CN105813159A - 车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，包括以下步骤：根据车载节点的通信范围，将V2X网络分割成首尾相连的矩形网格；在矩形网格中选择转发节点，并根据选择出的转发节点调整矩形网格；其中，转发节点的选择方法是，源节点通过接收到的周围节点的心跳信息获得其通信范围内各节点的地理位置信息及行驶方向，源节点选择相同车道上、行驶方向相反且距离最远的车载节点作为相邻矩形网格中的转发节点，根据选择出的转发节点，调整矩形网格；利用调整好的矩形网格及其中的转发节点，转发消息。本发明根据V2X网络的特性，对GeoGRID协议进行改进，不仅使其适用于V2X网络，且减少了数据冲突率，提高了数据转发效率。

Description

车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法

技术领域

本发明涉及一种车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，属于车载通信网技术领域。

背景技术

车载短距离通信(VehicletoX：V2X)网络是通过无线通信、GPS/GIS、传感等短距离通信技术实现的车内(CAN-ControllerAreaNetwork)、车路(Vehicle-2-RSU)、车间(Vehicle-2-Vehicle)、车外(vehicle-2-Infrastructure)、人车(Vehicle-2-Person)之间的通信。

Geocast是一种基于地理位置信息，向目的区域内所有节点传输数据的多播协议，根据源节点发送数据时是否预先建立路由，该协议可分为两类，一类是需要预先建立路由，如临时按序多播路由(GeoTORA)和网状多播路由，另一类是无需预先建立路由，如基于定位信息的多播协议、GeoGRID协议等；其中，GeoGRID协议是一种基于网格的多播协议，根据获知的地理位置信息将整个网络分割成逻辑网格，每个网格选出一个网关节点，网关节点接收并转发数据包，网格中的其它节点只接收而不转发数据，这种方法大大减少了数据冗余度，提高了信道利用率，减少了数据包的冲突率。

在V2X网中，各车载节点定期将包括自身相关信息(如地理位置信息、状态信息、身份识别信息、行驶方向、主动安全信息等)的心跳信息向周围的车载节点、路侧节点广播，使周围的车载节点能够及时得到预警进而达到主动安全的目的，由于V2X网络中相邻车载节点的有效通信距离为300米左右，所以可借助GeoGRID协议实现主动安全消息(携带主动安全信息的心跳信息)在各车载节点之间的转发，为整个V2X网络中的车载节点提供预警。现有的GeoGRID协议尚不适用于V2X网络，这是因为：

第一，V2X网络中的车载节点一般集中于狭长的道路上，而现有的GeoGRID协议是将网络分割成网状的二维网格；第二，V2X网络中的车载节点需要广播主动安全消息，该主动安全消息根据不同的接收对象划分为不同的安全等级，安全等级高的消息需要接收对象回复响应消息，以确保主动安全消息成功接收，而现有的GeoGRID协议采用泛洪方式广播数据包，节点无需回复响应消息；第三，现有的GeoGRID协议，每个网格中的网关节点采用洪泛方式转发数据，当多个网关节点同时发送数据包时，增加了数据包的冲突率，也增加了网络端到端的延时，若能够利用V2X网络的特性(如车载节点定期广播心跳信息)，则可简化路由算法，提高数据转发效率。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，该方法结合V2X网络的特性，对GeoGRID协议进行改进，使得改进后的GeoGRID协议适用于V2X网络，且可降低数据包的冲突率，提高数据包的转发效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，包括以下步骤：

S1：根据车载节点的通信范围，将V2X网络分割成首尾相连的矩形网格；

S2：在矩形网格中选择转发节点，并根据选择出的转发节点调整矩形网格；

S3：利用调整好的矩形网格及其中的转发节点，转发消息。

进一步的，

所述步骤S1中，车载节点的通信范围为圆形区域，该圆形的半径为r，所述矩形网格的长边长度为D，且满足2r＝D+d，d是网络管理中心根据车载节点的疏密程度动态调整或是根据不同的时间设置的参数值。

所述步骤S2中，选择转发节点的方法是：

1)源节点通过接收到的周围节点的心跳信息获得其通信范围内各节点的地理位置信息及行驶方向，

2)源节点选择相同车道上、行驶方向相反且距离最远的车载节点作为相邻矩形网格中的转发节点，

3)根据选择出的转发节点，调整矩形网格，

4)该转发节点按照上述步骤1)-3)的方法，确定下一个转发节点，以及调整与其相邻的矩形网格。

利用本方法转发主动安全消息的过程是：转发节点接收该主动安全消息，转发节点判断传输距离是否大于零，若大于零，则更新该主动安全消息后转发给下一个转发节点及所在矩形网格中具有相应身份识别信息的车载节点，若小于零则停止转发。

转发节点通过心跳信息发现其所在矩形网格中存在路侧节点，转发节点将数据转发给路侧节点，该路侧节点将接收到的数据包转发至相邻的路侧节点，各路侧节点同步广播数据。

本发明的优点在于：

本发明结合V2X网络的特性，即车辆分布于狭长道路区域、各节点定期广播包括自身相关信息的心跳信息、车辆流动性大等，对GeoGRID协议进行了改进，使得GeoGRID协议适用于V2X网络中，并降低了数据包的冲突率，提高了数据包的转发效率。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明一具体实施例的矩形网格和转发节点示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的方法流程图，如图所示，本发明公开的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，包括以下步骤：

1、根据车载节点的通信覆盖范围，将V2X网络分割成首尾相连的矩形网格；

如图2所示，车载节点的通信覆盖范围为圆形区域，该圆形的半径为r，沿车辆行驶的狭长道路，将V2X网络划分成首尾相连的矩形网格，该矩形网格的长边长度为D，且满足2r＝D+d，其中，参数d由网络管理中心(由一组服务器组成，用于负责V2X网络的参数配置、状态监控、维护等)配置，其取值是根据车载节点的疏密程度动态调整，或是根据不同时间固定设置。

2、在矩形网格中选择转发节点，并根据选择出的转发节点调整矩形网格；

从每个矩形网格中选择一个转发节点，各转发节点既接收数据也转发数据，矩形网格中除转发节点外的其它车载节点仅接收数据不转发数据。

选择转发节点的方法是：

1)源节点通过接收到的周围节点的心跳信息获得其通信范围内各节点的地理位置信息及行驶方向，

2)源节点选择相同车道上、行驶方向相反且距离最远的车载节点作为相邻矩形网格中的转发节点，

3)根据选择出的转发节点，调整确定矩形网格，

4)转发节点按照上述步骤1)-3)的方法，确定与下一个转发节点，以及调整与其相邻的矩形网格，生成沿道路方向上的若干首尾相连的矩形网格。

如图2所示，在一具体实施例中，转发节点A接收周围车载节点的心跳信息后，选择同一条道路上，行驶方向相反且距离最远的车载节点B作为转发节点，并向车载节点B发送转发请求消息包；车载节点B同意作为转发节点后，向转发节点A发送转发接受消息包，转发节点A接收到该转发接受消息包后，计算节点A、B之间的距离，并以该距离作为矩形网格的长边长度D，该矩形网格的起始点为转发节点A的位置，终点为转发节点B的位置。

3、利用矩形网格及其中的转发节点，转发消息。

利用确定好的矩形网格及各网格中的转发节点，即可实现V2X网络中各种消息的转发，以下以转发主动安全消息为例说明，其在矩形网格中的转发过程：

主动安全消息根据接收对象的不同可划分为不同的传播等级，主动安全消息具有以下属性：车辆的身份标识码(ID)、传输距离(Dis)以及消息内容(Content)，不同传播等级的主动安全消息，其各项属性的值不同。源节点将主动安全消息发送给第一个转发节点，转发节点首先判断传输距离是否大于零，若小于零则停止转发，若大于零则更新传输距离后(传输距离减去源节点到该转发节点的距离)，将更新后的消息一方面向本矩形区域内的具有相应身份识别信息的车载节点进行广播，另一方面向下一个转发节点进行转发。

对于矩形网格中存在路侧节点的情况，转发节点通过接收到的周围节点的心跳信息发现其所在矩形网格中存在路侧节点，此时，转发节点将数据转发给路侧节点，该路侧节点将接收到的数据包沿高带宽链路转发至相邻的路侧节点，相邻的路侧节点的范围根据源节点设定的广播范围确定，各个路侧节点同步广播数据，以使消息快速广播到指定的范围；在路侧节点覆盖范围的边缘，按照上述选择转发节点、利用转发节点转发消息的方法转发消息。

另外，由于道路上行驶的车辆其位置及相对距离随时都在变化，当转发节点通过接收到的心跳信息监测到其下一个转发节点驶出其通信范围时，该转发节点重新根据接收到的周围节点的心跳信息，选择出同一条道路上，行驶方向相反且距离最远的车载节点作为下一个的转发节点，并在此基础上重新划分矩形网格的范围。

本发明的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，是依据V2X网络的特性，如车载节点定期广播心跳信息、车辆处于动态运动过程中、行驶道路狭长等，对GeoGRID协议进行改进，重新确定了划分矩形网格与选择转发节点的方法，使得改进后的GeoGRID协议适用于V2X网络，且减少了数据冲突率，提高了数据转发效率。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据车载节点的通信范围，将V2X网络分割成首尾相连的矩形网格；

S2：在矩形网格中选择转发节点，并根据选择出的转发节点调整矩形网格；

S3：利用调整好的矩形网格及其中的转发节点，转发消息。

2.如权利要求1所述的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，其特征在于，所述步骤S1中，车载节点的通信范围为圆形区域，该圆形的半径为r，所述矩形网格的长边长度为D，且满足2r＝D+d，d是网络管理中心根据车载节点的疏密程度动态调整或是根据不同的时间设置的参数值。

3.如权利要求2所述的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，其特征在于，所述步骤S2中，选择转发节点的方法是：

1)源节点通过接收到的周围节点的心跳信息获得其通信范围内各节点的地理位置信息及行驶方向，

2)源节点选择相同车道上、行驶方向相反且距离最远的车载节点作为相邻矩形网格中的转发节点，

3)根据选择出的转发节点，调整矩形网格，

4)该转发节点按照上述步骤1)-3)的方法，确定下一个转发节点，以及调整与其相邻的矩形网格。

4.如权利要求3所述的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，其特征在于，利用本方法转发主动安全消息的过程是：转发节点接收该主动安全消息，转发节点判断传输距离是否大于零，若大于零，则更新该主动安全消息后转发给下一个转发节点及所在矩形网格中具有相应身份识别信息的车载节点，若小于零则停止转发。

5.如权利要求4所述的车载短距离通信网中改进的GeoGRID路由方法，其特征在于，转发节点通过心跳信息发现其所在矩形网格中存在路侧节点，转发节点将数据转发给路侧节点，该路侧节点将接收到的数据包转发至相邻的路侧节点，各路侧节点同步广播数据。