一种适用于车载短距离通信网络的改进DSDP服务发现协议的实现方法与流程

本发明涉及一种适用于车载短距离通信网络的改进DSDP服务发现协议的实现方法，属于车载网技术领域。

背景技术：

车载短距离通信(Vehicle to X：V2X)网络是通过无线通信、GPS/GIS、传感等短距离通信技术实现的车内(CAN-Controller Area Network)、车路(Vehicle-2-RSU)、车间(Vehicle-2-Vehicle)、车外(vehicle-2-Infrastructure)、人车(Vehicle-2-Person)之间的通信。

服务发现协议可以使网络节点在网络中搜索所需服务。由于网络规模不断扩大，网络上的服务也越来越复杂化和多样化，因此，如何从海量的网络资源中寻找可用的服务成为迫切需要解决的问题，服务发现协议成为网络领域研究的一个重要部分。

DSDP(Distributed Service Directory Protocol：分布式服务发现协议)是无线自组网中的一种重要的服务发现协议，同其他服务发现协议相比，其主要特点是通过在网络中建立并维护骨干网来改善服务发现能力。由于其通过骨干网进行服务发现，所以降低了信息包开销,提高了响应速度，传输效率获得明显的改善，但骨干网的建立和维护引入了额外信息包，需要消耗大量的网络开销，影响了这种协议的性能。

在V2X网络中，由于每个车载节点周期性广播包括车辆唯一标识和地理位置的消息(以下称心跳信息)，所以，车载节点通过接收周围节点广播的心跳信息，可以获得周围车载节点的地理位置、信号传输特性等信息，利用心跳信息来实现骨干节点网络的建立和维护，可以极大减少传统DSDP协议中骨干节点建立和维护相关消息发送带来的网络开销，提高DSDP协议在V2X网络中的性能。

本发明的目的是利用V2X网络各个节点定期广播的心跳信息，对传统DSDP协议进行改进，主要涉及到传统DSDP骨干网节点的建立和维护，使传统DSDP协议适应V2X的特点，减少网络开销，提高服务发现的速度和效率，更好满足V2X网络中服务发现功能的实现。

技术实现要素：

本发明提供了一种适用于车载短距离通信网络的改进DSDP服务发现协议的实现方法，其主要方法是利用车载短距离通信网络(V2X)中各个节点定期广播的心跳信息，对传统DSDP(Distributed Service Directory Protocol：分布式服务发现协议)进行改进，以适应V2X网络的特点。

本发明提供了一种适用于车载短距离通信网络的改进DSDP服务发现协议的实现方法，其特征在于，在服务广播和发现中，包括步骤S1、S2、S3三个部分，每个部分包括以下步骤：

S1、骨干网的建立和维护，其包括

S11、稳定度计算；

S12、骨干节点申请；

S13、骨干网络建立；

S14、骨干网络维护；

S2、分布服务发现规则，其包括

S21、生成骨干节点服务广播包：

S22、转发和更新服务广播包组：

S3、服务需求包传播和服务回溯路由建立，其包括

S31、服务需求包传播；

S32、服务回溯路由建立。

优选地，所述步骤S11中，稳定度采用节点的速度和与其他车辆的距离变化来计算，与其他车辆的距离变化通过接收其他车辆定期广播的包括地理位置的消息(以下简称心跳信息)获得。

优选地，所述步骤S12中，如果非骨干节点在系统设定的周期内没有接收到骨干节点广播的身份信息，节点就发起骨干节点请求，在同一覆盖范围内，稳定度最高的节点成为骨干节点。

优选地，所述步骤S13中，骨干节点建立后，利用接收的心跳信息，从覆盖范围最远的节点开始测试确定下一级骨干节点，从而减少骨干节点网络的数量。

优选地，所述步骤S21中，非骨干节点将服务信息发送到骨干节点形成服务广播包，并且各个骨干节点在转发中，形成服务广播包组。

优选地，所述步骤S22中，服务广播包组周期性在骨干节点网络中传输期间，每个骨干节点更新服务广播包组中的本节点的信息。

优选地，所述步骤S31中，服务需求包时从本地缓存的服务广播包组中查找到提供服务的节点信息，然后发送到覆盖范围内的骨干节点，经过骨干节点网络形成服务链路。

本发明公开的一种适用于车载短距离通信网络的改进DSDP服务发现协议，利用V2X网络中定期广播的包括节点唯一标识VIN和地理位置的心跳信息，构建骨干节点网络，节省了大量的建立和维护消息包，减少了转发节点的数量，通过骨干节点网络，提高了服务的广播和发现效率。

附图说明

图1是根据本发明实施例的具体工作流程图；

图2是骨干节点广播消息的格式；

图3是骨干节点测试方法示意图；

图4是非骨干节点发送的服务广播包的格式；

图5是骨干节点的服务广播包的格式；

图6是服务需求包的格式。

具体实施方式

传统服务发现协议DSDP(Distributed Service Directory Protocol：分布式服务发现协议)通过在网络中的骨干网络来提高服务发现能力。同其他服务发现协议相比，由于采用了骨干网络，使得服务发现的速度和效率，以及网络消耗都获得较大的提升，是一种性能优良的服务发现协议。但是，在网络中建立和维护骨干网，需要额外的消息包，而且这种消息包要周期性发送和交互，占据了大量的网络资源，对实时性要求极高的安全类应用带来影响，所以制约了该协议在V2X中的应用。

本实施例充分利用V2X中，车载节点周期性广播包含各自地理位置的心跳信息的优势，对传统DSDP协议进行改进，减少了骨干网络建立和维护需要的消息包数量和消息包的复杂度，使得改进后的DSDP协议能满足V2X网络的要求。

本发明包括三部分，骨干网的建立和维护、分布服务发现规则和服务需求包传播和服务回溯路由建立。首先各个节点计算稳定度，确定是否满足骨干节点的要求，稳定度较高的节点成为骨干节点，然后根据接收的心跳信息，从覆盖范围的最远节点逐个判断选择下一级骨干节点，最终形成骨干节点网络，根据同样的原理利用心跳信息进行节点维护。骨干节点网络建立后，在网络中传输各个骨干节点覆盖范围内的节点提供的服务包组成的服务提供包组，并在周期性往返传输中进行更新。服务发现规则是服务请求节点在骨干节点传输的服务广播包组中查找到需要的服务，形成服务需求包，由骨干节点网络传输到服务提供节点，服务提供节点发送服务确认包，从而建立回溯路由，完成服务发现的过程。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

本实施例中改进的DSDP服务发现协议由3个部分组成，骨干网的建立和维护、分布服务发现规则和服务需求包传播和服务回溯路由建立。

传统DSDP骨干网的建立过程分为三个阶段：包收集、角色确定和骨干网建立。在包收集阶段中,各个节点周期发送hello包，节点不断缓存收到的包。而包收集阶段结束后,即进入角色确定阶段。在角色确定阶段中，节点根据收集到的信息确定自己的角色。链接稳定度最高的尚未确定角色的节点成为骨干节点，确定了角色的节点要广播自己的决定，完成角色确定阶段。在骨干网建立阶段，骨干节点根据通过包收集到的局部路由信息确定所有骨干节点之间的路径，骨干网建立完成，进入骨干网维护阶段。DSDP能维护骨干网的有效性，应对网络断裂、丢失骨干节点等情形。

改进后的DSDP协议利用周期性的心跳信息完成骨干网的建立和维护，具体步骤如下：

第一部分、骨干网的建立和维护

骨干网的建立和维护步骤如下：

1.1、稳定度计算：

每个车载节点定期读取自己的地理位置信息，然后计算车辆的行驶方向和车辆的速度，以及同周围车辆之间的距离变化，车辆稳定度其中，是系统设定的统计时间t_s内的本车辆的平均变化速度，是同其他车辆的平均距离变化。当S小于系统设定的门限S_h时，该车辆满足作为骨干节点的稳定度要求。

1.2、骨干节点申请

骨干节点定期广播自己的身份信息，如果车载节点在系统设定的时间t_B内没有接收到骨干节点的广播消息，则稳定度满足骨干要求的各个节点随机发送骨干节点广播消息，格式如图2所示。如果同时有超过1个以上的节点广播身份信息，则稳定度最高的节点获得骨干节点身份。

1.3、骨干网络建立

骨干节点通过接收周围节点定期广播的心跳信息中的地理位置信息，确定下一级候选节点的选择范围，

确定同本节点同方向行驶的车辆集合V＝{V^H,V^B}，其中，V^H是位于A节点行驶方向前方的同向行驶的车辆集合，V^B是位于A节点行驶方向后方的同向行驶的车辆集合。然后，按照地理位置，计算出同A节点的距离，再按照距离远近排序，

设距离最远的车辆分别为和则首先选择进行测试，测试方法如图3所示，骨干节点向节点发送节点稳定度请求，节点发送稳定度信息，骨干节点判断节点的稳定度S小于系统设定的门限S_h时，向节点发送骨干节点请求，节点发送骨干节点确定消息，则下一级骨干节点确定。如果最远节点稳定度不满足要求，则选择次远的节点执行同样的测试，直到确定下一级骨干节点。

下一级骨干节点按照同样的方法，确定更远的一级骨干节点，直到找不到下一级骨干节点为止。

按照相同的方法，在行驶的反方向节点执行同样的操作，在反方向建立骨干网络。

1.4、骨干网络维护

骨干网络维护分为两个部分，网络断裂和非骨干节点丢失丢失骨干节点

对于网络断裂的维护，各级骨干节点通过接收各自广播的心跳信息，感知上下级骨干节点的存在。若第n个骨干节点在系统设置的n个周期没有接收到下一级骨干节点的心跳信息后，骨干网络出现中断，则骨干节点执行1.3步骤，重新确定下一级骨干节点如果节点范围内还没有骨干节点，则继续按照1.3的方法，确定更远一级的骨干节点知道重新建立骨干网络。

对于非骨干节点丢失骨干节点的维护，非骨干节点在n个周期中没有收到骨干节点定期广播的消息，按照1.2,1.3的步骤，重新建立骨干节点网络，直到同原有的骨干节点网络连接或者不能找到更远的骨干节点。

第二部分、分布服务发现规则(Distributed Service Discovery AlgorithmDSDA)

2.1、生成骨干节点服务广播包

非骨干节点A将服务广播包Packet_A发送给骨干节点，格式如图4，其中，

Type表示该包的类型为骨干节点服务广播包；

ID表示该包的编号，用于区分节点A发送的不同服务通知包；

VIN发送节点标识码，用于标识节点A

Service服务描述提供服务的内容标识

骨干节点接收覆盖范围内的非骨干节点发送的服务广播包，形成本地服务信息缓存SIC(Service Information Cache)，格式与图4相同。骨干节点同本节点提供的服务广播包(如果有)汇总后，形成骨干节点的服务广播包，格式如图5所示，其中：

Type表示该包的类型为汇总服务广播包；

Service服务描述汇总将各个非骨干节点的服务内容标识汇总，有两部分组成，Sn是非骨干节点的VIN，Service是该节点的服务描述。

2.2、转发和更新服务广播包组

第一个骨干节点NB₁首先将汇总的服务包发送到下一个骨干节点NB₂，NB₂将本节点的汇总服务包同合并后，形成然后发送到下一个骨干节点NB₃，直到最后一个骨干节点或者系统设定的最大骨干节点NB_n，形成各个骨干节点的服务广播组包

第一次传输后，延迟系统设定的延时τ后，骨干节点NB_n将服务广播组包∑Packet_NB向反向传输，经过任意骨干节点NB_i，骨干节点NB_i将覆盖范围内最新的服务广播包更换服务广播包组的相关服务广播包更新，然后继续向下一级骨干节点传输，完成服务广播包的更新，直到第一个骨干节点NB₁。

上述过程反复进行，保持骨干节点之间传输的服务广播包的内容最新。

第三部分、服务需求包传播和服务回溯路由建立

3.1、服务需求包传播

在骨干节点广播服务广播包组时，覆盖范围内的非骨干节点接收服务广播包组，保存到本地，形成本地SIC。假设节点B需要M服务，在SIC中查找，如果找到相应的节点S，取出提供服务的节点标识VIN_s，然后将服务需求包Packet_B发送给其覆盖范围内的骨干节点，由骨干节点转发到下一级骨干节点，知道服务提供节点S所在覆盖范围内的骨干节点，然后发送给服务提供节点S。服务需求包的格式Packet_B如图6所示。其中：

Type表示该包的类型为服务需求包；

VIN-S表示服务提供节点的VIN(vehicle identification number)；

Server ID请求服务编码，用于区分同一个节点不同的请求服务；

Requested Service表示所请求的服务的描述信息；

Receiver ID表示下一跳接收节点的编码，这是增加的字段，用选定的转发节点V_m的VIN填充；

VIN-R表示服务接收节点的节点标识VIN；

3.2、服务回溯路由建立

服务提供节点接收到Packet_B后，回复确认数据包Packet_s，沿骨干节点网络到服务请求节点，服务回溯路由建立，后续相关服务可以在两个节点之间，通过骨干节点网络进行传输。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。