CN105743983B - 一种基于导航路线的命名数据车载网络数据分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于导航路线的命名数据车载网络消息分发方法，该方法将命名数据网络的概念用于车载网络中，结合车辆运动轨迹，提出了一种更加有效的车载网络消息分发方法，使之可以以更低的开销达到更高的广播命中率。本发明不需任何路侧单元的辅助，直接实现车辆间通信。利用车辆自带的消息广播功能，结合车辆运动轨迹，设计较为稳定的消息分发算法。同时，运用命名数据网络的概念，突破了现有互联网基于IP地址机制的限制，使得消息分发更加灵活高效。由于没有使用路侧单元，完全是由车辆完成消息传输，因此成本很低，且单个车辆的故障并不会影响到车载网络消息的分发，容灾性高。

Description

一种基于导航路线的命名数据车载网络数据分发方法

技术领域

本发明涉及车载网络领域，更具体地，涉及一种基于导航路线的命名数据车载网络数据分发方法。

背景技术

车载网络是指在汽车上实现的电子网络系统，其目的是实现汽车之间快速、稳定的通信，以帮助车主获得有用信息，选择最优路径，使得车辆行驶更加安全畅通等。目前私家车辆越来越多，通信量越来越大，网络负载越来越高，这就对车载网络提出了更高的要求。消息分发是车载网络非常重要的环节，直接影响了车载网络的安全及效率等性能。目前有很多用于车载网络中的消息分发算法，但并未有效利用车载网中车辆有规律的运动轨迹以达到更有效的广播效果。

现有技术中适用于车载网络的技术是一种车载网络RSU部署及其数据转发方法，基于路侧单元(RSU)的消息传输方式，是把路侧单元作为中间节点，利用由路侧单元形成的骨干网络实现车辆间通信的一种方式。这种方式首先需要保证相邻路侧单元位于彼此通信范围之内，因此需要在路边建立较为密集的路侧单元，成本开销较大。其次，由于车辆的信息需要先传输给路侧单元，再由路侧单元作进一步传输，因此会增加消息传输的延迟。并且，一旦路侧单元出现故障，车载网络的消息传输系统就有可能瘫痪，容灾性较差。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种基于导航路线的命名数据车载网络数据分发方法。本方法将命名数据网络的概念用于车载网络中，结合车辆运动轨迹，提出了一种更加有效的车载网络数据分发方法，使之可以以更低的开销达到更高的广播命中率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于导航路线的命名数据车载网络数据分发方法，包括以下步骤：

第一阶段：发送资源包

11)拥有资源的车辆须广播资源包告知其他车辆自己拥有此资源，广播的资源包中至少包含数据名称、所在路段、到达资源所需跳数、时间戳、序列号；

12)当其他车辆收到此广播的资源包时，判断该资源包是否是有效包；若无效则丢弃不作处理；若是有效包，则根据该资源包中的内容更新或者插入新的FIB表项，记录获取对应资源的下一跳传输路段，然后更新资源包中信息并将其转发出去；

第二阶段：探测资源

21)当作为消费者的节点想要某个资源，而FIB表格中无记录时，进入探测资源阶段；消费者节点广播一个探测包，其中记录该节点所需要的资源名称；该探测包每到达一个节点，记录当前所在路段，并继续下一跳，直至到达对应的作为生产者的节点；

22)生产者节点收到探测包后，发回确认包，告诉消费者节点其所拥有的资源，并按照探测包来的路线原路返回，直至到达消费者节点；

23)中间节点根据收到的确认包建立FIB表项；

第三阶段：请求数据

31)当消费者节点想要某个资源，且有对应FIB表记录时，无需探测资源，直接发送兴趣包，其中指定想要的资源名称，数据包序号，序列号和时间戳，广播出去；

32)中间节点收到后建立PIT表，并根据本身的FIB表选择最有下一跳，将兴趣包转发出去；

33)生产者节点收到兴趣包后回复数据包，根据PIT表原路返回。

优选的，所述方法还包括第四阶段：表格维护，具体是：

41)消费者节点移动到新路段：当消费者节点移动到新路段时，查看FIB表，若其本身处在消息传递的下一跳路段，则发送一跳消息告知上一跳路段的车辆无需转发数据包，即删除对应PIT表项；否则，需发送一跳信息，告诉之前所在路段的车辆本身新的路段信息，更改本身的PIT表格，新增对应表项；

42)任何车辆移动到新路段：当车辆进入新的路段时，需删除本身的FIB和PIT表格，同时跟邻居请求这个路段的FIB和PIT表格。

优选的，所述FIB表是用于记录到达某个资源的下一跳，根据资源包建立而成；所述PIT表是用于车辆转发兴趣包时，建立PIT表项，收到数据包则删除对应PIT表项。

优选的，所述第一阶段步骤12)中所述判断资源包是否是有效包，当序列号重复或当前转发次数大于15时则是无效包。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明不需任何路侧单元的辅助，直接实现车辆间通信。利用车辆自带的消息广播功能，结合车辆运动轨迹，设计较为稳定的消息分发算法。同时，运用命名数据网络的概念，突破了现有互联网基于IP地址机制的限制，使得消息分发更加灵活高效。由于没有使用路侧单元，完全是由车辆完成消息传输，因此成本很低，且单个车辆的故障并不会影响到车载网络消息的分发，容灾性高。

附图说明

图1为生产者节点的数据分发过程图。

图2为消费者节点的数据分发过程图。

图3为转发者的数据分发过程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明将命名数据网络的概念用于车载网中，让节点扮演消费者、生产者、和转发者的角色，且沿用了命名数据网络中的兴趣包、数据包，资源包的设计，并根据车载网特性，增加了探测包和确认包，同时保留FIB表、PIT表和CS表的设计。使用传感器获取车辆的路线信息，将路线信息用于规划最佳的数据传输路线。

三种角色：

1)消费者：当需要数据时，按照FIB表格发送兴趣(interest)包请求资源。当没有对应FIB记录时，广播探测包寻找资源。

2)生产者：当自己有某个资源时，广播资源包告诉其他车辆。当收到消费者发来的兴趣包，且有对应资源时，回复数据(data)包。当收到探测包时，回复确认包，告知对方资源的存在。

3)转发者：作为中间节点，转发资源包并建立FIB表格，根据FIB表转发兴趣包并建立PIT表格，根据PIT表格转发数据包。在转发数据包的同时存入缓存，并提供给消费者。同时，帮忙转发探测包和确认包。

五种包：

1)资源包：当生产者有某个资源时，广播资源包，告知其他车辆自己拥有的资源名称。其他车辆根据资源包建立自己的FIB表格，其中记录资源名称、要到达这个资源的下一跳路段以及当前跳数等，资源包每十分钟广播一次。

资源包内容：资源名称、当前所在路段、上一跳路段、时间戳、当前跳数、序列号、资源id。

2)探测包：当消费者想要某个资源，但是FIB表项中没有对应记录时，广播探测包，寻找对应资源。其中记录资源名称，以及自己走过的每一跳路段。(为防止在确认包到来之前进入新的路段，可提前将自己即将进入的下一个路段加入探测包中)TTL限制为3。

探测包内容：资源名称，走过的每一个路段，当前跳数，序列号，消费者id。

3)确认包：当车辆收到探测包时，若自己有相应资源，或者FIB表项中有记录，则回复确认包，按照探测包的路线原路返回，告知消费者资源的存在。其中记录资源名称、序列号、探测包走过的路段、当前所在路段、到达资源总的跳数、当前跳数(限制为4，包括提前加入探测包中的消费者将走的路段)。中间节点根据确认包建立FIB表格。消费者收到确认包后，选择总跳数最小的资源，发送兴趣包。

确认包内容：资源名称、序列号、探测包走过的路段、当前所在路段、到达资源总的跳数、当前跳数，资源id。

4)兴趣包：当消费者想要某个资源时发送兴趣包，其中记录想要的资源名称、自己所在路段及数据包确认号(确认已收到的数据包，同时告知想要的下一个数据包的序号)，中间车辆依据FIB表格，建立PIT表格，并选择最优下一跳路段的车辆转发兴趣包。

兴趣包内容：资源名称、当前路段、查询FIB表得出的下一跳路段、时间戳、序列号、当前跳数。

5)数据包：当生产者收到兴趣包时，按照兴趣包请求的资源和序号发回对应的数据包，按照中间节点PIT表格中的下一跳信息原路返回。(针对需持续传输的较大数据，如电影，需将数据分成多个数据包并编号，一个兴趣包对应一个数据包，类似于TCP中的确认机制)。

数据包内容：数据、序号、下一跳路段。

三种表格：

1)FIB：用以记录到达某个资源的下一跳，根据资源包建立。

2)PIT：车辆转发兴趣包时，建立PIT表项，收到数据包则删除对应PIT表项。

3)CS：中间车辆缓存收到的数据包。

资源1：资源名称	内容
		资源2：资源名称	内容
……	……

具体方案描述如下：

第一阶段：发送资源包

1)拥有资源的车辆须广播包告知其他车辆自己拥有此资源，广播包中包含数据名称、所在路段、TTL、时间戳、序列号等重要信息。

2)当其他车辆收到此广播包时，判断是否是有效包。若无效(序列号重复或者转发次数大于15)，则丢弃不作处理；若是有效包，则根据包中的内容更新或者插入新的FIB表项，记录获取对应资源的下一跳传输路段，然后更新包中信息(更新路段信息，TTL加一等)并将其转发出去。

伪代码如下：

第二阶段：探测资源

1)当消费者想要某个资源，而FIB表格中无记录时，进入探测资源阶段。消费者广播一个探测包，其中记录自己想要的资源名称。每到达一个节点，探测包就记录下当前所在路段，并继续下一跳，直至到达对应的生产者。

2)生产者收到探测包后，发回确认包，告诉消费者自己所拥有的资源，并按照探测包来的路线原路返回，直至到达消费者。

3)中间节点根据收到的确认包建立FIB表项。

伪代码如下：

第三阶段：请求数据

1)当消费者想要某个资源，且有对应FIB表格记录时，无需探测资源，直接发送兴趣包，其中指定想要的资源名称，数据包序号，序列号和时间戳等，广播出去。

2)中间节点收到后建立PIT表，并选择最优车辆根据自己的FIB帮忙转发。

3)生产者收到兴趣包后回复数据包，根据PIT表原路返回。

伪代码如下：

第四阶段：表格维护

1)消费者移动到新路段：当消费者移动到新路段时，查看FIB表，若自己处在消息传递的下一跳路段，则发送一跳消息告知上一跳路段车辆无需转发数据包(删除对应PIT表项即可)；否则，需发送一跳信息，告诉之前所在路段的车辆自己新的路段信息，更改自己的PIT表格，新增对应表项。

2)任何车辆移动到新路段：当车辆进入新的路段时，需删除自己的FIB和PIT表格，同时跟邻居请求这个路段的FIB和PIT表格。

伪代码如下：

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于导航路线的命名数据车载网络消息分发方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一阶段：发送资源包

11）拥有资源的车辆须广播资源包告知其他车辆自己拥有此资源，广播的资源包中至少包含数据名称、所在路段、到达资源所需跳数、时间戳、序列号；

12）当其他车辆收到此广播的资源包时，判断该资源包是否是有效包；若无效则丢弃不作处理；若是有效包，则根据该资源包中的内容更新或者插入新的FIB表项，记录获取对应资源的下一跳传输路段，然后更新资源包中信息并将其转发出去；

第二阶段：探测资源

21）当作为消费者的节点想要某个资源，而FIB表格中无记录时，进入探测资源阶段；消费者节点广播一个探测包，其中记录该节点所需要的资源名称；该探测包每到达一个节点，记录当前所在路段，并继续下一跳，直至到达对应的作为生产者的节点；所述FIB表格是用于记录到达某个资源的下一跳，根据资源包建立而成；所述的消费者是当需要数据时，按照FIB表格发送兴趣包请求资源，当没有对应FIB记录时，广播探测包寻找资源；

22）生产者节点收到探测包后，发回确认包，告诉消费者节点其所拥有的资源，并按照探测包来的路线原路返回，直至到达消费者节点；所述的生产者是存在资源时，广播资源包告诉其他车辆，当收到消费者发来的兴趣包，且有对应资源时，回复数据包；当收到探测包时，回复确认包，告知对方资源的存在；

23）中间节点根据收到的确认包建立FIB表项

第三阶段：请求数据

31）当消费者节点想要某个资源，且有对应FIB表记录时，无需探测资源，直接发送兴趣包，其中指定想要的资源名称，数据包序号，序列号和时间戳，广播出去；

32）中间节点收到后建立PIT表，并根据本身的FIB表指定最优下一跳路段，将兴趣包转发出去；所述PIT表是用于车辆转发兴趣包时，建立PIT表项，收到数据包则删除对应PIT表项；

33）生产者节点收到兴趣包后回复数据包，根据PIT表原路返回。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括第四阶段：表格维护，具体是：

41）消费者节点移动到新路段：当消费者节点移动到新路段时，查看FIB表，若其本身处在消息传递的下一跳路段，则发送一跳消息告知上一跳路段的车辆无需转发数据包，即删除对应PIT表项；否则，需发送一跳信息，告诉之前所在路段的车辆本身新的路段信息，更改本身的PIT表格，新增对应表项；

42）任何车辆移动到新路段：当车辆进入新的路段时，需删除本身的FIB和PIT表格，同时跟邻居请求这个路段的FIB和PIT表格。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段步骤12）中所述判断资源包是否是有效包，当序列号重复或转发次数大于15时则是无效包。