直线方程和y轴方程：

$L_1:(Y-y)=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(7\right)$

$L_2:(Y-y)=-(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(8\right)$

y轴:x＝0        (9)

定义1第一组的节点集合为S₁,对于任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(10\right)$

则节点N₁∈S₁。

定义2第二组的汽车集合为S₂,任意节点N₂(x₂,y₂),如果满足条件：

(x₂-x)>0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(11\right)$

则N₂∈S₂。

定义3第三组汽车的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃),如果满足条件：

(x₃-x)≤0且 $(y_3-y)>-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(12\right)$

则汽车节点N₃∈S₃。

定义4第四组汽车的集合为S₄,任意汽车节点N₄(x₄,y₄),如果满足条件：

$(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}<(y_4-y)\&le;-(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(13\right)$

则N₄∈S₄。

定义5第五组汽车的集合为S₅，任意汽车节点N₅(x₅,y₅),如果满足条件：

$(y_5-y)\&le;(x_5-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}$ 且(x₅-x)<0    (14)

则N₅∈S₅。

定义6令第六组汽车的集合为S₆，任意汽车节点N₆(x₆,y₆),如果满足条件

(x₆-x)≥0且 $(y_6-y)<-(x_6-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(15\right)$

则N₆∈S₆。

由这几个定义,中继节点一跳所覆盖的范围内的所有节点根据自己的位置可以确定自己属于哪个节点组。

步骤四的具体实现过程为：

AGBP-Rhexagon中继节点选择及信息分发：在AGBP-Rhexagon中，中继节点直接广播数据包，在其一跳范围内的所有邻居节点收到数据包后，根据数据包里的中继节点的位置信息计算下一跳中继节点的最佳位置的坐标(A,B,C,D,E,F六个点)，并根据上节中判断自己所属区域的六个定义，确定自己应该属于哪一个汽车组(S1,S2,S3,S4,S5,S6),每个组里的所有汽车节点分别计算和自己所属的域内最佳中继节点位置的距离，然后根据WT公式计算等待转发信息的时间，得到WT值之后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个重播信息的汽车节点被定义为该组汽车的中继节点，其它收到同样信息副本的汽车节点不再转发。确保每一组汽车内只有一个中继节点转发信息，因此限制了中继点个数，减少信息转发过程中的碰撞，减少信息因碰撞丢失。

如果恰好有汽车节点在六个最佳的中继节点的位置上，那么这六个节点构成了正六边形，图4给出了每一跳都按照正六边形的规则选择中继节点并且向外转发信息，由于篇幅所限，图4中只给出了数据信息从源节点向周围转发3跳(1,2,3)的图示，在继续向外转发信息是同样的规则。本发明把源节点被定义为信息的第0跳的中继节点。有趣的是我们发现如果每一跳都按照正六边形转发信息，每一跳选出的中继节点个数和跳数之间有一定的规律，如图4所示，

第0跳：1个中继节点；

第1跳：6个中继节点；

第2跳：12个中继节点；

第3跳：18个中继节点；

......；

第n跳：6n个中继节点。

因此，信息每向外转发一次，每一跳的中继节点的个数和跳数之间的关系为6n,n为跳数。本发明规定已经转发过信息的中继节点收到同样的数据信息副本时不再转发，这样限制的了中继节点的个数，从而限制了信息重传的次数，抑制信息冗余。

图4给出的每一跳按照正六边形转发信息是一个特例。这种情况S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆是在六个组内的中继节点都在最佳的中继节点的位置上，也就是每一个中继节点转发信息的等待时延WT值均为零。但是本发明规定信息转发并不是每一跳都按照正六边形向外转发信息。比如下边两种情况，(1)如果有一个节点不再最佳中继节点的位置上，即使在S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆六个组都有中继节点，那么他们构成的六边形不再是正六边形，而是一般的六边形，但是每一跳的中继节点的个数仍然是6n，还会满足上述的规律，每一跳的信息则由这六个节点向外转发。(2)这六个组内可能有一组或者几组内没有汽车，那么信息转发由其它组内的中继节点转发，这种情况每一跳的中继节点的个数和跳数之间的关系则不是6n，而是小于6n。本发明并未规定在AGBP-Rhexagon中信息一定按照正六边形向外转发，按照正六边形转发只是一个特例。本发明只是按照正六边形给中继节点一跳无线发射范围所能覆盖到的汽车分组。信息转发遵循流程图5。

AGBP-Rhexagon和AGBP-Etriangle信息分发的流程图如图5所示。

对于覆盖面积相同的域，采用正六边形个数比正三角形个数少。由于正六边形相邻区域的中心间隔大，所以对于覆盖相同的区域，采用正六边形的个数比正三角形的个数少。定理1一个区域的面积为S，完全覆盖这个区域需要m个正六边形，需要n个正三角形，则m<n。

证明：如图1示，等边三角形三边长为AC,AB,BC。

$\mathrm{AC}=2\&CenterDot;r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{6}=\sqrt{3}\&CenterDot;r---\left(16\right)$

采用(17)式计算单个正三角形的面积S₃，

$S_3=\frac{1}{2}\&CenterDot;\mathrm{AB}\&CenterDot;\mathrm{AC}\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}=\frac{3\sqrt{3}}{4}\&CenterDot;r^2---\left(17\right)$

单个正六边形的面积S₆计算如下，

$S_6=6\&CenterDot;\frac{1}{2}\&CenterDot;r^2\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}=\frac{3\sqrt{3}}{2}{r}^2---\left(18\right)$

覆盖同一个区域S所用正六边形和正三角形个数比值计算方法为：

$S=m\&CenterDot;S_6=n\&CenterDot;S_3=m\&CenterDot;\frac{3\sqrt{3}}{2}\&CenterDot;r^2=n\&CenterDot;\frac{3\sqrt{3}}{4}\&CenterDot;r^2---\left(19\right)$

则： $\frac{m}{n}=\frac{1}{2}---\left(20\right)$

由此看来采用正六边形覆盖同样的区域的面积所用的个数是正三角形个数的一半。

虽然从图4中看出，当最佳中继节点位置上恰巧都有中继节点时，使用正六边形法每一跳选出的中继节点比图3中正三角形法选出的中继节点多，但是因为覆盖同样的区域使用的正六边形的个数少，所以对于信息覆盖同一个区域来说，使用正六边形法给汽车分组和使用正三角形法给汽车分组并不意味着在信息转发过程中前者选出的中继节点个数会比后者的多。

具体实施方式一和二中的节点转发信息等待时延WT的计算方法如下：

AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon采用WT公式计算信息转发的等待时延，邻居节点收到上一跳中继节点广播的数据包后，每个节点分别计算和自己所属区域范围内下一跳最佳中继节点位置的距离dis，然后采用公式(21)计算自己的WT。

$\mathrm{WT}={\mathrm{WT}}_{\max }\&CenterDot;(1-e^{-\frac{\mathrm{dis}}{r}})---\left(21\right)$

WT_max为最大等待时间，本发明设置为100ms[27]。如果节点在最佳的位置上，那么dis的值为零，最佳位置上的节点为最理想的下一跳中继节点,WT值为零。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

对本发明方法进行性能分析：

1、模拟场景和参数的设置

为了分析AGBP协议的性能，我们采用NS2模拟器进行模拟实验。本发明采用1600*1600m²的网格区域，其中每个小街区200*200m²。采用VanetMobiSim[28]产生车辆的真实轨迹，移动性模式根据TSIS-CORSIM证明是有效的。VanetMobiSim在宏观和微观两个层面特征都是实际的汽车移动模型，并且支持交通灯，换道和速度变化规则。在模拟器中路宽设置为10米，4车道，双向车流，车速为5～20m/s,加速因子为2m/s²，加速因子为4m/s²,车辆数目从200辆～600辆变化，每50辆增加直至600辆，车辆密度由低到高的变化，采用多种交通密度来测试本发明提出的广播协议，从而证明AGBP广播协议适应用于各种城市交通密度场景的变化。VANETMobiSim运行200s获得车辆轨迹文件。在NS2中的模拟时间为200s，源节点在第100s时刻广播了一次事故信息。

IEEE802.11p标准里Veins 2.0网络模型已经定义了链路层和物理层[29]，我们为广播协议设置了3Mbps的位速率,我们设置信息包的大小为1k，其中包含<源节点的ID号，数据包的ID号，车辆位置Pos>。

本发明采用10次实验的数据对覆盖率、链路时延、网络开销和转发节点率四个特性分析，进而观察AGBP的性能。覆盖率，是在模拟区域内收到数据包汽车数量的百分数。时延是指一个数据包从源节点到目的节点所用的时间。这个特性测量数据传输的高效性。网络开销，在模拟期间每个汽车接收到的数据包的数量为网络开销。这个特性用来测量网络的可扩展性。转发节点率是指网络中重播来自源节点的汽车的比例。最后，我们把AGBP协议和文献[26]提出的IRA紧急信息广播机制以及泛洪(flooding)协议进行分析比较。

2、模拟结果

图6给出了四个协议在不同交通流密度场景下的覆盖率。随着汽车数量由低到高的变化，四个协议的覆盖率总体呈上升趋势，这是合理的，因为随着车辆增多，交通流变密，网络的连接性越来越好，所以接收到数据包的汽车数量会增加。从图6中清楚地看出，IRA的覆盖率比AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon低，但是比flooding高，IRA的覆盖率比flooding协议的覆盖率平均高3.9％，这主要是因为泛洪协议中，收到数据信息包的所有的车辆都转发，这样会导致数据包碰撞丢失，因此有的车辆收不到数据包，所以覆盖率降低。而IRA的覆盖率比AGBP-Etriangle平均低0.08％、比AGBP-Rhexagon的覆盖率平均低0.07％，这是因为采用正三角形和正六角形法按照汽车所在的区域给汽车分组，当建筑物阻挡不了无线信号时，AGBP可以沿着不同的道路不同的方向可以选择中继节点，信息可以同时沿着不同的方向不同的道路向一个区域转发，减少了信息碰撞，所以接收到数据包的汽车数量多，所以覆盖率比IRA和flooding协议高。覆盖率高意味着AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon选择的中继节点的策略比IRA好，并且对于不同的交通密度具有较高的容忍性。

图7给出了所有协议的链路时延的比较。flooding协议的链路时延最小，这是因为flooding协议中接收到数据信息包的所有车辆全部转发信息，信息很快转发到了模拟区域内最远的节点，IRA的链路时延比flooding的链路时延平均高309％，IRA比AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon的链路时延都高,比AGBP-Etriangle平均高18％，比AGBP-Rhexagon链路时延平均高20％，这是因为IRA需要维护邻居列表，并且使用邻居列表来识别交叉口，所以浪费时间多，与IRA不同的是AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon不使用邻居列表、不用识别交叉口，而是采用正三角形和正六角形法给车辆分组，然后由WT决定每一组内的中继节点的策略转发信息，信息可以同时沿着不同方向和不同的道路向事故节点周围扩散，所以浪费的时间少，链路时延低。低的链路时延说明AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon数据传播效率比IRA的高。

图8给出了在车辆密度不同的情况下四个协议的节点转发率。从图中看出IRA的转发节点率比AGBP-Etriangle高，比flooding协议的低，比AGBP-Rhexagon的低。IRA的转发节点率比AGBP-Etriangle的平均高0.4％，比AGBP-Rhexagon的平均低0.2％，比flooding协议的转发节点率平均低39％。简单的泛洪协议的转发节点率最高，这是因为简单的泛洪协议中收到数据信息的汽车全部参与转发，所以转发节点率高。IRA转发节点率比AGBP-Etriangle的高，因为IRA在道路的交叉口处，除了信息来的方向，其它三个方向都会选择中继节点，而且在同一条道路上因为信息双向传输所以需要双向选择中继节点，而AGBP-Etriangle采用正三角形法给汽车分组后，在每一组内选择中继节点，每一跳的中继节点最多为3n，而且可以在不同的道路和不同方向选择中继节点，所以对于同一模拟区域而言，显然AGBP-Etriangle转发节点率低。IRA的转发节点率比AGBP-Rhexagon转发节点率低，这是因为对于覆盖同一个模拟区域来说，正六边形法给汽车分组后，选择中继节点，可以在不同方向和不同道路的选择中继节点，但是每一跳选出来的中继节点个数最多为6n，所以总的转发节点率高，但是IRA比AGBP-Rhexagon只低0.2％。

图9给出的是所有协议的数据包的网络开销，从图中能够可看出,AGBP-Etriangle、AGBP-Rhexagon和flooding协议的数据包的网络开销比IRA低，这是因为AGBP协议中采用正三角形和正六边形法给汽车分组，每一组内由WT确定中继节点的策略减少了转发节点的个数，减少了信息重传次数。而flooding协议中所有接收到的信息的汽车节点全部参与转发，信息碰撞的机会多，这样会导致部分数据包丢失，所以flooding协议中每辆汽车接收到的数据包少。从图中可看出IRA的数据包的网络开销比AGBP-Etriangle的平均高12％，比AGBP-Rhexagon平均高11％，比flooding的平均高62％，这表明它的中继节点选择的策略不如AGBP的好，导致数据包传输的次数增多。从图中可看出AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon数据包的网络开销随着节点密度的增加而轻微的增加，这说明AGBP广播协议具有很好的扩展性。

最后本发明把四个协议中总的网络开销进行比较并给出了图10的分析结果。因为IRA协议中采用hello信标维护邻居链表，所以总的网络开销应该包含hello信标这部分开销。而本发明提出的AGBP-Etriangle、AGBP-Rhexagon和flooding三个协议中不使用hello信标，所以这三个协议的总的网络开销实际上是图9中给出的数据包的网络开销。从图10中可看出IRA的总的网络开销比其它三个协议的高很多。IRA总的网络开销比AGBP-Etriangle总的网络开销平均高17264％、比AGBP-Rhexagon总的网络开销平均高17118％、比flooding总网络开销平均高24449％。所以本发明提出AGBP-Etriangle和AGBP-Rhexagon不使用hello信标，不用维护邻居列表记录邻居信息，这大大地降低了网络开销。

通过以上阐述，得出如下结论：

本发明提出AGBP广播协议实现了安全信息面向转发节点周围高效地分发，本协议中采用正三角形法和正六边形法给汽车分组,在每一组内通过WT决定下一跳的中继节点。这种按照区域给汽车分组的方法，当无线信号能够同时覆盖几个街道是时，使得中继节点可以沿着不同的方向、不同的道路选择，不用考虑汽车的行驶方向、汽车的速度、信息的传输方向、以及中继节点和广播节点之间的距离、道路交叉口等因素，这样选择中继节点限制了中继节点的个数，也会降低在密集型场景下的信息冗余，能够使信息在事故节点周围同时沿着不同的方向和不同的道路尽快扩散，与目前只沿着一条道路转发信息的广播协议相比，即使在道路交叉口可以沿着不同的道路转发，有效地提高了信息转发的效率、降低了链路时延，使该协议具有较好的覆盖率。

AGBP广播协议不使用周期性信标，不用维护邻居列表来识别道路交叉口，所以大大地降低了网络开销。总之，AGBP广播协议与IRA相比具有较好的覆盖率、低延迟、低转发节点率和较高的覆盖率。

本发明所引用的参考文献如下：

[1]Mohammad,S.,Rasheed,A.,&Qayyum,A..VANET architectures and protocolstacks:A survey.In Communication technologies for vehicles,volume 6596 oflecture notes in computer science,Berlin,Heidelberg:Springer.2011.95–105

[2]A.Boukerche,Algorithms and Protocols for Wireless and Mobile Ad Hoc Networks.Wiley-IEEE Press,2008.

[3]S.Ni,Y.Tseng,Y.Chen,and J.Sheu,“The Broadcast Storm Problem in a MobileAd Hoc Network,”Proc.ACM MOBICOM,Seattle,WA,pp.151-162,Aug.1999.

[4]G.Korkmaz et al.,“Urban multihop Broadcast Protocol for Inter-VehicleCommunication Systems,”Proc.ACM VANET,Philadelphia,PA,Oct.2004.

[5]N.Wisitpongphan et al.,“Broadcast Storm Mitigation Techniques in VehicularAd Hoc Networks,”IEEE Wireless Commun.,vol.14(6),pp.84–94,Dec.2007.

[6]M.Sun,W.Feng,T.Lai,K.Yamada,H.Okada,K.Fujimura,“GPS-Based MessageBroadcasting for Inter-vehicle Communica-tion,”Proceedings of the 2000International Conference on Parallel Processing,2000.

[7]Peiyuan Lai；Xinhong Wang；Ning Lu；Fuqiang Liu；“A Reliable Broadcast RoutingScheme Based on Mobility Prediction for VANET,”Intelligent Vehicles Symposium,2009.

[8]Khakbaz,S.,Fathy,M.,“A Reliable Broadcast Method for Vehicular Ad hocNetworks Considering Fragmentation and Intersection Problems,”；NextGeneration Mobile Applications,Services and Technologies,2008.NGMAST'08.

[9]L.-C.Tung and M.Gerla,“An efficient road-based directional broadcastprotocol for urban vanets[C],”in Vehicular Networking Conference(VNC),2010IEEE,Dec 2010,pp.9–16.

[10]B.Willisams and T.Camp.Comparison of broadcasting techniques for mobile adhoc networks.In ACM MobiHoc,pp.194-205,2002.

[11]F.Li and Y.Wang,“Routing in vehicular ad hoc networks:A survey,”VehicularTechnol-ogy Magazine,Vol.2,Issue 2,pp.12-22,June 2007.

[12]Wai Chen,Ratul K.Guha,Taek Jin Kwon,John Lee and Yuan-Ying Hsu.“A surveyand challenges in routing and data dissemination in vehicular ad hoc networks,”Emerging Techniques for Wireless Vehicular Communications Vol.11,Issue 7,pages 787–795,July 2011.

[13]Mohammad S,Rasheed A,Qayyum A.“VANET architectures and protocol stacks:A survey.In Communication technologies for vehicles,”volume 6596 of lecturenotes in computer science,pp.95-105.2011.Berlin,Heidelberg:Springer.

[14]L.Briesemeister,L.Schafers,and Gunter Hommel,“Disseminating messagesamong highly mobile hosts based on inter-vehicle communication,”Proceedingsof IEEE Intelligent Vehicles Symposium,pp.522-527,October 2000.

[15]J.Zhao and G.Cao.“VADD:Vehicle-Assisted Data Delivery in Vehicular AdHoc Networks,”Proceedings of IEEE International Conference on ComputerCommunications(INFOCOM'06),Apr.2006.

[16]S.Jain,K.Fall,R.Patra,“Routing in a delay tolerant network,”In:Proceedings of the 2004 Conference on Applications,Technologies,Architectures and Protocols for Computer Communications,ACM,New York,NY,USA,2004,pp.145-158.

[17]C.M.Huang,K.c.Lan,C.Z.Tsai,“A survey of opportunistic networks,”In:22ndInternational Conference on Advanced Information Networking and Appplication-Workshops(aina workshops 2008),IEEE,2008,pp.1672-1677.

[18]O.K.Tonguz,N.Wisitpongphan,and F.Bai,“DV-CAST:a distributed vehicularbroadcast protocol for vehicular ad hoc networks,”IEEE WirelessCommunications,vol.17,no.2,pp.47-56,2010.

[19]R.S.Schwartz,R.R.R.Barbosa,N.Meratnia,G.Heijenk,and H.Scholten,“A directional data dissemination protocol for vehicular environments,”Computer Communications,vol.34,no.17,pp.2057-2071,2011.

[20]J.Zhao,Y.Zhang,and G.Cao,“Data Pouring and Buffering on The Road:ANew Data Dissemination Paradigm for Vehicular Ad Hoc Networks,”IEEETransactions on Vehicular Technology,vol.56,no.6,pp.3266-3277,2007.

[21]W.Viriyasitavat,O.Tonguz,and F.Bai,“UV-CAST:an urban vehicularbroadcast protocol,”IEEE Communications Magazine,vol.49,no.11,pp.116-124,2011.

[22]c.-w.Yi,Y.-T.Chuang,H.-H.Yeh,Y.-C.Tseng,and P.-c.Liu,"Streetcast:An Urban Broadcast Protocol for Vehicular Ad-Hoc Networks,"in IEEE VehicularTechnology Conference(VTC'10),2010,pp.1-5.

[23]Fracchia R,Meo M.Analysis and design of warning delivery service ininter-vehicular networks.IEEE Trans.on MobileComputing,2008,7(7):832-845.

[24]Yu QY,Heijenk G.Abiding geocast for warning message dissemination invehicular ad hoc networks.In:Proc.of the IEEE Int’l Conf.on CommunicationsWorkshops.New York:IEEE Press,2008.400-404.

[25]YaoTsung Yang,LiDer Chou.Position-based adaptive broadcast forinter-vehicle communications.In:Proceedings of the IEEE InternationalConference on Communications(ICC’08).Beijing,China.2008:19-23.

[26]K.Lee,K.Cho,J.Kim,J.Yun,G.Seong and K.Han.“An Efficient PropagationMethod for Emergency Messages in Urban VANETs,”in Proceedings of the 13thInternational Conference,NEW2AN 2013 and 6th Conference,ruSMART 2013,St.Petersburg,Russia,Vol.8121,pp.397-406.August,2013.

[27]ITS Standards Fact Sheets,IEEE1609-Family of Standards for Wireless Accessin Vehicular Enviroments(WAVE).

[28]J.Harri,F.Filali,C.Bonnet,and M.Fiore,“VanetMobiSim:Generatingrealistic mobility patterns for VANETs,”in Proceedings of the 3rdInternational Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks,ser.VANET’06.New York,NY,USA:ACM,2006,pp.96–97.

[29]D.Jiang and L.Delgrossi,“Ieee 802.11p:Towards an international standardfor wireless access in vehicular environments,”in Vehicular TechnologyConference,2008.VTC Spring 2008.IEEE,May 2008,pp.2036–2040.

Claims (7)

1.一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：

步骤一、将发生事故的汽车作为第0跳广播的中继节点；

步骤二、以所述中继节点为圆心，将中继节点的一次发射所覆盖的区域平均分成N等份扇形区域；

步骤三、将处于同一扇形区域内的所有汽车划分为一组，共分成N组；N为大于或等于3的自然数；

步骤四、中继节点的确定以及信息转发：在每一组内，每个汽车节点计算自已的等待时间WT，选择WT值最小的汽车节点作为第1跳广播的中继节点转发信息，其他汽车节点收到信息后不转发；共选择N个第1跳广播的中继节点；

步骤五、再将所述第1跳广播的N个中继节点作为圆心，重复步骤二至四，选出2N个第2跳广播的中继节点、选出3N个第3跳广播的中继节点……，直至没有车辆作为中继节点为止。

2.根据权利要求1所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

在步骤二中，N取值为三，采用正三角形分割方法来分割每个中继节点一次发射所覆盖的平面区域。

3.根据权利要求1所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

在步骤二中，N取值为六，采用正六边形分割方法来分割每个中继节点一次发射所覆盖的平面区域。

4.根据权利要求2所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

采用正三角形分割方法的具体过程为：

步骤1、正三角法分割平面区域

以中继节点为坐标原点O(x,y)为转发信息的中继节点建立平面直角坐标系，x轴方向为纬度方向，y轴方向为经度方向，以所述中继节点为圆心，中继节点的一次发射所覆盖的半径为无线传输半径250米，两条射线OL₁、OL₂、x轴的负半轴把圆分成了三等份形成三个区域，每个扇形区域的角度均为角度分别为将三个区域里所覆盖的汽车分别被定义为三个汽车组，按照逆时针顺序，角度α所在的区域里面的汽车被命名为第一组，β所在的区域里的汽车为第二组，角度γ所在的区域里的汽车为第三组；三个角度α，β，γ角平分线为OA,OB,OC，A,B,C三个点构成了一个正三角形，坐标分别为 $A(x+r,y),B(x-r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y+r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),C(x-r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y-r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),$ 三个点为下一跳中继节点的最佳位置，如果恰好有汽车节点在这三个位置上，那么这三个节点被定义为下一跳的中继节点；

步骤2、判断每一个汽车节点自己确定所属的汽车组

首先给出三等分平面区域的两条直线的点斜式方程,

直线OL₁的方程为：

$Y-y=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(1\right)$

直线OL₂的方程为：

$Y-y=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(2\right)$

x轴的直线方程为：y＝0          (3)

定义1第一组的汽车节点的集合为S₁，任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(4\right)$

则汽车节点N₁∈S₁；

定义2第二组的汽车节点的集合为S₂,任意汽车节点N₂(x₂,y₂)，如果满足条件：

(y₂-y)>0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(5\right)$

则汽车节点N₂∈S₂；

定义3第三组的汽车节点的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃)，如果满足条件：

(y₃-y)≤0且 $(y_3-y)<-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}---\left(6\right)$

则汽车节点N₃∈S₃；

任意一个汽车节点根据上述三个定义判断属于哪一个汽车组。

5.根据权利要求3所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

采用正六边形分割方法的具体过程为：

步骤1、正六边形法分割平面区域

以中继节点为坐标原点O(x,y)为转发信息的中继节点建立平面直角坐标系，x轴方向为纬度方向，y轴方向为经度方向，以所述中继节点为圆心，中继节点的一次发射所覆盖的半径为无线传输半径250米，直线L₁，L₂和y轴把中继节点一次发射信息所覆盖的区域平均分成了六份，按照逆时针顺序，角度分别为 $\mathrm{\&alpha;}\&Element;[-\frac{\mathrm{\&pi;}}{3},\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),\mathrm{\&beta;}\&Element;[\frac{\mathrm{\&pi;}}{3},\frac{\mathrm{\&pi;}}{2})\mathrm{\&gamma;}\&Element;[\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3}),\mathrm{\&theta;}\&Element;[\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3},\frac{4\mathrm{\&pi;}}{3}),\mathrm{\&phi;}\&Element;[\frac{4\mathrm{\&pi;}}{3},\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}),\mathrm{\&psi;}\&Element;[\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2},\frac{5\mathrm{\&pi;}}{3}),$ 因此按照节点的位置所在的区域给节点分成相应的6组，其中α角度所在的扇形区域里的汽车被命名为第一组，β所在区域里的汽车为第二组，γ区域里的汽车第三组，θ区域里的汽车为第四组，φ区域里的汽车为第五组，ψ区域里汽车为第六组；

所述六个角度的角平分线分别为OA,OB,OC,OD,OE,OF，六个点 $A(x+r,y),B(x+r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y+r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),C(x-r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y+r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),D(x-r,y),E(x-r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y-r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),F(x+r\&CenterDot;\cos \frac{\mathrm{\&pi;}}{3},y-r\&CenterDot;\sin \frac{\mathrm{\&pi;}}{3}),$ 构成了一个正六边形，如果在这六个点的位置恰好有汽车节点，那么这六个汽车节点为下一跳的中继节点，所述六个位置为中继节点的最佳位置；

步骤2、每个汽车确定自己所属的汽车组

首先给出两条直线L₁和L₂的点斜式直线方程和y轴方程：

$L_1:(Y-y)=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(7\right)$

$L_2:(Y-y)=(X-x)\&CenterDot;\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(8\right)$

y轴:x＝0             (9)

定义1第一组的节点集合为S₁,对于任意汽车节点N₁(x₁,y₁),如果满足条件：

$-(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}\&le;(y_1-y)<(x_1-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(10\right)$

则节点N₁∈S₁；

定义2第二组的汽车集合为S₂,任意节点N₂(x₂,y₂),如果满足条件：

(x₂-x)>0且 $(y_2-y)\&GreaterEqual;(x_2-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(11\right)$

则N₂∈S₂；

定义3第三组汽车的集合为S₃,任意汽车节点N₃(x₃,y₃),如果满足条件：

(x₃-x)≤0且 $(y_3-y)>-(x_3-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(12\right)$

则汽车节点N₃∈S₃；

定义4第四组汽车的集合为S₄,任意汽车节点N₄(x₄,y₄),如果满足条件：

$(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}<(y_4-y)\&le;(x_4-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(13\right)$

则N₄∈S₄；

定义5第五组汽车的集合为S₅，任意汽车节点N₅(x₅,y₅),如果满足条件：

$(y_5-y)\&le;(x_5-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}$ 且(x₅-x)<0      (14)

则N₅∈S₅；

定义6令第六组汽车的集合为S₆，任意汽车节点N₆(x₆,y₆),如果满足条件

(x₆-x)≥0且 $(y_6-y)<-(x_6-x)\mathrm{tg}\frac{\mathrm{\&pi;}}{6}---\left(15\right)$

则N₆∈S₆；

由上述定义,中继节点一跳所覆盖的范围内的所有节点根据其位置可以确定自己属于哪个节点组。

6.根据权利要求4所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

在步骤四中，中继节点的确定以及信息转发的具体过程为：

当邻居节点收到了数据包后，根据中继节点的位置计算下一跳中继节点的最佳位置即A,B,C三个点的坐标，并根据上述三个定义判断自己属于中继节点一次覆盖范围内的哪一个汽车组(S₁,S₂,S₃)，然后每个组内的所有节点分别计算和自己所在区域内的最佳中继节点的位置的距离，并根据等待转发信息时延公式(21)计算WT，得到WT值后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个转发信息的汽车被定义为该组的中继节点，这表明WT值最小，则最先转发信息；其它收到该中继节点转发的信息的汽车不再转发信息；

WT公式为： $\mathrm{WT}={\mathrm{WT}}_{\max }\&CenterDot;\left({1-e}^{-\frac{\mathrm{dis}}{r}}\right)---\left(21\right)$

式中：dis为每个节点和其所属区域范围内下一跳最佳中继节点位置的距离，r为中继节点的覆盖的半径，e为常数，WT_max为最大等待时间，如果节点在最佳的位置上，那么dis的值为零，最佳位置上的节点为最理想的下一跳中继节点,WT值为零。

7.根据权利要求5所述的一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，其特征在于：

在步骤四中，中继节点的确定以及信息转发的具体过程为：

中继节点直接广播数据包，在其一跳范围内的所有邻居节点收到数据包后，根据数据包里的中继节点的位置信息计算下一跳中继节点的最佳位置的坐标(A,B,C,D,E,F六个点)，并根据上节中判断自己所属区域的六个定义，确定自己应该属于哪一个汽车组(S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆)，每个组里的所有汽车节点分别计算和自己所属的域内最佳中继节点位置的距离，然后根据WT公式(21)计算等待转发信息的时间，得到WT值之后开始倒计时，当WT截止时，转发信息，第一个重播信息的汽车节点被定义为该组汽车的中继节点，其它收到同样信息副本的汽车节点不再转发。