CN109041164B - 一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法 - Google Patents

一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，所述车联网包括基站、车辆节点、接入节点、路由器和一个服务器构成；每个接入节点和基站具有唯一性的坐标，接入节点和基站使用不同的协议进行通信；接入节点部署在车载网覆盖的道路两侧；车辆节点通过本发明所提供的方法能够快速获取服务数据，缩短了获取服务数据的延迟和代价，提高了服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法
技术领域
本发明涉及一种通信方法，尤其涉及的是一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法。
背景技术
车联网是建立在车辆之上且能提供本地服务的一种服务模式。近年来，很多研究工作致力于车联网，以便使车辆驾驶人能够快速获取网络服务。随着网络技术的发展，车联网会成为未来提供服务的一种模式。
目前，车联网的实现模式是通过广播来实现，因此延迟和代价都比较大，降低了网络服务性能。因此，如何降低车联网提供服务的延迟和代价成为近年来研究的热点问题。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法。车辆节点通过本发明能够快速获取道路安全信息，从而实现安全驾驶，此外，本发明有效降低了车联网提供服务的延迟和代价，从而有效提高网络服务性能。
技术方案：本发明公开了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，所述车联网包括基站、车辆节点、接入节点、路由器和一个服务器构成；每个接入节点和基站具有唯一性的坐标，接入节点和基站使用不同的协议进行通信，例如，接入节点使用IEEE802.11p协议进行通信，基站使用IEEE 802.16协议进行通信；接入节点部署在车载网覆盖的道路两侧；
所述车载网覆盖的道路划分为两个以上的路段，一个路段为两个接入节点之间的道路，由坐标二元组<(x’,y’),(x”,y”)>或者<(x”,y”),(x’,y’)>标识，其中，(x’,y’)和(x”,y”)分别为定义该路段的两个接入节点的坐标；
车辆节点包含公共车辆节点和普通车辆节点，公共车辆节点可以为公交车，普通车辆节点可以为私家车；公共车辆节点配置两个无线接口A1和A2，其中无线接口A1与车辆节点或者接入节点链接，无线接口A2与基站链接；
普通车辆节点配置一个无线接口，普通车辆节通过无线接口与其他车辆节点或者接入节点链接；
接入节点配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
基站配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与公共车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
一个路由器配置两个以上的有线接口，每个有线接口与路由器、接入节点、服务器或者基站相连；
每个车辆节点配置一个具有唯一性的硬件ID，例如MAC地址；
每个无线接口或者有线接口均由一个接口ID x标识，接口ID为x的接口简写为接口x；
服务器配置一个有线接口，服务器的有线接口与路由器相连；
一种道路安全信息由名称和坐标标识，名称指明该道路安全信息的类型，坐标指明该道路安全信息发生的位置；
一种消息由消息类型，坐标，名称，硬件ID和负载构成；
消息类型值 消息名称
1 服务器消息
2 基站消息
3 信标消息
4 注册消息
5 连通消息
6 数据消息
7 上传消息
8 下载消息
每个路由器保存一个服务器表，一个服务器表项包含接口ID域和生命周期域；
服务器S1与路由器R0连接，服务器S1定期执行下述操作维护服务器表：
步骤101：开始；
步骤102：服务器S1发送一个服务器消息，该服务器消息的消息类型值为1，坐标域值为0，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤103：路由器R0从接口f1接收到服务器消息，从除了接口f1以外的所有接口转发该服务器消息；路由器R0查看服务器表，如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f1，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则路由器R0创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f1，生命周期设置为最大值；
步骤104：如果基站或者接入节点接收到该服务器消息，则执行步骤107，否则执行步骤105；
步骤105：路由器从接口f2接收到该服务器消息后，查看服务器表；如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f2，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则该服务器创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f2，生命周期设置为最大值；
步骤106：从接口f2接收到该服务器消息的路由器从除了接口f2的每个接口转发该服务器消息，执行步骤104；
步骤107：结束；
如果路由器检测到一个服务器表项的生命名周期衰减为0，则删除该服务器表项。
服务器通过上述过程建立多条到达自己的路由路径，从而实现网络的负载平衡，提高网络通信性能。
本发明所述方法中，路由器保存一个基站表，一个基站表项包含坐标域、接口ID域和生命周期域；
基站BS1定期执行下述操作维护基站表：
步骤201：开始；
步骤202：基站BS1从有线接口发送一个基站消息，该基站消息的消息类型值为2，坐标域值为基站BS1的坐标，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤203：如果基站或者接入节点接收到该基站消息，则执行步骤206，否则执行步骤204；
步骤204：路由器从接口f3接收到该基站消息后，查看基站表；如果存在一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值且接口ID等于f3，则将该基站表项的生命周期设置为最大值；否则该基站创建一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值，接口ID为f3，生命周期设置为最大值；
步骤205：从接口f3接收到该基站消息的路由器从除了接口f3以外的每个接口转发该基站消息，执行步骤203；
步骤206：结束；
如果路由器检测到一个基站表项的生命名周期衰减为0，则删除该基站表项。
基站通过上述过程建立多条到达自己的路由路径，路由器通过基站表建立多条到达基站的路由路径，消息可以通过多条路由路径中的任一条路由路径进行传输，从而实现网络负载均衡，提高了网络通信性能。
本发明所述方法中，一个车辆节点维护一个邻居表，一个邻居表项包含类型域、路段域、硬件ID域、坐标域和生命周期域；类型域值取值为0,1,2，类型0表示接入节点，类型1表示公共车辆节点，类型2表示普通车辆节点；
一个接入节点定期从无线接口发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该接入节点的坐标，名称为空，硬件ID为空，负载为类型域值0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1的坐标为(x1,y1)，接入节点AP2的坐标为(x2,y2)，路段RS1由坐标二元组<(x1,y1)，(x2,y2)>或者<(x2,y2)，(x1,y1)>标识；位于路段RS1的公共车辆节点通过接口A1定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该公共车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该公共车辆节点的硬件ID，负载为类型域值1以及标识路段RS1的坐标二元组；
位于路段RS1的普通车辆节点定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该普通车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该普通车辆节点的硬件ID，负载为类型域值2以及标识路段RS1的坐标二元组；
车辆节点接收到信标消息后查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，则该车辆节点将该邻居表项的坐标更新为该信标消息的坐标域值，类型域值更新为该信标消息负载中的类型域值，路段域值更新为该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值，例如500ms；否则，该车辆节点创建一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，该邻居表项的坐标等于该信标消息的坐标域值，类型域值等于该信标消息负载中的类型域值，路段域值等于该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值；
服务器S1保存一个车辆表，一个车辆表项包含路段域、坐标域、硬件ID域和生命周期域；
公共车辆节点启动或者经过一个接入节点更改了当前路段后，通过电子地图获取定义该当前路段的两个接入节点的坐标并获取标识该当前路段的坐标二元组；
本发明中电子地图预先设置，标记每个接入节点的坐标以及标识每个路段的坐标二元组。
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，公共车辆节点B1通过接口A2与基站BS1链接，公共车辆节点B1在路段RS1启动或者经过一个接入节点进入了路段RS1，则向服务器S1执行下述注册操作：
步骤301：开始；
步骤302：公共车辆节点B1从接口A2发送注册消息，该注册消息的消息类型值为4，坐标为公共车辆节点B1的坐标，名称为空，硬件ID为公共车辆节点B1的硬件ID，负载为标识路段RS1的坐标二元组；基站BS1接收到该注册消息后，从有线接口转发该注册消息；
步骤303：如果服务器S1接收到该注册消息，则执行步骤305，否则执行步骤304；
步骤304：接收到注册消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该注册消息，执行步骤303；
步骤305：服务器S1接收到注册消息后查看车辆表，如果存在一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，则将该车辆表项的路段域值更新为该注册消息负载中的坐标二元组，将坐标域值更新为该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；否则，服务器S1创建一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，路段域值等于该注册消息负载中的坐标二元组，坐标域值等于该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；
步骤306：结束。
公共车辆节点通过上述过程向服务器实现注册操作，这样，服务器能够获取公共车辆节点的实时信息以及所在路段，如果这些公共车辆节点所在路段发生安全信息数据，例如车祸，该服务器可以触发这些公共车辆节点发布数据，从而使车辆节点及时绕开该路段，避免道路拥塞。
本发明所述方法中，一个接入节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域，标识域值为1，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点多跳可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于连通状态；标识域值为0，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于非连通状态；
接入节点启动后，通过电子地图获取邻居接入节点的数量以及每个邻居接入节点的坐标；然后该接入节点针对每个邻居接入节点创建一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该邻居接入节点的坐标，标识域值为0；电子地图预先设置，标记每个接入节点的坐标，这样接入节点可以通过电子地图获取邻居接入节点的数量以及坐标；
一个车辆节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域；标识域值为1，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点单跳或者多跳可达；标识域值为0，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达，造成不可达的原因在于该车辆节点与该邻居接入节点中间缺少中间车辆节点作为转发节点；
车辆节点启动后，通过电子地图获取定义当前路段的两个接入节点的坐标，针对每个接入节点，创建一个邻居接入节点表，该邻居接入节点表项的坐标为该接入节点的坐标，标识域值为0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1定期执行下述过程维护邻居接入节点表：
步骤401：开始；
步骤402：接入节点AP1侦听邻居车辆节点的连通消息，选择一个车辆节点，该车辆节点位于路段RS1且距离接入节点AP1距离最远，从无线接口发送一个连通消息，该连通消息的消息类型值为5，坐标为接入节点AP1的坐标，名称为空，硬件ID等于选中的车辆节点的硬件ID，负载为空；
步骤403：接入节点AP2接收到连通消息后，执行步骤408，否则执行步骤404；
步骤404：车辆节点接收到该连通消息后，如果该车辆节点位于路段RS1，则执行步骤405，否则执行步骤409；
步骤405：车辆节点接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；如果该车辆节点的硬件ID等于该连通消息的硬件ID，则执行步骤406，否则执行步骤409；
步骤406：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离大于自己的坐标与该连通消息的坐标域值之间的距离，则执行步骤407，否则执行步骤409；
步骤407：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离最大，将该连通消息的硬件ID域值更新为该邻居表项的硬件ID，转发该连通消息，执行步骤403；
步骤408：接入节点AP2接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；
步骤409：结束。
接入节点和车辆节点通过上述过程建立邻居接入节点表，从而获取所在路段是否连通的实时信息，从而决定如何转发路况安全信息以确保这些信息快速发布，确保车辆节点能够快速获取这些信息从而有效避免道路拥塞，确保安全驾驶。本发明所述方法中，每个车辆节点保存一个数据表，每个数据表项包含坐标域、名称域、数值域和生命周期域；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，如果接入节点AP1与每个邻居接入节点均可达，接入节点AP2与每个邻居接入节点均可达，例如在道路行驶的车辆节点数量众多的早高峰和晚高峰的情况，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：
步骤501：开始；
步骤502：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP1的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP2的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；
步骤503：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤506，否则执行步骤504；
步骤504：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤505，否则执行步骤506；
步骤505：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤503；
步骤506：接入节点接收到数据消息后，查看邻居接入节点表，针对每个邻居接入节点表项，该接入节点执行下述操作：该接入节点将该数据消息负载中的坐标值更新为自己的坐标值，通过侦听信标消息选择一个邻居车辆节点，该邻居车辆节点位于该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的接入节点所定义的路段上，且该邻居车辆节点与该接入节点距离最大，将该数据消息的硬件ID更新为该车辆节点的硬件ID，发送该数据消息；
步骤507：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤510，否则执行步骤508；
步骤508：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤509，否则执行步骤510；
步骤509：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤507；
步骤510：结束。
车辆节点产生数据后，由于所在路段具有连通性，因此车辆节点向所在道路两侧分别发布数据，车辆节点通过邻居表选择距离自己最远的邻居车辆节点转发该数据，即利用单播来发布数据，从而有效避免了两个以上的节点发布数据引起的广播风暴，数据冗余等问题，降低了数据发布的延迟的代价；同时，邻居路段的车辆节点通过上述过程能够及时获取道路安全数据，从而有效避免道路拥塞，确保安全驾驶。
本发明所述方法中，路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，如果车辆节点V3检测到它与接入节点AP1不可达或者与接入节点AP2不可达，则车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：
步骤601：开始；
步骤602：如果车辆节点V3是公共车辆节点，则执行步骤603，否则执行步骤604；
步骤603：车辆节点V3构建一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID为空，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；从接口A2发送该上传消息，执行步骤605；
步骤604：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的类型值为1，车辆节点V3发送一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于该邻居表项的硬件ID域值，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；硬件ID等于该上传消息的硬件ID的邻居车辆节点接收到该上传消息后，从接口A2发送该上传消息；
步骤605：基站接收到该上传消息后，从有线接口转发该上传消息；
步骤606：判断是服务器还是路由器接收到该上传消息，如果是服务器则执行步骤608，否则执行步骤607；
步骤607：接收到上传消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该上传消息，执行步骤606；
步骤608：服务器接收到上传消息后，查看车辆表，选择所有满足条件1或者条件2的车辆表项；针对每个选中的车辆表项，该服务器执行下述操作：该服务器创建一个下载消息，该下载消息的消息类型值为8，坐标和名称域值等于该上传消息的坐标和名称域值，硬件ID等于该车辆表项的硬件ID域值，负载等于该上传消息的负载值以及该车辆表项的坐标值，发送该下载消息；
条件1：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第一个元素；
条件2：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第二个元素；
步骤609：判断是基站还是路由器接收到该下载消息，如果是基站则执行步骤611，否则执行步骤610；
步骤610：路由器接收到该下载消息后，选择一个基站表项，该基站表项的坐标与该下载消息负载中的坐标距离最近，从该基站表项的接口ID所标识的接口转发该下载消息，执行步骤609；
步骤611：基站接收到该下载消息后，从无线接口转发该下载消息；车辆节点接收到该下载消息后，查看自己的硬件ID是否等于该下载消息的硬件ID，如果等于，则执行步骤612，否则执行步骤615；
步骤612：接收到下载消息的车辆节点将下载消息负载中的坐标更新为自己当前的坐标，该车辆节点选择一个邻居表项E1，该邻居表项E1的坐标域值与自己的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤613：该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与邻居表项E1的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤614：判断是接入节点还是车辆节点接收到该下载消息，如果是接入节点则执行步骤620，否则执行步骤615；
步骤615：如果接收到下载消息的车辆节点的硬件ID等于该下载消息的硬件ID则执行步骤617，否则执行步骤616；
步骤616：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，否则该车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤617：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则执行步骤618，否则执行步骤619；
步骤618：接收到下载消息的车辆节点选择一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤619：接收到下载消息的车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值；该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与该下载消息负载中的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息，执行步骤614；
步骤620：结束。
车辆节点产生数据后，由于所在路段不具有连通性，无法通过执行步骤501-510发布数据，为了确保车辆节点能够及时获取该数据，上述过程通过公共车辆节点将数据通过接口A2上传到服务器，由于公共车辆节点通过接口A2直接与基站进行通信，因此即使路段不连通，该数据任然可以到达服务器，然后服务器通过车辆表选择安全信息发生的路段以及邻居路段的公共车辆节点，将该数据传给这些公共车辆节点，这些公共车辆节点接收到该数据后，将数据向道路两侧进行发布，从而使车辆节点快速获取该数据，由于该公共车辆节点通过邻居表选择距离自己最远的邻居车辆节点单播转发该数据，因此有效避免了两个以上的节点发布数据引起的广播风暴，数据冗余等问题。因此，即使道路不具有连通性，上述过程仍能保证车辆节点及时获取道路安全信息从而能够安全驾驶。
有益效果：本发明提供了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，车辆节点通过本发明所提供的方法能够快速获取服务数据，缩短了获取服务数据的延迟和代价，提高了服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明所述的维护服务器表流程示意图。
图2为本发明所述的维护基站表流程示意图。
图3为本发明所述的注册流程示意图。
图4为本发明所述的维护邻居接入节点流程示意图。
图5为本发明所述的数据发布流程示意图。
图6为本发明所述的数据通信流程示意图。
具体实施方式：
本发明提供了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，车辆节点通过本发明所提供的方法能够快速获取服务数据，缩短了获取服务数据的延迟和代价，提高了服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
图1为本发明所述的维护服务器表流程示意图。所述车联网包括基站、车辆节点、接入节点、路由器和一个服务器构成；每个接入节点和基站具有唯一性的坐标，接入节点和基站使用不同的协议进行通信，例如，接入节点使用IEEE 802.11p协议进行通信，基站使用IEEE 802.16协议进行通信；接入节点部署在车载网覆盖的道路两侧；
所述车载网覆盖的道路划分为两个以上的路段，一个路段为两个接入节点之间的道路，由坐标二元组<(x’,y’),(x”,y”)>或者<(x”,y”),(x’,y’)>标识，其中，(x’,y’)和(x”,y”)分别为定义该路段的两个接入节点的坐标；
车辆节点包含公共车辆节点和普通车辆节点，公共车辆节点可以为公交车，普通车辆节点可以为私家车；公共车辆节点配置两个无线接口A1和A2，其中无线接口A1与车辆节点或者接入节点链接，无线接口A2与基站链接；
普通车辆节点配置一个无线接口，普通车辆节通过无线接口与其他车辆节点或者接入节点链接；
接入节点配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
基站配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与公共车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
一个路由器配置两个以上的有线接口，每个有线接口与路由器、接入节点、服务器或者基站相连；
每个车辆节点配置一个具有唯一性的硬件ID，例如MAC地址；
每个无线接口或者有线接口均由一个接口ID x标识，接口ID为x的接口简写为接口x；
服务器配置一个有线接口，服务器的有线接口与路由器相连；
一种道路安全信息由名称和坐标标识，名称指明该道路安全信息的类型，坐标指明该道路安全信息发生的位置；
一种消息由消息类型，坐标，名称，硬件ID和负载构成；
Figure BDA0001800589580000101
Figure BDA0001800589580000111
每个路由器保存一个服务器表，一个服务器表项包含接口ID域和生命周期域；
服务器S1与路由器R0连接，服务器S1定期执行下述操作维护服务器表：
步骤101：开始；
步骤102：服务器S1发送一个服务器消息，该服务器消息的消息类型值为1，坐标域值为0，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤103：路由器R0从接口f1接收到服务器消息，从除了接口f1以外的所有接口转发该服务器消息；路由器R0查看服务器表，如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f1，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则路由器R0创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f1，生命周期设置为最大值；
步骤104：如果基站或者接入节点接收到该服务器消息，则执行步骤107，否则执行步骤105；
步骤105：路由器从接口f2接收到该服务器消息后，查看服务器表；如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f2，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则该服务器创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f2，生命周期设置为最大值；
步骤106：从接口f2接收到该服务器消息的路由器从除了接口f2的每个接口转发该服务器消息，执行步骤104；
步骤107：结束；
如果路由器检测到一个服务器表项的生命名周期衰减为0，则删除该服务器表项。
服务器通过上述过程建立多条到达自己的路由路径，从而实现网络的负载平衡，提高网络通信性能。
图2为本发明所述的维护基站表流程示意图。路由器保存一个基站表，一个基站表项包含坐标域、接口ID域和生命周期域；
基站BS1定期执行下述操作维护基站表：
步骤201：开始；
步骤202：基站BS1从有线接口发送一个基站消息，该基站消息的消息类型值为2，坐标域值为基站BS1的坐标，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤203：如果基站或者接入节点接收到该基站消息，则执行步骤206，否则执行步骤204；
步骤204：路由器从接口f3接收到该基站消息后，查看基站表；如果存在一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值且接口ID等于f3，则将该基站表项的生命周期设置为最大值；否则该基站创建一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值，接口ID为f3，生命周期设置为最大值；
步骤205：从接口f3接收到该基站消息的路由器从除了接口f3以外的每个接口转发该基站消息，执行步骤203；
步骤206：结束；
如果路由器检测到一个基站表项的生命名周期衰减为0，则删除该基站表项。
基站通过上述过程建立多条到达自己的路由路径，路由器通过基站表建立多条到达基站的路由路径，消息可以通过多条路由路径中的任一条路由路径进行传输，从而实现网络负载均衡，提高了网络通信性能。
图3为本发明所述的注册流程示意图。一个车辆节点维护一个邻居表，一个邻居表项包含类型域、路段域、硬件ID域、坐标域和生命周期域；类型域值取值为0,1,2，类型0表示接入节点，类型1表示公共车辆节点，类型2表示普通车辆节点；
一个接入节点定期从无线接口发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该接入节点的坐标，名称为空，硬件ID为空，负载为类型域值0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1的坐标为(x1,y1)，接入节点AP2的坐标为(x2,y2)，路段RS1由坐标二元组<(x1,y1)，(x2,y2)>或者<(x2,y2)，(x1,y1)>标识；位于路段RS1的公共车辆节点通过接口A1定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该公共车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该公共车辆节点的硬件ID，负载为类型域值1以及标识路段RS1的坐标二元组；
位于路段RS1的普通车辆节点定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该普通车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该普通车辆节点的硬件ID，负载为类型域值2以及标识路段RS1的坐标二元组；
车辆节点接收到信标消息后查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，则该车辆节点将该邻居表项的坐标更新为该信标消息的坐标域值，类型域值更新为该信标消息负载中的类型域值，路段域值更新为该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值，例如500ms；否则，该车辆节点创建一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，该邻居表项的坐标等于该信标消息的坐标域值，类型域值等于该信标消息负载中的类型域值，路段域值等于该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值；
服务器S1保存一个车辆表，一个车辆表项包含路段域、坐标域、硬件ID域和生命周期域；
公共车辆节点启动或者经过一个接入节点更改了当前路段后，通过电子地图获取定义该当前路段的两个接入节点的坐标并获取标识该当前路段的坐标二元组；电子地图预先设置，标记每个接入节点的坐标以及标识每个路段的坐标二元组；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，公共车辆节点B1通过接口A2与基站BS1链接，公共车辆节点B1在路段RS1启动或者经过一个接入节点进入了路段RS1，则向服务器S1执行下述注册操作：
步骤301：开始；
步骤302：公共车辆节点B1从接口A2发送注册消息，该注册消息的消息类型值为4，坐标为公共车辆节点B1的坐标，名称为空，硬件ID为公共车辆节点B1的硬件ID，负载为标识路段RS1的坐标二元组；基站BS1接收到该注册消息后，从有线接口转发该注册消息；
步骤303：如果服务器S1接收到该注册消息，则执行步骤305，否则执行步骤304；
步骤304：接收到注册消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该注册消息，执行步骤303；
步骤305：服务器S1接收到注册消息后查看车辆表，如果存在一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，则将该车辆表项的路段域值更新为该注册消息负载中的坐标二元组，将坐标域值更新为该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；否则，服务器S1创建一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，路段域值等于该注册消息负载中的坐标二元组，坐标域值等于该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；
步骤306：结束。
公共车辆节点通过上述过程向服务器实现注册操作，这样，服务器能够获取公共车辆节点的实时信息以及所在路段，如果这些公共车辆节点所在路段发生安全信息数据，例如车祸，该服务器可以触发这些公共车辆节点发布数据，从而使车辆节点及时绕开该路段，避免道路拥塞。
图4为本发明所述的维护邻居接入节点流程示意图。一个接入节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域，标识域值为1，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点多跳可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于连通状态；标识域值为0，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于非连通状态；
接入节点启动后，通过电子地图获取邻居接入节点的数量以及每个邻居接入节点的坐标；然后该接入节点针对每个邻居接入节点创建一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该邻居接入节点的坐标，标识域值为0；电子地图预先设置，标记每个接入节点的坐标，这样接入节点可以通过电子地图获取邻居接入节点的数量以及坐标；
一个车辆节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域；标识域值为1，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点单跳或者多跳可达；标识域值为0，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达，造成不可达的原因在于该车辆节点与该邻居接入节点中间缺少中间车辆节点作为转发节点；
车辆节点启动后，通过电子地图获取定义当前路段的两个接入节点的坐标，针对每个接入节点，创建一个邻居接入节点表，该邻居接入节点表项的坐标为该接入节点的坐标，标识域值为0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1定期执行下述过程维护邻居接入节点表：
步骤401：开始；
步骤402：接入节点AP1侦听邻居车辆节点的连通消息，选择一个车辆节点，该车辆节点位于路段RS1且距离接入节点AP1距离最远，从无线接口发送一个连通消息，该连通消息的消息类型值为5，坐标为接入节点AP1的坐标，名称为空，硬件ID等于选中的车辆节点的硬件ID，负载为空；
步骤403：接入节点AP2接收到连通消息后，执行步骤408，否则执行步骤404；
步骤404：车辆节点接收到该连通消息后，如果该车辆节点位于路段RS1，则执行步骤405，否则执行步骤409；
步骤405：车辆节点接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；如果该车辆节点的硬件ID等于该连通消息的硬件ID，则执行步骤406，否则执行步骤409；
步骤406：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离大于自己的坐标与该连通消息的坐标域值之间的距离，则执行步骤407，否则执行步骤409；
步骤407：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离最大，将该连通消息的硬件ID域值更新为该邻居表项的硬件ID，转发该连通消息，执行步骤403；
步骤408：接入节点AP2接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；
步骤409：结束。
接入节点和车辆节点通过上述过程建立邻居接入节点表，从而获取所在路段是否连通的实时信息，从而决定如何转发路况安全信息以确保这些信息快速发布，确保车辆节点能够快速获取这些信息从而有效避免道路拥塞，确保安全驾驶。
图5为本发明所述的数据发布流程示意图。每个车辆节点保存一个数据表，每个数据表项包含坐标域、名称域、数值域和生命周期域；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，如果接入节点AP1与每个邻居接入节点均可达，接入节点AP2与每个邻居接入节点均可达，例如在道路行驶的车辆节点数量众多的早高峰和晚高峰的情况，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：
步骤501：开始；
步骤502：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP1的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP2的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；
步骤503：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤506，否则执行步骤504；
步骤504：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤505，否则执行步骤506；
步骤505：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤503；
步骤506：接入节点接收到数据消息后，查看邻居接入节点表，针对每个邻居接入节点表项，该接入节点执行下述操作：该接入节点将该数据消息负载中的坐标值更新为自己的坐标值，通过侦听信标消息选择一个邻居车辆节点，该邻居车辆节点位于该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的接入节点所定义的路段上，且该邻居车辆节点与该接入节点距离最大，将该数据消息的硬件ID更新为该车辆节点的硬件ID，发送该数据消息；
步骤507：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤510，否则执行步骤508；
步骤508：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤509，否则执行步骤510；
步骤509：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤507；
步骤510：结束。
车辆节点产生数据后，由于所在路段具有连通性，因此车辆节点向所在道路两侧分别发布数据，车辆节点通过邻居表选择距离自己最远的邻居车辆节点转发该数据，即利用单播来发布数据，从而有效避免了两个以上的节点发布数据引起的广播风暴，数据冗余等问题，降低了数据发布的延迟的代价；同时，邻居路段的车辆节点通过上述过程能够及时获取道路安全数据，从而有效避免道路拥塞，确保安全驾驶。
图6为本发明所述的数据通信流程示意图。路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，如果车辆节点V3检测到它与接入节点AP1不可达或者与接入节点AP2不可达，则车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：
步骤601：开始；
步骤602：如果车辆节点V3是公共车辆节点，则执行步骤603，否则执行步骤604；
步骤603：车辆节点V3构建一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID为空，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；从接口A2发送该上传消息，执行步骤605；
步骤604：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的类型值为1，车辆节点V3发送一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于该邻居表项的硬件ID域值，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；硬件ID等于该上传消息的硬件ID的邻居车辆节点接收到该上传消息后，从接口A2发送该上传消息；
步骤605：基站接收到该上传消息后，从有线接口转发该上传消息；
步骤606：判断是服务器还是路由器接收到该上传消息，如果是服务器则执行步骤608，否则执行步骤607；
步骤607：接收到上传消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该上传消息，执行步骤606；
步骤608：服务器接收到上传消息后，查看车辆表，选择所有满足条件1或者条件2的车辆表项；针对每个选中的车辆表项，该服务器执行下述操作：该服务器创建一个下载消息，该下载消息的消息类型值为8，坐标和名称域值等于该上传消息的坐标和名称域值，硬件ID等于该车辆表项的硬件ID域值，负载等于该上传消息的负载值以及该车辆表项的坐标值，发送该下载消息；
条件1：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第一个元素；
条件2：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第二个元素；
步骤609：判断是基站还是路由器接收到该下载消息，如果是基站则执行步骤611，否则执行步骤610；
步骤610：路由器接收到该下载消息后，选择一个基站表项，该基站表项的坐标与该下载消息负载中的坐标距离最近，从该基站表项的接口ID所标识的接口转发该下载消息，执行步骤609；
步骤611：基站接收到该下载消息后，从无线接口转发该下载消息；车辆节点接收到该下载消息后，查看自己的硬件ID是否等于该下载消息的硬件ID，如果等于，则执行步骤612，否则执行步骤615；
步骤612：接收到下载消息的车辆节点将下载消息负载中的坐标更新为自己当前的坐标，该车辆节点选择一个邻居表项E1，该邻居表项E1的坐标域值与自己的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤613：该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与邻居表项E1的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤614：判断是接入节点还是车辆节点接收到该下载消息，如果是接入节点则执行步骤620，否则执行步骤615；
步骤615：如果接收到下载消息的车辆节点的硬件ID等于该下载消息的硬件ID则执行步骤617，否则执行步骤616；
步骤616：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，否则该车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤617：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则执行步骤618，否则执行步骤619；
步骤618：接收到下载消息的车辆节点选择一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤619：接收到下载消息的车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值；该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与该下载消息负载中的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息，执行步骤614；
步骤620：结束。
车辆节点产生数据后，由于所在路段不具有连通性，无法通过执行步骤501-510发布数据，为了确保车辆节点能够及时获取该数据，上述过程通过公共车辆节点将数据通过接口A2上传到服务器，由于公共车辆节点通过接口A2直接与基站进行通信，因此即使路段不连通，该数据任然可以到达服务器，然后服务器通过车辆表选择安全信息发生的路段以及邻居路段的公共车辆节点，将该数据传给这些公共车辆节点，这些公共车辆节点接收到该数据后，将数据向道路两侧进行发布，从而使车辆节点快速获取该数据，由于该公共车辆节点通过邻居表选择距离自己最远的邻居车辆节点单播转发该数据，因此有效避免了两个以上的节点发布数据引起的广播风暴，数据冗余等问题。因此，即使道路不具有连通性，上述过程仍能保证车辆节点及时获取道路安全信息从而能够安全驾驶。
实施例1
基于表1的仿真参数，本实施例模拟了本发明中一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，性能分析如下：当数据量降低时，网络性能增强，丢包率下降，当数据量增加时，网络性能降低，丢包率增加。车辆节点获取服务数据的平均成功率为99.37％。
表1仿真参数
Figure BDA0001800589580000181
本发明提供了一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法的思路，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，所述车联网包括基站、车辆节点、接入节点、路由器和一个服务器构成；每个接入节点和基站具有唯一性的坐标，接入节点和基站使用不同的协议进行通信；接入节点部署在车载网覆盖的道路两侧；
所述车载网覆盖的道路划分为两个以上的路段，一个路段为两个接入节点之间的道路，由坐标二元组<(x’,y’),(x”,y”)>或者<(x”,y”),(x’,y’)>标识，其中，(x’,y’)和(x”,y”)分别为定义该路段的两个接入节点的坐标；
车辆节点包含公共车辆节点和普通车辆节点；公共车辆节点配置两个无线接口A1和A2，其中无线接口A1与车辆节点或者接入节点链接，无线接口A2与基站链接；
普通车辆节点配置一个无线接口，普通车辆节通过无线接口与其他车辆节点或者接入节点链接；
接入节点配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
基站配置一个无线接口和一个有线接口，无线接口与公共车辆节点链接，有线接口与路由器连接；
一个路由器配置两个以上的有线接口，每个有线接口与路由器、接入节点、服务器或者基站相连；
每个车辆节点配置一个具有唯一性的硬件ID；
每个无线接口或者有线接口均由一个接口ID x标识，接口ID为x的接口简写为接口x；
服务器配置一个有线接口，服务器的有线接口与路由器相连；
一种道路安全信息由名称和坐标标识，名称指明该道路安全信息的类型，坐标指明该道路安全信息发生的位置；
一种消息由消息类型，坐标，名称，硬件ID和负载构成；
消息类型值 消息名称 1 服务器消息 2 基站消息 3 信标消息 4 注册消息 5 连通消息 6 数据消息 7 上传消息 8 下载消息
每个路由器保存一个服务器表，一个服务器表项包含接口ID域和生命周期域；
服务器S1与路由器R0连接，服务器S1定期执行下述操作维护服务器表：
步骤101：开始；
步骤102：服务器S1发送一个服务器消息，该服务器消息的消息类型值为1，坐标域值为0，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤103：路由器R0从接口f1接收到服务器消息，从除了接口f1以外的所有接口转发该服务器消息；路由器R0查看服务器表，如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f1，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则路由器R0创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f1，生命周期设置为最大值；
步骤104：如果基站或者接入节点接收到该服务器消息，则执行步骤107，否则执行步骤105；
步骤105：路由器从接口f2接收到该服务器消息后，查看服务器表；如果存在一个服务器表项，该服务器表项的接口ID等于f2，则将该服务器表项的生命周期设置为最大值；否则该服务器创建一个服务器表项，该服务器表项的接口ID为f2，生命周期设置为最大值；
步骤106：从接口f2接收到该服务器消息的路由器从除了接口f2的每个接口转发该服务器消息，执行步骤104；
步骤107：结束；
如果路由器检测到一个服务器表项的生命周期衰减为0，则删除该服务器表项。
2.根据权利要求要求1所述的一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，路由器保存一个基站表，一个基站表项包含坐标域、接口ID域和生命周期域；
基站BS1定期执行下述操作维护基站表：
步骤201：开始；
步骤202：基站BS1从有线接口发送一个基站消息，该基站消息的消息类型值为2，坐标域值为基站BS1的坐标，名称域值为空，硬件ID为空，负载为空；
步骤203：如果基站或者接入节点接收到该基站消息，则执行步骤206，否则执行步骤204；
步骤204：路由器从接口f3接收到该基站消息后，查看基站表；如果存在一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值且接口ID等于f3，则将该基站表项的生命周期设置为最大值；否则该基站创建一个基站表项，该基站表项的坐标域值等于该基站消息的坐标域值，接口ID为f3，生命周期设置为最大值；
步骤205：从接口f3接收到该基站消息的路由器从除了接口f3以外的每个接口转发该基站消息，执行步骤203；
步骤206：结束；
如果路由器检测到一个基站表项的生命周期衰减为0，则删除该基站表项。
3.根据权利要求1所述的一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，一个车辆节点维护一个邻居表，一个邻居表项包含类型域、路段域、硬件ID域、坐标域和生命周期域；类型域值取值为0,1,2，类型0表示接入节点，类型1表示公共车辆节点，类型2表示普通车辆节点；
一个接入节点定期从无线接口发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该接入节点的坐标，名称为空，硬件ID为空，负载为类型域值0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1的坐标为(x1,y1)，接入节点AP2的坐标为(x2,y2)，路段RS1由坐标二元组<(x1,y1)，(x2,y2)>或者<(x2,y2)，(x1,y1)>标识；位于路段RS1的公共车辆节点通过接口A1定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该公共车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该公共车辆节点的硬件ID，负载为类型域值1以及标识路段RS1的坐标二元组；
位于路段RS1的普通车辆节点定期发送信标消息，该信标消息的消息类型值为3，坐标等于该普通车辆节点的坐标，名称为空，硬件ID为该普通车辆节点的硬件ID，负载为类型域值2以及标识路段RS1的坐标二元组；
车辆节点接收到信标消息后查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，则该车辆节点将该邻居表项的坐标更新为该信标消息的坐标域值，类型域值更新为该信标消息负载中的类型域值，路段域值更新为该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值；否则，该车辆节点创建一个邻居表项，该邻居表项的硬件ID等于该信标消息的硬件ID，该邻居表项的坐标等于该信标消息的坐标域值，类型域值等于该信标消息负载中的类型域值，路段域值等于该信标消息负载中的坐标二元组，将生命周期设置为最大值；
服务器S1保存一个车辆表，一个车辆表项包含路段域、坐标域、硬件ID域和生命周期域；
公共车辆节点启动或者经过一个接入节点更改了当前路段后，通过电子地图获取定义该当前路段的两个接入节点的坐标并获取标识该当前路段的坐标二元组；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，公共车辆节点B1通过接口A2与基站BS1链接，公共车辆节点B1在路段RS1启动或者经过一个接入节点进入了路段RS1，则向服务器S1执行下述注册操作：
步骤301：开始；
步骤302：公共车辆节点B1从接口A2发送注册消息，该注册消息的消息类型值为4，坐标为公共车辆节点B1的坐标，名称为空，硬件ID为公共车辆节点B1的硬件ID，负载为标识路段RS1的坐标二元组；基站BS1接收到该注册消息后，从有线接口转发该注册消息；
步骤303：如果服务器S1接收到该注册消息，则执行步骤305，否则执行步骤304；
步骤304：接收到注册消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该注册消息，执行步骤303；
步骤305：服务器S1接收到注册消息后查看车辆表，如果存在一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，则将该车辆表项的路段域值更新为该注册消息负载中的坐标二元组，将坐标域值更新为该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；否则，服务器S1创建一个车辆表项，该车辆表项的硬件ID等于该注册消息的硬件ID，路段域值等于该注册消息负载中的坐标二元组，坐标域值等于该注册消息的坐标域值，将生命周期设置为最大值；
步骤306：结束。
4.根据权利要求3所述的一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，一个接入节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域，标识域值为1，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点多跳可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于连通状态；标识域值为0，说明该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达，即该接入节点与该邻居接入节点所定义的路段处于非连通状态；
接入节点启动后，通过电子地图获取邻居接入节点的数量以及每个邻居接入节点的坐标；然后该接入节点针对每个邻居接入节点创建一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该邻居接入节点的坐标，标识域值为0；
一个车辆节点保存一个邻居接入节点表，一个邻居接入节点表项包含坐标域和标识域；标识域值为1，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点单跳或者多跳可达；标识域值为0，说明该车辆节点与该邻居接入节点表项所标识的邻居接入节点不可达；
车辆节点启动后，通过电子地图获取定义当前路段的两个接入节点的坐标，针对每个接入节点，创建一个邻居接入节点表，该邻居接入节点表项的坐标为该接入节点的坐标，标识域值为0；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，接入节点AP1定期执行下述过程维护邻居接入节点表：
步骤401：开始；
步骤402：接入节点AP1侦听邻居车辆节点的连通消息，选择一个车辆节点，该车辆节点位于路段RS1且距离接入节点AP1距离最远，从无线接口发送一个连通消息，该连通消息的消息类型值为5，坐标为接入节点AP1的坐标，名称为空，硬件ID等于选中的车辆节点的硬件ID，负载为空；
步骤403：接入节点AP2接收到连通消息后，执行步骤408，否则执行步骤404；
步骤404：车辆节点接收到该连通消息后，如果该车辆节点位于路段RS1，则执行步骤405，否则执行步骤409；
步骤405：车辆节点接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；如果该车辆节点的硬件ID等于该连通消息的硬件ID，则执行步骤406，否则执行步骤409；
步骤406：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，如果存在一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离大于自己的坐标与该连通消息的坐标域值之间的距离，则执行步骤407，否则执行步骤409；
步骤407：接收到连通消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与该连通消息的坐标域值之间的距离最大，将该连通消息的硬件ID域值更新为该邻居表项的硬件ID，转发该连通消息，执行步骤403；
步骤408：接入节点AP2接收到该连通消息后，选择一个邻居接入节点表项，该邻居接入节点表项的坐标域值等于该连通消息的坐标域值，将该邻居接入节点表项的标识域值设置为1；
步骤409：结束。
5.根据权利要求4所述的一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，每个车辆节点保存一个数据表，每个数据表项包含坐标域、名称域、数值域和生命周期域；
路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，如果接入节点AP1与每个邻居接入节点均可达，接入节点AP2与每个邻居接入节点均可达，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：步骤501：开始；
步骤502：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP1的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域值与接入节点AP2的坐标之间的距离最小，发送一个数据消息，该数据消息的消息类型值为6，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于选取的邻居表项的硬件ID，负载为信息C3和车辆节点V3的坐标；
步骤503：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤506，否则执行步骤504；
步骤504：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤505，否则执行步骤506；
步骤505：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤503；
步骤506：接入节点接收到数据消息后，查看邻居接入节点表，针对每个邻居接入节点表项，该接入节点执行下述操作：该接入节点将该数据消息负载中的坐标值更新为自己的坐标值，通过侦听信标消息选择一个邻居车辆节点，该邻居车辆节点位于该接入节点与该邻居接入节点表项所标识的接入节点所定义的路段上，且该邻居车辆节点与该接入节点距离最大，将该数据消息的硬件ID更新为该车辆节点的硬件ID，发送该数据消息；
步骤507：判断是接入节点还是车辆节点接收到数据消息，如果是接入节点则执行步骤510，否则执行步骤508；
步骤508：车辆节点接收到该数据消息后，创建一个数据表项，该数据表项的坐标域和名称域分别等于该数据消息的坐标域和名称域，数值域等于该数据消息负载中的数据，生命周期设置为最大值；如果该车辆节点的硬件ID等于该数据消息的硬件ID域值，则执行步骤509，否则执行步骤510；
步骤509：接收到该数据消息的车辆节点查看邻居表，选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标域与该数据消息负载中的坐标之间的距离最大，将该数据消息的硬件ID域值更新为选中的邻居表项的硬件ID，转发该数据消息，执行步骤507；
步骤510：结束。
6.根据权利要求5所述的一种基于车联网的道路安全信息实时通信方法，其特征在于，路段RS1由接入节点AP1和接入节点AP2定义，道路安全信息C3由名称NA3和坐标(x3，y3)标识，位于路段RS1的车辆节点V3通过电子地图获取接入节点AP1和AP2的坐标，如果车辆节点V3检测到它与接入节点AP1不可达或者与接入节点AP2不可达，则车辆节点V3产生道路安全信息C3后执行下述数据发布过程：
步骤601：开始；
步骤602：如果车辆节点V3是公共车辆节点，则执行步骤603，否则执行步骤604；
步骤603：车辆节点V3构建一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID为空，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；从接口A2发送该上传消息，执行步骤605；
步骤604：车辆节点V3选择一个邻居表项，该邻居表项的类型值为1，车辆节点V3发送一个上传消息，该上传消息的消息类型值为7，坐标为(x3,y3)，名称为NA3，硬件ID等于该邻居表项的硬件ID域值，负载为数据C3和标识路段RS1的坐标二元组；硬件ID等于该上传消息的硬件ID的邻居车辆节点接收到该上传消息后，从接口A2发送该上传消息；
步骤605：基站接收到该上传消息后，从有线接口转发该上传消息；
步骤606：判断是服务器还是路由器接收到该上传消息，如果是服务器则执行步骤608，否则执行步骤607；
步骤607：接收到上传消息的路由器随机选择一个服务器表项，从该服务器表项的接口ID所标识的接口转发该上传消息，执行步骤606；
步骤608：服务器接收到上传消息后，查看车辆表，选择所有满足条件1或者条件2的车辆表项；针对每个选中的车辆表项，该服务器执行下述操作：该服务器创建一个下载消息，该下载消息的消息类型值为8，坐标和名称域值等于该上传消息的坐标和名称域值，硬件ID等于该车辆表项的硬件ID域值，负载等于该上传消息的负载值以及该车辆表项的坐标值，发送该下载消息；
条件1：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第一个元素；
条件2：该车辆表项的路段域值的第一个元素或者第二个元素等于该上传消息负载中的坐标二元组的第二个元素；
步骤609：判断是基站还是路由器接收到该下载消息，如果是基站则执行步骤611，否则执行步骤610；
步骤610：路由器接收到该下载消息后，选择一个基站表项，该基站表项的坐标与该下载消息负载中的坐标距离最近，从该基站表项的接口ID所标识的接口转发该下载消息，执行步骤609；
步骤611：基站接收到该下载消息后，从无线接口转发该下载消息；车辆节点接收到该下载消息后，查看自己的硬件ID是否等于该下载消息的硬件ID，如果等于，则执行步骤612，否则执行步骤616；
步骤612：接收到下载消息的车辆节点将下载消息负载中的坐标更新为自己当前的坐标，该车辆节点选择一个邻居表项E1，该邻居表项E1的坐标域值与自己的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤613：该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与邻居表项E1的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息；
步骤614：判断是接入节点还是车辆节点接收到该下载消息，如果是接入节点则执行步骤620，否则执行步骤615；
步骤615：如果接收到下载消息的车辆节点的硬件ID等于该下载消息的硬件ID则执行步骤617，否则执行步骤616；
步骤616：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，否则该车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤617：接收到下载消息的车辆节点判断自己是否存在一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，如果是，则执行步骤618，否则执行步骤619；
步骤618：接收到下载消息的车辆节点选择一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，将该数据表项的数值域更新为该下载消息负载中的数据值，将生命周期设置为最大值，执行步骤620；
步骤619：接收到下载消息的车辆节点创建一个数据表项，该数据表项的坐标域值和名称域值分别等于该下载消息的坐标域值和名称域值，数值域等于该下载消息负载中的数据值，生命周期设置为最大值；该车辆节点选择一个邻居表项，该邻居表项的坐标与该下载消息负载中的坐标之间的距离最大，将该下载消息的硬件ID更新为该邻居表项的硬件ID，发送该下载消息，执行步骤614；
步骤620：结束。
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