CN105681467B - 缓解车辆自组织网络广播风暴的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

缓解车辆自组织网络广播风暴的方法及装置，其中方法包括如下步骤，第一节点接收到来自上一节点的数据包，判断是否是第一次收到该数据包，如是则计算分配的时隙，计算重发概率，在接收到数据包后经过所述分配的时隙以重发概率重播数据包，否则将数据包丢弃。上述技术方案通过设计分配的时隙和加权转发概率，减少了消息泛洪在车辆自组织网络中的影响，分配的时隙能够减少数据包在时间维度上泛滥的概率，加权转发概率能够减少数据包在空间维度上泛滥的概率，使得在密集交通的场景下，车辆自组织网络广播风暴得到缓解，能够保证重要的信息不会丢包，解决了现有技术存在的广播风暴及重要信息丢失的问题。

Description

缓解车辆自组织网络广播风暴的方法及装置
技术领域
本发明涉及道路车辆通讯领域，尤其涉及一种缓解车辆自组织网络广播风暴的方法及装置。
背景技术
车辆自组织网络(VANET)在5.9GHz频段通过专用短程通信(DSRC)设备进行智能通信，以获得与附近车辆进行单跳或者多跳通信的能力。专用短程通信协议的MAC层协议是基于IEEE802.11a无线传输标准的一个变种。
车辆自组织网络在多个方面与普通的移动自组织网络不同。1，车辆自组网由大部分是高移动性的节点组成，与在一个有界区域内任意方向随机移动不同，在车辆自组网中，移动是沿着道路有限的方向集的，不同但相近的道路上行驶的车辆可以进行相互的通信。2，网络形状可以采用一维线(用于单车道的道路)或者一个线带(用于多车道的道路)进行描述，优于一个方块或者环形来描述。3，大部分车辆自组网的应用很大程度上依赖广播来传播交通相关信息给一定区域范围内的节点。
车辆自组织网络中的多跳应用，以广播的方式，用于发现附近的相邻车辆，以及传播有用的交通信息给在一定区域范围内的车辆。然而，由于共享无线媒介，盲目地广播包可能导致相邻节点间频繁的竞争和碰撞，导致广播风暴。
广播风暴导致严重的链路层竞争，包冲突，带宽和处理能力的低效使用，以及由于高竞争导致的业务中断。一些路由协议防止网络泛洪造成的广播风暴，比如：协议中规定了扩环搜索的使用，帮助控制广播区域在几跳之内；节点可以缓存每一个路由入口一段更长的时间，也可以代表目的进行回复(免费路由答复)来加速发现进程；节点在一个混合的模式运行动态源路由(DSR)，创建一个路由表以侦听其它节点的会话。以上技术在抑制广播冗余的同时降低了网络连接性，延长了路由发现进程。移动自组网中的广播风暴最主要的缺点是竞争延迟，延长路由获取时间，中断其它正在进行的通信。
车辆自组织网络中，广播被用于传播一定区域内的交通相关的信息(例如，绕道的路径、事故警报、施工警告，如图1)。这些信息并不像请求一个路由那样对时间要求严格，交通信息需要更长时间周期地保持在网络中(例如几个小时，甚至几天)。路边单元(RSU)广播交通信息就可以周期性地重复广播以保持信息有效性。因此，如果道路上的交通密度和路边单元广播消息的频次较高，可能会产生广播风暴，浪费了带宽和处理时长，增大了介质接入延时。虽然这意味着消息到达距离广播单元几跳之外的车辆需要增加一些时延，但从终端用户的角度看，这种延迟的增加是微不足道的。广播风暴在车辆自组网中最主要的影响，并不是过多的跳数或者是长时间的延迟，因为在一个交通拥塞的场景，总的端到端的延迟也不过比无交通拥塞多几毫秒。如果广播包并没有携带紧急信息，对于司机来说这个时延是可以忽略不计的。然而，广播风暴引发的高丢包率可能会使得其它紧急的安全消息丢失。
发明内容
为此，需要提供一种车辆自组网中抑制广播冗余的路由协议来避免丢失重要信息。
为实现上述目的，发明人提供了一种缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，包括如下步骤，第一节点接收到来自上一节点的数据包，判断是否是第一次收到该数据包，如是则计算分配的时隙，计算重发概率，在接收到数据包后经过所述分配的时隙以重发概率重播数据包，否则将数据包丢弃。
进一步地，通过确认包身份标识判断是否第一次收到该数据包。
优选地，包括步骤，第一节点j接收到来自上一节点i的数据包，第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则以概率pij重播该包，否则将包丢弃；
其中转发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
具体地，还包括步骤，第一节点将接收到的数据包缓存预设的等待时间后重播数据包。
具体地，若第一节点在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包，分别计算转发概率并以最低的转发概率重播数据包。
具体地，还包括步骤，若第一节点在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包，则以概率1重播数据包。
优选地，判断为是第一次收到该数据包后还包括步骤，计算分配的时隙判断在分配的时隙内是否收到过任何相同的数据包，未收到则以概率1重发该包，收到则将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数。
进一步地，包括步骤，第一节点j接收到来自上一节点节点i的数据包，第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如否则丢弃数据包，如是则计算分配的时隙判断在分配的时隙内是否收到过任何重复的数据包，未收到则以概率1重发该包，收到则将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数，Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
优选地，还包括步骤，使用包接收信号强度信息计算分配的时隙及计算重发概率。
一种缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，包括接收模块、判断模块、时隙计算模块、概率计算模块、发送模块、删除模块，
所述接收模块用于接收到来自上一节点的数据包；
所述判断模块用于判断是否是第一次收到该数据包，并在判断为否时使能删除模块，在判断为是时使能发送模块；
所述时隙计算模块用于计算分配的时隙；
所述概率计算模块用于计算重发概率；
所述发送模块用于经过所述分配的时隙以重发概率重播数据包；
所述删除模块用于将数据包丢弃。
具体地，所述判断模块用于通过确认包身份标识判断是否第一次收到该数据包。
优选地，所述接收模块用于通过第一节点j接收到来自上一节点i的数据包；
所述判断模块用于通过第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则使能发送模块，否则使能删除模块；
所述发送模块用于以重发概率pij重播该包，
其中重发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围；
所述删除模块用于将包丢弃。
进一步地，还包括缓存模块，所述缓存模块用于将接收到的数据包缓存预设的等待时间。
具体地，所述概率计算模块还用于在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包时分别计算转发概率；
所述发送模块还用于以最低的重发概率重播数据包。
具体地，所述发送模块还用于在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包时，以概率1重播数据包。
具体地，所述时隙计算模块还用于在判断为是第一次收到该数据包后计算分配的时隙
所述判断模块还用于判断在分配的时隙内是否收到过任何相同的数据包，未收到则使能发送模块，收到则使能删除模块；
所述发送模块还用于以概率1重发该包；
所述删除模块用于将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数。
进一步地，所述接收模块用于通过第一节点j接收到来自上一节点节点i的数据包，所述判断模块用于通过第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如否则使能删除模块，如是则使能计算模块；
所述计算模块用于计算分配的时隙
所述判断模块还用于判断在分配的时隙内是否收到过任何重复的数据包，未收到则使能发送模块，收到则使能删除模块；
所述发送模块还用于以概率1重发该包；
所述删除模块用于将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数，Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
优选地，所述时隙计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算分配的时隙，所述概率计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算重发概率。
区别于现有技术，上述技术方案通过设计分配的时隙和加权转发概率，减少了消息泛洪在车辆自组织网络中的影响，分配的时隙能够减少数据包在时间维度上泛滥的概率，加权转发概率能够减少数据包在空间维度上泛滥的概率，使得在密集交通的场景下，车辆自组织网络广播风暴得到缓解，能够保证重要的信息不会丢包，解决了现有技术存在的广播风暴及重要信息丢失的问题。
附图说明
图1为本发明背景技术所述的交通警示系统示意图；
图2为本发明具体实施方式所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法流程图；
图3为本发明具体实施方式所述的三种广播抑制技术示意图；
图4为本发明具体实施方式所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置模块图。
附图标记说明：
400、接收模块；
402、判断模块；
404、时隙计算模块；
406、概率计算模块；
408、发送模块；
410、删除模块；
412、缓存模块。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
总体思路
网络模型和假设：
一个一维的线网，拟合在高速公路或者城区良好设计的道路上的汽车自组网的拓扑。两种网络拓扑：一维线状或者单车道网络以及多车道网络。邻居节点之间的距离D以指数分布，平均距离为一个多车道网络通过多个单车道网络进行建模。
广播风暴缓解技术如下：
1、量化广播风暴问题在车i辆自组网的严重性。根据消息延迟和丢包率，结合传统的度量，比如消息的可达性和开销，量化车辆自组网中广播风暴的影响。
2、考虑仅限使用专用短程通信协议(DSRC)，提出三个可行的基于计时器的广播抑制技术用于网络层：加权的P-坚持算法(weighted p-persistence)、分时隙l-坚持(slotted l-persistence)算法、分时隙P-坚持算法(slotted p-persistence)。
注：提出的算法取决于GPS信息(或者当汽车无法接收到GPS信号时，采用接收到的信号强度RSS)，不要求预先对网络拓扑的了解。
具体实现
(1)量化广播风暴对车辆自组网的影响
车辆间通过5.9GHz频段通过802.11a通信设备进行通信。根据弗里斯传播模型，设置传输功率为20mW，接收机的灵敏度为-95dBm，传输范围大约1公里。自组网采用按需距离矢量路由协议，按照四车道10公里道路，考察从单车道每公里10辆车到单车道每公里100辆车的不同交通密度下网络的性能表现。路边单元在一个10公里的道路区广播25kb的包，消息每广播一次，就收集一次广播风暴期间的各种统计信息(包括竞争延迟，丢包率，传输延迟等)。
表1.10公里道路广播传播统计
链路层竞争延迟统计于表1。是在四个不同的交通密度下，由广播风暴中接收到广播包的车辆测量得到。可以看到，虽然随着交通密度的增加，平均竞争延迟并没有差太多，然而最差的情况下，延迟却差了一个数量级。在同一冲突域内(或者说是载波监听范围内，比如：传输范围的两倍)，车辆数量的增加，引起了介质接入延迟的增加。
在移动自组织网络中，如果路由协议采用的是最短路径算法，大范围的竞争延迟可能会引起低效的路由选择。例如，在一个密集网络中，因为高竞争会导致最短路径路由的RREQ包丢失或者延迟。就像表1中所示，每公里每车道100辆车的交通堵塞的场景，传输广播消息到最远的节点需要接近20跳，而在轻量的交通情况下，仅需要15跳。
表1的其它部分显示了四种不同的交通条件下，传播广播消息到一个10公里以外的节点的时间和丢包统计。尽管802.11a使用载波监听和退避机制，在密集网络中，仍然存在较高概率的包冲突：在交通堵塞场景，丢包率为60％。这是因为节点在相同的时间周期接收包，在几乎相同的冲突域竞争传输包的机会，并且可能选取相同的退避时隙。
在802.11网络中，节点监听信道是否空闲达到分布式帧间间隙(DIFS)的时间长，节点在进行数据传输之前，需随机选取0到最小竞争窗CW中(802.11a中的最小竞争窗是15)的一个时隙进行随机退避。节点通过这一随机数来计算所需的退避时间T退避＝随机(0，CW)×T时隙。
节点使用退避算法选择竞争窗口的某个时隙之后，就根据该时隙设置一个退避计时器，对于每一个空闲时隙，节点对退避计时器减1；如果信道侦听为占线状态，计数器暂停，重新等待媒介空闲。在DIFS持续时间内如果信道再次空闲，计数器重新开始。最后，直到计数器减到0，可以发送包。因此，在密集网络中，只有15个退避时隙，获取相同时隙的节点将在相同的时间传输包，造成包冲突。
广播风暴在车辆自组网中最主要的影响，并不是过多的跳数或者是长时间的延迟，因为在一个交通拥塞的场景，总的端到端的延迟也不过比轻交通条件多几毫秒。这样意味着，即使在高度密集的交通密度条件下(每公里每车道100辆车)，汽车从10km外的RSU接收到第一个广播消息也只需要25ms左右。如果广播包并没有携带紧急信息，对于司机来说这个时延是可以忽略不计的。然而，如表1所示，广播风暴引发的高丢包率可能会使得其它紧急的安全消息丢失。
(2)改进的车辆自组网的广播缓解技术
当前，基础的广播技术遵循l-坚持或者P-坚持准则。尽管有着过多的开销，大部分用于多跳自组织无线网络的路由协议仍遵循简单粗暴的穷举的l-坚持泛洪准则，该准则要求所有节点100％重新广播，因为这样复杂度低，包传输率高。基于传言的方法，或者说遵循P-坚持准则，要求每一个节点以预定的概率p重新转发。这种方法有的称为概率泛洪。这两种方法都是重复接收相同的消息或者应该被广播节点忽略的过期消息，以避免因网络饱和而产生业务中断。
首先考虑假设GPS信息均可接收到的场景，基于距离的广播缓解技术。
在图2所示的实施例中，为一种缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，包括如下步骤，S200第一节点接收到来自上一节点的数据包，S202判断是否是第一次收到该数据包，如是则进行步骤S206计算分配的时隙，S204计算重发概率，在接收到数据包后经过所述分配的时隙进行步骤S212以重发概率重播数据包，否则进行步骤S216将数据包丢弃。在其中一些实施例中，分配的时隙可以是一种自定时间系数的函数，可以根据交通密度调整，意义在于经过分配的时隙再进行转发步骤可以有效地防止信息在时间维度上继续泛洪，密度不高的地区部分车辆经过0.1ms再转发接收到的数据包，密度较高地区部分车辆经过0.5ms再进行转发接收到的数据包等等，从而减少网络广播风暴发生的可能。重发概率是一种自定义的距离的函数，意义在于经过一定概率p才转发，则减少了车辆自组织网络中(1-p)的消息负载，也能够减少网络广播风暴的发生，再者判断若非首次收到数据包，则将数据包丢弃，不再进行转发，也能够有效降低信息量，防止广播风暴的发生。
在一些进一步的实施例中，通过确认包身份标识(ID)判断是否第一次收到该数据包。这种辨识方式简单明了，性价比高。
A)加权的P-坚持广播(weighted p-persistence)
在优选的实施例中，可以参阅图2，包括步骤，S200第一节点j接收到来自上一节点i的数据包，S202第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则进行步骤S204计算重播的概率并S212以概率pij重播该包，否则S216将包丢弃；
其中转发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
准则——当接收到一个来自节点i的包，节点j先确认包身份标识(ID)，如果是第一次接收到这个包，则以概率pij重发该包，否则将包丢弃。
指定节点i和节点j之间的距离为Dij，平均传输范围为R，转发概率pij可以在每个数据包基础上，用以下表达式计算。
在某些实施例中，还包括步骤，S210第一节点将接收到的数据包缓存预设的等待时间后重播数据包。这里重播数据包的概率视情况而定，在我们的方法中可以做如下调整，若第一节点在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包，则分别进行步骤S204计算转发概率并进行步骤S212以最低的转发概率重播数据包。若第一节点在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包，则进行步骤S214以概率1重播数据包。需要注意这里的等待时间跟分配的时隙不同，在本实施例中可以不进行步骤S206，计算分配的时隙，或者说，计算分配的时隙的结果为零，但等待时间是事先设定好的值，一般根据传输延迟来设定。
具体地，如果节点j在重发之前的WAIT_TIME(例如，2ms)的等待时间内接收到来自多个源的重复包，它将选择最小的pij值作为重新转发的概率。也就是说，每一个节点应该采用最近的源广播机的距离，以确保远距离节点的高概率传输。如果节点j决定不重播，它需要缓存该消息一段附加的等待时间WAIT_TIME+δms，这里δ是一跳传输和传播延迟，其典型值一般小于WAIT_TIME。为了防止信息消失，确保100％的可达性，如果节点j未听到邻居节点的重传，它必须在WAIT_TIME+δms后以概率1重新广播消息。
不同于P-坚持方法或者是基于传言的方法，加权的P-坚持分配给距离远的节点更高的概率，这是考虑到包头的GPS信息是可用的和可接入的。如图3a所示。
B)分时隙的l-坚持广播(slotted l-persistence)
在另一些实施例中，步骤开始于S200第一节点j接收到来自上一节点节点i的数据包，然后进行步骤S202第一节点节点j判断是否是第一次收到该数据包，如否则进行步骤S216丢弃数据包，如是则进行步骤S206计算分配的时隙S208判断在分配的时隙内是否收到过任何重复的数据包，未收到则进行S214以概率1重发该包，收到则进行步骤S216将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数，Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
准则——当接收到一个包，节点确认包身份标识(ID)，如果是第一次接收到这个包并且在分配的时隙之前没有收到过任何重复的包，节点将在时隙以概率l重播该包，否则将包丢弃。
给定节点i和节点j之间的距离为Dij，平均传输范围为R，以及预定的时隙数Ns，可以如下计算。
这里τ是一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟。Dij是分配的时隙号，可以表达如下：
分时隙的方法遵循加权的P-坚持方法相同的逻辑，但是替换了重新转发概率的计算方法。每个节点采用GPS信息计算重新传输的等待时间。例如，图3b中，广播范围在空间上被分为四个区域，位于最远区域的节点将被分配较短的等待时间，因此，当一个节点从不止一个的发送者中接收到重复的包，它将采用最小的Dij值。与P-坚持方法类似，这个方法要求传输范围信息以协定时隙大小或者时隙数的确定值。注意到Ns是一个设计参数，需要仔细选择。虽然Ns理论上是一个交通密度的函数(也就是说，交通越密集，时隙大小越小，时隙数越大)，但对于车辆来说，实际上预测交通密度来获取Ns的值是很难的。因此，最好可以固定这个值或者随时间自适应地改变这个值，例如协议可以在早高峰和晚高峰时段使用5个时隙，其它时段使用3个时隙。本方法通过改变分配的时隙来避免网络广播风暴的泛洪，同样需要注意的是，本实施例中可以不需要进行步骤S204，计算重发概率，或者说，本实施例中计算重发概率的结果恒为1。这样最终结果要么是丢弃包，要么是在分配的时隙后以概率1重播数据包。
C)分时隙的P-坚持广播(slotted p-persistence)
在优选的实施例中，可以参阅图2，包括步骤，S200第一节点j接收到来自上一节点i的数据包，S202第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，否则S216将包丢弃；如否则进行步骤S216丢弃数据包，如是则进行步骤S204计算重发的概率，还进行步骤S206计算分配的时隙然后S208判断在分配的时隙内是否收到过任何重复的数据包，未收到则进行S212以概率pij重播该包，收到则进行步骤S216将包丢弃；
其中转发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数，Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
准则——当接收到一个包，节点确认包身份标识(ID)，如果是第一次接收到这个包并且在分配的时隙之前没有收到过任何重复的包，节点将在时隙以预定的概率p重播该包，否则将包丢弃。
这个实施例中的方法既改变转发的概率，又改变分配的时隙，能够更好地减少自组织网络中的信息量，达到缓解车辆自组织网络广播风暴的效果，当然在优选的实施例中，还包括S210第一节点将接收到的数据包缓存预设的等待时间后重播数据包。若第一节点在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包，则分别进行步骤S204计算转发概率并进行步骤S212以最低的转发概率重播数据包；若第一节点在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包，则进行步骤S214以概率1重播数据包。这是因为优选的方案中，本实施例的方法中的每一个节点同样需要缓存消息一段特定的时间(例如，[Ns-1]×WAIT_TIME+δms)，具体说，如果周边没有其它邻居重新广播，该节点将以概率1重新传输包，以防止消息消亡。图3c说明了4个时隙的分时隙P-坚持方法的概念。与P-坚持相似，该方法的性能依赖于重新转发概率p值的选择。
(3)基于性能的度量选择合适的p与Ns设计值
比较传统的l-坚持和P-坚持泛洪广播方法的性能。每一个节点的广播范围是500米，假设每一个时隙大小为100米，这样广播覆盖范围可以分为5个时隙。P-坚持和按时隙的P-坚持方法的重播概率p假设为0.5。
以单车道网络为例，考虑链路负载和包渗透率。多车道网络可以简单的作为多个单车道网络的集合建模。
链路负载——测量每一个节点在一个单元时间的广播通信量。很明显，负载越大，有用的吞吐量就会越低。直观地，链路负载依赖于重新传输的节点数。例如，如果用l-坚持方法，每个节点都决定重发，必然会有很高的链路负载。P-坚持方法的提出，就是为了降低要求重发广播包的节点的数量，典型地，给定一个重发概率p，每一个节点接收到的广播包的数量平均上降低了(1-p)倍。除了降低重发概率，通过将网络分为多广播区也可以进一步降低链路负载。即使用分时隙的方法，链路负载显著降低了。
包渗透率——从上面分析，可以注意到，越小的重发概率，链路负载的性能越好。然而重发概率也影响数据包穿过网络的渗透率。在典型的路由发现案例中，源寻找以建立路由到已知的目的地，渗透率这个度量影响了路由发现时间：包渗透率越高，路由获取越快。例如车载的紧急告警系统中，这个指标影响告警信息传到网络中的速度。分时隙1-坚持和加权的p-坚持性能良好，广播范围内最远的节点以1或接近1的概率重新传输包。分时隙1-坚持的方法因为包重发的等待时间，在稀疏网络中性能较差。然而，每公里50辆车的密度下，归一化的渗透率趋近收敛于1。
至于p-坚持，可达到的性能依赖于预分配的概率参数p。直觉地，概率越小，负载越小，然而概率小也会导致稀疏网络中的包渗透率低。在每公里10个节点的轻量交通条件下，每个节点在网络中考虑9个邻居节点，使用重发概率几乎没有益处。然而在密集交通的场景下，为了获得至少80％的最佳性能，重发概率至少要设置为0.5，在分时隙p-坚持情况，重发概率p至少要设置为0.8。
如何选择时隙数(Ns)和重发概率p是非常重要的设计问题，不同的解决方案是可能的。设计一个简单的，尽管次优的解决方案用于最坏的情况(或者说，交通拥堵的场景)，在其它场景也同样采用固定的Ns和p值。虽然在没有精确的交通密度信息情况下，将转发概率设置为一个精确的固定值，可能会产生一个次优的包渗透率，即使在稀疏网络场景，考虑车辆自组网的安全应用，端到端的延迟性能是仍可以接受的(小于150毫秒)。因为所有移动节点需要支持p和时隙数的特定的值，作为工作标准的一个解决方案是对这些值作出集中的决定或者集中的建议。例如，时隙数取决于无线设备的传输范围，而所选择的转发概率p应能在最坏场景下表现合理的性能(例如，为了在密集交通场景获得合理的性能，p应该至少为0.5)。其它更复杂的，自适应地，分布式的解决方法也可以(例如，可以使用两个p值，一个用于白天，一个用于晚上，或者一个用于通勤的时间，一个用于其它时间)。
(4)基于接收信号强度RSS的方法
优选的实施例中，还包括步骤，使用包接收信号强度信息计算分配的时隙及计算重发概率。
在某些车辆可能无法接收GPS信号的区域(例如隧道、遮挡处、许多高层建筑的城区)，基于距离的广播技术可以通过使用包接收信号强度信息(RSS)来改进或者替代GPS信息。
由于存在多径损耗，RSS的即时测量值仅能提供发送和接收对的相应距离的粗糙的估计。为了摆脱小规模衰落影响，获得到发送机相应距离的更接近的估计，每辆车必须周期性地探测它的邻居，以跟踪记录时间平均的RSS，这样可以更好地代表车辆和发送机之间的真实距离。然而，做这么多会增加系统的传输负载，这并不可取。因此，在不存在GPS消息和周期性的邻居探测的情况下，每个节点最多可以从专用短程通信设备获得广播包的RSS，根据即时RSS测量和先前的传输功率和接受灵敏度的学习，决定是否重新广播。
采用RSS信息时，广播方法的改进点：
在加权的P-坚持方法中，每个节点比较接收包的RSS与RSS的范围，如下：
RSSrange＝RDDmax-RDDmin.(4)
在这里，RDDmax和RSSmin是在考虑的环境下，测量的RSS的最大和最小值。这些值可以根据经验获得，或者应用适当的传播模型(例如，弗里斯或者双射线模型)计算获得。
给定所有车辆都一样的RSSrange值，公式3可以修订为如下：
这里RSSij是节点j接收的广播包的RSS值。
相似地，按时隙的方法也可以通过采用RSS信息替代相关距离来确定等待时间进行修订。给定时隙数，公式3可以修订如下：
在图4所述的实施例中，为一种缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，包括接收模块400、判断模块402、时隙计算模块404、概率计算模块406、发送模块408、删除模块410，
所述接收模块400用于接收到来自上一节点的数据包；
所述判断模块402用于判断是否是第一次收到该数据包，并在判断为否时使能删除模块410，在判断为是时使能发送模块408；
所述时隙计算模块404用于计算分配的时隙；
所述概率计算模块406用于计算重发概率；
所述发送模块408用于经过所述分配的时隙以重发概率重播数据包；
所述删除模块410用于将数据包丢弃。
经过上述模块设计，通过调整分配的时隙再进行转发步骤可以有效地防止信息在时间维度上继续泛洪，密度不高的地区部分车辆经过0.1ms再转发接收到的数据包，密度较高地区部分车辆经过0.5ms再进行转发接收到的数据包等等，从而减少网络广播风暴发生的可能。重发概率是一种自定义的距离的函数，意义在于经过一定概率p才转发，则减少了车辆自组织网络中(1-p)的消息负载，也能够减少网络广播风暴的发生，再者判断若非首次收到数据包，则将数据包丢弃，不再进行转发，也能够有效降低信息量，防止广播风暴的发生。本装置解决了缓解车辆自组织网络风暴的问题。
具体的实施例中，所述判断模块402用于通过确认包身份标识判断是否第一次收到该数据包。这种辨识方式简单明了，性价比高。
优选的实施例中，所述接收模块400用于通过第一节点j接收到来自上一节点i的数据包；
所述判断模块402用于通过第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则使能发送模块，否则使能删除模块；
所述发送模块408用于以重发概率pij重播该包，
其中重发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围；
所述删除模块410用于将包丢弃。
设计加权转发概率，能够针对不同的区域环境减少自组织网络中的信息量，更好地达到缓解网络广播风暴的效果，进一步解决了车辆自组织网络广播风暴的问题.
在某些进一步地实施例中，还包括缓存模块412，所述缓存模块用于将接收到的数据包缓存预设的等待时间。所述概率计算模块还用于在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包时分别计算转发概率；
所述发送模块408还用于以最低的重发概率重播数据包。
所述发送模块408还用于在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包时，以概率1重播数据包。通过上述模块设计，增加缓存模块缓存预设的等待时间，能够防止周围没有邻居应答时造成的信息丢失。
另一些实施例中，所述时隙计算模块404还用于在判断为是第一次收到该数据包后计算分配的时隙
所述判断模块402还用于判断在分配的时隙内是否收到过任何相同的数据包，未收到则使能发送模块408，收到则使能删除模块410；
所述发送模块408还用于以概率1重发该包；
所述删除模块410用于将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数。通过设计根据交通密度而调整的分配的时隙，能够根据不同的环境减少信息在时间维度上的泛洪，更好地解决了车辆自组织网络广播风暴的问题。
进一步的一些实施例中，所述接收模块400用于通过第一节点j接收到来自上一节点节点i的数据包，所述判断模块用于通过第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如否则使能删除模块，如是则使能计算模块；
所述时隙计算模块404用于计算分配的时隙
所述判断模块402还用于判断在分配的时隙内是否收到过任何重复的数据包，未收到则使能发送模块，收到则使能删除模块；
所述发送模块408还用于以概率1重发该包；
所述删除模块410用于将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数，Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围。
通过设计根据交通密度而调整的分配的时隙，能够根据不同的环境减少信息在时间维度上的泛洪，更好地解决了车辆自组织网络广播风暴的问题。
优选地，所述时隙计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算分配的时隙，所述概率计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算重发概率。设计通过包接收信号进行概率和时隙计算，增强了在GPS信息无法到达的地区的装置适用广度，提高了本发明的实用性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
本领域内的技术人员应明白，上述各实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。这些实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。上述各实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，包括但不限于：个人计算机、服务器、通用计算机、专用计算机、网络设备、嵌入式设备、可编程设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，包括但不限于：RAM、ROM、磁碟、磁带、光盘、闪存、U盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。
上述各实施例是参照根据实施例所述的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到计算机设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机设备以特定方式工作的计算机设备可读存储器中，使得存储在该计算机设备可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机设备上，使得在计算机设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (12)

1.一种缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，包括如下步骤，
第一节点j接收到来自上一节点i的数据包，第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则以重发概率pij重播该包，计算分配的时隙判断在分配的时隙内是否收到过任何相同的数据包，未收到则以概率1重发该包，否则将包丢弃；
其中重发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数。
2.根据权利要求1所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，通过确认包身份标识判断是否第一次收到该数据包。
3.根据权利要求1所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，还包括步骤，第一节点将接收到的数据包缓存预设的等待时间后重播数据包。
4.根据权利要求1所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，若第一节点在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包，分别计算转发概率并以最低的重发概率重播数据包。
5.根据权利要求1所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，还包括步骤，若第一节点在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包，则以概率1重播数据包。
6.根据权利要求1所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的方法，其特征在于，还包括步骤，使用包接收信号强度信息计算分配的时隙及计算重发概率。
7.一种缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，包括接收模块、判断模块、时隙计算模块、概率计算模块、发送模块、删除模块，
所述接收模块用于通过第一节点j接收到来自上一节点i的数据包；
所述判断模块用于通过第一节点j判断是否是第一次收到该数据包，如是则使能发送模块，否则使能删除模块；
所述发送模块用于以重发概率pij重播该包，
其中重发概率pij为Dij为指定节点i和节点j之间的距离，R为平均传输范围；
所述时隙计算模块还用于在判断为是第一次收到该数据包后计算分配的时隙
所述判断模块还用于判断在分配的时隙内是否收到过任何相同的数据包，未收到则使能发送模块，收到则使能删除模块；
所述发送模块还用于以概率1重发该包；
所述删除模块用于将包丢弃；
其中计算如下，
τ是转发一跳延迟的估计值，包括介质接入延迟和传播延迟；Sij是分配的时隙数，计算如下：
Ns为交通密度函数。
8.根据权利要求7所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，所述判断模块用于通过确认包身份标识判断是否第一次收到该数据包。
9.根据权利要求7所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，还包括缓存模块，所述缓存模块用于将接收到的数据包缓存预设的等待时间。
10.根据权利要求7所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，所述概率计算模块还用于在重发前的预设等待时间内接收到多个来源的同一数据包时分别计算转发概率；
所述发送模块还用于以最低的重发概率重播数据包。
11.根据权利要求7所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，所述发送模块还用于在重发前的预设等待时间内未到其他来源的同一数据包时，以概率1重播数据包。
12.根据权利要求7所述的缓解车辆自组织网络广播风暴的装置，其特征在于，所述时隙计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算分配的时隙，所述概率计算模块还用于使用包接收信号强度信息计算重发概率。
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