CN107105388B - 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法 - Google Patents

一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107105388B
CN107105388B CN201710216911.1A CN201710216911A CN107105388B CN 107105388 B CN107105388 B CN 107105388B CN 201710216911 A CN201710216911 A CN 201710216911A CN 107105388 B CN107105388 B CN 107105388B
Authority
CN
China
Prior art keywords
node
nodes
routing
probability
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710216911.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107105388A (zh
Inventor
朱琦
贲挹坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201710216911.1A priority Critical patent/CN107105388B/zh
Publication of CN107105388A publication Critical patent/CN107105388A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107105388B publication Critical patent/CN107105388B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/14Routing performance; Theoretical aspects
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/12Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
    • H04W40/14Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality based on stability
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/20Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on geographic position or location
    • H04W40/205Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on geographic position or location using topographical information, e.g. hills, high rise buildings
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于链路传输能力的车载网络跨层路由方法。本发明方法在车载网络城市场景中,结合已有的MAC层接入协议,考虑因为信道衰落产生的传输失败概率和邻节点信道使用情况,通过定义表征节点之间的通信能力的参数,反映了节点之间传输的有效性;在此基础上给出了一种新的适应城市场景的路由判据,实现了一种网路层与MAC层的协议设计,可以更有效的利用节点进行转发。本发明以提高链路的稳定性为目的,尽量减少了重新建立路由的次数,从而降低了平均端到端时延,减少了丢包率。

Description

一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法
技术领域
本发明设计了一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法,属于通信技术领域。
背景技术
车载自组织网络(VANET)作为移动自组织网络(MANET)的一个研究方向,在智能交通系统(ITS)中有着重要的应用。VANET将车辆节点与道路基础设施作为网络节点,主要实现车辆间通信(V2V,Vehicle-to-Vehicle Communication)和车辆与路边设施之间的通信(V2I,Vehicle-to-Infrastructure Communication),构成了实时通信的移动网络,提高了交通的安全性和管理效率,同时也为车辆驾驶提供了更多的服务。由于车辆的高移动型,VANET具有网络拓扑频繁变化的特性,一般的MANET协议在VANET场景下,容易产生网络中断,高时延,高丢包率等问题,无法满足VANET的需求。所以VANET的协议设计成为了解决这些问题的研究热点。
车载网络城市场景中,因为建筑物的阻挡和节点的移动性,节点间的链路频繁断开会对于网络性能产生较大的影响;跨层设计结合邻节点的信道使用情况,考虑不同信道衰落产生的传输失败概率,可以更有效的使用无线信道资源,具有广泛的研究与应用前景。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题在于克服传统路由在VANET下的缺点,提供一种综合考虑城市场景中影响链路传输能力的路由方法,确保链路的稳定传输能力,提高网络资源的利用率。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题。
技术方案:本发明旨在提供一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法,该方法包括:
1).计算节点在数据流上发送数据的成功概率:设集合示源节点S到目标节点D的N条路由路径,集合表示路径Rj所包含的M个节点序列,节点表示路由路径Rj上的第i跳节点。表示当节点在数据流S→D上,能成功将信息发送到下一跳节点的概率。路径损耗下节点的接收功率为其中表示节点和节点之间的距离,Pt为距离节点d0距离处的接收功率,γ为路径损耗系数,K为环境常数。当节点与节点之间存在建筑物阻挡时,进行一次发送数据的成功概率为其中erf表示误差函数,ΨdB为发射与接收功率比值的分贝值,服从均值为μdB,标准差为的正态分布,εth表示节点的接收功率阈值的对数形式;当节点与节点之间不存在建筑物阻挡时,进行一次发送数据的成功概率为其中Pth表示节点的接收功率阈值。
2).计算节点能够使用业务信道进行发送的概率:定义节点能够使用业务信道进行发送的概率表示最近N个长度为T的周期内,能够使用业务信道的时间的平均值,其中表示节点在第k个周期内两跳内业务信道都被占用的总时间,在这些时间内节无法占用业务信道进行数据发送。
3).计算节点的等待系数:定义等待系数为节点在占用业务信道时,距离发送属于数据流S→D的数据分组所需要等待时间的倒数,其中表示节点的业务队列中正在等待发送的数据分组数。
4).计算节点能够保持业务信道占用的概率:定义节点能够保持业务信道占用的概率表示控制信道的时隙数与节点两跳内节点数量的比值,其中Nsn表示控制信道的时隙数,表示节点两跳内的节点数量,min表示取较小值,当时隙数大于节点数量时取1,表示能够保持占用业务信道。
5)计算路由判据和路由选择:定义数据流S→D上的某个节点对于该数据流的发送能力路由选择为
有益效果
本发明利用了跨层的机制提出了一种VANET中基于链路传输能力的跨层车载网路由方法,利用该方法建立的路由能提高链路的稳定性,可以显著地改善平均端到端延时、吞吐量、丢包率等网络性能。
附图说明
图1是路由选择的流程图。
图2是节点链路示意图。
图3是LCPR跨层结构示意图
图4是路由算法的算法流程图。
具体实施方式
以下结合附图具体说明。
车载自组织网络中车辆的移动性使得网络拓扑频繁变化,城市场景中存在建筑物的遮挡,路由链路相比一般的移动自组织网络更加容易变动。传统的路由协议是通过维护路由链路表进行路由选择算法的,如果因为节点的移动导致链路频繁断开对于网络通信的有效性会产生很大的影响.
为了解决这个问题,本发明提出了一种基于链路传输能力的路由机制,算法流程如图1所示。根据邻居节点的位置和信道使用情况,将每一跳可行链路进行预测用来优化路由选择。在MAC层使用VeMAC协议接入,所有节点在多信道场景下的接入控制信道,并在控制信道上广播控制信息,进行信道预约和节点信息交换。定义表征节点之间的通信能力的参数反映了节点之间传输的有效性;在此基础上给出了一种新的适应城市场景的路由判据,实现了一种网路层与MAC层的协议设计。分为路由判据和协议实现两个部分。
1、路由判据
由于城市中有大量的建筑物,在街道上行驶的车辆两两之间进行通信时,可以分两种情况进行讨论,即节点间不存在障碍物和节点间存在障碍物。
当节点之间不存在障碍物时,信道衰落模型可以采用大尺度路径损耗模型,接收功率Pr为:
其中Pt为发射功率,d0为单位距离,d为发射点和接收点之间的距离,γ路径损耗系数,K为常数。
当节点之间的信道存在建筑物时,需要考虑阴影效应,一般采用对数正态阴影模型来表示阴影衰落:
其中ΨdB为功率发射与接收功率比值的分贝值,它服从均值为μdB,标准差为的正态分布
因此当两个车辆节点之间有障碍物时,信道衰落为阴影衰落与路径损耗的叠加,接收功率与发射功率比值的分贝值可以表示为:
对接收功率的概率在接收门限的范围内做变上限积分,则对于存在障碍物时节点之间通信成功的概率为:
其中erf表示误差函数,这样就得出当存在障碍物时两节点之间的通信成功概率。
进一步考虑不存在障碍物的情况,节点之间在城市内的传输存在多径效应对于传输成功的概率有着一定的,考虑瑞利衰落对于信号产生的影响。瑞利信道下节点间的直接传输成功概率为:
如图2所示,假设网络中存在着10个节点组成多个数据流,对于其中一条数据流S→D,定义流上的某个节点X对于数据流S→D的发送能力:
式中每项的具体定义如下:
(1)表示节点X能够使用业务信道进行发送的概率,其定义为在最近N个长度为T的周期内,节点X能够有可以使用的业务信道的平均值,即其中N为最近的周期个数,T为周期长度,表示节点X在第i个周期内两跳内业务信道都被占用的总时间,在这些时间内节点X无法占用业务信道进行数据发送;
(2)表示节点X在占用业务信道时,距离发送属于数据流S→D的数据分组所需要等待时间的倒数,即其中,表示节点X的业务队列中正在等待发送的数据分组数。
(3)表示节点X能够保持业务信道占用的概率,其定义为控制信道的时隙数与节点X空两跳内节点数量的比值,即Nsn表示控制信道的时隙数,表示节点X两跳内的节点数量,min表示取较小值,当时隙数大于节点数量时取1,表示能够保持占用业务信道。
(4)表示当节点X在数据流S→D上,能成功将信息发送到S→D下一跳Y的概率,即当X点已经是终点时,取最大值1。当X与Y之间存在障碍物时,使用计算;当X与Y之间不存在障碍物时,使用计算。
上游节点若发送成功,则表示下游节点也成功接收了,所以可以给出节点接收能力的定义,在数据流S→D中对于节点X的上游节点W,
设集合表示源节点S到目标节点D的M条路由路径,结合表示路径Rj所包含的L个节点序列,节点hij表示路由路径Rj上的第i跳节点。
根据每个节点的综合能力,定义路由判据为:
2、协议实现
基于链路传输能力的车载网络跨层路由协议在AODV的基础上扩展而来,以新的路由判据来重新定义路由表,在路由表中增加了链路总传输能力。MAC层以车载网络多信道接入协议VeMAC为基础,使用无竞争的信道预约,在控制信道上广播更新节点的信息。图3给出了协议中各层之间的工作关系。从图中可以看出,网络层在计算路由判据时,需要获得链路层中邻居节点的信道接入情况、业务情况和传输成功概率;在路由维持过程中,需要不断接收链路层反馈的信息来更新路由表。
图4为源节点为S目的节点为D时的路由算法流程图,具体步骤如下:
(1)如果源节点S不存在到达目的节点D的路由,或者原路由已经过期,向周围节点广播路由请求;
(2)中间节点接受到源节点S发来的路由请求后,向S建立反向路由,更新路由信息,如果中间节点仍不存在到目的节点D的路由,中间节点继续广播路由请求;
(3)D收到源节点发来的路由请求后,首先判断是否接收过相同序号的路由请求,如果已经收到过则无视该请求;计算整条路径的路由判据,反向更新路由信息;向源节点S发送包含自身传输能力参数的路由信息;
(4)源节点S收到来自目的节点D发来的路由消息后,前向更新路由。

Claims (1)

1.一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法,其特征在于,包括以下内容:
1)计算节点在数据流上发送数据的成功概率:设集合示源节点S到目标节点D的N条路由路径,集合表示路径Rj所包含的M个节点序列,节点表示路由路径Rj上的第i跳节点;表示当节点在数据流S→D上,能成功将信息发送到下一跳节点的概率;路径损耗下节点的接收功率为其中表示节点和节点之间的距离,Pt为距离节点d0距离处的接收功率,γ为路径损耗系数,K为环境常数;当节点与节点之间存在建筑物阻挡时,进行一次发送数据的成功概率为其中erf表示误差函数,ΨdB为发射与接收功率比值的分贝值,服从均值为μdB,标准差为的正态分布,εth表示节点的接收功率阈值的对数形式;当节点与节点之间不存在建筑物阻挡时,进行一次发送数据的成功概率为其中Pth表示节点的接收功率阈值;
2).计算节点能够使用业务信道进行发送的概率:定义节点能够使用业务信道进行发送的概率表示最近N个长度为T的周期内,能够使用业务信道的时间的平均值,其中表示节点在第k个周期内两跳内业务信道都被占用的总时间,在这些时间内节点无法占用业务信道进行数据发送;
3).计算节点的等待系数:定义等待系数为节点在占用业务信道时,距离发送属于数据流S→D的数据分组所需要等待时间的倒数,其中表示节点的业务队列中正在等待发送的数据分组数;
4).计算节点能够保持业务信道占用的概率:定义节点能够保持业务信道占用的概率表示控制信道的时隙数与节点两跳内节点数量的比值,其中Nsn表示控制信道的时隙数,表示节点两跳内的节点数量,min表示取较小值,当时隙数大于节点数量时取1,表示能够保持占用业务信道;
5).计算路由判据和路由选择:定义数据流S→D上的某个节点对于该数据流的发送能力路由选择为
CN201710216911.1A 2017-04-05 2017-04-05 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法 Active CN107105388B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710216911.1A CN107105388B (zh) 2017-04-05 2017-04-05 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710216911.1A CN107105388B (zh) 2017-04-05 2017-04-05 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107105388A CN107105388A (zh) 2017-08-29
CN107105388B true CN107105388B (zh) 2019-07-16

Family

ID=59675760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710216911.1A Active CN107105388B (zh) 2017-04-05 2017-04-05 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107105388B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108769897B (zh) * 2018-05-14 2020-05-05 北京蓝涟科技有限责任公司 一种基于距离加权的路由方法及其节点路由功能模块
CN109831758B (zh) * 2019-03-19 2020-12-04 南京邮电大学 基于服务类型的车载自组织网络中内容转发节点选择方法
CN110533941B (zh) * 2019-07-09 2022-07-19 平安科技(深圳)有限公司 车辆交流方法、装置、电子设备及计算机介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103108372A (zh) * 2013-01-21 2013-05-15 南京邮电大学 基于节点发送和接收能力的干扰感知跨层路由方法
CN105873165A (zh) * 2016-03-14 2016-08-17 南京邮电大学 一种基于转发效率预测的跨层车载网路由方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101517983B (zh) * 2006-10-05 2012-02-08 艾利森电话股份有限公司 与移动无线网络中ip业务的路由有关的设备和方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103108372A (zh) * 2013-01-21 2013-05-15 南京邮电大学 基于节点发送和接收能力的干扰感知跨层路由方法
CN105873165A (zh) * 2016-03-14 2016-08-17 南京邮电大学 一种基于转发效率预测的跨层车载网路由方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Cross-Layer Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks Based On Minimum Interference Duration;Chao Gu等;《Proceedings of the 2nd International Conference on Computer Science and Electronics Engineering (ICCSEE 2013)》;20131231;全文
A NEW MOBILITY PREDICTION METHOD FOR ROUTING IN VANET;S. Sharmiladevi;《International Journal of Advanced Research》;20161231;第4卷(第6期);全文
An Energy-Aware Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks Based on Route Energy Comprehensive Index;Chao Gu等;《Wireless Personal Communications》;20140714;全文
Routing protocols in Vehicular Delay Tolerant Networks: A comprehensive survey;Nabil Benamar等;《Computer Communications》;20140715;第48卷;全文

Also Published As

Publication number Publication date
CN107105388A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111479306B (zh) 一种基于Q-learning的飞行自组网QoS路由方法
Bakhouya et al. An adaptive approach for information dissemination in vehicular ad hoc networks
Quang et al. Enhancing real-time delivery of gradient routing for industrial wireless sensor networks
CN104093185B (zh) 一种面向车队自组网的多信道多径路由协议实现方法
Rezende et al. A receiver-based video dissemination solution for vehicular networks with content transmissions decoupled from relay node selection
Sanguesa et al. RTAD: A real-time adaptive dissemination system for VANETs
CN103078934B (zh) 一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法
CN111741448B (zh) 一种基于边缘计算策略的分簇aodv路由方法
CN107846706B (zh) 一种拥塞避免的编码感知无线mesh网络多路径路由方法
JP2009060663A (ja) パケット転送システム、無線基地局、およびパケット転送経路最適化方法
Luo et al. CFT: A cluster-based file transfer scheme for highway VANETs
CN102857988B (zh) 认知无线Ad Hoc网络中的按需路由实现方法
Maia et al. Traffic aware video dissemination over vehicular ad hoc networks
CN107105388B (zh) 一种基于链路传输能力的跨层车载网路由方法
Asefi et al. An application-centric inter-vehicle routing protocol for video streaming over multi-hop urban VANETs
CN106686680B (zh) 一种用于车联网的路由优化系统及方法
WO2020215530A1 (zh) 一种车联网中基于节点效能的机会转发方法
Naeimipoor et al. Performance evaluation of video dissemination protocols over vehicular networks
Lott et al. Stochastic routing in ad hoc wireless networks
CN105873165B (zh) 一种基于转发效率预测的跨层车载网路由方法
CN109831758B (zh) 基于服务类型的车载自组织网络中内容转发节点选择方法
CN1922832B (zh) 分组传送系统、无线基站以及分组传送路径最佳化方法
Ksouri et al. Hybrid routing for safety data with intermittent V2I connectivity
KR20090056072A (ko) 차량 애드혹네트워크를 위한 영역기반 릴레이노드선택알고리듬을 이용한 긴급경고메시지 브로드캐스팅방법
Nakamura et al. A method for improving data delivery efficiency in delay tolerant vanet with scheduled routes of cars

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant