CN105430634B - 一种车载网的移动切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载网的移动切换方法，所述车载网包括接入节点和车辆节点，并通过两个以上的接入路由器接入到互联网。所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，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

一种车载网的移动切换方法
技术领域
本发明涉及一种移动切换的实现系统，尤其涉及的是一种车载网的移动切换方法。
背景技术
车载自组网由于其实用性已经受到广泛关注，成为研究的热点。车载自组网的主要特点之一为车辆节点沿路进行高速移动，因此，如何实现车辆节点的无缝移动转交成为研究的热点之一。
目前现有的移动协议(如HMIPv6，FMIPv6及MIPv6)应用到城市车载网络中还存在一些问题，主要原因为如下：
1)现有移动协议中，移动节点需要发送和接收大量的控制信息来确保移动过程中的通信畅通，减少数据包的丢失，而传输控制信息会消耗大量的能量，这会大幅度缩减移动节点的寿命；
2)现有移动协议的控制信息数据包开销较大，移动转交延迟较长从而提高了数据包丢失率。
因此需要提出一种移动转交延迟短，数据不包丢失率低的车载网络移动转交的实现方法。
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，提供一种车载网的移动切换方法。
技术方案：本发明公开了一种车载网的移动切换方法，所述车载网包括接入节点和车辆节点，并通过两个以上的接入路由器接入到互联网；车载网中p个接入节点所封闭的道路构建成一个车域Mx，p≥2，每个接入节点记做APx-j，p≥j≥1，车域Mx由接入节点集合{APx-j}标识，j＝1…p；一个接入节点APx-j属于两个以上的车域，且与rx-j个接入路由器相连，rx-j≥1，每个接入路由器记做ARx-j-y，rx-j≥y≥1，接入路由器ARx-j-y定义的网络前缀记做GNPx-j-y，接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y之间的关联关系由rx-j个二元组<接入节点APx-j，网络前缀GNPx-j-y>表示；车域Mx由网络前缀集合Gx定义，如公式(1)所示，表示形式为二元组集合{<APx-j,GNPx-j-y>}；
车辆节点的IPv6地址由网络前缀和节点ID构成，车辆节点的节点ID具有全球唯一性；
车载网包含N个接入节点，节点ID为i比特，i<64，节点ID空间为[1,2i﹣1]，将节点ID空间划分为N份，每个接入节点保存一份节点ID空间，每个接入节点的节点ID空间具有唯一性；第n接入节点的节点ID空间为[L(n),U(n)]，1≤n≤N，如公式(2)和公式(3)所示，第n个接入节点的节点ID A(n)如公式(4)所示，接入节点的节点ID预先设置；
接入路由器保存一个绑定表，每个表项包含两个域：节点域和车域域，节点域记录一个车辆节点的节点ID，车域域记录定义该车辆节点所在车域的二元组集合；
接入节点为其所属的每个车域保存一个邻居表，邻居表每个表项包含三个域：邻居接入节点域，网络前缀域以及坐标域；邻居接入节点域记录邻居接入节点的节点ID，网络前缀域记录与该邻居节点相连的接入路由器定义的网络前缀，坐标域为邻居接入节点的地理坐标。
上述过程提出了一个车域由多个网络前缀所标识，从而降低移动切换带来的延迟和丢包率。
本发明所述方法中，接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y相连，接入节点APx-j通过接收接入路由器ARx-j-y广播的路由消息获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀，接入节点APx-j获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀和节点ID后，通过下述步骤建立邻居表：
步骤101：开始；
步骤102：接入节点APx-j广播一条邻居表建立消息，负载为接入节点APx-j的坐标，以及与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀；
步骤103：收到邻居表建立消息的车辆节点或者是接入节点根据下述三种情况分别进行如下操作：
情况1：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点不在任何接入节点的通信范围内，则该车辆节点转发收到的邻居表建立消息，执行步骤103；
情况2：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点在一个接入节点的通信范围内，则该车辆节点将收到的邻居表建立消息的目的地址更新为该接入节点的地址，然后发送该邻居表建立消息，执行步骤103；
情况3：接入节点收到邻居表建立消息，则收到邻居表建立消息的接入节点在邻居表中创建一个表项，该表项的邻居接入节点域为接入节点APx-j的节点ID，网络前缀域为邻居表建立消息中与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀，坐标域为邻居表建立消息中的接入节点APx-j的坐标值；
步骤104：结束；
通过接收到邻居接入节点广播的邻居表建立消息，接入节点为每个所属的车域建立一个邻居表。
本发明所述方法中，在车辆节点V1位于车域M1，接入节点AP1-2属于车域M1的情况下，车辆节点V1启动后，采用MAC地址作为临时地址并向接入节点AP1-2申请节点ID，包括如下步骤：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点V1向接入节点AP1-2发送地址请求消息，地址请求消息负载为车辆节点V1的地理坐标；
步骤203：接入节点AP1-2收到地址请求消息后，在自己的节点ID空间中为车辆节点V1分配一个节点ID，向车辆节点V1返回一个地址响应消息，地址响应消息负载为分配的节点ID以及定义车域M1的二元组集合，然后接入节点AP1-2将分配给车辆节点V1的节点ID设置为已分配状态；
步骤204：车辆节点V1收到地址响应消息后，将地址响应消息中的节点ID设置为自己的节点ID，保存地址响应消息中定义车域M1的二元组集合，同时选择与接入节点AP1-2相连的一个接入路由器AR1作为家乡代理，向接入路由器AR1发送一条注册消息，注册消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤205：接入路由器AR1收到注册消息后，在绑定表中增加一个表项，该表项的节点域为车辆节点V1的节点ID，车域域为注册消息中定义车域M1的二元组集合；
步骤206：结束；
车辆节点获取节点ID后，在整个生命周期中由该节点ID唯一标识；
车辆节点获取定义所在车域的二元组集合后，将节点ID与定义该车域的网络前缀相结合构建IPv6地址。
通过上述过程，车辆节点通过一次节点配置可以同时获取多个具有不同网络前缀的IPv6地址，从而大幅度降低了地址配置延迟，同时车辆节点可以通过多个具有不同网络前缀的IPv6地址进行通信，从而提高通信质量。
本发明所述方法中，接入节点保存一个切换表，用于暂时记录进行移动切换的车辆节点，切换表的每个表项包括三个域：车辆节点域，车辆节点原来的车域以及车辆节点当前的车域；
车辆节点V1通过接入节点AP1-2从车域M2进入车域M1，接入节点AP1-2进行如下切换操作：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点AP1-2向车辆节点V1发送移动切换消息，移动切换消息负载为定义车域M1的二元组集合；接入节点AP1-2在切换表中创建一个表项，车辆节点域为车辆节点V1的节点ID，车辆节点原来的车域为定义车域M2的二元组集合，车辆节点当前的车域为定义车域M1的二元组集合；
步骤303：车辆节点V1收到移动切换消息后，保存定义车域M1的二元组集合，然后向家乡代理AR1发送一条绑定消息，绑定消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤304：家乡代理AR1收到绑定消息后，在绑定表中查找车辆节点V1的表项，将车域域更新为定义车域M1的二元组集合；
步骤305：结束。
通过上述过程，车辆节点在移动切换过程中无需配置转交地址，从而大幅度降低了移动切换延迟。由于移动切换延迟与丢包率成正比，因此由移动切换引起的丢包率大幅度下降。
本发明所述方法中，在T1时刻，车辆节点V1位于车域M2中，车域M2由接入节点AP2-1和接入节点AP2-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-1>,<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-2>,<接入节点AP2-2,网络前缀GNP2-2-1>}定义；接入节点AP2-2与接入路由器AR2-2-1相连，接入路由器AR2-2-1定义网络前缀GNP2-2-1，接入节点AP2-1与接入路由器AR2-1-1和接入路由器AR2-1-2相连，接入路由器AR2-1-1定义网络前缀GNP2-1-1，接入路由器AR2-1-2定义网络前缀GNP2-1-2；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车域M1由接入节点AP1-1和接入节点AP1-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP1-1,网络前缀GNP1-1-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-2>}定义，接入节点AP1-1与接入路由器AR1-1-1相连，接入路由器AR1-1-1定义了网络前缀GNP1-1-1；接入路由器AR1-1-1为车辆节点V1的家乡代理；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-1相连，接入路由器AR1-2-1定义了网络前缀GNP1-2-1；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-2相连，接入路由器AR1-2-2定义了网络前缀GNP1-2-2；
在T1时刻，车辆节点V1将网络前缀GNP2-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X1，将网络前缀GNP2-1-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X2，将网络前缀GNP2-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X3；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X1后，返回数据响应消息X1，数据响应消息X1负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X1首先到达接入路由器AR2-1-1,接入路由器AR2-1-1根据网络前缀GNP2-1-1将数据响应消息X1转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X1负载中的接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X1发送到车域M2，最后数据响应消息X1到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X2后，返回一个数据响应消息X2，数据响应消息X2负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X2首先到达接入路由器AR2-1-2,接入路由器AR2-1-2根据网络前缀GNP2-1-2将数据响应消息X2转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X2负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X2发送到车域M2，最后数据响应消息X2到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X3后，返回数据响应消息X3，数据响应消息X3负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X3首先到达接入路由器AR2-2-1,接入路由器AR2-2-1根据网络前缀GNP2-2-1将数据响应消息X3转发到接入节点AP2-2，接入节点AP2-2根据数据响应消息X3负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X3发送到车域M2，最后数据响应消息X3到达车辆节点V1；
车辆节点V1能够同时利用三个不同网络前缀的IPv6地址分别从移动节点MN1、移动节点MN2和移动节点MN3获取数据，并且获取数据的路由路径不同，从而增强了数据通信性能；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X4，数据请求消息X4的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP2-1和接入节点AP2-2定义的车域M2中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X4负载中增加接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，然后将数据请求消息X4发送出去，根据数据请求消息X4的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X4负载中接入节点AP2-1和接入节点AP2-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M2，将数据请求消息X4发送到车域M2，最终数据请求消息X4到达车辆节点V1；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车辆节点V1获取定义车域M1的二元组集合；
车辆节点V1将网络前缀GNP1-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X5，将网络前缀GNP1-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X6，将网络前缀GNP1-2-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X7；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X5后，返回数据响应消息X5，数据响应消息X5负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1的节点ID，接入节点AP1-2的节点ID}，数据响应消息X5首先到达接入路由器AR1-1-1,接入路由器AR1-1-1根据网络前缀GNP1-1-1将数据响应消息X5转发到接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据响应消息X5负载中的接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X5发送到车域M1，最后数据响应消息X5到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X6后，返回数据响应消息X6，数据响应消息X6负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X6首先到达接入路由器AR1-2-1,接入路由器AR1-2-根据网络前缀GNP1-2-将数据响应消息X6转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X6负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，数据响应消息X6发送到车域M1，最后数据响应消息X6到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X7后，返回数据响应消息X7，数据响应消息X7负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X7首先到达接入路由器AR1-2-2,接入路由器AR1-2-2根据网络前缀GNP1-2-2将数据响应消息X7转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X7负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X7发送到车域M1，最后数据响应消息X7到达车辆节点V1；
车辆节点V1能够同时利用三个不同网络前缀的IPv6地址分别从移动节点MN1、MN2和MN3获取数据，并且获取数据的路由路径不同，增强了数据通信性能；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X8，数据请求消息X8的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X8首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP1-1和接入节点AP1-2定义的车域M1中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X8负载中增加接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，然后将数据请求消息X8发送出去，根据数据请求消息X8的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，该数据请求消息X8首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X8负载中接入节点AP1-1和接入节点AP1-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M1，将数据请求消息X8发送到车域M1，最终数据请求消息X8到达车辆节点V1。
有益效果：本发明提供了一种车载网的移动切换方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，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为本发明所述的车载网结构示意图。
图2为本发明所述的邻居表建立流程示意图。
图3为本发明所述的车辆节点获取地址流程示意图。
图4为本发明所述的移动切换流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种车载网的移动切换方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，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为本发明所述的车载网结构示意图。所述车载网包括接入节点1和车辆节点2，并通过两个以上的接入路由器3接入到互联网；车载网中p个相邻接入节点1所封闭的道路构建成一个车域Mx，p≥2，每个接入节点1记做APx-j，p≥j≥1，就图1而言，一共包含两个车域，一个车域由两个接入节点1最小封闭的道路构建而成，即p等于2，另一个车域由三个接入节点1最小封闭的道路构建而成，即p等于3，车域Mx由接入节点1集合{APx-j}标识，j＝1…p；一个接入节点APx-j属于两个以上的车域，且与rx-j个接入路由器3相连，rx-j≥1，每个接入路由器3记做ARx-j-y，rx-j≥y≥1，接入路由器ARx-j-y定义的网络前缀记做GNPx-j-y，接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y之间的关联关系由rx-j个二元组<接入节点APx-j，网络前缀GNPx-j-y>表示；车域Mx由网络前缀集合Gx定义，如公式(1)所示，表示形式为二元组集合{<APx-j,GNPx-j-y>}；
图2为本发明所述的邻居表建立流程示意图。车辆节点的IPv6地址由网络前缀和节点ID构成，车辆节点的节点ID具有全球唯一性；
车载网包含N个接入节点，节点ID为i比特，i<64，节点ID空间为[1,2i﹣1]，将节点ID空间划分为N份，每个接入节点保存一份节点ID空间，每个接入节点的节点ID空间具有唯一性；第n接入节点的节点ID空间为[L(n),U(n)]，1≤n≤N，如公式(2)和公式(3)所示，第n个接入节点的节点ID A(n)如公式(4)所示，接入节点的节点ID预先设置；
接入路由器保存一个绑定表，每个表项包含两个域：节点域和车域域，节点域记录一个车辆节点的节点ID，车域域记录定义该车辆节点所在车域的二元组集合；
接入节点为其所属的每个车域保存一个邻居表，邻居表每个表项包含三个域：邻居接入节点域，网络前缀域以及坐标域；邻居接入节点域记录邻居接入节点的节点ID，网络前缀域记录与该邻居节点相连的接入路由器定义的网络前缀，坐标域为邻居接入节点的地理坐标。
上述过程提出了一个车域由多个网络前缀所标识，从而降低移动切换带来的延迟和丢包率。
接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y相连，接入节点APx-j通过接收接入路由器ARx-j-y广播的路由消息获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀，接入节点APx-j获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀和节点ID后，通过下述步骤建立邻居表：
步骤101：开始；
步骤102：接入节点APx-j广播一条邻居表建立消息，负载为接入节点APx-j的坐标，以及与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀；
步骤103：收到邻居表建立消息的车辆节点或者是接入节点根据下述三种情况分别进行如下操作：
情况1：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点不在任何接入节点的通信范围内，则该车辆节点转发收到的邻居表建立消息，执行步骤103；
情况2：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点在一个接入节点的通信范围内，则该车辆节点将收到的邻居表建立消息的目的地址更新为该接入节点的地址，然后发送该邻居表建立消息，执行步骤103；
情况3：接入节点收到邻居表建立消息，则收到邻居表建立消息的接入节点在邻居表中创建一个表项，该表项的邻居接入节点域为接入节点APx-j的节点ID，网络前缀域为邻居表建立消息中与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀，坐标域为邻居表建立消息中的接入节点APx-j的坐标值；
步骤104：结束；
通过接收到邻居接入节点广播的邻居表建立消息，接入节点为每个所属的车域建立一个邻居表。
图3为本发明所述的车辆节点获取地址流程示意图。在车辆节点V1位于车域M1，接入节点AP1-2属于车域M1的情况下，车辆节点V1启动后，采用MAC地址作为临时地址并向接入节点AP1-2申请节点ID，包括如下步骤：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点V1向接入节点AP1-2发送地址请求消息，地址请求消息负载为车辆节点V1的地理坐标；
步骤203：接入节点AP1-2收到地址请求消息后，在自己的节点ID空间中为车辆节点V1分配一个节点ID，向车辆节点V1返回一个地址响应消息，地址响应消息负载为分配的节点ID以及定义车域M1的二元组集合，然后接入节点AP1-2将分配给车辆节点V1的节点ID设置为已分配状态；
步骤204：车辆节点V1收到地址响应消息后，将地址响应消息中的节点ID设置为自己的节点ID，保存地址响应消息中定义车域M1的二元组集合，同时选择与接入节点AP1-2相连的一个接入路由器AR1作为家乡代理，向接入路由器AR1发送一条注册消息，注册消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤205：接入路由器AR1收到注册消息后，在绑定表中增加一个表项，该表项的节点域为车辆节点V1的节点ID，车域域为注册消息中定义车域M1的二元组集合；
步骤206：结束；
车辆节点获取节点ID后，在整个生命周期中由该节点ID唯一标识；
车辆节点获取定义所在车域的二元组集合后，将节点ID与定义该车域的网络前缀相结合构建IPv6地址。
通过上述过程，车辆节点通过一次节点配置可以同时获取多个具有不同网络前缀的IPv6地址，从而大幅度降低了地址配置延迟，同时车辆节点可以通过多个具有不同网络前缀的IPv6地址进行通信，从而提高通信质量。
图4为本发明所述的移动切换流程示意图。接入节点保存一个切换表，用于暂时记录进行移动切换的车辆节点，切换表的每个表项包括三个域：车辆节点域，车辆节点原来的车域以及车辆节点当前的车域；
车辆节点V1通过接入节点AP1-2从车域M2进入车域M1，接入节点AP1-2进行如下切换操作：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点AP1-2向车辆节点V1发送移动切换消息，移动切换消息负载为定义车域M1的二元组集合；接入节点AP1-2在切换表中创建一个表项，车辆节点域为车辆节点V1的节点ID，车辆节点原来的车域为定义车域M2的二元组集合，车辆节点当前的车域为定义车域M1的二元组集合；
步骤303：车辆节点V1收到移动切换消息后，保存定义车域M1的二元组集合，然后向家乡代理AR1发送一条绑定消息，绑定消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤304：家乡代理AR1收到绑定消息后，在绑定表中查找车辆节点V1的表项，将车域域更新为定义车域M1的二元组集合；
步骤305：结束。
通过上述过程，车辆节点在移动切换过程中无需配置转交地址，从而大幅度降低了移动切换延迟。由于移动切换延迟与丢包率成正比，因此由移动切换引起的丢包率大幅度下降。
本发明所述方法中，在T1时刻，车辆节点V1位于车域M2中，车域M2由接入节点AP2-1和接入节点AP2-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-1>,<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-2>,<接入节点AP2-2,网络前缀GNP2-2-1>}定义；接入节点AP2-2与接入路由器AR2-2-1相连，接入路由器AR2-2-1定义网络前缀GNP2-2-1，接入节点AP2-1与接入路由器AR2-1-1和接入路由器AR2-1-2相连，接入路由器AR2-1-1定义网络前缀GNP2-1-1，接入路由器AR2-1-2定义网络前缀GNP2-1-2；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车域M1由接入节点AP1-1和接入节点AP1-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP1-1,网络前缀GNP1-1-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-2>}定义，接入节点AP1-1与接入路由器AR1-1-1相连，接入路由器AR1-1-1定义了网络前缀GNP1-1-1；接入路由器AR1-1-1为车辆节点V1的家乡代理；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-1相连，接入路由器AR1-2-1定义了网络前缀GNP1-2-1；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-2相连，接入路由器AR1-2-2定义了网络前缀GNP1-2-2；
在T1时刻，车辆节点V1将网络前缀GNP2-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X1，将网络前缀GNP2-1-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X2，将网络前缀GNP2-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X3；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X1后，返回数据响应消息X1，数据响应消息X1负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X1首先到达接入路由器AR2-1-1,接入路由器AR2-1-1根据网络前缀GNP2-1-1将数据响应消息X1转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X1负载中的接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X1发送到车域M2，最后数据响应消息X1到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X2后，返回一个数据响应消息X2，数据响应消息X2负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X2首先到达接入路由器AR2-1-2,接入路由器AR2-1-2根据网络前缀GNP2-1-2将数据响应消息X2转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X2负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X2发送到车域M2，最后数据响应消息X2到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X3后，返回数据响应消息X3，数据响应消息X3负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X3首先到达接入路由器AR2-2-1,接入路由器AR2-2-1根据网络前缀GNP2-2-1将数据响应消息X3转发到接入节点AP2-2，接入节点AP2-2根据数据响应消息X3负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X3发送到车域M2，最后数据响应消息X3到达车辆节点V1；
车辆节点V1能够同时利用三个不同网络前缀的IPv6地址分别从移动节点MN1、移动节点MN2和移动节点MN3获取数据，并且获取数据的路由路径不同，从而增强了数据通信性能；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X4，数据请求消息X4的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP2-1和接入节点AP2-2定义的车域M2中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X4负载中增加接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，然后将数据请求消息X4发送出去，根据数据请求消息X4的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X4负载中接入节点AP2-1和接入节点AP2-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M2，将数据请求消息X4发送到车域M2，最终数据请求消息X4到达车辆节点V1；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车辆节点V1获取定义车域M1的二元组集合；
车辆节点V1将网络前缀GNP1-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X5，将网络前缀GNP1-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X6，将网络前缀GNP1-2-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X7；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X5后，返回数据响应消息X5，数据响应消息X5负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1的节点ID，接入节点AP1-2的节点ID}，数据响应消息X5首先到达接入路由器AR1-1-1,接入路由器AR1-1-1根据网络前缀GNP1-1-1将数据响应消息X5转发到接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据响应消息X5负载中的接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X5发送到车域M1，最后数据响应消息X5到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X6后，返回数据响应消息X6，数据响应消息X6负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X6首先到达接入路由器AR1-2-1,接入路由器AR1-2-根据网络前缀GNP1-2-将数据响应消息X6转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X6负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，数据响应消息X6发送到车域M1，最后数据响应消息X6到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X7后，返回数据响应消息X7，数据响应消息X7负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X7首先到达接入路由器AR1-2-2,接入路由器AR1-2-2根据网络前缀GNP1-2-2将数据响应消息X7转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X7负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X7发送到车域M1，最后数据响应消息X7到达车辆节点V1；
车辆节点V1能够同时利用三个不同网络前缀的IPv6地址分别从移动节点MN1、MN2和MN3获取数据，并且获取数据的路由路径不同，增强了数据通信性能；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X8，数据请求消息X8的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X8首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP1-1和接入节点AP1-2定义的车域M1中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X8负载中增加接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，然后将数据请求消息X8发送出去，根据数据请求消息X8的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，该数据请求消息X8首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X8负载中接入节点AP1-1和接入节点AP1-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M1，将数据请求消息X8发送到车域M1，最终数据请求消息X8到达车辆节点V1。
综上所述，本发明提供了一种车载网的移动切换方法，所述车载网络通过本发明所提供的移动切换实现方法，可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，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。
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载网的移动切换方法，性能分析如下：当车辆密度不变的情况下，随着车辆节点的速度增加，车辆节点进行移动切换的概率增加，链路稳定性减弱，因此获取进行移动切换的延迟和代价随之增加。车辆节点进行移动切换的平均延迟为10ms，平均代价为800byte。
表1仿真参数
本发明提供了车载网络的移动切换方法的思路，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 (5)

1.一种车载网的移动切换方法，其特征在于，所述车载网包括接入节点和车辆节点，并通过两个以上的接入路由器接入到互联网；车载网中p个接入节点所封闭的道路构建成一个车域Mx，p≥2，每个接入节点记做APx-j，p≥j≥1，车域Mx由接入节点集合{APx-j}标识，j＝1…p；一个接入节点APx-j属于两个以上的车域，且与rx-j个接入路由器相连，rx-j≥1，每个接入路由器记做ARx-j-y，rx-j≥y≥1，接入路由器ARx-j-y定义的网络前缀记做GNPx-j-y，接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y之间的关联关系由rx-j个二元组<接入节点APx-j，网络前缀GNPx-j-y>表示，表示形式为二元组集合{<APx-j,GNPx-j-y>}；车域Mx由网络前缀集合Gx定义，如公式(1)所示；
车辆节点的IPv6地址由网络前缀和节点ID构成，车辆节点的节点ID具有全球唯一性；
车载网包含N个接入节点，节点ID为i比特，i<64，节点ID空间为[1,2i﹣1]，将节点ID空间划分为N份，每个接入节点保存一份节点ID空间，每个接入节点的节点ID空间具有唯一性；第n接入节点的节点ID空间为[L(n),U(n)]，1≤n≤N，如公式(2)和公式(3)所示，第n个接入节点的节点ID A(n)如公式(4)所示，接入节点的节点ID预先设置；
接入路由器保存一个绑定表，每个表项包含两个域：节点域和车域域，节点域记录一个车辆节点的节点ID，车域域记录定义该车辆节点所在车域的二元组集合；
接入节点为其所属的每个车域保存一个邻居表，邻居表每个表项包含三个域：邻居接入节点域，网络前缀域以及坐标域；邻居接入节点域记录邻居接入节点的节点ID，网络前缀域记录与该邻居接入节点相连的接入路由器定义的网络前缀，坐标域为邻居接入节点的地理坐标。
2.根据权利要求1所述的一种车载网的移动切换方法，其特征在于，接入节点APx-j与接入路由器ARx-j-y相连，接入节点APx-j通过接收接入路由器ARx-j-y广播的路由消息获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀，接入节点APx-j获取接入路由器ARx-j-y的网络前缀和节点ID后，通过下述步骤建立邻居表：
步骤101：开始；
步骤102：接入节点APx-j广播一条邻居表建立消息，负载为接入节点APx-j的坐标，以及与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀；
步骤103：收到邻居表建立消息的车辆节点或者是接入节点根据下述三种情况分别进行如下操作：
情况1：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点不在任何接入节点的通信范围内，则该车辆节点转发收到的邻居表建立消息，执行步骤103；
情况2：车辆节点收到邻居表建立消息且该车辆节点在一个接入节点的通信范围内，则该车辆节点将收到的邻居表建立消息的目的地址更新为该接入节点的地址，然后发送该邻居表建立消息，执行步骤103；
情况3：接入节点收到邻居表建立消息，则收到邻居表建立消息的接入节点在邻居表中创建一个表项，该表项的邻居接入节点域为接入节点APx-j的节点ID，网络前缀域为邻居表建立消息中与接入节点APx-j相连的接入路由器的网络前缀，坐标域为邻居表建立消息中的接入节点APx-j的坐标值；
步骤104：结束；
通过接收到邻居接入节点广播的邻居表建立消息，接入节点为每个所属的车域建立一个邻居表。
3.根据权利要求2所述的一种车载网的移动切换方法，其特征在于，在车辆节点V1位于车域M1，接入节点AP1-2属于车域M1的情况下，车辆节点V1启动后，采用MAC地址作为临时地址并向接入节点AP1-2申请节点ID，包括如下步骤：
步骤201：开始；
步骤202：车辆节点V1向接入节点AP1-2发送地址请求消息，地址请求消息负载为车辆节点V1的地理坐标；
步骤203：接入节点AP1-2收到地址请求消息后，在自己的节点ID空间中为车辆节点V1分配一个节点ID，向车辆节点V1返回一个地址响应消息，地址响应消息负载为分配的节点ID以及定义车域M1的二元组集合，然后接入节点AP1-2将分配给车辆节点V1的节点ID设置为已分配状态；
步骤204：车辆节点V1收到地址响应消息后，将地址响应消息中的节点ID设置为自己的节点ID，保存地址响应消息中定义车域M1的二元组集合，同时选择与接入节点AP1-2相连的一个接入路由器AR1作为家乡代理，向接入路由器AR1发送一条注册消息，注册消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤205：接入路由器AR1收到注册消息后，在绑定表中增加一个表项，该表项的节点域为车辆节点V1的节点ID，车域域为注册消息中定义车域M1的二元组集合；
步骤206：结束；
车辆节点获取节点ID后，在整个生命周期中由该节点ID唯一标识；
车辆节点获取定义所在车域的二元组集合后，将节点ID与定义该车域的网络前缀相结合构建IPv6地址。
4.根据权利要求3所述的车载网的移动切换方法，其特征在于，接入节点保存一个切换表，用于暂时记录进行移动切换的车辆节点，切换表的每个表项包括三个域：车辆节点域，车辆节点原来的车域以及车辆节点当前的车域；
车辆节点V1通过接入节点AP1-2从车域M2进入车域M1，接入节点AP1-2进行如下切换操作：
步骤301：开始；
步骤302：接入节点AP1-2向车辆节点V1发送移动切换消息，移动切换消息负载为定义车域M1的二元组集合；接入节点AP1-2在切换表中创建一个表项，车辆节点域为车辆节点V1的节点ID，车辆节点原来的车域为定义车域M2的二元组集合，车辆节点当前的车域为定义车域M1的二元组集合；
步骤303：车辆节点V1收到移动切换消息后，保存定义车域M1的二元组集合，然后向家乡代理AR1发送一条绑定消息，绑定消息负载为定义车域M1的二元组集合；
步骤304：家乡代理AR1收到绑定消息后，在绑定表中查找车辆节点V1的表项，将车域域更新为定义车域M1的二元组集合；
步骤305：结束。
5.根据权利要求4所述的车载网的移动切换方法，其特征在于，在T1时刻，车辆节点V1位于车域M2中，车域M2由接入节点AP2-1和接入节点AP2-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-1>,<接入节点AP2-1,网络前缀GNP2-1-2>,<接入节点AP2-2,网络前缀GNP2-2-1>}定义；接入节点AP2-2与接入路由器AR2-2-1相连，接入路由器AR2-2-1定义网络前缀GNP2-2-1，接入节点AP2-1与接入路由器AR2-1-1和接入路由器AR2-1-2相连，接入路由器AR2-1-1定义网络前缀GNP2-1-1，接入路由器AR2-1-2定义网络前缀GNP2-1-2；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车域M1由接入节点AP1-1和接入节点AP1-2所封闭的道路构建，由二元组集合{<接入节点AP1-1,网络前缀GNP1-1-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-1>,<接入节点AP1-2,网络前缀GNP1-2-2>}定义，接入节点AP1-1与接入路由器AR1-1-1相连，接入路由器AR1-1-1定义了网络前缀GNP1-1-1；接入路由器AR1-1-1为车辆节点V1的家乡代理；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-1相连，接入路由器AR1-2-1定义了网络前缀GNP1-2-1；接入节点AP1-2与接入路由器AR1-2-2相连，接入路由器AR1-2-2定义了网络前缀GNP1-2-2；
在T1时刻，车辆节点V1将网络前缀GNP2-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X1，将网络前缀GNP2-1-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X2，将网络前缀GNP2-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X3；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X1后，返回数据响应消息X1，数据响应消息X1负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X1首先到达接入路由器AR2-1-1,接入路由器AR2-1-1根据网络前缀GNP2-1-1将数据响应消息X1转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X1负载中的接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X1发送到车域M2，最后数据响应消息X1到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X2后，返回一个数据响应消息X2，数据响应消息X2负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X2首先到达接入路由器AR2-1-2,接入路由器AR2-1-2根据网络前缀GNP2-1-2将数据响应消息X2转发到接入节点AP2-1，接入节点AP2-1根据数据响应消息X2负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X2发送到车域M2，最后数据响应消息X2到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X3后，返回数据响应消息X3，数据响应消息X3负载包含接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，数据响应消息X3首先到达接入路由器AR2-2-1,接入路由器AR2-2-1根据网络前缀GNP2-2-1将数据响应消息X3转发到接入节点AP2-2，接入节点AP2-2根据数据响应消息X3负载中接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}判断车辆节点V1位于车域M2，将数据响应消息X3发送到车域M2，最后数据响应消息X3到达车辆节点V1；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X4，数据请求消息X4的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP2-1和接入节点AP2-2定义的车域M2中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X4负载中增加接入节点集合{接入节点AP2-1,接入节点AP2-2}，然后将数据请求消息X4发送出去，根据数据请求消息X4的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，数据请求消息X4首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X4负载中接入节点AP2-1和接入节点AP2-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M2，将数据请求消息X4发送到车域M2，最终数据请求消息X4到达车辆节点V1；
在T2时刻，车辆节点V1从车域M2进入车域M1，车辆节点V1获取定义车域M1的二元组集合；
车辆节点V1将网络前缀GNP1-1-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN1发送数据请求消息X5，将网络前缀GNP1-2-1与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN2发送数据请求消息X6，将网络前缀GNP1-2-2与自己的节点ID相结合构建一个IPv6地址并向移动节点MN3发送数据请求消息X7；每个数据请求消息的负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}；
移动节点MN1收到数据请求消息X5后，返回数据响应消息X5，数据响应消息X5负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1的节点ID，接入节点AP1-2的节点ID}，数据响应消息X5首先到达接入路由器AR1-1-1,接入路由器AR1-1-1根据网络前缀GNP1-1-1将数据响应消息X5转发到接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据响应消息X5负载中的接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X5发送到车域M1，最后数据响应消息X5到达车辆节点V1；
移动节点MN2收到数据请求消息X6后，返回数据响应消息X6，数据响应消息X6负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X6首先到达接入路由器AR1-2-1,接入路由器AR1-2-根据网络前缀GNP1-2-将数据响应消息X6转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X6负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，数据响应消息X6发送到车域M1，最后数据响应消息X6到达车辆节点V1；
移动节点MN3收到数据请求消息X7后，返回数据响应消息X7，数据响应消息X7负载包含接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，数据响应消息X7首先到达接入路由器AR1-2-2,接入路由器AR1-2-2根据网络前缀GNP1-2-2将数据响应消息X7转发到接入节点AP1-2，接入节点AP1-2根据数据响应消息X7负载中接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}判断车辆节点V1位于车域M1，将数据响应消息X7发送到车域M1，最后数据响应消息X7到达车辆节点V1；
移动节点MN1向车辆节点V1发送数据请求消息X8，数据请求消息X8的目的地址为车辆节点V1的家乡地址，即网络前缀为GNP1-1-1，数据请求消息X8首先到达接入路由器AR1-1-1，接入路由器AR1-1-1查找绑定表，根据绑定表中车辆节点V1的表项，接入路由器AR1-1-1判断车辆节点V1在接入节点AP1-1和接入节点AP1-2定义的车域M1中，接入路由器AR1-1-1在数据请求消息X8负载中增加接入节点集合{接入节点AP1-1,接入节点AP1-2}，然后将数据请求消息X8发送出去，根据数据请求消息X8的目的地址的网络前缀GNP1-1-1，该数据请求消息X8首先到达接入节点AP1-1，接入节点AP1-1根据数据请求消息X8负载中接入节点AP1-1和接入节点AP1-2的节点ID判断车辆节点V1位于车域M1，将数据请求消息X8发送到车域M1，最终数据请求消息X8到达车辆节点V1。
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