CN105246119B - 一种车载自组织网络的单播路由转发方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车载自组织网络的单播路由转发方法和装置，所述方法包括：根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；获取所述各个邻居节点的运动状态数据；根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点。本发明提供的转发方法和装置中，基于邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点的方法非常适合车联网的特殊环境，能够使得选择出的下一跳节点形成的链路具有较好的稳定性，而且还可以提升数据分组转发成功的概率。因此，该方法和装置能够保证选择出的下一跳节点为较优节点。

Description

一种车载自组织网络的单播路由转发方法和装置
技术领域
本发明涉及智能交通领域，尤其涉及应用于车载自组织网络的单播路由转发方法和装置。
背景技术
随着全球汽车保有量的上升，城市交通拥堵、道路交通事故以及恶劣天气下的道路交通安全成了亟待解决的问题，作为智能交通系统(英文全称为Intelligent TransportSystem，简称为ITS)重要组成部分的车联网或车载自组织网络(英文全称为Vehicle Ad-hoc Networks,简称为VANET)应运而生。
车联网是将无线通信技术应用于车辆间通信的自组织网络，能够在行驶的车辆之间以及在车辆和路边基站之间建立无线通信；利用多跳转发的方式，可以让两个在彼此通信范围之外的车辆进行信息交互。车联网对于提升车辆的信息化、自动化程度、减少交通事故，保障行车安全和提供交通效率具有十分重要的意义。
由于车联网中车辆节点移动速度快，网络拓扑结构变化频繁，路由协议的设计成为了车联网的重大挑战。目前，车联网路由协议主要分为以下三类：单播路由协议(英文全称为Unicast Routing)、地理组播路由协议(英文全称为Geocast Routing)和广播路由协议(Broadcast Rounting)。在这三类路由协议中，单播路由协议是车联网中应用最普遍的一种路由协议，也是目前研究最多的一种路由协议。它是端到端路由，或者说是一种点对点的路由方式，在目前的研究中，路由协议按照是否给予拓扑、是否使用位置信息将单播路由协议分为基于拓扑的路由协议和基于位置信息的路由协议。
基于拓扑的路由协议中最具代表性的是按需驱动距离矢量路由协议AODV(英文全称为Ad Hoc on-demanc Distance Vector Protocol)，在节点需要发送数据分组之前，按需为数据分组要到达的目的节点预先建立一条路径，该协议具有很好的稳定性，在自组网中的应用很广泛，但在车载网络环境下，由于拓扑结果频繁变化，任何一个节点位置的变化都可能造成已经规划好的路径的失效，该种情况会产生两个后果：一是路径的断裂使协议的数据传输质量下降；二是导致在传输数据分组时需要不断地更新规划新的路径，需要频繁地维护路由表信息，由此带来极大的协议开销。
基于位置的路由协议最具代表性的是贪婪周边无状态路由GPSR(英文全称为Greedy Perimeter Stateless Routing)，相较于其它路由协议来说，它是一种无状态的路由，不需要维护路由表，更加适合拓扑变化比较快的车载网络环境。GPSR需要网络中的节点定期通报自己的位置信息，每个节点将邻居节点的位置信息保存在邻居节点列表之中，节点在进行路由寻路时根据贪婪算法选择邻居节点中比自身更接近目的节点的节点作为下一跳节点，没有比自身更接近目的节点的邻居节点时，就按照右手规则选择节点；整个协议在使用贪婪算法选择下一跳节点的过程，只简单地将相距目的节点更近的节点作为下一跳节点。这种方法不适合车联网环境，如此可能导致选择出的下一跳节点并非较优节点。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一方面提供了一种车载自组织网络的单播路由转发方法，以适合车联网环境，保证选择出的下一跳节点为较优节点。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种车载自组织网络的单播路由转发方法，所述方法包括：
根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；
获取所述各个邻居节点的运动状态数据；
根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点。
一种车载自组织网络的单播路由转发装置，所述装置包括：
确定单元，用于根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；
获取单元，用于获取所述各个邻居节点的运动状态数据；
选择单元，用于根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的车载自组织网络的单播路由转发方法中，根据当前节点的各个邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点。而且在车载自组织网络中，作为节点的车辆均处于运动状态，因此，本发明提供的转发方法中，基于邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点的方法非常适合车联网的特殊环境，能够使得选择出的下一跳节点形成的链路具有较好的稳定性，而且还可以提升数据分组转发成功的概率。因此，该方法能够保证选择出的下一跳节点为较优节点。
附图说明
为了清楚地理解本发明的技术方案，下面将描述本发明的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本发明的部分实施例，本领域技术人员在未付出创造性劳动的前提下，还可以获得其它附图。
图1是相关技术中车联网在不同时刻的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图3是本发明实施例一提供的移动性数据为运动速率时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一邻居节点在不同时刻时所在的位置示意图；
图5是本发明实施例一提供的移动性数据为节点移动性量化指标时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图6是本发明实施例二提供的方向性数据为邻居节点运动方向与当前节点到目的节点连线方向的夹角时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图7是本发明实施例二提供的车联网结构示意图；
图8是本发明实施例二提供的方向性数据为方向性量化指标DN时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图9是本发明实施例三提供的基于移动性数据和方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图；
图10是本发明实施例四提供的车载自组织网络的单播路由转发装置结构示意图；
图11是本发明实施例四提供的车载自组织网络的单播路由转发装置的一个具体实施方式的结构示意图；
图12是本发明实施例四提供的车载自组织网络的单播路由转发装置的另一具体实施方式的结构示意图；
图13是本发明实施例四提供的车载自组织网络的单播路由转发装置的又一具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术部分所述，现有的基于位置信息的路由协议的车载自组织网络的单播路由转发方法，在选择下一跳节点时，只简单地将相距目的节点更近的节点作为下一跳节点，没有考虑节点的运动状态如运动速率和/或运动方向，这种方法不适合车联网环境，如此可能导致选择出的下一跳节点并非较优节点。例如，如果选择运动方向与当前节点运动方向相反的邻居节点作为下一跳节点，就会导致路由跳数增加，导致网络冗余。
具体如图1所示。图1是相关技术中车联网在不同时刻的结构示意图。其中，左图为在t1时刻时的结构示意图，右图是在t2时刻时的结构示意图。设定车辆Na以及车辆Nb都为车辆S的邻居节点，其中，车辆S为当前节点，根据传统的贪婪转发原则，在t1时刻，节点S会选择距离目的节点最近的Nb节点作为下一跳节点，但由于S与Nb运动方向相反，当Nb在t2时刻接收到S传来的数据分组时，两车的位置已经改变，此时，Nb距离目的节点D的距离反而更远了，继续根据传统的贪婪算法，Nb需要将数据分组传递回当前节点S。这种情况下，路由跳数明显增加，导致网络冗余。图1中的箭头表示节点的运动方向。
因此，本发明针对车载自组织网络的特殊性，考虑了节点的运动状态，提供了一种基于节点运动状态的车载自组织网络的单播路由转发方法。图2为本发明实施例提供的车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
S201、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
由于在车联网中，组成网络中各个节点的是车辆，由于车辆具有高速移动的特性，因此，车联网是一个节点快速移动、网络拓扑变化频繁的网络。其中，当前节点会随时发生变化，所以，当前节点的邻居节点也会随之发生变化。因此，本发明提供的单播路由转发方法需要根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点。
S202、获取所述各个邻居节点的运动状态数据：
需要说明的是，本发明实施例所述的运动状态数据可以包括移动性数据，也可以包括方向性数据，还可以同时包括移动性数据和方向性数据。在下文中会详细介绍三种情形的具体实施方式。
其中，移动性数据表示邻居节点运行快慢的程度。方向性数据表示邻居节点的运动方向与当前节点到目的节点连线方向的偏差。
在本发明实施例中，移动性数据可以为运动速率，也可以为由运动速率归一化处理后得到的移动性量化指标。方向性数据可以为邻居节点运动方向与当前节点到目的节点连线方向的夹角，也可以为由夹角归一化后处理得到的方向性量化指标。后续实施方式中会对移动性数据和方向性数据作详细描述。
S203、根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点。
以上为本发明实施例提供的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。
本发明提供的车载自组织网络的单播路由转发方法中，根据当前节点的各个邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点。而且在车载自组织网络中，作为节点的车辆均处于运动状态，因此，本发明提供的转发方法中，基于邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点的方法非常适合车联网的特殊环境，能够使得选择出的下一跳节点形成的链路具有较好的稳定性，而且还可以提升数据分组转发成功的概率。因此，该方法能够保证选择出的下一跳节点为较优节点。
如上所述，本发明实施例所述的运动状态数据可以包括移动性数据和/或方向性数据，下面分为三种情形分别介绍本发明的具体实施方式。
首先介绍当运动状态数据为移动性数据时，车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。具体参见实施例一。
实施例一
首先介绍移动性数据为运动速率时，车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。
图3是本发明实施例一提供的移动性数据为运动速率时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图。如图3所示，该方法包括以下步骤：
S301、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
由于在车联网中，组成网络中各个节点的是车辆，由于车辆具有高速移动的特性，因此，车联网是一个节点快速移动、网络拓扑变化频繁的网络。其中，当前节点会随时发生变化，所以，当前节点的邻居节点也会随之发生变化。因此，本发明提供的单播路由转发方法需要根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点。
S302、获取所述各个邻居节点的运动速率：
作为本发明的一个具体实施例，步骤S302具体包括以下步骤：
S3021、每隔预设时长，接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳：
需要说明的是，由于在车联网环境中，车辆并不一定处于匀速状态。为了获取车辆的运动速率，需要不间断地接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳。
需要说明的是，邻居节点会周期性地向当前节点发送自身的通知信息即HELLO信息。其中，HELLO信息中携带有邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳。此外，HELLO信息中还携带有邻居节点的身份信息即车辆节点ID、信息更新时间以及该邻居节点的过期时间。
在本发明实施例中，每个当前节点可以包括至少一个邻居节点表。可以将接收到的邻居节点的这些信息记录在邻居节点表中。所以，每个邻居节点表的信息会周期性地更新或添加。所以，对于车联网中的车辆节点来说，其需要不间断地维护各自的邻居节点表。邻居节点表如表1所示。
表1
需要说明的是，由于每隔预设时间就会接收并记录一次邻居节点的信息，所以，邻居节点表中的信息会周期性地添加或更新。当一个邻居节点表超过规定时间没有更新时，说明该邻居节点表已经失效，相应的邻居节点已经不在一跳范围内，应该将其删除。
S3022、根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息以及所述相邻两时间戳之间的时长，计算每个邻居节点的运动速率：
为了清楚地理解本发明实施例计算邻居节点的运动速率的方法，下面结合图4描述本步骤的具体实现方式。图4为一邻居节点在不同时刻时所在的位置示意图。如图4所示，设定N1和N2分别表示同一邻居节点在相邻两时刻时的位置，设定N1在车联网所在的坐标系中的位置坐标为(Nx1，Ny1)，N2在车联网所在的坐标系中的位置坐标为(Nx2，Ny2)，设定该邻居节点在N1位置时对应的时间戳为TP1，在N2位置时对应的时间戳为TP2，则根据该位置坐标和时间关系可以计算出TP1至TP2这段时间段内该邻居节点的平均运动速率VN，计算公式如下：
本步骤可以采用公式(1)分别计算当前节点的各个邻居节点的运动速率VN。
S303、比较各个邻居节点的运动速率的大小，将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点：
需要说明的是，在无线路由环境中，对路由链路的要求必须以稳定作为基础。而在车联网环境中，由于车辆均处于快速的移动状态，更容易带来链路快速失效的问题。因此，在当前节点进行下一跳节点选取时，要对其邻居节点进行选择。为了使得形成的转发链路为相对稳定的链路，本发明实施例优先选择运动速率较低的邻居节点作为下一跳节点。这是因为，运动速率较低的邻居节点低速运行，具备比较小的移动性，因而可以形成相对稳定的链路。
所以，为了形成相对稳定的链路，本步骤比较各个邻居节点的运动速率大小，并将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点。
以上为基于运动速率的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。通过上述实施方式确定下一跳节点的过程中，考虑了车辆节点的运动速率，而且，由于车联网中车辆均具有或大或小的运动速率，所以该实施方式提供的转发方法适合车联网环境。并且，选择运动速率最小的节点作为下一跳节点，通过该实施方式选择的下一跳节点能够使得形成的链路较为稳定。
上述实施方式是以移动性数据为运动速率为例说明的。为了更加直观地表示节点的移动性，本发明实施例还可以采用节点移动性量化指标TN表示节点的移动性，节点移动性量化指标越高，其移动性越小。图5示出了移动性数据为节点移动性量化指标时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括以下步骤：
S501、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
该步骤与步骤S301相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S301的描述。
S502、获取所述各个邻居节点的运动速率：
该步骤与步骤S302相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S302的描述。
S503、根据每个邻居节点的运动速率计算对应邻居节点的移动性量化指标TN：
将各个邻居节点的运动速率进行归一化处理即可得到对应邻居节点的移动性量化指标TN。
移动性量化指标TN的计算公式如下：
其中，VN表示每个邻居节点的运动速率；
Vmax表示车载自组织网络中的车辆行驶速率上限值。其中，Vmax值可以根据场景来设定，例如高速公路的Vmax为120km/h，城市道路的Vmax为80km/h。
移动性量化指标TN可以表示移动性的优先级，由公式(2)可知，节点的运动速率越小，移动性量化指标TN越大，该类节点形成的链路稳定性越高，在选择下一跳节点时应选择移动性量化指标高的节点为下一跳节点。
此外，在本发明实施例中，还可以将计算得到的节点移动性量化指标TN添加在邻居节点表中。此时，邻居节点表如表2所示。
表2
S504、比较各个邻居节点的移动性量化指标TN，将移动性量化指标TN最高的邻居节点确定为下一跳节点：
为了使得单播路由转发形成的链路稳定，本步骤比较各个邻居节点的移动性量化指标TN，将移动性量化指标TN最高的邻居节点确定为下一跳节点。
图5所示的实施方式除了具有图3所示的实施方式的有益效果以外，其还能够使得车辆节点的移动性更加直观。
以上为本发明实施例提供的基于移动性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法。
以上为本发明实施例一提供的基于移动性数据的车载自组织网络的单播路由转发的两种实现方式。通过该两种实现方式，选择出的下一跳节点均为较优节点，其均可以形成相对稳定的路由链路。
下面介绍基于方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式，具体参见实施例二。
实施例二
由图1可以得知，在选择下一跳节点时，需要考虑节点的方向性。根据上述描述可知，本发明实施例中，用来表示方向性的方向性数据可以为邻居节点运动方向与当前节点到目的节点连线方向的夹角，也可以为由夹角归一化处理得到的方向性量化指标。
首先介绍方向性数据为邻居节点运动方向与当前节点到目的节点连线方向的夹角时，车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。
图6是本发明实施例二提供的方向性数据为邻居节点运动方向与当前节点到目的节点连线方向的夹角时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图，如图6所示，该方法包括以下步骤：
S601、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
该步骤与实施例一中的步骤S301相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见实施例一的步骤S301的描述。
S602、获取各个邻居节点的运动方向：
作为本发明的一个具体实施例，步骤S602具体包括以下步骤：
S6021、每隔预设时长，接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳：
该步骤与实施例一中的步骤S3021相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S3021的描述。
S6022、根据每个节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息计算每个邻居节点的运动方向：
为了清楚地理解本发明实施例计算邻居节点的运动方向的方法，下面结合上述图7描述本步骤的具体实现方式。
图7是本发明实施例提供的车联网结构示意图。其中，S表示当前节点，D表示目的节点，虚线圆区域表示当前节点S的通信范围，覆盖在其内的节点Na、Nb、Nc、Nd均为当前节点S的邻居节点。
设定当前节点S在车联网所在坐标系内的位置坐标为(Sx，Sy)，目的节点D在车联网所在坐标系内的位置坐标为(Dx，Dy)，设定(Nx1，Ny1)、(Nx2，Ny2)为同一邻居节点在相邻两时间戳TP1和TP2时分别对应的位置坐标。
则该邻居节点在相邻两时间戳TP1和TP2内的运动方向AN的计算公式如下：
当前节点S到目的节点D连线方向ASD的计算公式如下：
根据公式(3)分别计算各个邻居节点Na、Nb、Nc和Nd在相邻两时间戳TP1和TP2内的运动方向ANa、ANb、ANc、ANd。
S603、分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角：
根据各个邻居节点的运动方向ANa、ANb、ANc、ANd和当前节点到目的节点连线方向ASD之间的夹角|ANa-ASD|、|ANb-ASD|、|ANc-ASD|、|ANd-ASD|。
S604、比较各个所述夹角，将夹角最小的邻居节点确定为下一跳节点：
需要说明的是，夹角最小的邻居节点的运动方向倾向于当前节点到目的节点的连线方向。在图7中，相较于其它邻居节点，邻居节点Nb的运动方向与当前节点到目的节点的连线方向的夹角的角度最小，也就是说，邻居节点Nb的运动方向最倾向于当前节点到目的节点的连线方向，所以，将邻居节点Nb作为当前节点S的下一跳节点。如此，可以增大数据分组转发成功的概率，减少路由跳数，降低路由时延。
以上为基于邻居节点的运动方向与当前节点到目的节点的连线方向的夹角为例描述车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。在该实施方式中，确定下一跳节点时考虑了邻居节点的运动方向，由于在车联网中的车辆节点的行驶方向不一。方向对于下一跳节点的选择中一个非常重要的因素，否则会出现图1所示的问题。而本发明实施例在确定下一跳节点时考虑了邻居节点的运动方向，如此可以克服图1所示的问题。而且，该方法也适合车辆网的特殊环境，其选择出的下一跳节点为倾向于目标节点的邻居节点，其为较优节点，如此，可以增大数据分组转发成功的概率，减少路由跳数，降低路由时延。
此外，为了更为直观地描述节点的运动方向，本发明实施例还可以采用由夹角归一化后处理得到的节点方向性量化指标DN表示节点的方向性，节点的方向性量化指标越高，该节点的运动方向越倾向于当前节点到目的节点的连线方向。图8示出了方向性数据为方向性量化指标DN时，车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图。如图8所示，该方法包括以下步骤：
S801、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
该步骤与实施例一中的步骤S301相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见实施例一的步骤S301的描述。
S802、获取各个邻居节点的运动方向：
该步骤与步骤S602相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S602的描述。
S803、分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角：
该步骤与步骤S603相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S603的描述。
S804、根据各个夹角计算对应邻居节点的方向性量化指标DN：
将上述步骤S803得到的各个夹角按照公式(5)进行归一化处理，得到各个邻居节点的方向性量化指标DN。其中，公式(5)如下：
其中，AN为任一邻居节点的相邻两时间戳对应的时长内的运动方向；
ASD为当前节点到目的节点的连线方向。
需要说明的是，方向性量化指标用于表示车辆邻居节点的方向优先级，DN越大，方向优先级越高，在选择下一跳节点时，优先选取DN大的邻居节点。
此外，在本发明实施例中，还可以将计算得到的节点方向性量化指标DN添加在邻居节点表中。此时，邻居节点表如表3所示。
表3
S805、比较各个邻居节点的方向性量化指标DN，将方向性量化指标DN最大的邻居节点确定为下一跳节点。
以上为基于方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。该具体实施方式中，下一跳节点的确定方法能够提高数据分组转发的成功率，减少路由跳数，提高路由转发效率。
需要说明的是，上述实施例一是基于移动性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式，实施例二是基于方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。由于车辆的运动状态包括运动速率和运动方向两个因素，所以，为了综合考虑车辆节点的移动性数据和方向性数据，本发明实施例还提供了综合考虑车辆节点的移动性数据和方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式，具体参见实施例三。
实施例三
图9是本发明实施例三提供的基于移动性数据和方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的流程示意图。如图9所示，该方法包括以下步骤：
S901、根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点：
该步骤与步骤S301相同，为了简要起见，在此不再详细描述，详细信息请参见步骤S301的描述。
S902、获取所述各个邻居节点的运动速率和运动方向：
具体地，采用与实施例一的步骤S302相同的方法获取所述各个邻居节点的运动速率，采用与实施例二的步骤S602相同的方法获取所述各个邻居节点的运动方向。
S903、根据所述各个邻居节点的运动速率分别计算各个邻居节点的移动性量化指标TN；根据所述各个邻居节点的运动方向分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；根据各个夹角分别计算各个邻居节点的方向性量化指标DN：
具体地，采用与实施例一的步骤S503相同的方法获取所述各个邻居节点的移动性量化指标，采用与实施例二的步骤S803相同的方法分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；采用与实施例二的步骤S804相同的方法获取所述各个邻居节点的方向性量化指标。
此外，在本发明实施例中，还可以将计算得到的节点移动性量化指标TN和方向性量化指标DN添加在邻居节点表中。此时，邻居节点表如表4所示。
表4
S904、根据所述各个邻居节点的移动性量化指标和方向性量化指标，分别计算各个邻居节点的综合运动状态指标P：
作为本发明的一个具体实施例，所述综合运动状态指标P的计算公式如下：
其中，α、β分别为移动性量化指标TN和方向性量化指标DN的权重。一般情况下，α、β的取值规则为：α＝β＝0.5。然而，α、β的取值可以根据车辆的实时行驶环境作动态调整。
S905、比较各个邻居节点的综合运动状态指标P，将综合运动状态指标P最高的邻居节点确定为下一跳节点：
在本发明实施例中，综合运动状态指标P越大，表示对应节点的运动速率越小，而且该节点的运动方向越倾向于目的节点。所以，在选择下一跳节点时，优先选择综合运动状态指标P最高的节点。如此形成的链路不仅具有极好的稳定性，而且数据分组转发成功率较高。
以上为本发明实施例三提供的基于移动性数据和方向性数据的车载自组织网络的单播路由转发方法的具体实施方式。该实施方式的转发方法更加适合车联网环境，通过该具体实施方式，可以根据节点的综合运动状态指标选择下一跳节点，并且选择综合运动状态指标最高的邻居节点作为下一跳节点。如此，选择出的下一跳节点为最优节点，因此该路由方法可以提升路由选择的速率，降低时延，较快数据分组的发送，同时选择的链路稳定性相对较高，能够保证数据分组发送的成功率。
需要说明的是，上述实施例一至三中的任一转发方法均无需维护路由表，因此，不需要频繁地维护路由表信息，因此不会带来极大的协议开销。
基于上述实施例提供的车载自组织网络的单播路由转发方法，本发明实施例还提供了车载自组织网络的单播路由转发装置，具体参见以下实施例。
实施例四
图10是本发明实施例四提供的车载自组织网络的单播路由转发装置结构示意图。如图10所示，该装置包括：
确定单元101，用于根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；
获取单元102，用于获取所述各个邻居节点的运动状态数据；
选择单元103，用于根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点。
本发明提供的车载自组织网络的单播路由转发装置中，根据当前节点的各个邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点。而且在车载自组织网络中，作为节点的车辆均处于运动状态，因此，本发明提供的转发装置，基于邻居节点的运动状态数据确定下一跳节点的方法非常适合车联网的特殊环境，能够使得选择出的下一跳节点形成的链路具有较好的稳定性，而且还可以提升数据分组转发成功的概率。因此，该装置能够保证选择出的下一跳节点为较优节点。
作为本发明的一个具体实施例，所述运动状态数据包括移动性数据，所述移动性数据包括运动速率。图11示出了该具体实施例的车载自组织网络的单播路由转发装置的结构示意图。如图11所示，该装置结构与图10所示的结构基本相同，为了简要起见，此处仅对其不同之处进行详细描述，其相似之处请参见图10相应的描述。
如图11所示，所述获取单元102包括第一获取单元1021，所述第一获取单元1021用于获取所述各个邻居节点的运动速率；
可选地，所述第一获取单元1021具体包括：
接收并记录子单元10211，用于每隔预设时长，接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；
第一计算子单元10212，用于根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息以及所述相邻两时间戳之间的时长，计算每个邻居节点的运动速率。
所述选择单元103包括第一比较单元1031，所述第一比较单元1031用于比较各个邻居节点的运动速率的大小，将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点。
可选地，所述移动性数据还包括移动性量化指标。所述选择单元103还包括：
第一计算单元1032，用于在获取所述各个邻居节点的运动速率之后，所述比较各个邻居节点的运动速率的大小之前，根据每个邻居节点的运动速率计算对应的每个邻居节点的移动性量化指标TN，其中，移动性量化指标TN的计算公式如下：
其中，VN表示每个邻居节点的运动速率；
Vmax表示车载自组织网络中的车辆行驶速率上限值；
所述第一比较单元1031包括第一比较子单元10311，所述第一比较子单元10311用于比较各个邻居节点的移动性量化指标TN，将移动性量化指标TN最高的邻居节点确定为下一跳节点的子单元。
作为本发明的另一实施例，所述运动状态数据包括方向性数据，所述方向性数据包括运动方向。图12示出了该具体实施例的车载自组织网络的单播路由转发装置的结构示意图。如图12所示，该装置结构与图10所示的结构基本相同，为了简要起见，此处仅对其不同之处进行详细描述，其相似之处请参见图10相应的描述。
如图12所示，所述获取单元102包括第二获取单元1022，所述第二获取单元1022用于获取所述各个邻居节点的运动方向；
可选地，所述第二获取单元具体包括：
接收并记录子单元10221，用于每隔预设时长接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；在本发明实施例中，接收并记录子单元10221与接收并记录子单元10211可以为同一子单元。
第二计算子单元10222，用于根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息计算每个邻居节点的运动方向。
所述选择单元103包括：
第二计算单元1033，用于分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；
第二比较单元1034，用于比较各个所述夹角，将夹角最小的邻居节点确定为下一跳节点。
可选地，所述所述方向性数据还包括方向性量化指标，所述选择单元103还包括：
第三计算单元1035，用于所述计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角之后，所述比较各个所述夹角之前，根据各个夹角计算各个邻居节点的方向性量化指标DN，其中，方向性量化指标DN的计算公式如下：
其中，AN表示邻居节点的运动方向；
ASD表示当前节点到目的节点连线方向；
所述第二比较单元1034包括第二比较子单元10341，用于比较各个邻居节点的方向性量化指标DN，将方向性量化指标DN最高的邻居节点确定为下一跳节点。
作为本发明的又一具体实施例，所述运动状态数据包括移动性数据和方向性数据，所述移动性数据包括运动速率和移动性量化指标，所述方向性数据包括节点的运动方向到目标节点连线方向的夹角和方向性量化指标。图13示出了该具体实施例的车载自组织网络的单播路由转发装置的结构示意图。如图13所示，该装置结构与图10所示的结构基本相同，为了简要起见，此处仅对其不同之处进行详细描述，其相似之处请参见图10相应的描述。
如图13所示，所述获取单元包括第三获取单元1023，所述第三获取单元1023用于获取所述各个邻居节点的运动速率和运动方向；需要说明的是，本发明实施例所述的第三获取单元1023具有第一获取单元1021和第二获取单元1022的功能。其具体结构可以由第一获取单元1021和第二获取单元组合而成。
所述选择单元103包括：
第四计算单元1036，用于根据所述各个邻居节点的运动速率分别计算各个邻居节点的移动性量化指标TN；根据所述各个邻居节点的运动方向分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；根据各个夹角分别计算各个邻居节点的方向性量化指标DN；
第五计算单元1037，用于根据所述各个邻居节点的移动性量化指标TN和方向性量化指标DN分别计算各个邻居节点的综合运动状态指标P；
作为本发明的一个具体实施例，所述综合运动状态指标P的计算公式如下：
其中，α、β分别为移动性量化指标TN和方向性量化指标DN的权重；
第三比较单元1038，用于比较各个邻居节点的综合运动状态指标P，将综合运动状态指标P最高的邻居节点确定为下一跳节点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。应当支持，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种车载自组织网络的单播路由转发方法，其特征在于，所述方法包括：
根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；
获取所述各个邻居节点的运动状态数据；所述运动状态数据包括移动性数据，和/或，方向性数据；所述移动性数据用于表征所述各个邻居节点运行快慢的程度；所述方向性数据用于表征所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到目的节点连线方向的倾向性，以及用于与所述移动性数据结合计算综合运动状态指标；
根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点；
其中，所述移动性数据包括运动速率，或者，所述运动速率和移动性量化指标；所述方向性数据包括所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到所述目的节点的连线方向的夹角，或者，所述夹角和方向性量化指标；
移动性量化指标TN的计算公式为：
所述移动性量化指标TN的计算公式中，VN表示每个邻居节点的运动速率；Vmax表示车载自组织网络中的车辆行驶速率上限值；
方向性量化指标DN的计算公式为：
所述方向性量化指标DN的计算公式中，AN表示邻居节点的运动方向；ASD表示当前节点到目的节点连线方向；
综合运动状态指标P的计算公式为：
所述综合运动状态指标P的计算公式中，α、β分别为所述移动性量化指标TN和所述方向性量化指标DN的权重。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动状态数据包括移动性数据，所述移动性数据包括运动速率，所述获取所述各个邻居节点的运动状态数据；根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点，具体包括：
获取所述各个邻居节点的运动速率；
比较各个邻居节点的运动速率的大小，将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述移动性数据还包括移动性量化指标，所述获取所述各个邻居节点的运动速率之后，所述比较各个邻居节点的运动速率的大小之前，还包括：
根据每个邻居节点的运动速率计算对应的每个邻居节点的移动性量化指标TN；
所述比较各个邻居节点的运动速率的大小，将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点，具体为：
比较各个邻居节点的移动性量化指标TN，将移动性量化指标TN最高的邻居节点确定为下一跳节点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动状态数据包括方向性数据，所述方向性数据包括所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到所述目的节点的连线方向的夹角，所述获取所述各个邻居节点的运动状态数据；根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点，具体包括：
获取所述各个邻居节点的运动方向；
分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；
比较各个所述夹角，将夹角最小的邻居节点确定为下一跳节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方向性数据还包括方向性量化指标，所述计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角之后，所述比较各个所述夹角之前，还包括：
根据各个夹角计算各个邻居节点的方向性量化指标DN；
所述比较各个夹角，将夹角最小的邻居节点确定为下一跳节点，具体为：
比较各个邻居节点的方向性量化指标DN，将方向性量化指标DN最高的邻居节点确定为下一跳节点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动状态数据包括移动性数据和方向性数据，所述移动性数据包括运动速率和移动性量化指标，所述方向性数据包括节点的运动方向到目标节点连线方向的夹角和方向性量化指标；
所述获取所述各个邻居节点的运动状态数据；根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点，具体包括：
获取所述各个邻居节点的运动速率和运动方向；
根据所述各个邻居节点的运动速率分别计算各个邻居节点的移动性量化指标TN；根据所述各个邻居节点的运动方向分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；根据各个夹角分别计算各个邻居节点的方向性量化指标DN；
根据所述各个邻居节点的移动性量化指标TN和方向性量化指标DN分别计算各个邻居节点的综合运动状态指标P；
比较各个邻居节点的综合运动状态指标P，将综合运动状态指标P最高的邻居节点确定为下一跳节点。
7.根据权利要求2、3或6所述的方法，其特征在于，所述获取所述各个邻居节点的运动速率，具体包括：
每隔预设时长，接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；
根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息以及所述相邻两时间戳之间的时长，计算每个邻居节点的运动速率。
8.根据权利要求4、5或6所述的方法，其特征在于，所述获取所述各个邻居节点的运动方向，具体包括：
每隔预设时长接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；
根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息计算每个邻居节点的运动方向。
9.一种车载自组织网络的单播路由转发装置，其特征在于，所述装置包括：
确定单元，用于根据当前节点的位置信息以及所述当前节点的通信范围确定所述当前节点的各个邻居节点；
获取单元，用于获取所述各个邻居节点的运动状态数据；所述运动状态数据包括移动性数据，和/或，方向性数据；所述移动性数据用于表征所述各个邻居节点运行快慢的程度；所述方向性数据用于表征所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到目的节点连线方向的倾向性，以及用于与所述移动性数据结合计算综合运动状态指标；
选择单元，用于根据所述各个邻居节点的运动状态数据选择下一跳节点；
其中，所述移动性数据包括运动速率，或者，所述运动速率和移动性量化指标；所述方向性数据包括所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到所述目的节点的连线方向的夹角，或者，所述夹角和方向性量化指标；
移动性量化指标TN的计算公式为：
所述移动性量化指标TN的计算公式中，VN表示每个邻居节点的运动速率；Vmax表示车载自组织网络中的车辆行驶速率上限值；
方向性量化指标DN的计算公式为：
所述方向性量化指标DN的计算公式中，AN表示邻居节点的运动方向；ASD表示当前节点到目的节点连线方向；
综合运动状态指标P的计算公式为：
所述综合运动状态指标P的计算公式中，α、β分别为所述移动性量化指标TN和所述方向性量化指标DN的权重。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运动状态数据包括移动性数据，所述移动性数据包括运动速率；
所述获取单元包括第一获取单元，所述第一获取单元用于获取所述各个邻居节点的运动速率；
所述选择单元包括第一比较单元，所述第一比较单元用于比较各个邻居节点的运动速率的大小，将运动速率最小的邻居节点确定为下一跳节点。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述移动性数据还包括移动性量化指标，所述选择单元还包括：
第一计算单元，用于在获取所述各个邻居节点的运动速率之后，所述比较各个邻居节点的运动速率的大小之前，根据每个邻居节点的运动速率计算对应的每个邻居节点的移动性量化指标TN；
所述第一比较单元包括第一比较子单元，所述第一比较子单元用于比较各个邻居节点的移动性量化指标TN，将移动性量化指标TN最高的邻居节点确定为下一跳节点的子单元。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运动状态数据包括方向性数据，所述方向性数据包括所述各个邻居节点的运动方向与所述当前节点到所述目的节点的连线方向的夹角；
所述获取单元包括第二获取单元，所述第二获取单元用于获取所述各个邻居节点的运动方向；
所述选择单元包括：
第二计算单元，用于分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；
第二比较单元，用于比较各个所述夹角，将夹角最小的邻居节点确定为下一跳节点。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述所述方向性数据还包括方向性量化指标，所述选择单元还包括：
第三计算单元，用于所述计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角之后，所述比较各个所述夹角之前，根据各个夹角计算各个邻居节点的方向性量化指标DN；
所述第二比较单元包括第二比较子单元，用于比较各个邻居节点的方向性量化指标DN，将方向性量化指标DN最高的邻居节点确定为下一跳节点。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述运动状态数据包括移动性数据和方向性数据，所述移动性数据包括运动速率和移动性量化指标，所述方向性数据包括节点的运动方向到目标节点连线方向的夹角和方向性量化指标；
所述获取单元包括第三获取单元，所述第三获取单元用于获取所述各个邻居节点的运动速率和运动方向；
所述选择单元包括：
第四计算单元，用于根据所述各个邻居节点的运动速率分别计算各个邻居节点的移动性量化指标TN；根据所述各个邻居节点的运动方向分别计算各个邻居节点的运动方向和当前节点到目的节点连线方向之间的夹角；根据各个夹角分别计算各个邻居节点的方向性量化指标DN；
第五计算单元，用于根据所述各个邻居节点的移动性量化指标TN和方向性量化指标DN分别计算各个邻居节点的综合运动状态指标P；
第三比较单元，用于比较各个邻居节点的综合运动状态指标P，将综合运动状态指标P最高的邻居节点确定为下一跳节点。
15.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元具体包括：
接收并记录子单元，用于每隔预设时长，接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；
第一计算子单元，用于根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息以及所述相邻两时间戳之间的时长，计算每个邻居节点的运动速率。
16.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元具体包括：
接收并记录子单元，用于每隔预设时长接收并记录每个邻居节点的位置信息以及所述位置信息对应的时间戳；
第二计算子单元，用于根据每个邻居节点在相邻两时间戳分别对应的位置信息计算每个邻居节点的运动方向。
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