CN111050300B - 一种基于命名数据网络的车联网路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能交通领域，特别涉及一种基于命名数据网络的车联网路由方法；所述方法包括信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径；兴趣包在规划的多条路由路径上进行定向洪泛；数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传；数据包到达信息请求车辆所在路段时对该路段内所有车辆进行限制广播，路段内所有车辆对数据包进行缓存或广播；当路段内其他车辆发出相同数据请求时，则就近进行数据传输；本发明通过向目的路段定向洪泛数据包、兴趣包和终点路段数据缓存的方式，使该路由方法解决了基于命名数据网络架构的车联网中容易发生广播风暴以及数据副本冗余的问题。

Description

一种基于命名数据网络的车联网路由方法
技术领域
本发明涉及智能交通领域，特别涉及一种基于命名数据网络的车联网路由方法。
背景技术
车载自组网(Vehicular Ad-hoc Networks，VANET)作为一种特殊的移动自组网，在提高道路安全性以及城市智能交通的发展中具有重要意义。它继承了移动自组织网络的一些特性，比如带宽和数据传输范围的有限性，能够自组织和自管理等；除此之外，车载自组网也有一些自己的特性，如汽车的高移动性容易造成传输链路的频繁断开，导致数据包的丢失；因为城市中道路两旁建筑物的遮挡，使信号只能沿着车辆行驶的道路传播；城市中的交通信号灯等因素使车辆拓扑变化频繁。
命名数据网络(Named Data Networking，NDN)是未来的以数据为中心的网络体系结构。内容检索和分发是通过传递命名数据来完成的。NDN使用IP结构的沙漏模型，IP网络中主机到主机的数据传递被NDN的数据检索模型所取代。该数据检索模型也称为请求/答复模型。数据包和兴趣包是用于NDN通信的两种NDN数据包。兴趣包由数据使用者以请求内容名称的形式发送，路由器根据数据名称转发兴趣数据包。数据包携带数据名称，而不使用IP网络中的源地址和目标地址，数据包使用兴趣包的反向路径进行传递。
针对车联网的特点，基于IP的传统网络显然不能很好地在车载环境中发挥作用。高移动性的车辆节点，极不稳定的通信链路，都无法保证端到端的持续连接。在这样的环境下，基于IP的网络不仅在移动性上不能很好地适应车联网环境，带来频繁的丢包和重传，而且在信息分发方面，局限于基于身份的传递，而忽略了信息本身的存在意义。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明考虑到结合NDN的优势，正好能够解决车联网信息传输的难题。NDN适合多用户在同时或不同时间请求相同或不同的数据，对用户间的持续连接也无要求。车联网中应用经常与时间、地点相关，特别地，对于一些热门地点的信息，通常被多个用户所需要。多个用户在相同时间或不同时间、不同地点请求相同的信息，正好是NDN适用的场景。所以将NDN运用于车联网中能很好的解决车联网中的问题。
本发明提供的技术方案：
本发明的一种基于命名数据网络的车联网路由方法，所述方法包括：
信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径；
兴趣包在规划的多条路由路径上进行定向洪泛；
数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传；
数据包到达信息请求车辆所在路段时，对该路段内所有车辆进行限制广播，路段内所有车辆对数据包进行缓存或广播；
当路段内其他车辆发出相同数据请求时，则就近进行数据传输。
本发明的有益效果：
本发明利用车联网中信息请求多与地理位置有关的特点，将请求信息所在路段的ID作为数据层次化命名的一部分，重新设计车联网中兴趣包和数据包的格式，通过向目的路段定向洪泛数据包、兴趣包和终点路段数据缓存的方式，使该路由方法解决了基于命名数据网络架构的车联网中容易发生广播风暴以及数据副本冗余的问题。本发明显著提高了基于命名数据网络架构的车联网中兴趣包的命中率和数据包的到达率，降低了数据包传输时延。
附图说明
图1为本发明一种基于命名数据网络的车联网路由方法的流程图；
图2为本发明提供的路径规划示意图；
图3为本发明采用的兴趣包路由流程图；
图4为本发明采用的数据包回送路由流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明的一种基于命名数据网络的车联网路由方法，所述方法包括：
信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径；
兴趣包在规划的多条路由路径上进行定向洪泛；
数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传；
数据包到达信息请求车辆所在路段时，对该路段内所有车辆进行限制广播，路段内所有车辆对数据包进行缓存或广播；
当路段内其他车辆发出相同数据请求时，则就近进行数据传输。
在一个实施例中，信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径包括：
根据数字地图确定出将到达目的路段所经过最少交叉路口的路径作为最短路径，将最短路径以及小于等于最短路径交叉路口数两倍的路径共同作为兴趣包转发路径。将请求路段序列ID作为请求内容名称的一部分并将所要经过的路由路径的路段序列ID写入兴趣包相应字段中。如图2所示，从信息请求车辆S到数据应答车辆D存在多条路径，但规划出的路径有三条，分别为L1、L2、L3。
在一个实施例中，信息请求车辆发出请求时，车辆通过数字地图确定消息所在路段的ID，并将路段的ID作为请求内容名称的一部分对请求内容进行命名；
作为一个优选的实现方式，数据命名采用层次化命名方式，将请求内容与目的路段ID结合起来。内容命名格式为：/类型/数据名/目的路段ID/时间戳。其中类型包括兴趣包和数据包类型，数据名是表示请求内容的名字，目的路段ID是当前请求所要到达的路段ID，时间戳用来表示请求生成时间。拥有相同时间戳的请求，车辆只会转发或回复其中一个请求。
在一个实施例中，兴趣包在规划的多条路由路径上进行定向洪泛包括向多条路由路径广播兴趣包，路径中的车辆通过转发数据库中的策略进行兴趣包广播，兴趣包到达目的路段即数据应答车辆所在的路段，则进行路段内广播。
在另一个实施例中，兴趣包在规划后的路由路径上进行定向泛洪还包括：
步骤101：若当前车辆所在路段不是信息请求车辆所请求内容的目的路段，则在转发信息库(Forwarding Information Base，FIB)保存的邻居表中，查找距离下一路段最近的邻居车辆将其作为下一跳能广播兴趣包的车辆，并将该邻居车辆ID写入兴趣包中；若当前车辆所在路段是信息请求车辆所请求内容的目的路段，则将兴趣包中下一跳广播车辆ID字段置空；
步骤102：当前车辆广播兴趣包；
步骤103：当邻居车辆接收到兴趣包后，查看其内容存储器(Content Store，CS)中是否有请求内容对应的数据包，若有则回传数据包，并丢弃兴趣包；否则转至步骤104；
步骤104：邻居车辆查找待定兴趣表(Pending Interest Table，PIT)，若有记录则更新，并丢弃兴趣包；否则转至步骤105；
步骤105：邻居车辆查看兴趣包中的下一跳广播车辆ID字段，如果该字段为空且当前车辆所在路段是请求内容中的目的路段，则对兴趣包进行广播，并转到步骤103；如果该字段为空且当前车辆所在路段不是请求内容中的目的路段，则丢弃兴趣包；如果该字段不为空，则查看该字段中的下一跳广播车辆ID与当前车辆ID是否相同，如果相同则在待定兴趣表中新增该兴趣包的记录，并转至步骤101，如果不同则直接丢弃。
在一个实施例中，所述兴趣包的格式包括有内容名、路段序列、下一跳广播车辆ID、随机数和可选字段依次构成。
在一个实施例中，所述转发数据库FIB中的信息表的格式可以由车辆ID、车辆位置坐标以及车辆所在路段ID构成。
在一个实施例中，所述内容存储器CS中存储表的格式可以为内容名称和数据构成。
在一个实施例中，待定兴趣表PIT的格式可以为内容名称和传入兴趣包车辆ID构成。
在一个实施例中，所述数据包的格式包括内容名、路段序列、下一跳广播车辆ID、数据签名和数据构成。
在一个实施例中，所述数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传包括拥有数据的车辆，即数据应答车辆对数据内容进行命令，并将兴趣包中路段序列ID反向写入至数据包中；数据应答车辆查找待定兴趣表和路段序列ID，对数据包进行广播回传。
在一个实施例中，所述数据包到达信息请求车辆所在路段时对该路段内所有车辆进行限制广播，路段内所有车辆对数据包进行缓存或广播包括：
步骤201：当信息请求车辆接收到数据包时，查看其内容储存器中是否存在相应的数据包，如果有就则丢弃该数据包，如果没有则转到步骤202；
步骤202：信息请求车辆查看待定兴趣表，如果待定兴趣表中有匹配的内容名且所对应的车辆在邻居表中，则转到步骤203；否则转到步骤204；
步骤203：如果当前车辆所在路段与数据包中路段序列ID相同，则缓存数据包；否则不缓存数据包，将待定兴趣表中数据包所对应的车辆ID写入数据包的下一跳广播车辆ID字段，广播数据包并删除待定兴趣表中相应记录；
步骤204：如果当前车辆所在路段与数据包中路段序列ID相同，则缓存数据包，将数据包中下一跳广播车辆ID字段空置，并广播数据包；否则，查看该字段中车辆ID是否与当前车辆ID相同，如果不同则丢弃数据包；如果相同，则寻找邻居车辆中距离下一路段最近的车辆将其作为下一跳能广播数据包的车辆，并把选定的车辆ID写入数据包下一跳广播车辆ID字段，广播数据包。
在一个优选实施例中，本发明的基于命名数据网络的车联网网路由方法划分为两个过程，包括兴趣包路由过程和数据包路由过程。
如图3所示，兴趣包路由过程包括：
实时判断车辆是否有信息请求，是否需要向其他车辆请求数据；若确实有信息请求，则产生兴趣包，在本地内容存储器中查找是否存储有请求的内容数据；若是，则直接丢弃兴趣包；否则查找目的路段ID，并为请求内容命名，规划到达目的路段的路径，将路段序列写入到兴趣包的相应字段；判断当前车辆所在路段是否为目的路段，若是，则将兴趣包中下一跳广播车辆ID的字段直接置空，并广播兴趣包给邻居车辆，否则需要根据FIB设置兴趣包中的下一跳广播车辆ID字段再广播兴趣包给邻居车辆；邻居车辆查找内容存储器中是否有请求的内容，若是则直接回传数据，并丢地兴趣包，否则查找待定兴趣表中是否有记录，若有则更新记录，否则继续判断下一跳广播车辆ID字段是否为空，若为空，则判断当前车辆所在路段是否为目的路段，若为目的路段，则广播兴趣包给邻居车辆，若不是目的路段则丢弃该兴趣包；若不为空，则判断字段中的车辆ID与当前车辆ID是否相同，若相同，则根据FIB设置兴趣包中下一跳广播车辆ID字段，否则仍然丢弃兴趣包。
如图4所示，数据包回送路由过程包括：
车辆实时判断是否有请求的数据，若有则判断是否接收到具有相同时间戳的兴趣包，若收到，则将兴趣包中路段序列的反向序列写入到相应字段，并查看待定兴趣表；查找是否有匹配内容的车辆，若确实有，则判断该车辆是否存在于邻居表中，若在邻居表中，则判断当前车辆所在路段与内容名称中的路段ID是否相同，相同则缓存数据包，并将下一跳广播车辆ID字段置空，否则不缓存数据包，并将待定兴趣表中所对应的车辆ID写入数据包中的下一跳广播车辆ID字段中；完成后则删除PIT，广播数据包。
对于待定兴趣表中没有匹配内容的车辆或匹配的车辆不在邻居表中，则需要判断当前车辆所在的路段是否与内容名称中的路段ID相同，若相同，则缓存数据包，将数据包中的下一跳广播车辆字段置空，并广播数据包；否则判断数据包中的下一跳广播车辆ID字段中的ID是否与当前车辆ID相同，若相同，则将选定的车辆ID写入到数据包的下一跳广播车辆ID字段，否则需要丢弃数据包后，再进行广播数据包。
可以理解的是，只有在目的路段中的车辆才对数据包进行缓存，并进行路段内广播，使路段内所有的车辆都有数据副本，这样相对于全路径缓存减少了网络中数据副本的数量。当目的路段中其它车辆有相同的请求时，就可以直接在本地内容存储器中获取。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于命名数据网络的车联网路由方法，其特征在于，所述方法包括：
信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径；即根据数字地图确定出将到达目的路段所经过最少交叉路口的路径作为最短路径，将最短路径以及小于等于最短路径交叉路口数两倍的路径共同作为兴趣包转发路径；
兴趣包在规划的多条路由路径上进行定向洪泛；即向多条路由路径广播兴趣包，路径中的车辆通过转发数据库中的策略进行兴趣包广播，兴趣包到达目的路段即数据应答车辆所在的路段，则进行路段内广播；
数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传；
数据包到达信息请求车辆所在路段时，对该路段内所有车辆进行限制广播，路段内所有车辆对数据包进行缓存或广播；
步骤1：当信息请求车辆接收到数据包时，查看其内容储存器中是否存在相应的数据包，如果有就则丢弃该数据包，如果没有则转到步骤2；
步骤2：信息请求车辆查看待定兴趣表，如果待定兴趣表中有匹配的内容名且所对应的车辆在邻居表中，则转到步骤3；否则转到步骤4；
步骤3：如果当前车辆所在路段与数据包中路段序列ID相同，则缓存数据包；否则不缓存数据包，将待定兴趣表中数据包所对应的车辆ID写入数据包的下一跳广播车辆ID字段，广播数据包并删除待定兴趣表中相应记录；
步骤4：如果当前车辆所在路段与数据包中路段序列ID相同，则缓存数据包，将数据包中下一跳广播车辆ID字段空置，并广播数据包；否则，查看该字段中车辆ID是否与当前车辆ID相同，如果不同则丢弃数据包；如果相同，则寻找邻居车辆中距离下一路段最近的车辆将其作为下一跳能广播数据包的车辆，并把选定的车辆ID写入数据包下一跳广播车辆ID字段，广播数据包
当路段内其他车辆发出相同数据请求时，则就近进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于命名数据网络的车联网路由方法，其特征在于，所述信息请求车辆根据数字地图规划出多条兴趣包路由路径，包括将请求路段序列ID作为请求内容名称的一部分并将所要经过的路由路径的路段序列ID写入兴趣包相应字段中。
3.根据权利要求1所述的一种基于命名数据网络的车联网路由方法，其特征在于，所述兴趣包在规划后的路由路径上进行定向泛洪还包括：
步骤1：若当前车辆所在路段不是信息请求车辆所请求内容的目的路段，则在转发信息库中，查找距离下一路段最近的邻居车辆将其作为下一跳能广播兴趣包的车辆，并将该邻居车辆ID写入兴趣包中；否则将兴趣包中下一跳广播车辆ID字段置空；
步骤2：当前车辆广播兴趣包；
步骤3：当邻居车辆接收到兴趣包后，查看其内容存储器中是否有请求内容对应的数据包，若有则回传数据包，并丢弃兴趣包；否则转至步骤4；
步骤4：邻居车辆查找待定兴趣表，若有记录则更新，并丢弃兴趣包；否则转至步骤5；
步骤5：邻居车辆查看兴趣包中的下一跳广播车辆ID字段，如果该字段为空且当前车辆所在路段是请求内容中的目的路段，则对兴趣包进行广播，并转到步骤3；如果该字段为空且当前车辆所在路段不是请求内容中的目的路段，则丢弃兴趣包；如果该字段不为空，则查看该字段中的下一跳广播车辆ID与当前车辆ID是否相同，如果相同则在待定兴趣表中新增该兴趣包的记录，并转至步骤1，如果不同则直接丢弃。
4.根据权利要求1所述的一种基于命名数据网络的车联网路由方法，其特征在于，所述数据应答车辆接收到兴趣包后，按照兴趣包的反向路径进行数据包回传包括拥有数据的车辆，即数据应答车辆，对数据内容进行命名，并将兴趣包中路段序列ID反向写入至数据包中；数据应答车辆查找待定兴趣表和路段序列ID，对数据包进行广播回传。
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