CN107690169A - 一种适用于车联网的gpsr路由协议的转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法，包含三部分的内容：(1)交叉路口优先转发机制，通过设置路口节点，当节点之间被障碍物阻挡时，优先转发给路口节点，通过路口节点贪婪转发给下一跳节点；(2)在节点进入边界转发模式时，不使用右手定则，而是采取转发给离当前节点距离最远的节点作为下一跳节点；(3)位置预测机制，利用车辆节点在交通道路上的运动轨迹可预测性，在每次路由之前对节点进行位置预测，减少出现路由选择错误的情况。本发明通过三种改进方案的结合，设计出新型的GPSR_AD协议，并阐述改进的实现步骤，能有效克服车联网中GPSR路由协议的缺陷。

Description

一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法

技术领域

本发明涉及车联网领域，特别涉及一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法。

背景技术

GPSR路由协议是一种典型的基于地理位置并且适合于车联网的路由协议，该协议最早是由Brad Kard和H.T kung在2000年提出，GPSR路由协议的转发策略是将贪婪转发与周边转发相结合的路由算法。

GPSR协议的转发策略有两种：(1)当节点之间需要进行通信时，源节点会遍历自己的邻居列表，然后比较所有邻居节点到目的节点的距离，选择将数据转发给离目的节点最接近的邻居节点，这种转发方式为贪婪转发模式，GPSR协议中的贪婪算法突出的地方是使节点总是能通过最接近目的节点的邻居节点建立最优的路径。(2)当路由的过程中，节点在其邻居列表中搜索不到比自己离目的节点更近的下一跳节点时，这种情况叫做路由空洞，贪婪转发模式变为周边转发模式。在这种模式下，源节点并利用“右手法则”选择下一跳节点。

对于第一种转发策略(贪婪转发机制)：

在GPSR路由协议中，通过定位设备，节点之间的信息是被知道的。当节点之间要进行通信时，源节点是已经知道目的节点的位置信息的，并把该信息放入数据包中。路由过程中，节点通过贪婪转发机制，通过比较数据包中保存得目的节点位置信息选择下一跳节点，即在可通信的范围内选择离目的节点最近的节点作为下一跳节点进行数据转发，下一跳节点又会在其通信范围内选择离目的节点最近的节点作为下一跳节点进行转发，一直重复该过程，直到目的节点成功节点到数据。如图1所示，源节点A要发送数据给节点D，选择下一跳节点时，源节点A会搜索自己的邻居列表，选择离节点D最近的节点为下一跳节点，由图1可知节点B离节点D距离最近，根据贪婪转发机制，源节点A会选择节点B作为下一跳节点进行数据转发，同理，节点B接受到有目的节点D位置信息的数据包，又会搜索自己的邻居列表中离节点D最近的节点作为下一跳节点进行数据转发，直到节点D成功接收到数据。

对于第二种转发策略(边界转发机制)：

当节点陷入路由空洞的时候，即节点在通信范围内找不到比自己离目的节点更近的下一跳节点时，贪婪转发失败，这时就会进入边界转发模式。如图2所示，源节点S要对节点D发送数据时，源节点S通信范围内的节点有A、B、C和F，从图2中可以发现源节点S在其通信范围内找不到比自己离节点D更近的下一跳节点，这时贪婪转发失败，进入边界转发模式。

在边界转发模式下，GPSR路由协议可采用右手定则来确定下一跳转发的邻居节点，如图3所示，当节点A要给节点C转发数据时，使用右手定则，以AC直线为边按逆时针方向旋转，遇到的第一个节点即为转发的下一跳节点，其转发顺序是A→B→C，而在图2中贪婪转发失败，节点S不满足贪楚转发条件，以边界转发模式的右手定则进行选择转，节点A作为第一个遇到的节点，所以转发给节点A。当数据转发到节点A时，满足贪婪转发条件，恢复贪楚转发模式，选择转发给离目的节点最近的邻居节点C,最后节点C把数据包发送目的节点D。

在使用边界转发机制的时候，要先对图形进行平面化处理，主要是防止出现路由环。一般图形的平面化采取两种形式：一种是相关邻近图(RNG)，另外一种是百利图(GG)。

在GPSR路由协议中，假如整个路由过程中只使用贪婪转发机制，便能构建出最佳的路由路径，但是在实际情况中，只靠贪婪转发的路由通常是完成不了整个信息传输任务的。在节点遇到路由空洞，贪婪转发失败的情况下，转发策略转变为边界转发模式，才能保持路由的成功建立，完成通信过程。进入边界转发模式后，根据右手定则选择下一跳节点，当下一跳节点发现自己离目的节点的距离比贪婪失败节点更近的时候，转发模式又会从边界转发模式变为贪婪转发模式。

GPSR路由协议中，所有数据分组的包头都携带标志位M和目的节点的位置信息，M标记该数据分组是使用贪婪转发模式还是边界转发模式，在边界转发的模式下，数据分组的包头加入了其他携带的信息，如表1所示：

表1GPSR数据分组携带信息格式

D作为目的节点的位置信息，只有源节点才可以对其进行设置，在整个路由过程是保持不变的；L_p是记录贪婪失败进入边界转发节点的位置信息，当边界转发时，用过右手定则找到下一跳节点，比较自己和L_p节点与目的节点的距离，若当前节点更接近目的节点，则恢复复贪婪转发；L_f是进入新旧face的节点位置；e₀是数据分组进入face后的第一条边。GPSR的节点会定期发送HELLO包给附近的邻居节点，分享周围节点的变化信息。

目前，车联网中GPSR路由协议的缺陷主要有以下几个方面：

一、建筑物对无线信号的阻挡

在城市场景下，周围存在着高楼大厦这类障碍物，GPSR协议并不能检测障碍物。在贪婪转发的过程中，节点与选择的最优下一跳节点之间不能成功建立起路由，如图4所示，当节点A与节点D需要进行通信的时候，根据贪婪转发机制，节点A应该选择节点B作为下一跳节点，在两节点之间障碍物的影响下，节点A和节点B之间无法建立路由，由于节点A在通信范围内搜索下一跳节点时，节点B仍然是作为最优下一跳节点，节点A处于一直无法与节点B建立路由的情况，导致路由选择错误出现网络时延变大问题。

二、边界转发引起的路由冗余

在GPSR路由协议中，当节点贪婪转发失败，为了数据能够成功的传输到目的节点，会进入边界转发模式通过右手定则寻找下一跳节点，虽然边界转发模式能够提高链路的连通性，但有时却会引起路由冗余的问题，造成网络时延的增加。由于车联网中车辆节点移动的不确定性，节点之间很容易出现路由空洞情况导致贪婪转发失败，为了解决贪婪转发失败时路由断裂的问题，GPSR协议进入了边界转发模式，保证路由的稳定性，使数据成功地转发给目的节点。如图5所示，当节点S要转发数据给节点D时出现路由空洞问题，进入边界转发模式，通过右手定则选择节点A作为下一跳节点，由于节点A并没有比节点S更靠近节点D，所以还是处于边界转发模式，直到数据转发给节点F时，由于节点G比节点S距离目的节点D更近，在节点F处恢复贪婪转发模式，最后实现的转发路径为S→A→B→C→E→F→G→H→I→D,成功的将数据转发给目的节点D。虽然节点D是成功接受到数据，但是我们可以从图中明显看到路由的冗余，节点F可以作为源节点S的下一跳节点，通过节点F、节点G、节点H和节点I转发给目的节点D，这样能大大减少路由跳数，降低时延。而不必把数据转发给节点A、节点B、节点C、节点E,最佳路径如图6所示。

三、节点位置错误问题

在车联网中，车辆的移动速度很快，方向也不一样，但是GPSR协议不能对移动的节点进行位置的预测，所以会常常出现位置信息的错误，仍然会默认选择位置信息已经变更的节点作为下一跳节点，造成路由失败，导致数据传输的时延过大。如图7所示，当节点S需要发送数据给节点D时，根据贪婪转发，节点S会选择通信范围内的节点3作为下一跳节点，但是经过一段时间后，节点3是不断移动的，已经移动出节点S的通信范围了，但是节点S仍然会默认的选择节点3作为下一跳节点，会造成路由选择错误，路由割裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法，包含以下步骤：

(1)交叉路口优先转发机制设计

在原有GPSR协议的基础上，在每一个交叉路口中通过安装路边单元节点作为两个节点遇到建筑物阻碍时的中继节点，当判断出节点被阻挡、路由请求失败时，然后通过转发给路口节点，再转发给需要传输的节点；

(2)节点位置预测

假设Δt时刻之前节点S的坐标信息、速度信息分别为(x_s,y_s)、v_s，节点A的坐标信息、速度信息分别为(x_a,y_a)、v_a；

在Δt时间之后，节点S的坐标信息变成节点A的坐标信息变为

的定义是：

计算节点A与节点S的距离dis(SA)，然后将dis(SA)与节点S的通信半径R比较：如果dis(SA)≤R，则节点A仍然在节点S的邻居列表中，能够进行数据传输；如果dis(SA)>R，节点A已经脱离了节点S的通信范围，则将节点A从节点S的邻居列表中删除；

(3)优化边界转发造成的路由冗余

在节点进入边界转发模式时，不使用右手定则，而是采取转发给离当前节点距离最远的节点作为下一跳节点。

所述判断出节点被阻挡、路由请求失败，具体通过以下方式完成：

假设点Q₁(x₁,y₁)、Q₂(x₂,y₂)构成的线段Q₁Q₂是障碍物，点P₁(x₃,y₃)、P₂(x₄,y₄)是两个需要通信的节点，线段P₁P₂代表两个节点之间的通信链路；点C为两个线段的交点，是判断节点是否被阻挡的重要参数；

节点的通信信道有两种情况，一是平行于X轴的通信信道，二是平行于Y轴的通信信道，所以线段P₁P₂与线段Q₁Q₂之间的关系有三种情况：

若x₃＝x₄，则两个节点的通信信道是平行于Y轴的，所以点C是不存在的；

若y₃＝y₄，则两个节点的通信信道是平行于X轴的，所以认为点C是不存在的；

若x₃≠x₄、y₃≠y₄，则两个节点的通信信道既不平行于X轴，也不平行于Y轴，所以认为两节点构成的链路必定与障碍物相交，即点C存在；

这时两个节点的通信信道既不平行于X轴，也不平行于Y轴，所以认为两节点构成的链路必定与障碍物相交，即点C存在。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

当车辆节点之间进入边界转发时，文献“张宗正.车载自组织网络GPSR路由算法的研究及改进[D].广东工业大学,2015.”提出了一种根据下一跳节点和源节点之间的连线与源节点和目的节点连线的夹角进行判断下一跳的最优点，通过这个策略能避免在边界转发时产生的路由冗余，但是却没有对节点被建筑物阻挡信号时进行优化处理，依然会存在有路由选择错误的问题，造成网络时延变大；针对节点被建筑物阻挡信号无法建立路由的情况，文献“陈杨.车联网路由协议研究[D].成都:电子科技大学,2014.”中提出将车辆节点进行分类，靠近路口的车辆为路口节点，优先将数据转发给处在路口中的车辆节点，通过这种方案能使节点遇到障碍物阻挡时有较大的几率完成路由，但是这需要节点分布较为均匀，假如路口中并没有车辆节点时，仍然会出现信号阻碍问题，无法成功建立路由。本发明提出的GPSR_AD协议既能较好的处理边界转发时遇到的路由冗余问题，也能在信号被阻碍时，能通过路口设置的节点完成路由建立，使网络时延降低。

本发明主要分析了基于位置的路由协议GPSR协议中的数据转发策略：贪婪转发机制和边界转发机制，并研究了两者的核心内容，贪婪转发机制使通过比较自身和邻居节点与目的节点的距离远近来选择最接近目的节点的邻居节点为下一跳节点的，当贪婪失败，即在邻居列表中找不到比自身更接近目的节点的节点时，协议会进入边界转发模式，此时的转发策略是根据右手定则去选择下一跳节点，直到传输到一个节点离目的节点的距离比源节点到目的节点的距离近，则由边界转发模式再次转换为贪婪转发模式。GPSR路由协议的通信过程是两种机制结合运作完成的，贪婪转发能使路由链路收敛于最佳路径，边界转发能保持整个路由的连通性。

同时，对在车联网中GPSR路由协议的缺陷进行了研究，在城市场景中，对GPSR协议带来的挑战主要有：建筑物对信号的阻挡作用、边界转发导致路由冗余、节点位置错误问题，研究并提出有效的改进方案，分别提出了三种改进方案：

(1)交叉路口优先转发机制，通过设置路口节点，当节点之间被障碍物阻挡时，优先转发给路口节点，通过路口节点贪婪转发给下一跳节点。

(2)在节点进入边界转发模式时，不使用右手定则，而是采取转发给离当前节点距离最远的节点作为下一跳节点。

(3)位置预测机制，利用车辆节点在交通道路上的运动轨迹可预测性，在每次路由之前对节点进行位置预测，减少出现路由选择错误的情况。

通过三种改进方案的结合，设计出新型的GPSR_AD协议，并阐述改进的实现步骤，并对将本发明的改进方案与目前现有的被提出的改进方案进行比较，突出本发明改进的优点。

附图说明

图1为贪婪转发机制原理的示意图。

图2为贪婪转发失败的示意图。

图3为右手定则的示意图。

图4为障碍物的影响造成的无法通信的情况示意图。

图5为边界转发冗余现象的结构示意图。

图6为最佳路径的示意图。

图7为位置错误问题的示意图。

图8为路口节点示意图。

图9为路口节点优先转发算法的流程图。

图10为节点脱离通信范围的情景示意图。

图11为节点A运动轨迹的示意图。

图12为位置预测算法的工作流程图。

图13为边界转发导致的路由冗余的示意图。

图14为两种协议的时延对比图。

图15为两种协议的跳数比较图。

图16为10m/s时节点数量对仿真时延的影响的示意图。

图17为10m/s时节点数量对仿真跳数的影响的示意图。

图18为20m/s时节点数量对仿真时延的影响的示意图。

图19为20m/s时节点数量对仿真跳数的影响的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法，包含以下几个方面：

(一)交叉路口优先转发机制设计与实现

GPSR协议并不能智能的处理节点之间因障碍物对信号的割裂问题，车联网通信主要是由车与车之间的通信V2V通信方式和车与路边节点的通信V2R通信方式两部分组成的，所以在这一基础上，我们可以通过在原有GPSR协议的基础上，在每一个交叉路口中通过安装路边单元节点作为两个节点遇到建筑物阻碍时的中继节点，当判断出节点被阻挡路由请求失败时，然后通过转发给路口节点，再转发给需要传输的节点。如图8所示，节点C是路口中心节点，节点A,B,C,D是车辆节点，当节点B需要传输数据给节点A(或者节点E)时，由于建筑物的阻碍，将导致节点B与节点A之间的路由请求失败，数据无法发送成功。若我们通过中心节点C，能把数据成功的转发给节点A(或者节点E)。这就是路口节点优先转发方案。

通过V2V通信方式和V2R通信方式结合的混合网络，能有效的解决障碍物对节点的阻挡作用，增加可通信的链路数量，降低数据传输时延。

GPSR路由协议是无法感知到障碍物的，因此本发明需要设计判断出节点通信之间出否存在障碍物的算法。数据转发给路口节点的关键因素就是需要通信的两个节点的链路被障碍物阻挡。点Q₁(x₁,y₁)，Q₂(x₂,y₂)构成的线段Q₁Q₂可以看成是障碍物，点P₁(x₃,y₃)、P₂(x₄,y₄)是两个需要通信的节点，线段P₁P₂代表两个节点之间的通信链路。点C两个线段的交点，是判断节点是否被阻挡的重要参数。

在本发明的研究前提下，节点的通信信道有两种情况，一是平行于X轴的通信信道，二是平行于Y轴的通信信道，所以线段P₁P₂与线段Q₁Q₂之间的关系有三种情况：

情况1：

x₃＝x₄

这时两个节点的通信信道是平行于Y轴的，所以认为点C是不存在的。

情况2：

y₃＝y₄

这时两个节点的通信信道是平行于X轴的，所以认为点C是不存在的。

情况3：

x3≠x₄、y3≠y₄

这时两个节点的通信信道既不平行于X轴，也不平行于Y轴，所以认为两节点构成的链路必定与障碍物相交，即点C存在。

假如是通过直接求坐标的形式，就需要求出每段建筑物的边线再与节点链路线段求解，计算量会很大，在本发明的场景下，由于障碍物的建立是通过保存其位置信息设置的，即节点的通信信道已经是设置好的只能在平行于X轴或者Y轴的信道中运动。因此可以通过两节点之间的坐标的大小来判断点C的存在，有上面的分析可以知道点节点之间的通信信道为平行于X轴或者Y轴的时候，即x₃＝x₄或者y₃＝y₄时，点C不存在，而当通信信道不平行X轴和Y轴时,即x₃≠x₄、y₃≠y₄时，点C存在，此时节点之间被阻挡。

其实现算法流程图如图9所示。

(二)位置预测的设计与实现

在GPSR协议并没有处理速度变化这一部分的相关策略，所以当网络中的节点是运动节点的时候，会由于不能对运动后的节点位置进行预测，出现节点脱离通信范围导致路由请求失败，位置预测算法的主要内容是解决GPSR协议在处理速度影响模块的方案，目的是减少因位置错误出现的路由失败的概率，提高数据发送的成功率。

由于在城市场景中，车辆节点的运动轨迹是受到交通道路的限制的，在某一段时间内，节点的运动轨迹是可以被预测到的，通过这一个特点，本发明提出了节点位置预测的路由策略，提高了数据转发的成功率。

图10表示节点因为速度的影响，脱离通信范围的情景：

在Δt时间前，节点A是在节点S的通信范围内的，节点S需要转发数据给节点D时，由贪婪转发策略可以知道，节点S是需要转发数据给节点A，但是在Δt时间后，节点A已经脱离了节点S的通信范围，GPSR协议并不能预测节点A的位置变化，仍按照之前的位置进行转发，导致转发失败，数据丢失。

假设Δt时刻之前节点S的坐标与速度信息为(x_s,y_s)，v_s，节点A的坐标与速度信息为(x_a,y_a)，v_a在Δt时间之后，节点S的坐标信息已经变成节点A的坐标信息变为

的定义是：

计算出变化后的节点A与节点S的距离dis(SA)，然后与节点S通信半径R比较，如果dis(SA)≤R，则节点A仍然在节点S的邻居列表中，可以进行数据传输；如果dis(SA)>R，节点A已经脱离了节点S的通信范围，则将节点A从节点S的邻居列表中删除。节点A的移动轨迹如图11所示。位置预测算法的工作流程图如图12所示。

(三)边界转发造成的路由冗余优化方案

城市场景中，由于周围建筑物对信号的阻挡作用，车辆运动方向不确定等因素的影响下，车辆节点是非常容易进入边界转发模式的，在贪婪失败的情况下，边界转发能大大的提高了网络的连通性，使网路路由能一直建立，但是在边界转发模式下，节点会遇到选择离自己身边最近的节点作为下一跳节点，在某些情况下，会导致路由跳数增多，时延变高。

如图13所示，源节点S要向节点D传输数据由于障碍物的影响节点S并不能与最优节点9达成通信，陷入边界转发模式，通过右手定则，节点S选择节点2作为下一跳节点，节点2通过节点3，节点4构成路由，最终成功的将数据转发给目的节点D，虽然能完成整个通信任务，但是路由产生的跳数很大。假如能先传输给节点1，再通过节点9传输给目的节点D，则大大的减少了路由产生的跳数，有效的减少网络延时。

对本发明进行实验仿真结果与分析，其过程与结果如下所示：

一、仿真

1、仿真平台

车联网路由协议仿真部分由现有的仿真软件完成。仿真软件可以设置特定的仿真输入参数，输出设定时间内节点仿真所产生的一系列数据，如接收包的个数，接收时间，数据包的类型以及协议类型等数据。这些数据会通过统一的跟踪文件以文本的形式给出，再结合一定的数据分析工具就可以得出所仿真协议的各方面性能。本发明选择的仿真软件是Matlab软件。

2、输入参数和输出参数

本发明设置的仿真界面中可以对节点数量、源节点、目的节点以及节点速度进行设置。输出对比参数，本发明选择了路由通信过程中产生的时延以及跳数这两个指标进行结果对比，跳数为整个网络中路由成功建立完成通信所需要经过节点跳数的总和，每一个成功路由所产生的跳数为路由失败产生的跳数cnt₁和成功路由的跳数cnt₂之和，即

cnt＝cnt₁+cnt₂；

对于时延，本发明简化计算，路由成功建立时产生的时延为当路由失败时候经过的每一跳都加0.2s时延，若n为路由失败的总跳数，则

T＝0.2n；

3、仿真场景

本发明仿真场景模拟了两种速度(10m/s以及20m/s)情况下，不同节点数量(50、60、70、80、90、100)产生的网络时延以及跳数进行对比，通过改变速度变量来模拟网络拓扑结构的变化程度，再由同一速度下不同节点数量来模拟周边环境对协议运行的影响。由于网络受到节点随机性的影响，故仿真5次，并记录平均值。仿真场景1是速度为10m/s的仿真场景，仿真场景2是速度为20m/s的仿真场景。

二、仿真参数设置

表2仿真参数表

仿真平台	Matlab
		障碍物因素	考虑
城市环境大小	1000m*1000m
		节点通信半径	20m
街道长度	25m
		节点速度	10m/s 20m/s
路口节点的数量	25
		仿真时间	100s

三、仿真过程

在仿真的操作界面的左边输入框的输入信息分别为节点数量，源节点，目的节点，以及节点速度，图中表示的是在1000m*1000m的城市区域里，分布着100辆车辆节点，车辆节点的速度是10m/s，其中源节点是节点20，目的节点是节点22，绿色区域代表障碍物，节点随机分布在绿色区域外的通信信道的运动，每个路口都设置有路口节点，节点在十字路口中变化的规律是保持原本运动方向的概率是50％，左转以及右转的概率都是25％。

图14是输出结果，是两种路由协议在100节点数量和10m/s速度下通信时延，可以明显看出经过改进后的GPSR_AD在整个网络连通的过程中传输的时延远远低于原GPSR路由协议，GPSR_AD路由协议在车联网中表现出更优异的性能，网络时延低，信息传输及时。

图15表示为两协议输出跳数对比，可以清楚的看到GPSR_AD路由协议的跳数比GPSR路由协议的跳数低很多，而且跳数稳定，GPSR_AD协议在路由选择上表现出非常好的性能。跳数是一个判断通信链路是否稳定的一个重要指标，网络通信中跳数越高，链路越不稳定，时延也越高，通过改进之后的GPSR_AD协议在车联网的节点间建立的通信路由更加的稳定的链路。

在整个网络的连通过程中，由于车辆节点移动的随机性，会导致路由过程中，时常出现路由空洞情况，导致路由失败，所以整个过程中，时延和跳数变化极其不稳定，在这一方面，GPSR_AD协议表现出的比GPSR协议更优秀的稳定性。

1、仿真场景1-节点速度为10m/s时网络仿真结果

由于仿真中节点分布的随机性，移动方向的随机性等等复杂情况，会使结果出现一定的偏差，现在以10m/s的速度下测试节点数量为50,60,70,80,90,100情况下两协议的时延以及跳数，共五组数据，每组数据仿真5次取平均值，如图16、17所示。

在车辆速度为10m/s时，网络的拓扑变化并不算剧烈，两种协议的主要差异体现在处理被障碍物阻挡信号方面。在图16、17中，我们可以看到，GPSR_AD协议一直表现出较好的性能，能保证整个网络能以低时延，低跳数的情况完成通信。但是周边节点数量变多，可供选择的路径也变多，GPSR_AD协议是通过路口节点中继完成通信的，所以在节点较多的情况下，会出现跳数变化比GPSR协议要快，如80-90区域所示。由于GPSR_AD协议能利用路口节点绕开障碍物的影响，使得在路径选择上总是能建立起最优路由路径，GPSR_AD协议表现出更为良好的性能。

2、仿真场景2-节点速度为20m/s时网络仿真结果

以20m/s的速度下测试节点数量为50,60,70,80,90,100情况下两协议的时延以及跳数，共五组数据，每组数据仿真5次取平均值，如图18、19所示。

由于节点速度变大了，节点位置的变换更为迅速，此时位置预测功能在降低网络时延，维持链路稳定性上表现出了至关重要的作用。由图18、19可以看出，GPSR协议在网络拓扑结构频繁变化的情况下，节点跳数变化较大，路由选择上经常出现错误，导致跳数以及时延双高的情况；而GPSR_AD协议即使在高速的情况下，结合路口节点优先转发策略，在各种恶劣的条件下都有着较GPSR协议更好的性能。

3、结果分析

从两种仿真场景中，改进得到的GPSR_AD协议在城市场景中，有利于降低网络时延，提高链路的稳定性。由于加入了路口节点这个因素，在某些情况下GPSR_AD协议产生的跳数会略高于GPSR协议，但是大大减少了路由失败的情况。所以总的来说，GPSR_AD协议提高了原GPSR协议在车联网中的性能，能保持在较低的时延范围内完成通信过程，GPSR_AD协议适用于对时延要求较高的场景中。

4、总结

该部分主要实现了两种路由协议的仿真过程，对仿真参数，仿真界面做出了一些相关的说明。测出完整仿真过程中，整个网络的时延变化以及跳数变化，并仿真了2种场景，一种是速度10m/s的仿真场景，另一种是20m/s的仿真场景，然后测试两种场景中，节点数量变化对时延以及跳数造成的影响。

从仿真结果分析，本发明改进提出的GPSR_AD协议在车联网中表现出优秀的性能，能使真个网络通信过程中保持在较低的时延中完成。

本发明主要的贡献：

(1)设置路口节点优先转发机制，在车联网中，GPSR协议就容易因为障碍物影响导致路由失败，再加上节点分布的随机性，使GPSR协议建立可靠路由面临了巨大的挑战。GPSR_AD协议能通过路口节点优先转发机制的运作，能在对最优节点路由请求失败的第一时间通过路口节点进行中继作用，使路由建立，完成通信，减少了陷入路由空洞的情况，提高了网络链路稳定性，降低网络通信时延。

(2)设置位置预测机制，GPSR_AD路由协议能减少因节点脱离通信范围内而造成的路由错误情况，提高网络路由的连通性。

(3)解决边界转发造成的冗余路由，在GPSR_AD协议中，节点进入边界转发时，会选择离自己更远的邻居节点作为下一跳转发节点，在某些特殊场景下，能减少路由的跳数。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)交叉路口优先转发机制设计

在原有GPSR协议的基础上，在每一个交叉路口中通过安装路边单元节点作为两个节点遇到建筑物阻碍时的中继节点，当判断出节点被阻挡、路由请求失败时，然后通过转发给路口节点，再转发给需要传输的节点；

(2)节点位置预测

假设Δt时刻之前节点S的坐标信息、速度信息分别为(x_s,y_s)、v_s，节点A的坐标信息、速度信息分别为(x_a,y_a)、v_a；

在Δt时间之后，节点S的坐标信息变成节点A的坐标信息变为

的定义是：

计算节点A与节点S的距离dis(SA)，然后将dis(SA)与节点S的通信半径R比较：如果dis(SA)≤R，则节点A仍然在节点S的邻居列表中，能够进行数据传输；如果dis(SA)>R，节点A已经脱离了节点S的通信范围，则将节点A从节点S的邻居列表中删除；

(3)优化边界转发造成的路由冗余

在节点进入边界转发模式时，不使用右手定则，而是采取转发给离当前节点距离最远的节点作为下一跳节点。

2.根据权利要求1所述适用于车联网的GPSR路由协议的转发方法，其特征在于，所述判断出节点被阻挡、路由请求失败，具体通过以下方式完成：

假设点Q₁(x₁,y₁)、Q₂(x₂,y₂)构成的线段Q₁Q₂是障碍物，点P₁(x₃,y₃)、P₂(x₄,y₄)是两个需要通信的节点，线段P₁P₂代表两个节点之间的通信链路；点C为两个线段的交点，是判断节点是否被阻挡的重要参数；

节点的通信信道有两种情况，一是平行于X轴的通信信道，二是平行于Y轴的通信信道，所以线段P₁P₂与线段Q₁Q₂之间的关系有三种情况：

若x₃＝x₄，则两个节点的通信信道是平行于Y轴的，所以点C是不存在的；

若y₃＝y₄，则两个节点的通信信道是平行于X轴的，所以认为点C是不存在的；

若x₃≠x₄、y₃≠y₄，则两个节点的通信信道既不平行于X轴，也不平行于Y轴，所以认为两节点构成的链路必定与障碍物相交，即点C存在；

这时两个节点的通信信道既不平行于X轴，也不平行于Y轴，所以认为两节点构成的链路必定与障碍物相交，即点C存在。