CN105101086A - 一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，具体包括以下步骤：获取源节点和目的节点的位置信息，选择传输路径以及街道内数据包转发。本发明避免由于不必要的路由空洞造成的数据传输路径失效带来的丢包和重传，减少网络负载；不仅能够反应车辆稀疏情况下的数据传输时延状况，更能反应在车辆拥堵(常见)场景下的数据传输时延状况，此模型适用于更加普遍的场景。

Description

一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法

技术领域

本发明属于移动无线网络的应用领域，具体涉及一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法。

背景技术

车联网作为物联网在智能交通领域的延伸，近年来得到了工业界和学术界的广泛关注。随着越来越多的车辆加入道路交通网络和无线通信成本降低，更多的有用信息得以在车辆间充分交换，驾驶员在驾驶车辆的过程中获得了更高的安全性和舒适度。这些具体体现在：交通遇险紧急避让、特种车辆警示信息有效传播、驾驶路径优化、路况信息获取以及商家广告在道路上定向定位广播和停车场信息远程获取等。

数据传输路径选择技术是大规模移动无线网络中网络层的核心技术，其主要目的是为源节点所发送的数据包从众多候选传输路径中选择一条相对最有效的传输路径，从而使数据包在尽可能短的传输时延下到达目的节点。目前移动无线网络数据传输方式可以主要分为以下三大类：平面数据传输协议、层次数据传输协议和基于位置的数据传输协议。

在平面数据传输协议中，每个节点都具有相同的数据发送地位，需要主动或被动的建立路由表从而引导数据传输；层次数据传输协议将节点按照不同归类方法划分为不同大小的簇，由簇头来对簇内节点进行统一管理，数据包分簇发送；基于位置的数据传输协议假定每个节点都具有获知自己位置的能力，数据包在转发至目的节点的过程中，通过每一次选择距目的节点最近的下一跳节点进行转发，由于车联网应用大多与位置关系有关且位置信息较易获取，所以基于位置的数据传输协议在车辆网中应用更加广泛。

DSDV是经典的平面数据传输协议，在网络中的每个节点均可与其余节点建立一条传输路径，节点通过定期的向周围邻居节点广播自己的状态，来使路由表得到更新。路由表中包含了可能连接的节点和距离该节点所需的跳步数，节点在发送数据时，尽可能选择最少跳步数的路径传输。该协议在节点数较少且移动不频繁的情况下，可以有效的检测出异常链路并进行回避。但是当网络中节点数目增加且移动速度较快时，路由表建立的收敛时间增加，周期性的全网链路状态广播也给网络负载带来巨大压力。

AODV采用按需路由获取机制，仅在源节点需要发送数据包时对数据传输路径进行查找，并不周期性向全网广播自身状态或维护路由表。相较DSDV的路由建立过程，AODV的路由发现过程更适用于网络拓扑更新频繁的场景，每次有数据发送需求时才主动的对周围邻居节点的状态进行检测，逐跳选择合适的转发节点直至到达目的节点。该协议有效减少了路由维护对网络负载造成的压力且移动适用性增强，但是由于过多的依赖检测周围邻居节点的网络状态进行转发判断，在邻居节点状态不能恰当表示当前网络状态时，如：在车辆交通系统中，十字路口由于信号灯影响车辆聚集情况明显，但此类聚集不能反映出整条道路的节点链路状态。随着传输距离的增大，这种误判会持续增加网络传输时延，由于没有全局信息，AODV不能做出有效的规避机制。

CGSR是典型的层次数据传输协议，其利用簇头来管理簇内移动节点，普通节点一跳将信息传递至簇头，簇头通过网关将信息传递至目的节点的簇内。其中网关是指网络中的一类节点，这类节点同时属于多个簇，用来传递簇之间的信息。CGSR的优点是较DSDV协议减少了路由表的大小，此时用来更新路由表所带来的开销也相应降低。但是，面对车联网中复杂多变的网络拓扑结构，簇结构本身的维持异常困难，簇头的失效对簇内节点数据的发送也是致命性的影响。

GPSR是一种基于位置的数据传输协议，该协议利用贪婪转发和边界转发两种模式来选择转发节点。此协议的优点在于节点仅需维护邻居节点的状态信息，对于动态变化的拓扑结构具有更高的适应性。主要体现在节点产生转发需求后，动态探测邻居节点状态且以距离信息为主要判定因素，每次选择距离目的节点最近的邻居节点作为下一跳转发节点。此外，边界转发模式用来对无法在邻居节点中找到比本节点距离目的节点更近的节点对传输路径进行修复。GPSR在车联网中较之前所提算法有着明显的优势，且随着GPS设备成本的逐渐降低，算法的普及性也远好于其它类别算法。但是，在车联网中，车辆分布往往不均匀，源节点与目的节点的最短路径上，并非都能保证有车辆能够提供数据转发，由于缺少中心设备的支持，GPSR难以规避将数据传输至车辆稀疏区域从而使的数据仅能通过车辆携带的方式传递至下一跳甚至是目的节点，这将使数据包的传播时延成倍增加。

VADD在传统基于位置的数据传输协议之上，针对车联网做出了明显的改进。VADD利用第三方地图软件提供的车辆分布数据，在源节点与目的节点的多条路径中，尽可能选择一条合适路径，使得让数据包更多的通过节点相互转发的方式传播，而不是利用节点携带数据包到转发节点或者目的节点。该协议有效的利用了车辆在城市中呈规律分布的特点，更加贴合应用特点，为数据包选择了相对时延较低的路径进行传播。然而，VADD的时延计算算法是根据车辆在某一区域的密度来确定，也就是说，VADD认为车辆密度越高传输时延越低。但是，随着车辆密度的增加，无线网络的碰撞愈加严重，吞吐量持续降低，必然导致传输时延持续增加。在VADD这种假设的基础上，会使大量数据包传递至本已十分拥挤的网络中，造成网络拥塞，增大传输时延。

因此，人们需要一种能够使数据包有效传递在低时延传播路径的数据传输路径选择技术，并能够对上述各协议的问题进行有效解决。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本发明的目的在于，提供一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，具体包括以下步骤：

步骤S01：源节点获取自身位置信息以及目的节点位置信息；

步骤S02：源节点判断其自身位置与目的节点是否处于同一街道，若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；若源节点与目的节点不处于同一街道内，则选择最短时延的路径作为传输路径，执行步骤S03，其具体实现方法如下：

步骤S02-1：源节点判断其与目的节点是否处于同一街道内；

步骤S02-2：若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；

步骤S02-3：若源节点与目的节点不处于同一街道内，源节点利用自身携带的电子地图选择地理路径,电子地图将推荐的所有地理路径按照由短到长进行排序，源节点将前10条路径作为选取的地理路径，若电子地图推荐的所有地理路径不足10条，则将所有推荐的地理路径作为源节点选取的地理路径；

每条地理路径表示为Path_i，1≤i≤10，地理路径集合 每条地理路径Path_i中包含M_i条街道，每条街道表示为1≤j≤M_i，每条地理路径 每条街道的长度为

步骤S02-4：通过步骤S02-3计算的地理路径集合PATH，源节点利用自身携带的电子地图中提取出所经过的每条街道的车辆密度即节点个数并且提取出街道的车辆平均行驶速度

步骤S02-5：利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式1，计算出对应街道上的吞吐量：

$T_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{W}{\sqrt{n_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{\log n}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}}$ 式1

其中为街道上的吞吐量，W为单个节点的数据发送能力；

步骤S02-6：利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式2，计算出每条街道对应的平均簇长度：

$E{\[C\]}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{1-e^{-{\mathrm{\ρ}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R}({\mathrm{\ρ}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R+1)}{{\mathrm{\ρ}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{e}^{-{\mathrm{\ρ}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R}}$ 式2

其中是指上相互连通的簇中簇头和簇尾的平均距离，R是节点的平均传输半径；

步骤S02-7：若步骤S02-6计算的则将的值置为执行步骤S02-8；若执行步骤S02-8；

步骤S02-8：根据式3，计算中数据包在簇内传输的平均跳步数：

${\mathrm{Hop}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{E{\[C\]}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}{R}$ 式3

步骤S02-9：根据式4，计算出数据量大小为Q的数据包中的单跳传播时延：

$C_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{Q}{T_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}$ 式4

步骤S02-10：根据式5，计算数据包在车辆间逐跳传播时延

$Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}={\mathrm{Hop}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{C}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}$ 式5

步骤S02-11：根据式6计算数据包在中，通过车辆携带数据包到簇尾或目的位置所产生的时延：

$Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{{\mathrm{lengt\; h}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}-E{\[C\]}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}{v_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}$ 式6

步骤S02-12：利用式7，得到每条街道的时延：

${\mathrm{delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}+Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}$ 式7

步骤S02-13：根据式8，计算出Path_i中的数据包传输时延：

${\mathrm{Path}}_i\_\mathrm{Delay}={\mathrm{\Σ}}_{j=1}^{j=M_i}{\mathrm{delay}}_j^{\mathrm{Pat}{h}_i}$ 式8

步骤S02-14：在地理路径集合PATH中选出最短时延传输路径Path_i_Delay，将数据包传输时延最小的Path_i作为传输路径加入数据包中；

步骤S03:完成数据包在步骤S02中选择的传输路径中的传输。

具体地，所述步骤S03的具体实现方法如下：

步骤S03-1:数据包携带节点判断其与目的节点是否处于同一街道内，若数据包携带节点与目的节点处于同一街道内，则置数据包包头中的IDS字段为1，若数据包携带节点与目的节点不处于同一街道内，则数据包包头中的IDS字段为0；

步骤S03-2：数据包携带节点判断数据包包头中IDS字段是否为1，若为1，则将数据包包头的Dst字段置为目的节点或目的区域位置，执行步骤S03-3；若不为1，即为0，将数据包包头的Dst字段置为数据包携带节点所在街道的出口处位置，执行步骤S03-3；

步骤S03-3：数据包携带节点向周围邻居节点广播数据包；

步骤S03-4：邻居节点接收到其它节点广播的数据包后，将自己的位置信息与数据包内的位置信息进行比较，其中假设数据包中的源地址信息为S(x_s,y_s)，目的地址信息为D(x_d,y_d)，接收到该数据包的邻居节点地址信息为N(x_n,y_n)，计算距离参数δ的计算公式：

$\mathrm{\δ}=1-\frac{\left|\right|S(x_s,y_s)-D(x_d,y_d)\left|\right|-\left|\right|N(x_n,y_n)-D(x_d,y_d)\left|\right|}{R}$ 式9

其中R为节点传输半径；若δ<0，则邻居节点不执行任何操作，若0<δ<1，则执行步骤S03-5；

步骤S03-5：步骤S03-4中的邻居节点利用式9，分别计算出自身δ的值δ_i，利用公式10可得等待时长t_i：

t_i＝δ_i×τ式10

其中τ为等待参数；

步骤S03-6：邻居节点等待t_i时间后对收到数据进行转发；其它邻居节点在与之对应的等待时长内，监听到有其它节点已经发送，则放弃此次转发任务；

步骤S03-7：若在步骤S03-3执行后，等待时间为1个数据包往返时延RTT时长，数据携带节点若在该时长内未收到其它邻居节点转发对应数据的信息，则数据携带节点执行指数退避策略继续发送数据包，等待时长分别为1RTT、2RTT、4RTT…；

步骤S03-8：数据包到达邻居节点后，判断该邻居节点所处位置是否为步骤S03-2中所设置的Dst位置，如果是，执行步骤S03-9；如果否，该邻居节点选择其下一跳节点继续转发数据包，执行步骤S03-3；

步骤S03-9：判断数据包IDS字段值是否为1，若是，则本次数据包传输过程结束；若否，即数据包IDS字段值为0，选择Path_i中的下一条街道，执行步骤S03-1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、道路状况(街道车辆密度、车辆平均行驶速度和交通灯调度状况等)可以实时利用日常商用软件获取，相较需使用专用设备来获取信息的数据传输方式简单易操作。

2、利用车辆实际地理分布引导数据传输，更加贴合车联网的应用需求，相较传统移动AdHoc网络路由算法能够更加适合车联网的拓扑需求，避免由于不必要的路由空洞造成的数据传输路径失效带来的丢包和重传，减少网络负载。

3、通过街道车辆密度分布对网络连通性造成的影响来对数据传输时延进行评估，相较通过发送大量探测包来动态获取邻居链路状态的方式减少了网络中数据包之间的碰撞，这些碰撞将造成数据包丢失或增加节点发送数据的退避时长。

4、在街道数据包发送时延的评估过程中，考虑到了由于节点数量过多造成的广播风暴现象，从而将数据引导至更适宜(低时延)数据传输的街道或区域，相较以往利用密度分布来判断传输路径是否适宜的方式更加贴近真实场景，不只是单纯将数据引导至高节点密度区域。

5、借鉴现有静态无线传感器网络数据传输吞吐量模型，将其有效移植至动态拓扑变化的车联网数据传输时延估计模型中，相较以往时延估计模型，不仅能够反应车辆稀疏情况下的数据传输时延状况，更能反应在车辆拥堵(常见)场景下的数据传输时延状况，此模型适用于更加普遍的场景。

6、本数据传输路径选择方式能够满足数据较长(3公里-10公里)距离的数据传输需求，相较以往通过邻居节点状态来选择下一跳转发节点的多跳传播模式，能够避免由于交通状况的分布不均匀导致节点对周围网络状况进行误判从而将数据传输至不适宜(节点密度不能保证网络连通)数据传输路径，加大传输时延。

附图说明

图1是根据本发明的节点分布示意图；

图2是根据本发明的车联网低时延传输路径选择流程图；

图3是根据本发明的位置信息获取阶段流程图；

图4是根据本发明的传输路径选择阶段流程图；图4(a)为图4的上半部分，图4(b)为图4的下半部分。

图5是根据本发明的街道内数据包转发阶段流程图。

图6是根据本发明应用的典型场景(网络节点分布稀疏场景)路径选择示意图。

图7是根据本发明应用的典型场景(网络节点分布较稀疏场景)路径选择示意图。

图8是根据本发明应用的典型场景(网络节点分布较密集场景)路径选择示意图。

图9是根据本发明应用的典型场景(网络节点分布密集场景)路径选择示意图。

具体实施方式

在城市环境中，车辆与车辆之间的数据通信正在日益被人们所需要。如何能在更少的传输时延下使数据请求者获取到所需的数据，是本发明方案的核心内容，即在多条候选数据传输路径中通过本发明的设计方法，选择一条低时延数据传输路径，降低数据传输时延。在以下的实施方式说明中，将本发明的方法及装置应用于如下网络模型：

1.所有车辆(节点)分布于城市交通网络中(如图1所示)，节点的运动轨迹遵循城市交通规则；

2.节点均携带可显示电子地图装置，由电子地图可获取街道交通状况、车辆行驶速度、交通灯调度状况和推荐行驶路径功能；

3.所有节点具有单独的ID可以唯一的对节点进行识别；

4.所有节点具有数据发送者、转发者、携带者和接收者四个角色，即可向邻居节点发送数据、存储转发的数据和接收邻居节点发送的数据；

5.所有节点在单位时间内均匀随机产生数据包且数据包的目的节点随机指定，无特殊要求。

本发明的基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，整体流程如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S01:源节点获取自身位置信息以及目的节点位置信息，参见图3，具体实现方法如下：

步骤S01-1：在所有节点中选取一个节点作为源节点，源节点接到上层应用指令，需要向目的节点发送数据；源节点解析上层应用指令信息，获取目的节点或目的区域的描述信息；

步骤S01-2：源节点利用自身携带的电子地图和步骤S01-1获取的目的节点描述信息，获取目的节点或目的区域的位置信息；

步骤S01-3：源节点利用自身携带的GPS模块确定其当前位置信息。

步骤S02：源节点判断其自身位置与目的节点是否处于同一街道，若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；若源节点与目的节点不处于同一街道内，则选择最短时延的路径作为传输路径，执行步骤S03，参照图4，因图4的长度过长，所以将图4分画在两页上，分别为图4(a)和图4(b),其具体实现方法如下：

步骤S02-1：源节点利用自身携带的电子地图判断其与目的节点是否处于同一街道内；

步骤S02-2：若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；

步骤S02-3：若源节点与目的节点不处于同一街道内，源节点利用自身携带的电子地图选择地理路径,电子地图将推荐的所有地理路径按照由短到长进行排序，源节点将前10条作为选取的地理路径，(越多的地理路径选择会带来更多的计算复杂度，且选择地理路径的多少不影响本专利的正确性，故发明中定为至多10条推荐地理路径)；若电子地图推荐的所有地理路径不足10条，则将所有推荐的地理路径作为源节点选取的地理路径。

每条地理路径表示为Path_i，1≤i≤10，地理路径集合 每条地理路径Path_i中包含M_i条街道，每条街道表示为1≤j≤M_i，一条路径的街道集合 每条街道的长度为

步骤S02-4：通过步骤S02-3计算的地理路径集合PATH，源节点利用自身携带的电子地图中提取出所经过的每条街道的车辆密度即节点个数并且提取出街道的车辆平均行驶速度

步骤S02-5：利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据吞吐量计算公式(1)，计算出对应街道上的吞吐量：

$T_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{W}{\sqrt{n_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{\log n}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}}---\left(1\right)$

其中为街道上的吞吐量，W为单个节点的数据发送能力，这里假定每个节点具有相同数据发送能力(W的取值根据全网中使用通信规格而定，该取值不影响本发明的正确性)。

步骤S02-6：利用步骤S02-4所得车辆密度，根据公式(2)，计算出每条街道对应的平均簇长度：

$E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{1-e^{-{\mathrm{\&rho;}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R}({\mathrm{\&rho;}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R+1)}{{\mathrm{\&rho;}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{e}^{-{\mathrm{\&rho;}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}R}}---\left(2\right)$

其中是指上相互连通的簇中簇头和簇尾的平均距离，R是节点的平均传输半径(R的取值根据全网中使用通信规格而定，该取值不影响本发明的正确性)。

步骤S02-7：若步骤S02-6计算的则表明中的节点全部连通，街道中节点将全部作为数据发送者、转发者和接收者，没有节点作为数据携带者，即将的值置为执行步骤S02-8；若执行步骤S02-8。

步骤S02-8：根据公式(3)，计算中数据包在簇内传输的平均跳步数：

${\mathrm{Hop}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}{R}---\left(3\right)$

步骤S02-9：根据公式(4)，计算出数据量大小为Q的数据包中的单跳传播时延：

$C_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{Q}{T_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}---\left(4\right)$

其中，Q的取值根据数据发送者的需求而定，该取值不影响本发明的正确性。

步骤S02-10：根据公式(5)，计算数据包在车辆间逐跳传播时延

$Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}={\mathrm{Hop}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}{C}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}---\left(5\right)$

得到数据包在对应街道中，通过车辆与车辆间无线通信完成的数据包传播所产生的时延，即节点作为数据发送者、转发者和接收者所需时延。

步骤S02-11：利用公式(6)计算数据包在中，通过车辆携带数据包(节点作为数据携带者)到簇尾或目的位置所产生的时延：

$Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=\frac{{\mathrm{lengt\; h}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}-E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}{v_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}}---\left(6\right)$

步骤S02-12：利用公式(5)、(6)，数据在传输所需的时延包括两个部分：一个部分为节点作为数据发送者、转发者和接收者所需时延，另一部分为节点作为数据携带者所需时延，即的时延计算公式：

${\mathrm{delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}=Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}+Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}---\left(7\right)$

步骤S02-13：利用公式8，计算出Path_i中的数据包传输时延：

${\mathrm{Path}}_i\_Delay={\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{j=M_i}{\mathrm{delay}}_j^{{\mathrm{Pat\; h}}_i}---\left(8\right)$

步骤S02-14：在地理路径集合PATH中选出最短时延传输路径Path_i_Delay，将数据包传输时延最小的Path_i作为传输路径加入数据包中，以使数据包按照Path_i中的1≤j≤m进行传播。至此，传输路径选择阶段结束。

步骤S03：源节点利用自身携带的GPS模块确定其当前位置信息，参见图5，其具体实现方法如下：

步骤S03-1:数据包携带节点利用自身携带的电子地图判断其与目的节点是否处于同一街道内，若数据包携带节点与目的节点处于同一街道内，则置数据包包头中的IDS字段为1(初始值为0)，若数据包携带节点与目的节点不处于当前街道内，则数据包包头中的IDS字段为0；

步骤S03-2：数据包携带节点判断数据包包头中IDS(isDestinationStreet)字段是否为1，若为1，则表明源节点与目的节点处于同一街道内或数据包经过多次中间节点的传递已到达目的街道，目的街道即为目的节点所在街道，将数据包包头的Dst(Destination)字段置为目的节点或目的区域位置,执行步骤S03-3；若不为1，即为0，表明数据包仅需要经过当前街道，即当前街道为中继街道，数据包会继续在其它街道中传递，将数据包包头的Dst字段置为当前街道出口处位置，即数据包携带节点所在街道的出口处位置，执行步骤S03-3。

步骤S03-3：数据包携带节点向周围邻居节点广播数据包，数据包中包含当前节点的节点号(可唯一标识节点)、自身位置信息、目的节点位置信息(步骤S03-2中所设置的Dst内容)以及所要传输的内容。

步骤S03-4：邻居节点接收到其它节点广播的数据包后，将自己的位置信息与数据包内的位置信息进行比较，其中假设数据包中的源地址信息为S(x_s,y_s)，目的地址信息为D(x_d,y_d)，接收到该数据包的邻居节点地址信息为N(x_n,y_n)，计算距离参数δ的计算公式：

$\mathrm{\&delta;}=1-\frac{\left|\right|S(x_s,y_s)-D(x_d,y_d)\left|\right|-\left|\right|N(x_n,y_n)-D(x_d,y_d)\left|\right|}{R}---\left(9\right)$

其中R为节点传输半径，本发明中该值为140m(R的取值根据全网中使用通信规格而定，该取值不影响本发明的正确性)。若δ<0，则邻居节点不执行任何操作，若0<δ<1，则执行步骤S03-5。

步骤S03-5：步骤S03-4中的邻居节点利用公式(9)，分别计算出自身δ的值δ_i，利用公式10可得等待时长t_i：

t_i＝δ_i×τ(10)

其中τ为等待参数，本发明中τ为常数值，其值为20ns。

步骤S03-6：邻居节点利用公式(10)计算得到的等待时长t_i，等待t_i时间后对收到数据进行转发。其它邻居节点在与之对应的等待时长内，监听到有其它节点已经发送，则放弃此次转发任务。

步骤S03-7：若在步骤S03-3执行后，等待时间为1个数据包往返时延Round-TripTime(RTT)时长，数据携带节点若在该时长内未收到其它邻居节点转发对应数据的信息，则数据携带节点执行指数退避策略继续发送数据包，等待时长分别为1RTT、2RTT、4RTT…(本申请中RTT计算方法采用经典RTT计算模型，RTT计算方法不同带来的误差不影响专利方法的执行，可以忽略不计)。

步骤S03-8：数据包到达邻居节点后，判断该邻居节点所处位置是否为步骤S03-2中所设置的Dst位置，如果是，执行步骤S03-9；如果否，该邻居节点选择其下一跳节点继续转发数据包，执行步骤S03-3。

步骤S03-9：判断数据包IDS字段值是否为1，若是，则本次数据包传输过程结束；若否，即数据包IDS字段值为0，选择Path_i中的下一条街道，执行步骤S03-1。

实验分析

为了说明本发明具体应用效果，现对以下四种典型场景以示意图的方式作简要说明。

场景一：整个交通网络处于稀疏状态，如图6所示，此类场景常见于清晨或凌晨。根据本发明方法计算得出：数据包传输在此类场景下主要采用节点携带的方式传输，故地理距离带来时延占较大比重，Path₂由于地理距离近而被选为数据传输路径。

场景二：整个交通网络处于较稀疏状态，如图7所示，此类场景常见于上班高峰形成初期和消退期。根据本发明方法计算得出：数据包传输在此类场景下以选择节点通过无线网络通信方式交换数据包，地理距离带来时延仍占较大比重，Path₁由于更多的能够保证数据通过无线网络通信方式传递而被选为数据传输路径。

场景三：整个交通网络处于较密集状态，如图8所示，此类场景常见于上班高峰形成中期。根据本发明方法计算得出：数据包传输在此类场景下节点主要通过无线网络通信方式交换数据包，节点间竞争信道和数据包碰撞带来的时延占较大比重，Path₁由于在能够保证数据通过无线网络通信方式传递且节点间竞争信道和数据包碰撞较少而被选为数据传输路径。

场景四：整个交通网络处于密集状态，如图9所示，此类场景常见于上班高峰已经形成。根据本发明方法计算得出：数据包传输在此类场景下节点主要通过无线网络通信方式交换数据包，节点通信时延全部由竞争信道和数据包碰撞带来，Path₂由于传输跳步数较少而被选为数据传输路径。

Claims (2)

1.一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤S01：源节点获取自身位置信息以及目的节点位置信息；

步骤S02：源节点判断其自身位置与目的节点是否处于同一街道，若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；若源节点与目的节点不处于同一街道内，则选择最短时延的路径作为传输路径，执行步骤S03，其具体实现方法如下：

步骤S02-1：源节点判断其与目的节点是否处于同一街道内；

步骤S02-2：若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03；

步骤S02-3：若源节点与目的节点不处于同一街道内，源节点利用自身携带的电子地图选择地理路径,电子地图将推荐的所有地理路径按照由短到长进行排序，源节点将前10条路径作为选取的地理路径，若电子地图推荐的所有地理路径不足10条，则将所有推荐的地理路径作为源节点选取的地理路径；

每条地理路径表示为Path_i，1≤i≤10，地理路径集合 每条地理路径Path_i中包含M_i条街道，每条街道表示为1≤j≤M_i，每条地理路径 每条街道的长度为

步骤S02-4：通过步骤S02-3计算的地理路径集合PATH，源节点利用自身携带的电子地图中提取出所经过的每条街道的车辆密度即节点个数并且提取出街道的车辆平均行驶速度

步骤S02-5：利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式1，计算出对应街道上的吞吐量：

${T_j}^{Pat{h}_i}=\frac{W}{\sqrt{n_j^{Pat{h}_i}log{n}_j^{Pat{h}_i}}}$ 式1

其中为街道上的吞吐量，W为单个节点的数据发送能力；

步骤S02-6：利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式2，计算出每条街道对应的平均簇长度：

$E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{Pat{h}_i}=\frac{1-e^{-{\mathrm{\&rho;}}_j^{Pat{h}_i}R}({\mathrm{\&rho;}}_j^{Pat{h}_i}R+1)}{{\mathrm{\&rho;}}_j^{Pat{h}_i}{e}^{-{\mathrm{\&rho;}}_j^{Pat{h}_i}R}}$ 式2

其中是指上相互连通的簇中簇头和簇尾的平均距离，R是节点的平均传输半径；

步骤S02-7：若步骤S02-6计算的则将的值置为执行步骤S02-8；若执行步骤S02-8；

步骤S02-8：根据式3，计算中数据包在簇内传输的平均跳步数：

${\mathrm{Hop}}_j^{Pat{h}_i}=\frac{E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{Pat{h}_i}}{R}$ 式3

步骤S02-9：根据式4，计算出数据量大小为Q的数据包中的单跳传播时延：

$C_j^{Pat{h}_i}=\frac{Q}{T_j^{Pat{h}_i}}$ 式4

步骤S02-10：根据式5，计算数据包在车辆间逐跳传播时延

$Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{Pat{h}_i}={\mathrm{Hop}}_j^{Pat{h}_i}{C}_j^{Pat{h}_i}$ 式5

步骤S02-11：根据式6计算数据包在中，通过车辆携带数据包到簇尾或目的位置所产生的时延：

$Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{Pat{h}_i}=\frac{lengt{h}_j^{Pat{h}_i}-E{\&lsqb;C\&rsqb;}_j^{Pat{h}_i}}{v_j^{Pat{h}_i}}$ 式6

步骤S02-12：利用式7，得到每条街道的时延：

${\mathrm{delay}}_j^{Pat{h}_i}=Hop\_{\mathrm{Delay}}_j^{Pat{h}_i}+Carry\_{\mathrm{Delay}}_j^{Pat{h}_i}$ 式7

步骤S02-13：根据式8，计算出Path_i中的数据包传输时延：

${\mathrm{Path}}_i\_Delay={\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1}^{j=M_i}{\mathrm{delay}}_j^{Pat{h}_i}$ 式8

步骤S02-14：在地理路径集合PATH中选出最短时延传输路径将数据包传输时延最小的Path_i作为传输路径加入数据包中；

步骤S03:完成数据包在步骤S02中选择的传输路径中的传输。

2.如权利要求1所述的基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，其特征在于，所述步骤S03的具体实现方法如下：

步骤S03-1:数据包携带节点判断其与目的节点是否处于同一街道内，若数据包携带节点与目的节点处于同一街道内，则置数据包包头中的IDS字段为1，若数据包携带节点与目的节点不处于同一街道内，则数据包包头中的IDS字段为0；

步骤S03-2：数据包携带节点判断数据包包头中IDS字段是否为1，若为1，则将数据包包头的Dst字段置为目的节点或目的区域位置，执行步骤S03-3；若不为1，即为0，将数据包包头的Dst字段置为数据包携带节点所在街道的出口处位置，执行步骤S03-3；

步骤S03-3：数据包携带节点向周围邻居节点广播数据包；

步骤S03-4：邻居节点接收到其它节点广播的数据包后，将自己的位置信息与数据包内的位置信息进行比较，其中假设数据包中的源地址信息为S(x_s,y_s)，目的地址信息为D(x_d,y_d)，接收到该数据包的邻居节点地址信息为N(x_n,y_n)，计算距离参数δ的计算公式：

$\mathrm{\&delta;}=1-\frac{\left|\right|S(x_s,y_s)-D(x_d,y_d)\left|\right|-\left|\right|N(x_n,y_n)-D(x_d,y_d)\left|\right|}{R}$ 式9

其中R为节点传输半径；若δ<0，则邻居节点不执行任何操作，若0<δ<1，则执行步骤S03-5；

步骤S03-5：步骤S03-4中的邻居节点利用式9，分别计算出自身δ的值δ_i，利用公式10可得等待时长t_i：

t_i＝δ_i×τ式10

其中τ为等待参数；

步骤S03-6：邻居节点等待t_i时间后对收到数据进行转发；其它邻居节点在与之对应的等待时长内，监听到有其它节点已经发送，则放弃此次转发任务；

步骤S03-7：若在步骤S03-3执行后，等待时间为1个数据包往返时延RTT时长，数据携带节点若在该时长内未收到其它邻居节点转发对应数据的信息，则数据携带节点执行指数退避策略继续发送数据包，等待时长分别为1RTT、2RTT、4RTT…；

步骤S03-8：数据包到达邻居节点后，判断该邻居节点所处位置是否为步骤S03-2中所设置的Dst位置，如果是，执行步骤S03-9；如果否，该邻居节点选择其下一跳节点继续转发数据包，执行步骤S03-3；

步骤S03-9：判断数据包IDS字段值是否为1，若是，则本次数据包传输过程结束；若否，即数据包IDS字段值为0，选择Path_i中的下一条街道，执行步骤S03-1。