车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，属于车载自组织网络【技术领域】。在该路由方法中，首先，采用了一种限定多副本喷发范围的方法，结合车辆的运动对于不同的范围和方向喷发不同的消息副本数，使得消息的传输更加具有方向性；其次，添加了三个节点性能指标，将其通过模糊逻辑学习系统来选择性能最好的邻居节点作为转发节点；最后，采用了一个控制拥塞的缓存调度策略。本发明所述路由方法解决了在多副本路由中消息副本数盲目洪泛带来的网络开销过大的问题，同时也解决了由于被动地采用直接传输使得投递率不高以及时延较大的问题，该方法相比于传统方法及时性、可靠性等性能更强，更适合高动态拓扑的车载自组织网络。
【专利说明】车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法
【技术领域】
[0001]本发明属于车载自组织网络【技术领域】，涉及一种车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法。
【背景技术】
[0002]车载自组网络(VehicularAdhocNetworks, VANET)是专门为了车辆通信而设计的自组织网络。由于车辆不断的高速运动所以其网络传输环境一般比较恶劣。VANET近几年备受关注，在VANTE中，点对点通信对于许多应用非常需要，包括驾驶辅助系统，互联网接入，和道路交通信息的收集。由于车辆的移动性，无线资源的有限性和无线信道的损耗性，通过一系列中间节点寻找一条从源节点到目的节点的有效的路径是非常大的挑战。路由的效率是依赖于所有节点参与数据传输，这一系列情况使得路由选择问题比较困难。
[0003]多副本路由策略被认为是最合适消息传递的方法，所以传染路由方式被提出。传染路由协议是一种基于存储携带转发方式的洪泛路由协议，它有着很高的投递率和较低的复杂性，但是同时也有很高的开销和时延，传统的路由算法为追求高的传输成功率、低的传输延迟，通常会进行大量的数据包转发，大量的无效数据包转发成为节点资源消耗的一个突出问题。因此，为了最大化传输率、最小化端到端时延和总体资源消耗，需要对传染路由协议进行消息副本数量的控制，在传染路由的基础上提出了洪泛控制算法SprayandWait和BinarySpray andffait路由协议来控制洪泛的程度。
[0004]Sprayandffait路由包含两个阶段:喷发阶段和等待阶段。在喷射阶段，类似于传染路由的喷发方式，源节点消息生成L个消息副本，拥有此消息副本的节点将其转发给L个不同的能接收消息副本的节点，然后进入等待阶段。等待阶段，即如果目的节点在喷射阶段没有被发现，L个携带消息副本的节点一直等到遇见目的节点并把消息投递给它，或者到达消息的生存时间丢弃消息。
[0005]BinarySprayandffait是对SprayandWait的改进,是为了更快地将消息投递出去，它不同的部分是在Spray阶段。当一个节点A (源节点或者中继节点)拥有一个以上的消息副本并且遇见节点B，且B没有这个消息副本，节点A转发一半的消息副本给节点B，自己保留一半的消息副本。当网络中每个节点都只剩下一个副本，它转换成Wait阶段，当它遇见目的节点时采用直接传输方式或者到达生存时间丢弃消息。
[0006]虽然以上两种协议性能较好，但是它自身也存在一些缺陷，比如，它转发固定数量的副本，对于应用在不同的网络中，没有很好的灵活性。在车载自组织网络中，由于它自身的一些特点，它可以获得关于周围环境的各种信息，所以可以对基础的S&W协议进行改进，使得更适合在车载自组织网络中的应用。并且，在第二阶段，它一直被动的等待采用直接传输或者等到消息到达生存时间，非常不利于消息迅速而有效地投递到目的地。基于这些不足之处，本发明提出了以下技术方案。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，用于在车间通信中提高消息的投递率，降低时延并且减少资源的损耗和开销。
[0008]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0009]一种车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，在喷发阶段:车辆源节点首先获得L个消息副本；通过定位系统获取当前位置信息、目的地位置信息与车辆运动方向，并且计算相遇的车辆是否在面向目的地限定的角度范围内；结合位置信息如果判断出遇见的邻居车辆在角度限定的范围内，继续进行关于车辆运动方向的判断来选择喷发的副本个数，如果判断出车辆不在角度限定的范围内，则发送I个消息副本；继续判断相遇车辆的运动方向与目的地是否一致，如果相遇车辆的运动方向与目的地也一致，则发送L/2个消息副本，如果相遇车辆的运动方向与目的地不一致，则发送一个消息副本，最后每个车辆节点携带一个消息副本时结束喷发阶段，进入等待阶段。
[0010]进一步，在车载自组织网络中，车辆可以比较方便地获取自己和邻居节点及目的地的位置、方向，每个车辆维护一个邻居列表记录一跳范围内的节点信息，可以利用这些信息使消息副本的喷射有一定的导向性和目的性，而不是在网络中盲目地喷发，所以在本发明中，在确定喷发范围时，车辆利用自己和邻居节点及目的地的位置、方向信息使消息副本
的喷发具有一定的导向性和目的性，假设当前车辆行驶方向为单位向量i，源节点与目的
节点的矢量$与行驶方向向量?夬角为Θ，在{Θ th+ θ，Θ th- Θ}为可能采用二分法喷发的范围，其中Qth为90度。
[0011]进一步，车辆计算出在自己一跳范围内的邻居车辆的运动方向同源节点车辆与目的地矢量方向的角度，方向角度小于角度阈值π/2则说明行驶方向与目的节点所在方向一致，这时选择满足上述条件的车辆发送L/2个副本；同时,方向角度大于π/2,说明车辆的行驶方向与目的地的方向相反，则只选择转发一个副本；角度计算如下:
【权利要求】
1.一种车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:在喷发阶段: 车辆源节点首先获得L个消息副本； 通过定位系统获取当前位置信息、目的地位置信息与车辆运动方向，并且计算相遇的车辆是否在面向目的地限定的角度范围内； 结合位置信息如果判断出遇见的邻居车辆在角度限定的范围内，继续进行关于车辆运动方向的判断来选择喷发的副本个数，如果判断出车辆不在角度限定的范围内，则发送I个消息副本； 继续判断相遇车辆的运动方向与目的地是否一致，如果相遇车辆的运动方向与目的地也一致，则发送L/2个消息副本，如果相遇车辆的运动方向与目的地不一致，则发送一个消息副本，最后每个车辆节点携带一个消息副本时结束喷发阶段，进入等待阶段。
2.根据权利要求1所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:在确定喷发范围时，车辆利用自己和邻居节点及目的地的位置、方向信息使消息副本的喷发具有一定的导向性和目的性，假设当前车辆行驶方向为单位向量;源节点与目的节点的矢量;^与行驶方向向量孟夹角为Θ，在{ Θ th+ θ，Θ th- Θ }为可能采用二分法喷发的范围，其中Qth为90度。
3.根据权利要求2所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:车辆计算出在自己一跳范围内的邻居车辆的运动方向同源节点车辆与目的地矢量方向的角度，方向角度小于角度阈值π /2则说明行驶方向与目的节点所在方向一致，这时选择满足上述条件的车辆发送L/2个副本；同时，方向角度大于η/2，说明车辆的行驶方向与目的地的方向相反，则只选择转发一个副本;角度计算如下:
4.根据权利要求1所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:在所述路由方法中，采用将性能指标通过模糊逻辑算法主动选择下一跳的方法，具体包括:获取节点基本信息，通过获取的信息计算新近度、节点活跃因子；将车间距离和相对速度通过模糊逻辑系统得出车辆速度；将节点新近度、节点活跃因子和车辆速度再次通过模糊逻辑系统，得到效用评估结果；通过得到的评估结果进行路由选择。
5.根据权利要求4所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:当每辆车携带的信息副本数仅剩一个副本时，结束喷发阶段，进入等待阶段；在等待阶段根据评估结果主动进行下一跳的选择。
6.根据权利要求5所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:节点新近度和节点活跃因子是通过移动加权指数平均方法来更新，选取上一状态的数据和当前状态的数据加权更新。
7.根据权利要求6所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:使用一个模糊逻辑算法去处理具有不确定性的指标，将节点新近度，节点活跃因子和车辆速度三个指标使用预先定义的语言变量和隶属函数将这些因素变成模糊值，然后通过预先定义的IF-THEN规则并组合这几个规则对邻居节点的性能进行排名，最后通过解模糊化将模糊输出转换为一个数值。
8.根据权利要求1所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:所述路由方法中还采用了一种缓存调度管理方法，包括:接收数据包，判断缓存空间是否拥塞；判断出缓存空间不拥塞，说明还可以继续使用，可以将接收的数据包缓存起来；缓存拥塞时，计算消息优先函数并进行排序，优先级高的取出来存入缓存，优先级低的直接丢弃。
9.根据权利要求8所述的车载自组织网络中选择喷发范围的多副本路由方法，其特征在于:在缓存调 度管理方法中，假设车辆的缓存空间大小为ξ，若缓存空间用到ξ的3/4的时候判断为缓存拥塞；首先判断缓存是否拥塞，若节点还未拥塞则进入缓存，如果拥塞，则对消息i进行优先函数的计算，消息的优先函数的定义为:消息i的剩余生存时间与网络中所有消息初始化生存时间的比值同节点的缓存大小与消息i的大小比值的乘积；节点根据消息的优先函数将缓存中的消息按优先级降序排列；一个节点从它的缓存中按从上到下的方式来调度消息，取出消息，并且丢弃不需要的消息。
【文档编号】H04L12/861GK103763193SQ201410060371
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】唐伦, 韩洁, 陈前斌 申请人:重庆邮电大学