CN106713482A - 应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法 - Google Patents

应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，根据车辆节点的相对活跃度和邻居车辆节点的相对变化率，计算广播信标间隔的调节尺度，根据调节尺度计算广播信标间隔的值；对比广播信标间隔的值与最大广播信标间隔、最小广播信标间隔，确定下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔；将下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔设定为计时器的延时值；如果计时器未溢出，则继续延时等待；如果计时器溢出，则触发广播信标机制；获取广播信标数据包。本发明解决了现有技术中无线自组织车联网中车辆节点快速运动引起的邻居节点数量、密度、相对速度的变化，从而导致信标广播间隔调整策略的性能差的问题。

Description

应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法
技术领域
本发明属于智能交通技术领域，涉及一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法。
背景技术
在移动车联网中，车辆节点之间实现同步是重要的步骤，是实现车辆之间通信、组网的关键。实现同步的方法是通过广播信标来完成的。根据具体的场景来调整信标的广播间隔，不但可以及时发现邻居节点实现同步，而且可以降低功耗、减少信标广播时产生的冲突，这对实现车辆节点间的泛在链接、组网、通信来讲具有重要的意义。
现有的车辆节点广播信标的方法是IEEE802.11p协议中规定的固定频率(10Hz)，以及其他根据信道质量、交通量的变化动态调整广播信标间隔的方法。固定频率(即固定广播信标间隔)广播信标容易带来广播冲突、信道拥塞、邻居信息过时等问题。其他根据信道质量、交通量的变化，动态调整广播信标间隔的方法不能根据具体的邻居节点变化率以及节点之间的相对速度来控制信标广播间隔实现广播频率的调节，从而导致邻居节点之间不能及时实现同步或者邻居信息不能及时得到更新而过时。
当前，移动车联网技术迅速发展，移动车联网中的节点广播信标策略也不断被提出和改善。由于关注的角度不同，尤其是基于无线信道质量的信标广播间隔的调整策略，对于移动的车联网中的邻居节点多变以及车辆节点密度变化很快的场景，节点很难解决邻居节点的发现和时间同步问题。而基于交通量的广播信标间隔的调整策略非常适合以路边单元为协调器的智能交通场景，路边单元因为是静止的，能够及时获取准确的交通量，并且作为协调器能够以集中式的管理方式来实现广播信标间隔的调整工作。对于移动的车辆节点以无线自组织的方式形成的车联网来说，邻居数量、密度和相对速率快速变化都会导致现有的信标广播策略不适用或者性能差。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，在车辆节点快速移动的车联网中根据车辆节点的速度和邻居节点的变化信息自动调整车辆节点广播信标间隔，解决了现有技术中针对无线自组织车联网中车辆节点快速运动带来的邻居节点数量、密度、相对速度的变化，从而导致信标广播间隔调整策略的性能差的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，具体按照以下步骤进行：
S301：启动广播信标间隔调节程序；
S302：采集车辆节点本身的瞬时速度；
S303：统计车辆节点的邻居车辆信息表中的邻居车辆节点数量、邻居车辆节点的平均速度及邻居车辆节点变更的信息；
S304：在移动车联网交通环境中，根据车辆节点的瞬时速度和道路上邻居车辆节点的平均速度，计算车辆节点的相对活跃程度Mu1；
S305：根据邻居车辆节点数量及邻居车辆节点变更信息计算邻居车辆节点的相对变化率Mu2；
S306：根据车辆节点的相对活跃度和邻居车辆节点的相对变化率，计算广播信标间隔的调节尺度U，然后根据调节尺度U的大小计算广播信标间隔的值；通过对比所计算的广播信标间隔值与最大广播信标间隔、最小广播信标间隔，确定下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔；
S307：启动下一次广播信标的计时器，将下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔设定为计时器的延时值；
S308：系统计时器根据延时值进行延时等待；
S309：判断计时器是否延时完毕溢出，如果计时器未溢出，则继续延时等待；如果计时器溢出，则触发广播信标机制；
S310：获取广播信标数据包；
S311：结束本次广播信标间隔的调节过程。
本发明的特征还在于，进一步的，所述步骤S304中，车辆节点的相对活跃程度Mu1根据式(1)计算得到，
其中
其中，代表道路平均速度，v代表车辆节点的瞬时速度，n代表邻居车辆节点数，Vlim-max代表道路限速的最大限速值。
进一步的，所述步骤S305中，邻居车辆节点的相对变化率Mu2根据式(2)计算得到，
其中
其中，F0代表邻居车辆节点的平均变化率，F代表邻居车辆节点的变化率，Mleave代表某时刻离开的邻居车辆节点数，Marrive代表某时刻加入的邻居车辆节点数，M0代表某时刻道路上已有的邻居车辆节点数；F0是一个经验值，可以根据具体路段、道路的级别、道路上的交通量等因素设置。
进一步的，所述步骤S306中，广播信标间隔的调节尺度U根据式(3)计算得到，
U＝α×Mu1+β×Mu2,其中α≥0，β≥0,α+β＝1 (3)
其中，调节因子α、调节因子β的选择根据经验值来调整。
进一步的，所述步骤S306中，下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔Tn根据式(4)计算得到，
其中Ti＝Tp+D,D＝U(Tmax-Tmin) (4)
其中，D代表调节余量，Tmax代表最大时间间隔，Tmin代表最小时间间隔，Tp代表上一次广播时间间隔，Ti代表根据计算所得的时间间隔值。
进一步的，所述步骤S303中，邻居车辆节点的平均速度通过传感器获取或者通过邻居信息表读取。
本发明的有益效果是：本发明在车辆节点快速移动的车联网中根据车辆节点的速度和邻居车辆节点的变化信息自动调整车辆节点广播信标间隔；本发明具有以下优点：
1)广播信标的车辆节点根据自身的活跃程度以及邻居车辆节点的相对变化率调节广播信标的时间间隔，不再是固定的广播频率或者是通过交通量来改变广播信标的频率，从而提高了广播信标的有效性、时效性；
2)本发明可以针对具体的交通环境适时调整广播信标间隔，从而提高了车辆节点在不同交通环境下的广播信标的适应度；
3)通过采用本发明中的方法，可以降低高车辆节点密度环境下广播信标的冲突概率；
4)通过采用本发明中的方法，可以提高低车辆节点密度环境下发现邻居节点的实时性；
5)通过采用本发明中的方法，可以提高车辆自组织网络在不同交通环境中的鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的城市交通场景示意图；
图2是本发明节点自动调节广播信标间隔方法实施例的流程图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的常用交通场景示意图，位于图中交通场景中的任何一辆装有车联网组网通信节点的车辆，要实现节点间的同步通信或者组网，需要通过广播信标信息。
本发明的设计思路：
首先，广播信标的节点根据与周围邻居节点的相对速度变化率、邻居节点的改变率信息来确定调节时间间隔大小的尺度；其次，在上一个信标广播时间间隔的基础上，依据调节尺度U的大小来延长或缩短信标广播时间间隔；最后，根据调整后的时间间隔来广播下一个信标。
如图2所示，一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔方法，具体按照以下步骤进行：
S301：启动广播信标间隔调节程序；
S302：采集车辆节点的瞬时速度；
S303：统计车辆节点的邻居车辆信息表中的邻居车辆节点数量、邻居车辆节点的平均速度及邻居车辆节点变更信息；
S304：在移动车联网交通环境中，根据车辆节点的瞬时速度和道路上邻居车辆节点的平均速度，计算车辆节点的相对活跃程度；其中，道路上邻居车辆节点的平均速度可以通过车辆已装有的速度传感器获取，或者通过邻居信息表读取。
车辆节点的相对活跃程度Mu1根据式(1)计算得到，
其中
其中，代表道路平均速度，v代表车辆节点的瞬时速度，车辆节点的相对活跃程度Mu1的正负由道路平均速度、车辆节点的瞬时速度的大小关系决定；道路平均速度是根据上一时刻所获得的邻居车辆节点的瞬时速度取平均值；如果没有邻居车辆节点(即n＝0)，道路平均速度取道路限速的最大限速值Vlim-max；
S305：根据邻居车辆节点数量及邻居车辆节点变更信息计算邻居车辆节点的相对变化率；
邻居车辆节点的相对变化率Mu2根据式(2)计算得到，
其中
其中，F0代表邻居车辆节点的平均变化率，F代表邻居车辆节点的变化率，Mleave代表某时刻离开的邻居车辆节点数，Marrive代表某时刻加入的邻居车辆节点数，M0代表某时刻道路上已有的邻居车辆节点数；邻居车辆节点的变化率F越大，说明邻居车辆节点的不同程度越大，越需要广播信标，从而完成邻居节点快速及时的发现与节点之间的同步通信；F0是一个经验值，可以根据具体路段、道路的级别、道路上的交通量等因素来设置。
S306：根据车辆节点的相对活跃度和邻居车辆节点的相对变化率，计算广播信标间隔的调节尺度U，然后根据调节尺度U的大小计算广播信标间隔的值；通过对比所计算的广播信标间隔值与最大广播信标间隔、最小广播信标间隔，确定下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔；
广播信标间隔的调节尺度U的值受到车辆节点的相对活跃程度Mu1与邻居车辆节点的相对变化率Mu2影响，由调节因子α、调节因子β决定，广播信标间隔的调节尺度U根据式(3)计算，
U＝α×Mu1+β×Mu2,其中α≥0，β≥0,α+β＝1 (3)
其中，调节因子α、调节因子β的选择根据经验值来调整；例如，α＝β＝0.5，表示车辆节点的相对活跃度与邻居车辆节点的相对变化率的影响各占一半。
下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔Tn根据式(4)计算得到，
其中Ti＝Tp+D,D＝U(Tmax-Tmin) (4)
其中，D代表调节余量，Tmax代表最大时间间隔，Tmin代表最小时间间隔，Tp代表上一次广播时间间隔，Ti代表根据计算所得的时间间隔值。
S307：启动下一次广播信标的计时器，将下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔设定为计时器的延时值；
S308：系统计时器根据延时值进行延时等待；
S309：判断计时器是否延时完毕溢出，如果计时器未溢出，则继续延时等待；如果计时器溢出，则触发广播信标机制；
S310：获取广播信标数据包；
S311：结束本次广播信标间隔的调节过程。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
S301：启动广播信标间隔调节程序；
S302：采集车辆节点本身的瞬时速度；
S303：统计车辆节点的邻居车辆信息表中的邻居车辆节点数量、邻居车辆节点的平均速度及邻居车辆节点变更的信息；
S304：在移动车联网交通环境中，根据车辆节点的瞬时速度和道路上邻居车辆节点的平均速度，计算车辆节点的相对活跃程度Mu1；
S305：根据邻居车辆节点数量及邻居车辆节点变更信息计算邻居车辆节点的相对变化率Mu2；
S306：根据车辆节点的相对活跃度Mu1和邻居车辆节点的相对变化率Mu2，计算广播信标间隔的调节尺度U，然后根据调节尺度U的大小计算广播信标间隔的值；对比广播信标间隔的值与最大广播信标间隔、最小广播信标间隔，确定下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔；
S307：启动下一次广播信标的计时器，将下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔设定为计时器的延时值；
S308：系统计时器根据延时值进行延时等待；
S309：判断计时器是否延时完毕溢出，如果计时器未溢出，则继续延时等待；如果计时器溢出，则触发广播信标机制；
S310：获取广播信标数据包；
S311：结束本次广播信标间隔的调节过程。
2.根据权利要求1所述的一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，所述步骤S304中，车辆节点的相对活跃程度Mu1根据式(1)计算得到，
其中
其中，代表道路平均速度，v代表车辆节点的瞬时速度，n代表邻居车辆节点数，Vlim-max代表道路限速的最大限速值。
3.根据权利要求1所述的一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，所述步骤S305中，邻居车辆节点的相对变化率Mu2根据式(2)计算得到，
其中
其中，F0代表邻居车辆节点的平均变化率，F代表邻居车辆节点的变化率，Mleave代表某时刻离开的邻居车辆节点数，Marrive代表某时刻加入的邻居车辆节点数，M0代表某时刻道路上已有的邻居车辆节点数；F0是一个经验值，可以根据具体路段、道路的级别、道路上的交通量等因素设置。
4.根据权利要求1所述的一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，所述步骤S306中，广播信标间隔的调节尺度U根据式(3)计算得到，
U＝α×Mu1+β×Mu2,其中α≥0，β≥0,α+β＝1 (3)
其中，调节因子α、调节因子β的选择根据经验值来调整。
5.根据权利要求1所述的一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，所述步骤S306中，下一次广播信标距当前信标广播时刻的时间间隔Tn根据式(4)计算得到，
其中Ti＝Tp+D,D＝U(Tmax-Tmin) (4)
其中，D代表调节余量，Tmax代表最大时间间隔，Tmin代表最小时间间隔，Tp代表上一次广播时间间隔，Ti代表根据计算所得的时间间隔值。
6.根据权利要求1所述的一种应用于移动车联网的节点自动调节广播信标间隔的方法，其特征在于，所述步骤S303中，邻居车辆节点的平均速度通过传感器获取或者通过邻居信息表读取。
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