CN108391249A - 一种应用于车联网的交通感知路由方法 - Google Patents

一种应用于车联网的交通感知路由方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于车联网的交通感知路由方法，数据包通过在节点之间的转发从起始点传播至目的点，其中数据包的转发包括交叉口处的数据包转发和直路段内的数据包转发，在交叉口处转发时需根据数据收集包在交叉口处广播的每个路段的路况信息选择交叉口路段。本发明避免了链路不稳定，传输延迟大问题，并解决了地理路由中局部最优问题。

Description

一种应用于车联网的交通感知路由方法
技术领域
本发明属于车联网通信领域，具体涉及一种应用于车联网的交通感知路由方法。
背景技术
目前，如何设计出在车联网中性能优良的路由协议已经成为车联网及智能汽车领域的热门研究课题。在车载自组织网络(Vehicular Ad hoc
Network,VANETs)中，每个具备无线通信性能的车辆都是一个移动节点，这些节点和路边基站共同协作可以实现交通信息的实时采集和共享。众多的VANETs路由协议是从自组织网络(Mobile Ad-hoc Network，MANET)的协议过度而来，但是这些路由方法没有考虑车载网络不同于自组织网络的一些特殊特性。
为了使空间上相互分离的车辆能够进行通信，VANETs采用多跳通信进行数据包传输。车辆的高速移动会引起车辆密度和车辆间通信稳定性的高频变化。这种节点高速动态变化、道路拓扑结构多变、节点密度分布不均、无线传输间歇性中断等特点使得早期的自组织网络中的路由方法不能很好地适用于VANETs。早期路由方法一般分为两类：基于拓扑的路由和基于位置的路由(地理路由)。基于拓扑的路由，如AODV、DSR，它们在节点数目较大并且节点高速动态变化的情况下会产生很大的路由开销和维护。而地理路由协议基于车辆位置以一种动态的方式传输数据包，能够在频繁的拓扑变化环境中保证路由的可靠性，但是现存地理路由协议多数都是基于车辆位置，没有考虑网络和交通状态，这可能导致链路中断频繁，丢包率高，局部最优等问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种应用于车联网的交通感知路由方法，解决现有技术中链路中断频繁、丢包率高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种应用于车联网的交通感知路由方法，数据包从起始节点开始依次通过多个单元头车之间的转发至目的节点；
设连接任意相邻两个交叉口的道路的路段，每个路段被分割为多个路段单元，每个路段单元包括多个节点，单元头车为每个路段单元中最靠近单元中心的节点；
数据包的转发包括交叉口处的数据包转发和直路段内的数据包转发；
所述数据包通过路段中每个路段单元中的节点进行转发，每个路段单元中的转发数据包的节点为单元头车且每次数据包在节点之间的转发距离均小于等于r；
其中，f是频率，FSPL为路径损耗，λ为波长，d为通信距离，K为系数，Gt为发射天线增益，Rr为接收天线增益，M为损耗因子；
交叉口处的数据包转发，包括：携带数据包的节点根据路况信息选择出交叉口处的下一路段，找到下一路段中与交叉口相连接的下一路段单元，然后在下一路段单元中选择下一跳节点。
进一步地，所述携带数据包的节点根据路况信息选择出下一路段，包括：
计算与交叉口连接的所有路段的路段分数RoadScore，选择路段分数RoadScore最高的路段作为下一路段；
其中，RoadScore＝α1*RS+α2*PD，α1为路段状态权重因子，α2为距离权重因子；
RS为路段状态，RS＝β1*Navg+β2*RNC；
RNC为道路网络连接性，Ncon为常数，L为路段的路长，D表示路段中的路段单元半径，σ2表示路段中车辆分布的均匀性，N：路段中的路段单元数量，Ni表示第i个路段单元中的车辆数量；
PD为离数据转发包目的点距离，Dis tan cefromNext为下一个交叉口距目的点的距离；Dis tan cefromCurrent为当前交叉口到目的点的距离。
进一步地，所述在下一路段单元中选择下一跳转发节点，包括：
若下一路段单元存在至少一个节点，且至少一个节点中存在一个节点与携带数据包的节点的距离小于等于r，则将该节点作为下一跳节点；
若下一路段单元中没有节点存在，则将携带数据包的节点作为下一跳节点；
若携带数据包的节点的移动方向与数据包的传播方向相反，且下一路段单元中没有节点存在，则在当前交叉口任选一静态节点作为下一跳节点。
进一步地，在所述交叉口处的数据包转发时，所述路况信息包括与交叉口相连接的所有路段的路况信息，所述每个路段的路况信息均通过以下步骤获取：
步骤1，设与交叉口相连接的任一路段为候选路段，其中该候选路段内已经离开该候选路段的单元头车产生数据收集包，候选路段中每一路段单元的单元头车负责数据收集包的更新，所述数据收集包中包含该选择路段单元的路况信息；
步骤2，所述选择单元头车将数据收集包转发给选择路段单元的下一个路段单元的单元头车，所述数据收集包采集下一个路段单元的路况信息；
将下一路段单元作为选择路段单元，则下一路段单元的单元头车作为选择单元头车；
步骤3，重复步骤2，直至到达交叉口处的最后一个路段单元，单元头车将数据收集包中采集的路况信息在交叉口处进行广播。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明通过车辆密度，路网链接性，距离三个度量标准评估路径，有效的避免了早期路由协议中链路不稳定，传输延迟大等问题，并解决了地理路由中普遍存在的局部最优问题；
本发明通过获取实时交通信息，充分考虑了实际环境道路布局，显著提高了数据包投递率和端到端延迟，更适合应用于城市环境下的车车通信；
本发明中的道路密度信息基于路段单元，简化计算量的同时使得结果更加准确，同时考虑路段车辆分布，尽可能降低了由于路段分布不均匀导致的传输中断。
附图说明
图1是本发明的整体流程图。
图2是本发明中数据收集包转发示意图。
图3是道路分割为路段单元的示意图。
图4交叉口三种情况示意图，其中(a)为交叉口存在至少一个节点的示意图，(b)为交叉口不存在节点的示意图，(c)为节点的移动方向与数据收集包的传播方向相反时的示意图；
图5为数据收集包收集路段内信息的过程示意图。
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
本发明中节点指的是处于车联网中的任一辆车，车联网中的每一辆车口都装有GPS设备，可获取自己的实时位置，并且数据包在起始节点时就知道目的节点的位置，且每辆车都装载有街道级电子地图并且可以根据路况信息选择路段，确定要经过的下一交叉口。
本发明中定义两个连续交叉口之间道路为一个路段，将路段分割为若干路段单元。
实施例1
遵从上述技术方案，本实施例给出一种应用于车联网的交通感知路由方法，数据包从起始节点开始依次通过多个单元头车之间的转发至目的节点；
设连接任意相邻两个交叉口的道路的路段，每个路段被分割为多个路段单元，每个路段单元包括多个节点，单元头车为每个路段单元中最靠近单元中心的节点；
所述数据包的转发包括交叉口处的数据包转发和直路段内的数据包转发；
数据包通过路段中每个路段单元中的节点进行转发，每个路段单元中的转发数据包的节点为单元头车且每次数据包在节点之间的转发距离均小于等于r；其中，r是一个可靠的限制转发范围，如图2；
其中，f是频率，FSPL为路径损耗，λ为波长，d为通信距离，K为系数，Gt为发射天线增益，Rr为接收天线增益，M为损耗因子；
如图3为数据包在直线段进行转发的过程，箭头的方向代表数据包在节点与节点之间的转发方向。
交叉口处的数据包转发，包括：携带数据包的节点根据路况信息选择出交叉口处的下一路段，找到下一路段中与交叉口相连接的下一路段单元，然后在下一路段单元中依照交叉口转发规则选择下一跳节点。
携带数据包的节点根据路况信息选择出下一路段，包括：
计算与交叉口连接的所有路段的路段分数RoadScore，选择路段分数RoadScore最高的路段作为下一路段；
其中，RoadScore＝α1*RS+α2*PD，α1为路段状态权重因子，α2为距离权重因子；
RS为路段状态，RS＝β1*Navg+β2*RNC；
RNC为道路网络连接性，Ncon为常数，L为路段的路长，D表示路段中的路段单元半径，σ2表示路段中车辆分布的均匀性，N：路段中的路段单元数量，Ni表示第i个路段单元中的车辆数量；
PD为离数据转发包目的点距离，Dis tan cefromNext为下一个交叉口距目的点的距离；Dis tan cefromCurrent为当前交叉口到目的点的距离。
在下一路段单元中依照交叉口转发规则选择下一跳转发节点，包括：
若下一路段单元存在至少一个节点，且至少一个节点中存在一个节点与携带数据包的节点的距离小于等于r，则将该节点作为下一跳节点；
如图4(a)车辆之间的箭头为数据包的转发方向，图中另一个箭头为数据包去往目的点的方向，圆圈表示数据包的转发范围。
如图4(b)，若下一路段单元中没有节点存在，则将携带数据包的节点作为下一跳节点；
如图4(c)，若携带数据包的节点的移动方向与数据包的传播方向相反，且下一路段单元中没有节点存在，则在当前交叉口任选一静态节点作为下一跳节点。
本实施例中，在所述交叉口处的数据包转发时，所述路况信息包括与交叉口相连接的所有路段的路况信息，所述每个路段的路况信息均通过以下步骤获取：
步骤1，设与交叉口相连接的任一路段为候选路段，其中该候选路段内已经离开该候选路段的单元头车产生数据收集包，候选路段中每一路段单元的单元头车负责数据收集包的更新，所述数据收集包中包含该选择路段单元的路况信息；
步骤2，所述选择单元头车将数据收集包以多跳方式转发给选择路段单元的下一个路段单元的单元头车，所述数据收集包采集下一个路段单元的路况信息；
将下一路段单元作为选择路段单元，则下一路段单元的单元头车作为选择单元头车；
步骤3，重复步骤2，直至到达交叉口处的最后一个路段单元，单元头车将数据收集包中采集的路况信息在交叉口处进行广播。
本实施例中，数据收集包进行路况信息采集的过程为：
数据收集包由路段内已经离开该路段的单元头车产生如图5中I2处的车辆1，路段中每个单元头车(即最接近单元中心位置的车辆，图5中车辆序号为2、3、4的三辆车)负责感知单元内车辆数目。数据收集包的传递采用和数据包在直路段内一致的传播方式。从图5中可以看出，数据收集包每转发一次其中的CDP的路段单元密度就会增加一个，当最后一个路段单元C1中单元头车将单元内车辆数目感知完毕，CDP在交叉口I1处被广播给周围车辆，这样交叉口周围的车辆就可以知道该交叉口处每个路段的路况信息。

Claims (4)

1.一种应用于车联网的交通感知路由方法，其特征在于，数据包从起始节点开始依次通过多个单元头车之间的转发至目的节点；
设连接任意相邻两个交叉口的道路的路段，每个路段被分割为多个路段单元，每个路段单元包括多个节点，单元头车为每个路段单元中最靠近单元中心的节点；
所述数据包的转发包括交叉口处的数据包转发和直路段内的数据包转发；
其中，直路段内的数据包转发，包括：
所述数据包通过路段中每个路段单元中的节点进行转发，每个路段单元中转发数据包的节点为单元头车且每次数据包在节点之间的转发距离均小于等于r；
其中，f是频率，FSPL为路径损耗，λ为波长，d为通信距离，K为系数，Gt为发射天线增益，Rr为接收天线增益，M为损耗因子；
交叉口处的数据包转发，包括：携带数据包的节点根据路况信息选择出交叉口处的下一路段，找到下一路段中与交叉口相连接的下一路段单元，然后在下一路段单元选择下一跳节点。
2.如权利要求1所述的应用于车联网的交通感知路由方法，其特征在于，所述携带数据包的节点根据路况信息选择出下一路段，包括：
计算与交叉口连接的所有路段的路段分数RoadScore，选择路段分数RoadScore最高的路段作为下一路段；
其中，RoadScore＝α1*RS+α2*PD，α1为路段状态权重因子，α2为距离权重因子；
RS为路段状态，RS＝β1*Navg+β2*RNC；
RNC为道路网络连接性，Ncon为常数，L为路段的路长，D表示路段中的路段单元半径，σ2表示路段中车辆分布的均匀性，N：路段中的路段单元数量，Ni表示第i个路段单元中的车辆数量；
PD为离数据转发包目的点距离，Dis tan cefromNext为下一个交叉口距目的点的距离；Dis tan cefromCurrent为交叉口到目的点的距离。
3.如权利要求1所述的应用于车联网的交通感知路由方法，其特征在于，所述在下一路段单元中选择下一跳转发节点，包括：
若下一路段单元存在至少一个节点，且至少一个节点中存在一个节点与携带数据包的节点的距离小于等于r，则将该节点作为下一跳节点；
若下一路段单元中没有节点存在，则将携带数据包的节点作为下一跳节点；
若携带数据包的节点的移动方向与数据包的传播方向相反，且下一路段单元中没有节点存在，则在当前交叉口任选一静态节点作为下一跳节点。
4.如权利要求1所述的应用于车联网的交通感知路由方法，其特征在于，在所述交叉口处的数据包转发时，所述路况信息包括与交叉口相连接的所有路段的路况信息，所述每个路段的路况信息均通过以下步骤获取：
步骤1，设与交叉口相连接的任一路段为候选路段，其中该候选路段内已经离开该候选路段的单元头车产生数据收集包，候选路段中每一路段单元的单元头车负责数据收集包的更新，所述数据收集包中包含该选择路段单元的路况信息；
步骤2，所述选择单元头车将数据收集包转发给选择路段单元的下一个路段单元的单元头车，所述数据收集包采集下一个路段单元的路况信息；
将下一路段单元作为选择路段单元，则下一路段单元的单元头车作为选择单元头车；
步骤3，重复步骤2，直至到达交叉口处的最后一个路段单元，单元头车将数据收集包中采集的路况信息在交叉口处进行广播。
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