CN106851566A - 一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法 - Google Patents

一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，事故车辆作为簇头向位于事故车辆后方的车辆广播紧急信息；位于事故车辆后方的车辆接收到紧急信息后，向事故车辆发送应答信息；事故车辆根据接收的应答信息将相关车辆作为其簇成员；通过发送应答回复信息将簇中距离事故车辆最远的车辆设置为第二个簇的簇头，该簇头车辆向位于其后方的车辆转发接收到的紧急信息。方法保证信息的有效投递，只有位于簇头后方的，且与其行驶在同一道路和方向上的车辆才能成功接收信息从而构成簇。同时将距离簇头最远的节点作为下一个簇头进行紧急信息广播。为了避免广播风暴，相关节点中只有簇头可以转发紧急信息。

Description

一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法。
背景技术
目前城市车联网中，用于安全应用的常用广播算法包括基于交叉路口的广播算法，基于簇的广播算法，基于拓扑的广播算法，以及洪泛或者基于洪泛修改的相关广播算法。然而在城市车联网中，车辆拓扑结构变化频繁，车辆分布不均，交通灯对车辆的运动的影响，除此以外，立交桥等结构使城市道路拓扑结构立体化，上述的种种问题都影响着常用广播算法的性能。而在事故发生现场，传统洪泛广播算法被认定为最简单有效的广播算法，但是，由于其接收后就转发广播的机制，在车辆密度较大的情况下，极易导致广播风暴问题，其次广播的信息无法做到有效投递，使很多非相关节点也能接收到紧急信息。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，方法包括：
S1：事故车辆作为簇头向位于事故车辆后方的车辆广播紧急信息；
S2：位于事故车辆后方的车辆接收到紧急信息后，向事故车辆发送应答信息；
S3：事故车辆根据接收的应答信息将其后方的相关车辆作为其簇成员；
S4：事故车辆发送应答回复信息告知簇中距离事故车辆最远的车辆为第二个簇的簇头，并向该簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息。
优选地，步骤S4之后还包括：
第二个簇头车辆根据接收的应答信息将后方相关车辆作为第二个簇头的簇成员；
第二个簇头车辆发送应答回复信息将簇中距离第二个簇头车辆最远的车辆作为第三个簇的簇头，并向第三个簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息；
依次类推，广播紧急信息，并组建簇结构，直至达到所设定的广播距离为止。
优选地，紧急信息的发出条件是在道路上出现车辆事故的前提下，由事故车辆作为簇头发出。
优选地，事故车辆后方的车辆为与事故车辆行驶在同一道路及方向上的车辆接收紧急信息，并构成簇结构。
优选地，紧急信息包括：发送节点的地理位置，边界范围，信息广播方向，紧急信息内容；
应答信息包括：应答车辆ID，应答车辆与事故车辆之间的直线距离，应答车辆接收紧急信息的时间；
应答回复信息包括：下一簇车辆ID，标志位；标志位设为1的时候，告知其转发紧急信息。
优选地，步骤S1之前还包括：
设置广播区域的面积，簇中包括应答车辆的数量，紧急信息数据大小，应答数据信息大小，信息发送速率，广播距离。
优选地，事故车辆与其后方车辆的位置信息确定方式为：在道路上设置多个定位终端，每辆车辆设置至少三个定位终端进行通信定位，每个定位终端与至少两个定位终端进行交互通信，每个定位终端具有唯一的定位终端编号，每个所述定位终端具有标示其所在的位置编码；
定位终端发送自身的位置编码给其所在区域附近的定位终端，定位终端将接收到的位置编码信息以及自身的位置编码信息传送给下一个定位终端；
监控中心汇集定位终端发送的位置编码信息；
当道路发生事故时，事故车辆通过多个定位终端向监控中心发送紧急信息，
监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算事故车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以事故车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为事故车辆的位置。优选地，以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离及最后接收到的应答信息，找出事故车辆后方的最远车辆位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。
优选地，以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离，预估出事故车辆后方的最远车辆位置范围；
在最远车辆位置范围内监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算最远车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以最远车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为最远车辆的位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
车联网中，当发生车辆事故时，紧急信息快速而广泛的被相关车辆成功接收显得十分重要，因此，紧急信息广播的时延和投递率性能将变得异常重要。基于车联网簇结构的信息递推式广播方法通过紧急信息广播消息和应答消息建立簇结构。交通事故车辆视为簇头，有效信息传输范围内的相关车辆作为簇成员接收紧急信息，为了保证信息的有效投递，只有位于簇头后方的，且与其行驶在同一道路和方向上的车辆才能成功接收信息从而构成簇。同时将距离簇头最远的节点作为下一个簇头进行紧急信息广播。为了避免广播风暴，相关节点中只有簇头可以转发紧急信息。与传统的洪泛算法相比，在保持其低时延优点的同时，提高了信息的投递率，避免了广播风暴的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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为基于车联网簇结构的信息递推式广播方法的流程图；
图2为基于车联网簇结构的信息递推式广播方法实施例的流程图；
图3为道路仿真信息递推式广播示意图；
图4为信息广播流程图；
图5为不同距离下，本发明方法与传统的洪泛算法对于时延性能的比较；
图6为不同信息发送频率下，本发明方法与传统的洪泛算法对于投递率性能的比较；
图7为不同车辆密度下，本发明方法与传统的洪泛算法对于时延性能的比较。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。
本实施例提供一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，如图1所示，方法包括：
S1：事故车辆作为簇头向位于事故车辆后方的车辆广播紧急信息；
当道路上有车辆发生事故时，事故车辆通过自身相关终端设备检测出自身受损后，自动作为簇头广播紧急信息；
S2：位于事故车辆后方的车辆接收到紧急信息后，向事故车辆发送应答信息；
S3：事故车辆根据接收的应答信息将后方相关车辆作为其簇成员；
S4：事故车辆发送应答回复信息告知簇中距离事故车辆最远的车辆为第二个簇的簇头，并向该簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息。
步骤S1之前还包括：设置广播区域的面积，簇中包括应答车辆的数量，紧急信息数据大小，应答数据信息大小，信息发送速率，广播距离。
本发明中优选地的实施例为，如图2、图3所示，
S11：事故车辆作为簇头向位于事故车辆后方的车辆广播紧急信息；
事故车辆为事故车辆1。
S12：位于事故车辆后方的车辆接收到紧急信息后，向事故车辆发送应答信息；
S13：事故车辆根据接收的应答信息将后方相关车辆作为其簇成员；
S14：事故车辆发送应答回复信息告知簇中距离事故车辆最远的车辆为第二个簇的簇头，并向该簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息。
与事故车辆1最远的车辆为车辆2，事故车辆1与车辆2为第一个簇5，第二个簇为6，第二个簇的簇头为车辆2。
S15：第二个簇头车辆根据接收的应答信息将后方相关车辆作为第二个簇头的簇成员；
S16：第二个簇头车辆发送应答回复信息将簇中距离第二个簇头车辆最远的车辆作为第三个簇的簇头，并向第三个簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息；
第三个簇头车辆为车辆3，第三个簇为7，第三个簇尾车辆为车辆4，依次类推。
S17：依次类推，广播紧急信息，并组建簇结构，直至达到所设定的广播距离为止。
在城市中，如图4所示，当发生车辆事故时，紧急信息的广播变得至关重要。现有的路由算法下，洪泛路由算法被认定为最简单高效的解决方案，但随着时间的推移，事故现场的车辆运动速度会变慢，车辆密度也会增大，对于洪泛算法而言，极易引起广播风暴，从而降低紧急信息广播的投递率。为了解决上述问题，本发明提出了簇结构递推式广播算法。
本算法中簇结构的建簇过程，簇结构完成后，所有车辆中只有身为簇头的车辆具备广播紧急信息的能力，其他车辆只接收紧急信息。通过这种方式，可以有效的避免广播风暴，同时保证信息的高效投递。
为了验证该算法的性能。本发明在NS2(network simulation 2.35)仿真平台上实施，为了模拟真实的城市场景，NS2下的运动拓扑文件，由SUMO交通流仿真平台和真实的城市地图导出。其中基于车联网簇结构的信息递推式广播方法的仿真设置如下表所示：
节点的个数 500
仿真区域的面积 3000m*2000m
Mac层 IEEE 802.11p
广播范围 250m
仿真时间 100s
通信源 Message
50
信息发送速率 10 15 20 25 30message/s
广播距离 200，300，400and 500m
结果如图5至图7所示可知，本发明所提出的路由算法在不同广播距离下的性能均优于传统的洪泛算法。
对于洪泛算法而言，由于每个节点接收到信息后都会转发接收到的的信息，随着广播频率的增大，其广播的性能将会变得非常不可靠，由图7可知，随着广播频率的增大，本发明提出的算法始终保持极高的投递率。随着车辆密度的增大，传统的洪泛算法的时延性能也相对会下降，而本发明提出的算法依旧保持相对稳定的时延性能。
紧急信息的发出条件是在道路上出现车辆事故的前提下，由事故车辆作为簇头发出。
事故车辆后方的车辆为与事故车辆行驶在同一道路及方向上的车辆接收紧急信息，并构成簇。
紧急信息包括：发送节点的地理位置，边界范围，信息广播方向，紧急信息内容；
应答信息包括：应答车辆ID，应答车辆与事故车辆之间的直线距离，应答车辆接收紧急信息的时间；
应答回复信息包括：应答车辆ID，标志位。标志位设为1的时候，告知其转发紧急信息。
本发明中，监控中心对事故车辆进行定位的方式是：事故车辆与其后方车辆的位置信息确定方式为：在道路上设置多个定位终端，每辆车辆设置至少三个定位终端进行通信定位，每个定位终端与至少两个定位终端进行交互通信，每个定位终端具有唯一的定位终端编号，每个所述定位终端具有标示其所在的位置编码；
定位终端发送自身的位置编码给其所在区域附近的定位终端，定位终端将接收到的位置编码信息以及自身的位置编码信息传送给下一个定位终端；
监控中心汇集定位终端发送的位置编码信息；
当道路发生事故时，事故车辆通过多个定位终端向监控中心发送紧急信息，
监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算事故车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以事故车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为事故车辆的位置。
其中簇和事故车辆后方最远车辆的位置确定方式为：以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离，找出事故车辆后方的最远车辆位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。
优选地，另一种确定簇和事故车辆后方最远车辆位置的方式为：
以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离，预估出事故车辆后方的最远车辆位置范围；
在最远车辆位置范围内监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算最远车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以最远车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为最远车辆的位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。
当车辆出事故时，先设定事故车辆为簇头，仅由簇头来发送信息，并告知后续车辆前方有事故发生，提示后续车辆绕行或躲避，避免影响交通。为了能够扩大传输范围，可以设置多个簇结构，来扩大传播范围。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，方法包括：
S1：事故车辆作为簇头向位于事故车辆后方的车辆广播紧急信息；
S2：位于事故车辆后方的车辆接收到紧急信息后，向事故车辆发送应答信息；
S3：事故车辆根据接收的应答信息将其后方的相关车辆作为其簇成员；
S4：事故车辆发送应答回复信息告知簇中距离事故车辆最远的车辆为第二个簇的簇头，并向该簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息。
2.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：
第二个簇头车辆根据接收的应答信息将后方相关车辆作为第二个簇头的簇成员；
第二个簇头车辆发送应答回复信息将簇中距离第二个簇头车辆最远的车辆作为第三个簇的簇头，并向第三个簇头车辆后方的车辆转发接收到的紧急信息；
依次类推，广播紧急信息，并组建簇结构，直至达到所设定的广播距离为止。
3.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
紧急信息的发出条件是在道路上出现车辆事故的前提下，由事故车辆作为簇头发出。
4.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
事故车辆后方的车辆为与事故车辆行驶在同一道路及方向上的车辆接收紧急信息，并构成簇结构。
5.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
紧急信息包括：发送节点的地理位置，边界范围，信息广播方向，紧急信息内容；
应答信息包括：应答车辆ID，应答车辆与事故车辆之间的直线距离，应答车辆接收紧急信息的时间；
应答回复信息包括：下一簇车辆ID，标志位；标志位设为1的时候，告知其转发紧急信息。
6.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：
设置广播区域的面积，簇中包括应答车辆的数量，紧急信息数据大小，应答数据信息大小，信息发送速率，广播距离。
7.根据权利要求1所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
事故车辆与其后方车辆的位置信息确定方式为：在道路上设置多个定位终端，每辆车辆设置至少三个定位终端进行通信定位，每个定位终端与至少两个定位终端进行交互通信，每个定位终端具有唯一的定位终端编号，每个所述定位终端具有标示其所在的位置编码；
定位终端发送自身的位置编码给其所在区域附近的定位终端，定位终端将接收到的位置编码信息以及自身的位置编码信息传送给下一个定位终端；
监控中心汇集定位终端发送的位置编码信息；
当道路发生事故时，事故车辆通过多个定位终端向监控中心发送紧急信息，
监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算事故车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以事故车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为事故车辆的位置。
8.根据权利要求7所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离及最后接收到的应答信息，找出事故车辆后方的最远车辆位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。
9.根据权利要求7所述的基于车联网簇结构的信息递推式广播方法，其特征在于，
以事故车辆的位置为一顶点，根据预设的广播距离，预估出事故车辆后方的最远车辆位置范围；
在最远车辆位置范围内监控中心选择信号能量最强的三个定位终端，分别计算最远车辆距离三个定位终端的距离；
再分别以所述三个定位终端为圆心，以最远车辆距离三个定位终端的距离为半径画圆，三个圆交点位置即为最远车辆的位置；
将事故车辆和事故车辆后方最远车辆之间的车辆设置为一个簇。
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