CN104869601A - 一种下一代车联网的通信实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种下一代车联网的通信实现方法，车联网的节点包括接入路由器、基站和车辆节点三种；接入路由器与下一代互联网的路由骨干网相连，基站与接入路由器相连；与一个接入路由器相连的所有基站所围成的区域称为一个子网，一个基站与一个以上的接入路由器相连，即一个基站属于对应的一个以上的子网；所述车联网被划分为一个以上的子网，一个子网包含一条以上道路以及道路交叉点；每个道路交叉点由一个虚拟节点标识，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，同时保持通信的连续性，缩短路由延迟，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。

Description

一种下一代车联网的通信实现方法
技术领域
本发明涉及一种实现方法，尤其涉及的是一种下一代车联网的通信实现方法。
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通信实现方法，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，提供一种下一代车联网的通信实现方法。
技术方案：本发明公开了一种下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，所述车联网的节点包括接入路由器、基站和车辆节点三种；接入路由器与下一代互联网的路由骨干网相连，基站与接入路由器相连；与一个接入路由器相连的所有基站所围成的区域称为一个子网，一个基站与一个以上的接入路由器相连，即一个基站属于对应的一个以上的子网；所述车联网被划分为一个以上的子网，一个子网包含一条以上道路以及道路交叉点；每个道路交叉点由一个虚拟节点V(xV,yV)来标识，其中，(xV,yV)为虚拟节点V的地理坐标，以虚拟节点V为中心节点，半径为r的区域称为虚拟区域，r为车辆节点的通信半径；位于两个相邻虚拟节点之间的道路称为路段；
车辆节点沿着道路行驶，具有路由和转发功能；路段E1由虚拟节点V1和虚拟节点V2确定，如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，能够与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为连通路段；如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，不能与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为半连通路段；
所述车联网的节点的地址类型包括三类：全局IPv6地址，本地地址和虚拟地址，全局IPv6地址用于实现子网间通信，本地地址用于实现子网内通信，虚拟地址用于路由建立；
车联网的节点的全局IPv6地址由三个部分构成；第一部分为64比特的全局路由前缀，一个子网内的所有基站的全局路由前缀都相同，从该子网获取的地址的全局路由前缀也相同，其值等于该子网内接入路由器的全局路由前缀；第二部分为基站ID，从一个基站获取的地址的基站ID都相同，其值等于该基站的基站ID；第三部分为j比特的车辆节点ID，j的取值范围为[8,48]；每个接入路由器和基站的全局IPv6地址预先设置，接入路由器的基站ID为1，基站的基站ID位于闭区间[2,264-j-1]内，接入路由器和基站的车辆节点ID为0；
当一个车辆节点通过基站进入一个新的子网时，它从该基站获取转交地址，即该基站为该车辆节点分配一个具有全球唯一性的车辆节点ID，然后该车辆节点将分配的车辆节点ID与该基站在新子网的全局路由前缀和基站ID相结合构成在新子网的转交地址；
车联网的节点的本地地址由四个部分构成，第一部分和第二部分分别为虚拟节点的地理横坐标和地理纵坐标；第三部分为基站ID；第四部分为车辆节点ID；
车联网的节点的虚拟地址由三部分构成，第一部分为全局路由前缀，值为0；第二部分和第三部分为虚拟节点或者车辆节点的地理横坐标和地理纵坐标；
车辆节点经过基站进入一个新的子网时，通过该基站获取所在子网的虚拟节点的地理坐标；每个车辆节点保存一个连通路由表和一个半连通路由表；在连通路由表中，一个表项由四个域构成：下一跳域、目的地址域、路径长度以及生存时间；在半连通路由表中，一个表项由三个域构成：连通虚拟节点域、最后车辆节点域以及生存时间；每个表项的生存时间随着时钟自动衰减，当衰减为0时，该表项将被删除；
如果车辆节点X2进入虚拟节点V2的虚拟区域且同时满足条件1和条件2，那么车辆节点X2执行下述步骤101～步骤113来建立路由表项：
条件1：在车辆节点X2的连通路由表中，任何一个表项的下一跳域或者目的地址域都不等于虚拟节点V2；
条件1：在车辆节点X2的半连通路由表中，任何一个表项的连通虚拟节点域都不等于虚拟节点V2；
步骤101：开始；
步骤102：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由建立消息，路由建立消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址；
步骤103：接收到该路由建立消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为虚拟节点V2的虚拟地址，路径长度设置为1，生存时间设置为最大值,该最大值根据路况来决定，例如设置区间为1-10分钟；
步骤104：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点所在的虚拟区域内，如果是，执行步骤105，否则执行步骤106；
步骤105：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己所在虚拟区域的虚拟节点的虚拟地址，执行步骤109；
步骤106：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否为到达虚拟节点V2的最后一跳，如果是，则执行步骤107，否则执行步骤108；
步骤107：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己的虚拟地址，执行步骤109；
步骤108：接收到该路由建立消息的车辆节点将路由建立消息发送到给距离路由建立消息的目的地址最近的下一跳车辆节点，返回执行步骤103；
步骤109：接收到路由响应消息的车辆节点判断该路由响应消息的源地址是否为虚拟节点的虚拟地址，如果是，进行步骤110，否则进行步骤111；
步骤110：接收到路由响应消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为路由响应消息的源地址，路径长度设置为1，时间长度设置为最大值，进行步骤112；
步骤111：接收到路由响应消息的车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，该表项的连通虚拟节点域设置为虚拟节点V2，最后车辆节点域设置为路由响应消息的源地址，生存时间设置为最大值；
步骤112：如果接收到路由响应消息的车辆节点位于虚拟节点V2的虚拟区域内，则进行步骤114，否则执行步骤113；
步骤113：接收到路由响应消息的车辆节点将路由响应消息转发到距离虚拟节点V2最近的下一跳节点，执行步骤109；
步骤114：结束建立路由表项。
通过上述过程，本发明可以建立一个连通的路由，因为确保消息能够通过所建立的路由路径到达目的节点，从而确保了消息传输率，提高了网络通信质量；
车辆节点X2增加新的路由表项后，执行下述操作来更新路由表：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由共享消息，路由共享消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址，路由共享消息负载为车辆节点X2的连通路由表和半连通路由表；
步骤203：接收到该路由共享消息的车辆节点查看路由共享消息中连通路由表中的每一个表项，对于目的地址域或者下一跳域不等于该车辆节点所在路段相连的虚拟节点的每一个表项，该车辆节点在连通路由表中增加一个表项，新增加的表项的目的地址域设置为路由共享消息中相应表项的目的地址域值，下一跳域设置为路由共享消息的源地址，路径长度域设置为路由共享消息中相应表项的路径长度值加1；
步骤204：接收到该路由共享消息的车辆节点对比路由共享消息中的半连通路由表和自己的半连通路由表，对于不包含在车辆节点半连通路由表中的每一个表项，该车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，新增加表项的连通虚拟节点域和最后车辆节点域设置为路由共享消息中相应表项的连通虚拟节点域值和最后车辆节点域值；
步骤205：判断接收到路由共享消息的车辆节点，是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟区域内或者为最后车辆节点，如果是，执行步骤207，否则执行步骤206；
步骤206：接收到路由共享消息的车辆节点将路由共享消息转发到距离目的节点最近的下一跳节点，返回执行步骤203；
步骤207：结束。
通过上述过程，本发明可以在一个子网内实时更新路由信息，确保路由路径具有连通性，确保消息能够通过所更新的路由路径到达目的节点，从而提高消息的传输成功率，进而提高网络通信质量。
本发明所述方法中，当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，车辆节点Z8首先获取车辆节点Z2的地理坐标；
如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断出车辆节点Z8和车辆节点Z2位于一个子网内，车辆节点Z8通过下述子网内路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤301：开始；
步骤302：车辆节点Z8根据车辆节点Z2的地理坐标判断车辆节点Z2所在的路段，然后根据自己的半连通路由表判断车辆节点Z2所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤303，否则执行步骤304；
步骤303：车辆节点Z8从自己的半连通路由表中获取与车辆节点Z2相连的虚拟节点V2的地理坐标，并构建车辆节点Z2的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V2的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V2的地理纵坐标，车辆节点ID为车辆节点Z2的车辆节点ID，执行步骤305；
步骤304：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建车辆节点Z2的本地地址，即本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的目的地址域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为车辆节点Z2的基站ID和车辆节点ID；
步骤305：车辆节点Z8根据自己的地理坐标判断所在的路段，然后根据半连通路由表判断自己所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤306，否则执行步骤307；
步骤306：车辆节点Z8从半连通路由表中获取与自己相连的虚拟节点V8的地理坐标，并构建自己的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V8的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V8的地理纵坐标，车辆节点ID为自己的车辆节点ID，执行步骤308；
步骤307：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建自己的本地地址，本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的下一跳域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为自己的基站ID和车辆节点ID；
步骤308：车辆节点Z8发送数据消息，数据消息的目的地址设置为车辆节点Z2的本地地址，源地址设置为自己的本地地址，数据消息同时加载车辆节点Z2和车辆节点Z8自己的地理坐标；
步骤309：接收到该数据消息的车辆节点根据目的地址、连通路由表和半连通路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8位于数据消息源地址所标识的虚拟节点的虚拟空间内，然后车辆节点X8将数据消息继续路由到下一个虚拟节点所在区域的车辆节点，最终该数据消息到达目的虚拟节点所在的虚拟区域中的车辆节点X2；
步骤310：车辆节点X2根据车辆节点Z2的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z2所在的路段，最终根据数据消息中目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z2；
步骤311：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一个数据消息，该数据消息的目的地址为车辆节点Z8的本地地址，该数据消息首先被路由到车辆节点X2，然后根据路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8根据车辆节点Z8的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z8所在的路段，最终根据数据消息目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z8；
步骤312：结束。
通过上述过程，车辆节点可以在一个子网内实现实时通信，由于路由信息实时更新并且路由路径具有连通性，因此确保了消息能够通过路由路径到达目的节点，提高消息的传输成功率，进而提高网络通信质量。此外，车辆节点发送的消息通过最短的具有连通性的路由路径到达目的节点，因此降低了路由延迟，提高了消息的传输成功率，进而提高了网络通信质量。
本发明所述方法中，当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，它首先获取车辆节点Z2的地理坐标；
如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断车辆节点Z2和车辆节点Z8位于不同的子网内，车辆节点Z8通过下述子网间路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤401：开始；
步骤402：车辆节点Z8向车辆节点Z2发送数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址；
步骤403：车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判定该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，将该数据消息路由到距离自己最近的基站J1；
步骤404：基站J1收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L1；
步骤405：接入路由器L1收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的接入路由器L2；
步骤406：接入路由器L2收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的基站J2；
步骤407：基站J2根据车辆节点Z2所在的地理坐标构建车辆节点Z2的本地地址，基站J2同时根据自己的地理坐标构建自己的本地地址，然后基站J2将数据消息的目的地址设置为Z2的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z2；
步骤408：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一条数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址；
步骤409：中间的车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判断该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，因此将该数据消息路由到距离自己最近的基站J3；
步骤410：基站J3收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L2；
步骤411：接入路由器L2收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的接入路由器L1；
步骤412：接入路由器L1收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的基站J4；
步骤413：基站J4根据车辆节点Z8所在的地理坐标构建车辆节点Z8的本地地址，基站J4同时根据自己的地址坐标构建自己的本地地址，然后基站J4将数据消息的目的地址设置为车辆节点Z8的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z8；
步骤414：结束。
通过上述过程，车辆节点可以在子网间实现实时通信，由于路由信息实时更新并且路由路径具有连通性，因此确保了消息到达目的节点的成功率，进而提高了网络通信质量。此外，车辆节点发送的消息通过最短的具有连通性的路由路径到达目的节点，因此降低了路由延迟，提高了消息的传输成功率，进而提高了网络通信质量。
有益效果：本发明提供了一种下一代车联网的通信实现方法，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，同时保持通信的连续性，缩短路由延迟，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为本发明所述的全局IPv6地址结构示意图。
图3为本发明所述的本地地址结构示意图。
图4为本发明所述的虚拟地址结构示意图。
图5为本发明所述的连通路由表表项结构示意图。
图6为本发明所述的半连通路由表表项结构示意图。
图7为本发明所述的建立路由表项流程示意图。
图8为本发明所述的更新路由表项流程示意图。
图9为本发明所述的子网内通信流程示意图。
图10为本发明所述的子网间通信流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种下一代车联网的通信实现方法，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，同时保持通信的连续性，缩短路由延迟，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。所述车联网的节点包括接入路由器1、基站2和车辆节点3三种；接入路由器1与下一代互联网的路由骨干网相连，基站2与接入路由器1相连；与一个接入路由器1相连的所有基站2所围成的区域称为一个子网4，一个基站2与一个以上的接入路由器1相连，即一个基站2属于对应的一个以上的子网4；所述车联网被划分为一个以上的子网4，一个子网4包含一条以上道路以及道路交叉点；每个道路交叉点由一个虚拟节点V(xV,yV)来标识，其中，(xV,yV)为虚拟节点V的地理坐标，以虚拟节点V为中心节点，半径为r的区域称为虚拟区域5，r为车辆节点3的通信半径；位于两个相邻虚拟节点之间的道路称为路段6。
图2为本发明所述的全局IPv6地址结构示意图。车辆节点沿着道路行驶，具有路由和转发功能；路段E1由虚拟节点V1和虚拟节点V2确定，如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，能够与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为连通路段；如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，不能与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为半连通路段；
所述车联网的节点的地址类型包括三类：全局IPv6地址，本地地址和虚拟地址，全局IPv6地址用于实现子网间通信，本地地址用于实现子网内通信，虚拟地址用于路由建立；
车联网的节点的全局IPv6地址由三个部分构成；第一部分为64比特的全局路由前缀，一个子网内的所有基站的全局路由前缀都相同，从该子网获取的地址的全局路由前缀也相同，其值等于该子网内接入路由器的全局路由前缀；第二部分为基站ID，从一个基站获取的地址的基站ID都相同，其值等于该基站的基站ID；第三部分为j比特的车辆节点ID，j的取值范围为[8,48]；每个接入路由器和基站的全局IPv6地址预先设置，接入路由器的基站ID为1，基站的基站ID位于闭区间[2,264-j-1]内，接入路由器和基站的车辆节点ID为0。当一个车辆节点通过基站进入一个新的子网时，它从该基站获取转交地址，即该基站为该车辆节点分配一个具有全球唯一性的车辆节点ID，然后该车辆节点将分配的车辆节点ID与该基站在新子网的全局路由前缀和基站ID相结合构成在新子网的转交地址。
图3为本发明所述的本地地址结构示意图。车联网的节点的本地地址由四个部分构成，第一部分和第二部分分别为虚拟节点的地理横坐标和地理纵坐标；第三部分为基站ID；第四部分为车辆节点ID。
图4为本发明所述的虚拟地址结构示意图。车联网的节点的虚拟地址由三部分构成，第一部分为全局路由前缀，值为0；第二部分和第三部分为虚拟节点或者车辆节点的地理横坐标和地理纵坐标。
图5为本发明所述的连通路由表表项结构示意图。车辆节点经过基站进入一个新的子网时，通过该基站获取所在子网的虚拟节点的地理坐标；每个车辆节点保存一个连通路由表和一个半连通路由表；在连通路由表中，一个表项由四个域构成：下一跳域、目的地址域、路径长度以及生存时间。
图6为本发明所述的半连通路由表表项结构示意图。在半连通路由表中，一个表项由三个域构成：连通虚拟节点域、最后车辆节点域以及生存时间；每个表项的生存时间随着时钟自动衰减，当衰减为0时，该表项将被删除。
图7为本发明所述的建立路由表项流程示意图。如果车辆节点X2进入虚拟节点V2的虚拟区域且同时满足条件1和条件2，那么车辆节点X2执行下述步骤101～步骤113来建立路由表项：
条件1：在车辆节点X2的连通路由表中，任何一个表项的下一跳域或者目的地址域都不等于虚拟节点V2；
条件1：在车辆节点X2的半连通路由表中，任何一个表项的连通虚拟节点域都不等于虚拟节点V2；
步骤101：开始；
步骤102：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由建立消息，路由建立消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址；
步骤103：接收到该路由建立消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为虚拟节点V2的虚拟地址，路径长度设置为1，生存时间设置为最大值,该最大值根据路况来决定，例如设置区间为1-10分钟；
步骤104：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点所在的虚拟区域内，如果是，执行步骤105，否则执行步骤106；
步骤105：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己所在虚拟区域的虚拟节点的虚拟地址，执行步骤109；
步骤106：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否为到达虚拟节点V2的最后一跳，如果是，则执行步骤107，否则执行步骤108；
步骤107：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己的虚拟地址，执行步骤109；
步骤108：接收到该路由建立消息的车辆节点将路由建立消息发送到给距离路由建立消息的目的地址最近的下一跳车辆节点，返回执行步骤103；
步骤109：接收到路由响应消息的车辆节点判断该路由响应消息的源地址是否为虚拟节点的虚拟地址，如果是，进行步骤110，否则进行步骤111；
步骤110：接收到路由响应消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为路由响应消息的源地址，路径长度设置为1，时间长度设置为最大值，进行步骤112；
步骤111：接收到路由响应消息的车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，该表项的连通虚拟节点域设置为虚拟节点V2，最后车辆节点域设置为路由响应消息的源地址，生存时间设置为最大值；
步骤112：如果接收到路由响应消息的车辆节点位于虚拟节点V2的虚拟区域内，则进行步骤114，否则执行步骤113；
步骤113：接收到路由响应消息的车辆节点将路由响应消息转发到距离虚拟节点V2最近的下一跳节点，执行步骤109；
步骤114：结束建立路由表项。
通过上述过程，本发明可以建立一个连通的路由，因为确保消息能够通过所建立的路由路径到达目的节点，从而确保了消息传输率，提高了网络通信质量；
图8为本发明所述的更新路由表项流程示意图。车辆节点X2增加新的路由表项后，执行下述操作来更新路由表：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由共享消息，路由共享消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址，路由共享消息负载为车辆节点X2的连通路由表和半连通路由表；
步骤203：接收到该路由共享消息的车辆节点查看路由共享消息中连通路由表中的每一个表项，对于目的地址域或者下一跳域不等于该车辆节点所在路段相连的虚拟节点的每一个表项，该车辆节点在连通路由表中增加一个表项，新增加的表项的目的地址域设置为路由共享消息中相应表项的目的地址域值，下一跳域设置为路由共享消息的源地址，路径长度域设置为路由共享消息中相应表项的路径长度值加1；
步骤204：接收到该路由共享消息的车辆节点对比路由共享消息中的半连通路由表和自己的半连通路由表，对于不包含在车辆节点半连通路由表中的每一个表项，该车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，新增加表项的连通虚拟节点域和最后车辆节点域设置为路由共享消息中相应表项的连通虚拟节点域值和最后车辆节点域值；
步骤205：判断接收到路由共享消息的车辆节点，是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟区域内或者为最后车辆节点，如果是，执行步骤207，否则执行步骤206；
步骤206：接收到路由共享消息的车辆节点将路由共享消息转发到距离目的节点最近的下一跳节点，返回执行步骤203；
步骤207：结束。
通过上述过程，本发明可以在一个子网内实时更新路由信息，确保路由路径具有连通性，确保消息能够通过所更新的路由路径到达目的节点，从而提高消息的传输成功率，进而提高网络通信质量。
图9为本发明所述的子网内通信流程示意图。当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，车辆节点Z8首先获取车辆节点Z2的地理坐标；
如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断出车辆节点Z8和车辆节点Z2位于一个子网内，车辆节点Z8通过下述子网内路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤301：开始；
步骤302：车辆节点Z8根据车辆节点Z2的地理坐标判断车辆节点Z2所在的路段，然后根据自己的半连通路由表判断车辆节点Z2所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤303，否则执行步骤304；
步骤303：车辆节点Z8从自己的半连通路由表中获取与车辆节点Z2相连的虚拟节点V2的地理坐标，并构建车辆节点Z2的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V2的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V2的地理纵坐标，车辆节点ID为车辆节点Z2的车辆节点ID，执行步骤305；
步骤304：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建车辆节点Z2的本地地址，即本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的目的地址域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为车辆节点Z2的基站ID和车辆节点ID；
步骤305：车辆节点Z8根据自己的地理坐标判断所在的路段，然后根据半连通路由表判断自己所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤306，否则执行步骤307；
步骤306：车辆节点Z8从半连通路由表中获取与自己相连的虚拟节点V8的地理坐标，并构建自己的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V8的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V8的地理纵坐标，车辆节点ID为自己的车辆节点ID，执行步骤308；
步骤307：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建自己的本地地址，本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的下一跳域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为自己的基站ID和车辆节点ID；
步骤308：车辆节点Z8发送数据消息，数据消息的目的地址设置为车辆节点Z2的本地地址，源地址设置为自己的本地地址，数据消息同时加载车辆节点Z2和车辆节点Z8自己的地理坐标；
步骤309：接收到该数据消息的车辆节点根据目的地址、连通路由表和半连通路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8位于数据消息源地址所标识的虚拟节点的虚拟空间内，然后车辆节点X8将数据消息继续路由到下一个虚拟节点所在区域的车辆节点，最终该数据消息到达目的虚拟节点所在的虚拟区域中的车辆节点X2；
步骤310：车辆节点X2根据车辆节点Z2的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z2所在的路段，最终根据数据消息中目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z2；
步骤311：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一个数据消息，该数据消息的目的地址为车辆节点Z8的本地地址，该数据消息首先被路由到车辆节点X2，然后根据路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8根据车辆节点Z8的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z8所在的路段，最终根据数据消息目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z8；
步骤312：结束。
通过上述过程，车辆节点可以在一个子网内实现实时通信，由于路由信息实时更新并且路由路径具有连通性，因此确保了消息能够通过路由路径到达目的节点，提高消息的传输成功率，进而提高网络通信质量。此外，车辆节点发送的消息通过最短的具有连通性的路由路径到达目的节点，因此降低了路由延迟，提高了消息的传输成功率，进而提高了网络通信质量。
图10为本发明所述的子网间通信流程示意图。当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，它首先获取车辆节点Z2的地理坐标；
如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断车辆节点Z2和车辆节点Z8位于不同的子网内，车辆节点Z8通过下述子网间路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤401：开始；
步骤402：车辆节点Z8向车辆节点Z2发送数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址；
步骤403：车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判定该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，将该数据消息路由到距离自己最近的基站J1；
步骤404：基站J1收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L1；
步骤405：接入路由器L1收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的接入路由器L2；
步骤406：接入路由器L2收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的基站J2；
步骤407：基站J2根据车辆节点Z2所在的地理坐标构建车辆节点Z2的本地地址，基站J2同时根据自己的地理坐标构建自己的本地地址，然后基站J2将数据消息的目的地址设置为Z2的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z2；
步骤408：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一条数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址；
步骤409：中间的车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判断该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，因此将该数据消息路由到距离自己最近的基站J3；
步骤410：基站J3收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L2；
步骤411：接入路由器L2收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的接入路由器L1；
步骤412：接入路由器L1收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的基站J4；
步骤413：基站J4根据车辆节点Z8所在的地理坐标构建车辆节点Z8的本地地址，基站J4同时根据自己的地址坐标构建自己的本地地址，然后基站J4将数据消息的目的地址设置为车辆节点Z8的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z8；
步骤414：结束。
通过上述过程，车辆节点可以在子网间实现实时通信，由于路由信息实时更新并且路由路径具有连通性，因此确保了消息到达目的节点的成功率，进而提高了网络通信质量。此外，车辆节点发送的消息通过最短的具有连通性的路由路径到达目的节点，因此降低了路由延迟，提高了消息的传输成功率，进而提高了网络通信质量。
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：当路段为500米，速度为15m/s时，如果车辆节点增加，路由性能有所提高，路由长度减少，延迟也减小。当车辆节点为100，速度为15m/s时，如果路段长度增加，路由性能有所降低，路由长度趋于增加，延迟也区域增加。当路段为500米，车辆节点为100，如果车辆节点的速度增加，路由性能有所降低，路由长度趋于增加，延迟也区域增加。车辆节点的平均路由延迟为45ms。
表1仿真参数
本发明提供了一种下一代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。

Claims (10)

1.一种下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，所述车联网的节点包括接入路由器、基站和车辆节点三种；接入路由器与下一代互联网的路由骨干网相连，基站与接入路由器相连；与一个接入路由器相连的所有基站所围成的区域称为一个子网，一个基站与一个以上的接入路由器相连，即一个基站属于对应的一个以上的子网；所述车联网被划分为一个以上的子网，一个子网包含一条以上道路以及道路交叉点；每个道路交叉点由一个虚拟节点V(xV,yV)来标识，其中，(xV,yV)为虚拟节点V的地理坐标，以虚拟节点V为中心节点，半径为r的区域称为虚拟区域，r为车辆节点的通信半径；位于两个相邻虚拟节点之间的道路称为路段；
车辆节点沿着道路行驶，具有路由和转发功能；路段E1由虚拟节点V1和虚拟节点V2确定，如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，能够与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为连通路段；如果虚拟节点V1所在的虚拟区域中的车辆节点，不能与虚拟节点V2所在的虚拟区域中的车辆节点通过路段E1中行驶的车辆节点实现通信，则路段E1称为半连通路段。
2.根据权利要求1所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，所述车联网的节点的地址类型包括三类：全局IPv6地址，本地地址和虚拟地址，全局IPv6地址用于实现子网间通信，本地地址用于实现子网内通信，虚拟地址用于路由建立；
车联网的节点的全局IPv6地址由三个部分构成；第一部分为64比特的全局路由前缀，一个子网内的所有基站的全局路由前缀都相同，从该子网获取的地址的全局路由前缀也相同，其值等于该子网内接入路由器的全局路由前缀；第二部分为基站ID，从一个基站获取的地址的基站ID都相同，其值等于该基站的基站ID；第三部分为j比特的车辆节点ID；每个接入路由器和基站的全局IPv6地址预先设置，接入路由器的基站ID为1，基站的基站ID位于闭区间[2,264-j-1]内，接入路由器和基站的车辆节点ID为0；
当一个车辆节点通过基站进入一个新的子网时，它从该基站获取转交地址，即该基站为该车辆节点分配一个具有全球唯一性的车辆节点ID，然后该车辆节点将分配的车辆节点ID与该基站在新子网的全局路由前缀和基站ID相结合构成在新子网的转交地址。
3.根据权利要求1所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，车联网的节点的本地地址由四个部分构成，第一部分和第二部分分别为虚拟节点的地理横坐标和地理纵坐标；第三部分为基站ID；第四部分为车辆节点ID。
4.根据权利要求1所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，车联网的节点的虚拟地址由三部分构成，第一部分为全局路由前缀，值为0；第二部分和第三部分为虚拟节点或者车辆节点的地理横坐标和地理纵坐标。
5.根据权利要求1所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，车辆节点经过基站进入一个新的子网时，通过该基站获取所在子网的虚拟节点的地理坐标；每个车辆节点保存一个连通路由表和一个半连通路由表；在连通路由表中，一个表项由四个域构成：下一跳域、目的地址域、路径长度以及生存时间；在半连通路由表中，一个表项由三个域构成：连通虚拟节点域、最后车辆节点域以及生存时间；每个表项的生存时间随着时钟自动衰减，当衰减为0时，该表项将被删除。
6.根据权利要求5所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，如果车辆节点X2进入虚拟节点V2的虚拟区域且同时满足条件1和条件2，那么车辆节点X2执行下述步骤101～步骤113来建立路由表项：
条件1：在车辆节点X2的连通路由表中，任何一个表项的下一跳域或者目的地址域都不等于虚拟节点V2；
条件1：在车辆节点X2的半连通路由表中，任何一个表项的连通虚拟节点域都不等于虚拟节点V2；
步骤101：开始；
步骤102：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由建立消息，路由建立消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址；
步骤103：接收到该路由建立消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为虚拟节点V2的虚拟地址，路径长度设置为1，生存时间设置为最大值；
步骤104：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点所在的虚拟区域内，如果是，执行步骤105，否则执行步骤106；
步骤105：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己所在虚拟区域的虚拟节点的虚拟地址，执行步骤109；
步骤106：接收到该路由建立消息的车辆节点判断自己是否为到达虚拟节点V2的最后一跳，如果是，则执行步骤107，否则执行步骤108；
步骤107：接收到该路由建立消息的车辆节点发送一条路由响应消息，路由响应消息的目的地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为自己的虚拟地址，执行步骤109；
步骤108：接收到该路由建立消息的车辆节点将路由建立消息发送到给距离路由建立消息的目的地址最近的下一跳车辆节点，返回执行步骤103；
步骤109：接收到路由响应消息的车辆节点判断该路由响应消息的源地址是否为虚拟节点的虚拟地址，如果是，进行步骤110，否则进行步骤111；
步骤110：接收到路由响应消息的车辆节点在连通路由表中增加一个表项，该表项的下一跳域和目的地址域均设置为路由响应消息的源地址，路径长度设置为1，时间长度设置为最大值，进行步骤112；
步骤111：接收到路由响应消息的车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，该表项的连通虚拟节点域设置为虚拟节点V2，最后车辆节点域设置为路由响应消息的源地址，生存时间设置为最大值；
步骤112：如果接收到路由响应消息的车辆节点位于虚拟节点V2的虚拟区域内，则进行步骤114，否则执行步骤113；
步骤113：接收到路由响应消息的车辆节点将路由响应消息转发到距离虚拟节点V2最近的下一跳节点，执行步骤109；
步骤114：结束建立路由表项。
7.根据权利要求6所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，车辆节点X2增加新的路由表项后，执行下述操作来更新路由表：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点X2向虚拟节点V2的每一个邻居虚拟节点发送路由共享消息，路由共享消息的源地址为虚拟节点V2的虚拟地址，目的地址为虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟地址，路由共享消息负载为车辆节点X2的连通路由表和半连通路由表；
步骤203：接收到该路由共享消息的车辆节点查看路由共享消息中连通路由表中的每一个表项，对于目的地址域或者下一跳域不等于该车辆节点所在路段相连的虚拟节点的每一个表项，该车辆节点在连通路由表中增加一个表项，新增加的表项的目的地址域设置为路由共享消息中相应表项的目的地址域值，下一跳域设置为路由共享消息的源地址，路径长度域设置为路由共享消息中相应表项的路径长度值加1；
步骤204：接收到该路由共享消息的车辆节点对比路由共享消息中的半连通路由表和自己的半连通路由表，对于不包含在车辆节点半连通路由表中的每一个表项，该车辆节点在半连通路由表中增加一个表项，新增加表项的连通虚拟节点域和最后车辆节点域设置为路由共享消息中相应表项的连通虚拟节点域值和最后车辆节点域值；
步骤205：判断接收到路由共享消息的车辆节点，是否位于虚拟节点V2的邻居虚拟节点的虚拟区域内或者为最后车辆节点，如果是，执行步骤207，否则执行步骤206；
步骤206：接收到路由共享消息的车辆节点将路由共享消息转发到距离目的节点最近的下一跳节点，返回执行步骤203；
步骤207：结束。
8.根据权利要求7所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，车辆节点Z8首先获取车辆节点Z2的地理坐标；
如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断出车辆节点Z8和车辆节点Z2位于一个子网内，车辆节点Z8通过下述子网内路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤301：开始；
步骤302：车辆节点Z8根据车辆节点Z2的地理坐标判断车辆节点Z2所在的路段，然后根据自己的半连通路由表判断车辆节点Z2所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤303，否则执行步骤304；
步骤303：车辆节点Z8从自己的半连通路由表中获取与车辆节点Z2相连的虚拟节点V2的地理坐标，并构建车辆节点Z2的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V2的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V2的地理纵坐标，车辆节点ID为车辆节点Z2的车辆节点ID，执行步骤305；
步骤304：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建车辆节点Z2的本地地址，即本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的目的地址域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为车辆节点Z2的基站ID和车辆节点ID；
步骤305：车辆节点Z8根据自己的地理坐标判断所在的路段，然后根据半连通路由表判断自己所在的路段是否为半连通路段，如果是，执行步骤306，否则执行步骤307；
步骤306：车辆节点Z8从半连通路由表中获取与自己相连的虚拟节点V8的地理坐标，并构建自己的本地地址，该本地地址的横坐标为虚拟节点V8的地理横坐标，纵坐标为虚拟节点V8的地理纵坐标，车辆节点ID为自己的车辆节点ID，执行步骤308；
步骤307：车辆节点Z8查看自己的连通路由表中目的地址域为车辆节点Z2所在路段的虚拟节点的表项，选择路径最小的路由表项并构建自己的本地地址，本地地址的横坐标和纵坐标为该表项的下一跳域所标识的虚拟节点的地理横坐标和纵坐标，基站ID和车辆节点ID为自己的基站ID和车辆节点ID；
步骤308：车辆节点Z8发送数据消息，数据消息的目的地址设置为车辆节点Z2的本地地址，源地址设置为自己的本地地址，数据消息同时加载车辆节点Z2和车辆节点Z8自己的地理坐标；
步骤309：接收到该数据消息的车辆节点根据目的地址、连通路由表和半连通路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8位于数据消息源地址所标识的虚拟节点的虚拟空间内，然后车辆节点X8将数据消息继续路由到下一个虚拟节点所在区域的车辆节点，最终该数据消息到达目的虚拟节点所在的虚拟区域中的车辆节点X2；
步骤310：车辆节点X2根据车辆节点Z2的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z2所在的路段，最终根据数据消息中目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z2；
步骤311：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一个数据消息，该数据消息的目的地址为车辆节点Z8的本地地址，该数据消息首先被路由到车辆节点X2，然后根据路由表将数据消息路由到车辆节点X8，车辆节点X8根据车辆节点Z8的地理坐标，将该数据消息转发到车辆节点Z8所在的路段，最终根据数据消息目的地址的基站ID和车辆节点ID到达车辆节点Z8；
步骤312：结束。
9.根据权利要求1所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，当一个车辆节点Z8与另一个车辆节点Z2通信时，首先获取车辆节点Z2的地理坐标。
10.根据权利要求9所述的下一代车联网的通信实现方法，其特征在于，如果车辆节点Z8通过车辆节点Z2的全局IPv6地址的全局路由前缀判断车辆节点Z2和车辆节点Z8位于不同的子网内，车辆节点Z8通过下述子网间路由算法实现与车辆节点Z2的通信：
步骤401：开始；
步骤402：车辆节点Z8向车辆节点Z2发送数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址；
步骤403：车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判定该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，将该数据消息路由到距离自己最近的基站J1；
步骤404：基站J1收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L1；
步骤405：接入路由器L1收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的接入路由器L2；
步骤406：接入路由器L2收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z2所在子网的基站J2；
步骤407：基站J2根据车辆节点Z2所在的地理坐标构建车辆节点Z2的本地地址，基站J2同时根据自己的地理坐标构建自己的本地地址，然后基站J2将数据消息的目的地址设置为Z2的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z2；
步骤408：车辆节点Z2向车辆节点Z8返回一条数据消息，数据消息的目的地址为车辆节点Z8的全局IPv6地址，源地址为车辆节点Z2的全局IPv6地址；
步骤409：中间的车辆节点收到该数据消息后，根据目的地址的全局路由前缀判断该数据消息的目的节点与自己在不同的子网，因此将该数据消息路由到距离自己最近的基站J3；
步骤410：基站J3收到数据消息后，将数据消息发送给所连接的接入路由器L2；
步骤411：接入路由器L2收到数据消息后，根据数据消息的目的地址将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的接入路由器L1；
步骤412：接入路由器L1收到该消息后，将该数据消息路由到车辆节点Z8所在子网的基站J4；
步骤413：基站J4根据车辆节点Z8所在的地理坐标构建车辆节点Z8的本地地址，基站J4同时根据自己的地址坐标构建自己的本地地址，然后基站J4将数据消息的目的地址设置为车辆节点Z8的本地地址，源地址为自己的本地地址，最后根据子网内路由算法将数据消息路由到车辆节点Z8；
步骤414：结束。
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