CN114945142A - 一种适用于车载网络的车联网短距离组网方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于车载网络的车联网短距离组网方法。所述适用于车载网络的车联网短距离组网方法包括：AODV路由协议、路由过程、AODV路由算法和车载短距离通信(V2X)；所述AODV路由协议包括有三种类型的消息控制帧，所述三种类型的消息控制帧分别为路由请求RREQ、路由应答RREP和路由错误RERR消息三种类型；所述路由过程包括有路由发现和路由维护两个过程。本发明提供的适用于车载网络的车联网短距离组网方法具有提高了整个系统的吞吐量，可以有效改善其建立时间长、协议开销大的缺点，使其可以满足城市道路V2X车载节点快速移动的要求的优点。
Description
技术领域
本发明属于车载网络技术领域，尤其涉及一种适用于车载网络的车联网短距离组网方法。
背景技术
为了让交通运输的效率得以提升，减缓资源的消耗速度，车辆研发环节中不可避免地采用智能交通系统，而车辆间网络也已成为优化现代交通的热点课题。人们可利用配备在车辆上的无线通信设备，完成车辆节点之间的直接或间接通信，同时，车辆节点也可以同路边固定通信设备在其相对应的无线通信信道上实现无线通讯，以此来达到车辆间网络在智能交通系统中对各种传输信息完成传输、处理及交互过程的目的。从提高服务便捷性方面来看，驾驶员能够将其他车辆广播出来的各种信息搜集起来，从而很方便的找到附近的一些服务点。同时采用电子不停车收费系统，可以大大缩短车辆在支付等待时间。安装在道路两旁的设备与车辆自身携带的信息公共作用之后，相关部门能够充分利用这些信息对交通进行智能的调度，相关技术中，公开了一种车联网短距离组网方法，该方法包括：当节点接收到路由请求消息时，将路由请求中的跳数增1，在路由表中搜寻到源节点的反向路径，创建或更新路由表项；当节点收到路由响应时，在路由表中搜寻到前驱的路由项；节点将路由响应中的跳数增1；若节点与待发送报文满足预定条件，则节点在一定时间内缓存报文以获得更多的编码。提出了一种车联网短距离组网方法，适用于车载网络的拓扑结构频繁变换的条件，提高网络的吞吐量，降低网络拥塞。
但是，上述结构中还存在不足之处，上述方法虽然达到了降低网络拥塞的功能，但是上述方法存在AODV协议的开销大、收敛速度慢等问题。
因此，有必要提供一种新的适用于车载网络的车联网短距离组网方法解决上述技术问题
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种提高了整个系统的吞吐量，可以有效改善其建立时间长、协议开销大的缺点，使其可以满足城市道路V2X车载节点快速移动的要求的适用于车载网络的车联网短距离组网方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的适用于车载网络的车联网短距离组网方法包括：AODV路由协议、路由过程、AODV路由算法和车载短距离通信(V2X)；
所述AODV路由协议包括有三种类型的消息控制帧，所述三种类型的消息控制帧分别为路由请求RREQ、路由应答RREP和路由错误RERR消息三种类型；
所述路由过程包括有路由发现和路由维护两个过程；
所述路由过程包括以下步骤：
(1).在路由发现阶段，当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时，如果没有到达目标节点的路由,则必须先以多播的形式发出RREQ路由请求帧；
(2).邻近节点收到RREQ路由请求帧,首先判断目标节点是否为自己，如果是,则向发起节点发送RREP路由应答帧，如果不是,则首先在路由表中，查找是否有到达目标节点的路由,如果有,则向源节点单播RREP路由应答帧,否则继续转发RREQ路由请求帧进行查找，直到目的节点收到RREQ后，向源节点返回RREP，经若干中间节点转发回源节点确认路由建立。
作为本发明的进一步方案，所述AODV路由协议采用“hello”消息机制来对路由进行维护，以实时反映网络拓扑结构的变化。
作为本发明的进一步方案，所述AODV的路由算法由车载节点和路侧节点两部分进行协同，同时在消息控制帧中增加线路类型字段。
作为本发明的进一步方案，所述AODV的路由算法由路由请求发起算法、路由请求的应答算法、路由建立算法、路由重建算法和路由维护算法组成。
作为本发明的进一步方案，所述车载短距离通信(V2X)中节点之间存在定期的广播消息。
作为本发明的进一步方案，所述车载短距离通信(V2X)为车与车载短距离通信(V2X)、车与路测节点间(V2I)以及车辆同其他节点之间的短距离通信技术，致使通过这个技术，每辆汽车自发组成一个无中心控制的自组织网络，以车速、位置和行车方向等数据通过V2X技术收集之后,可以提供给司机或包括红绿灯和交通控制系统在内的路侧节点，车载系统可以对这些信息进行处理,处理结果能够让司机或包括导航、安全系统在内的其他车载系统加以利用。
与相关技术相比较，本发明提供的适用于车载网络的车联网短距离组网方法具有如下有益效果：
本发明提供一种适用于车载网络的车联网短距离组网方法：
1、通过借助广播消息完成hello消息帧的部分功能，使得协议开销大幅度减少，并且整个系统的协议开销随节点数量的增加而急剧升高的趋势得到很大的缓解，从而有效的提高了整个系统的吞吐量，从而可以有效改善了其建立时间长、协议开销大的缺点，进而可以满足城市道路V2X车载节点快速移动的要求。
具体实施方式
适用于车载网络的车联网短距离组网方法包括：AODV路由协议、路由过程、AODV路由算法和车载短距离通信(V2X)；
所述AODV路由协议包括有三种类型的消息控制帧，所述三种类型的消息控制帧分别为路由请求RREQ、路由应答RREP和路由错误RERR消息三种类型；
所述路由过程包括有路由发现和路由维护两个过程；
所述路由过程包括以下步骤：
(1).在路由发现阶段，当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时，如果没有到达目标节点的路由,则必须先以多播的形式发出RREQ路由请求帧；
(2).邻近节点收到RREQ路由请求帧,首先判断目标节点是否为自己，如果是,则向发起节点发送RREP路由应答帧，如果不是,则首先在路由表中，查找是否有到达目标节点的路由,如果有,则向源节点单播RREP路由应答帧,否则继续转发RREQ路由请求帧进行查找，直到目的节点收到RREQ后，向源节点返回RREP，经若干中间节点转发回源节点确认路由建立。
所述AODV路由协议采用“hello”消息机制来对路由进行维护，以实时反映网络拓扑结构的变化。
所述具有有效路由的节点每隔固定时间便广播发送一个hello消息，若节点在连续N个内未收到有效路由中相邻节点的hello消息，便认为该链路中断，并发送RERR到相关路由的节点，这些节点收到RERR后就知道存在路由错误，并根据RERR中指示的不可达目的地重新找路。
所述AODV的路由算法由车载节点和路侧节点两部分进行协同，同时在消息控制帧中增加线路类型字段。
所述AODV的路由算法由路由请求发起算法、路由请求的应答算法、路由建立算法、路由重建算法和路由维护算法组成。
所述车载短距离通信(V2X)中节点之间存在定期的广播消息。
所述每个车载节点中都保存有周围车载节点和路侧节点(如果能接收到)的信息并定期刷新,信息包括节点的IP地址和地理位置(GPS或北斗)，当车载节点高层应用有数据传输请求时包括以下步骤：
S1、路由请求发起算法：
(1).首先在周围节点信息队列中查找是否包括目的节点，如果存在，则源节点将线路类型置“D"(直接通信模式),序列号、ID字段加1,将源节点的IP、序列号和目的节点的IP、序列号等信息添加到RREQ路由请求帧中，单播发送到目的节点，如果收到目的节点发送的RREP路由应答帧，则开始通信，否则,跳转到S1中的(2)；
(2).源节点在周围节点信息队列中未查找到目的节点,将线路类型置“I”(路侧中继模式),单播发送RREQ路由请求帧到路侧节点，以利用路侧节点的接人优势；
(3).源节点收到路侧节点的ACK接入应答帧,表明路侧节点接收其接人请求,当收到收到路侧节点返回的RREP路由应答帧后开始通信，跳转到S1中的(6)；
(4).源节点若在设置的期限内未收到路侧节点的ACK接人应答帧,将线路类型置“V”(车载中继模式),采用泛洪方式向周围车载节点广播发送RREQ路由请求帧，节点转发时如判断RREQ来自相邻路侧节点,则停止转发,这样可以将AODV限制在一个路侧节点管辖的路段,从而缩小AODV的区域,减少路由收敛的速度；
(5).源节点接收到RREP路由应答帧后,发送缓存的数据,开始通信；
(6).通信过程中,执行路由维护；
(7).若路由失效，则跳转到S1中的(1)进行路由重建；
(8).当路侧节点上层应用发起请求时,网络层按照如下过程发起请求；
(a).由于路侧节点覆盖范围大，路侧节点接收覆盖范围内所有车载节点的心跳信息，在路侧节点保存有其覆盖范围内的所有车载节点的标识码、IP地址和地理位置等信息，因此路侧节点可以充分借助心跳信息提供的数据简化理由算法；
(9).在队列中查找目标节点，如果存在,将线路类型置“I”,向目标节点单播发送RREQ路由请求帧，如果接收到RREP路由应答帧后,发送缓存的数据,开始通信。
S2、路由请求的应答算法：
车载节点发起路由请求后，路侧节点或者其他的车载节点按照如下步骤进行应答：
(1).路侧节点针对源节点按照上述S1中的(1)的应答过程；
1).如果路侧节点允许接人，则发送ACK接入应答帧通知源节点接受其接人请求,并将RREQ路由请求帧转发到同路侧节点相联的路由器；
2).如果目的节点是车载节点，路由器寻找目的节点所在的路侧节点,然后将RREQ路由请求帧转发到该路侧节点，路侧节点在其覆盖范围内采用广播方式发送RREQ路由请求帧,在未收到应答情况下,采用泛洪方式发送；
3).目的节点接收到RREQ路由请求帧后,目的节点的序列号加1,产生RREP应答帧(包括源节点的IP、目的节点的IP和更新后的序列号),发送至目的节点侧的路侧节点；
4).目的节点侧的路侧节点若收到目的节点反馈的RREP路由应答帧，请求路侧节点之间的网络在源节点和目的节点所在的路侧节点之间建立隧道，然后通过隧道将RREP路由应答帧由目的侧的路侧节点转发到源侧的路侧节点，通信链路建立完毕；
5).若目的节点是互联网节点，则在路侧节点完成地址映射后，向路侧节点互联的网络路由器发起到目的节点的路由建立请求；
(2).其他车载节点针对源节点步骤04的应答过程如下：
a).源节点将线路类型置“V”,向周围发送，其他车载节点接收到线路类型为“V”的RREQ路由请求帧后，如果其路由表中记录的到目的节点的路由有效，并且记录的目的节点的序列号比RREQ中的目的节点序列号更新(大于或者等于),则该中间节点发送RREP。否则，更改RREQ路由请求帧中的目的节点序列号至当前最大,跳数加1,然后转发；
B).如果车载节点同源节点不属同一个路侧节点覆盖范围(可通过注册到路侧节点时获取的路侧节点的唯一标识代码来区分)，则不转发RREQ路由请求帧，减少AODV协议的泛洪范围。
S3、路由建立算法：
源节点或者路侧节点在接收到RREP路由应答帧后反向路由建立的过程如下。
(1).当RREQ路由请求帧到达目的节点时,目的节点的序列号加1,产生RREP应答帧，通过反向路由单播发送RREP路由应答帧，在该路径的各个节点建立通向目的节点的前向路由，当RREP路由应答帧传播到源节点时，中间节点根据该RREP路由应答帧更新它们各自指向目的节点的路由信息；
(2).如果路由是通过车载节点转发到路侧节点，当源节点监测到已处于路侧节点的覆盖范围时，则向路侧节点发送RREQ路由请求帧，在获得路侧节点转发的RREP路由应答帧后，向相邻车载节点发送RERR路由错误信息帧释放原路由，切换到新建立的路侧节点路由进行数据通信。
S4、路由重建算法包括如下：
(1).源节点在收到RERR路由错误帧后,如果还需要与目的节点通信,可以按照S1中的(1)-(5)的步骤再次发起路由请求；
(2).中间节点在收到发送到目的节点的数据包时，如果发现目的节点的路由人口已失效，则该节点选择缓存数据包，然后发起到目的节点的路由请求，等重新建立到达目的节点的路由后,再转发此数据包到目的节点。
S5、路由维护算法包括如下：
(1).车载节点置HELLO INTERVAL＝广播消息发送周期；
(2).接收到广播消息，转换成hello消息,送路由维护；
(3).在DELETE PERIOD的时间内没有收到来自邻居节点的hello消息，则认为该链路已失效；
(4).发起一次指向该邻居节点的局部修复；
(5).路由修复超时以后,RERR路由错误帧向源节点和目的节点发送；
(6).RERR路由错误帧传播过程中,各中间节点删除该失效路径上相应的路由信息。
因此通过借助广播消息完成hello消息帧的部分功能，使得协议开销大幅度减少，并且整个系统的协议开销随节点数量的增加而急剧升高的趋势得到很大的缓解，从而有效的提高了整个系统的吞吐量，从而可以有效改善了其建立时间长、协议开销大的缺点，进而可以满足城市道路V2X车载节点快速移动的要求。
所述车载短距离通信(V2X)为车与车载短距离通信(V2X)、车与路测节点间(V2I)以及车辆同其他节点之间的短距离通信技术，致使通过这个技术，每辆汽车自发组成一个无中心控制的自组织网络，以车速、位置和行车方向等数据通过V2X技术收集之后,可以提供给司机或包括红绿灯和交通控制系统在内的路侧节点，车载系统可以对这些信息进行处理,处理结果能够让司机或包括导航、安全系统在内的其他车载系统加以利用。
Claims (6)
1.一种适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，包括：AODV路由协议、路由过程、AODV路由算法和车载短距离通信(V2X)；
所述AODV路由协议包括有三种类型的消息控制帧，所述三种类型的消息控制帧分别为路由请求RREQ、路由应答RREP和路由错误RERR消息三种类型；
所述路由过程包括有路由发现和路由维护两个过程；
所述路由过程包括以下步骤：
(1).在路由发现阶段，当一个节点需要给网络中的其他节点传送信息时，如果没有到达目标节点的路由,则必须先以多播的形式发出RREQ路由请求帧；
(2).邻近节点收到RREQ路由请求帧,首先判断目标节点是否为自己，如果是,则向发起节点发送RREP路由应答帧，如果不是,则首先在路由表中，查找是否有到达目标节点的路由,如果有,则向源节点单播RREP路由应答帧,否则继续转发RREQ路由请求帧进行查找，直到目的节点收到RREQ后，向源节点返回RREP，经若干中间节点转发回源节点确认路由建立。
2.根据权利要求1所述的适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，所述AODV路由协议采用“hello”消息机制来对路由进行维护，以实时反映网络拓扑结构的变化。
3.根据权利要求1所述的适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，所述AODV的路由算法由车载节点和路侧节点两部分进行协同，同时在消息控制帧中增加线路类型字段。
4.根据权利要求1所述的适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，所述AODV的路由算法有路由请求发起算法、路由请求的应答算法、路由建立算法、路由重建算法和路由维护算法组成。
5.根据权利要求3所述的适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，所述车载短距离通信(V2X)中节点之间存在定期的广播消息。
6.根据权利要求1所述的适用于车载网络的车联网短距离组网方法，其特征在于，所述车载短距离通信(V2X)为车与车载短距离通信(V2X)、车与路测节点间(V2I)以及车辆同其他节点之间的短距离通信技术，致使通过这个技术，每辆汽车自发组成一个无中心控制的自组织网络，以车速、位置和行车方向等数据通过V2X技术收集之后,可以提供给司机或包括红绿灯和交通控制系统在内的路侧节点，车载系统可以对这些信息进行处理,处理结果能够让司机或包括导航、安全系统在内的其他车载系统加以利用。
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