[發明專利]車載自組網中基于節點密度分布的自適應數據分發方法

有效

• 申請號: 201110231482.8
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102355406A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 楊衛東;劉伎昭;張德賢;王珂;孫利民;沈策;李攀;馮琳琳;王獻榮;李琳
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L29/08;H04W40/20;H04W84/18
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 陳浩

技術領域

本發明屬于自組網技術領域，尤其是一種用于車載自組網的基于節點密度分布的自適應數據分發方法。

背景技術

車載自組網(Vehicular?Ad-hoc?Networks，簡稱VANET)是安裝在車輛上的無線節點(本文簡稱節點)和路邊基礎設置(Road?side?Unit，簡稱RSU)組成的自組織異構無線多跳網絡，通信模式包括節點之間自組織多跳通信和節點與RSU之間的通信。車載自組網是無線傳感網和無線自組網在智能交通領域的特殊應用。它具有明顯的新特性：網絡規模大、節點移動速度快、節點空間分布不均勻、節點移動軌跡受道路限制、節點具有較強的計算能力和充足的電源供應等。車載自組網的典型應用包括交通管理、交通安全和城市監測等。

復雜的城市交通環境對VANET的數據分發提出了挑戰。首先，節點的高移動性造成鏈路生存期短，現有研究表明在車輛平均速度100km/h時，如果節點的覆蓋半徑為250m，則鏈路存在15s的概率僅為57％，頻繁變化的網絡拓撲結構使基于路由發現與維護的同步路由機制難以有效應用。其次，由于地理位置、交通狀況等因素，車輛節點往往呈現強烈的不均勻分布，節點密集區域和稀疏區域同時存在，網絡連通度呈現較大差異，這要求數據分發策略具有自適應機制，能夠動態調整消息轉發模式，獲得高轉發性能和低資源消耗的平衡折中。

(1)傳染性路由協議

傳染性路由協議(epidemic?routing?protocol)使用“存儲攜帶轉發”(store-carry-forward)的模式進行消息轉發：節點接收到消息后暫時緩存(store)，在移動過程中攜帶(carry)數據等到下一次與合適節點相遇才進行轉發(forward)。轉發過程模仿病毒擴散傳播的原理：源節點產生消息后，在移動過程中將消息復制后轉發給所有相遇節點，接收到副本的節點以同樣的方法將消息分發給所有未攜帶該消息的相遇節點，最終帶有消息副本的節點與目的節點相遇，消息轉發成功。

傳染性路由協議假設節點使用固定大小的緩沖空間用于暫存接收到的消息。緩存中的消息包含額外的信息：①一個32bit消息標識符(message?identifier)，其中包括16bit的節點標識和16bit的消息標識；②消息的跳數限制，規定了消息在網絡中可被復制轉發的最大次數；③可選的ack?request。節點使用Hash表對所有緩存消息的標識符進行索引并建立位向量(bitvector)，稱為摘要向量(Summary?Vector：SV)，表示本節點暫存消息的目錄。

若節點A和節點B相遇并建立連接，消息轉發過程如下：

步驟1：節點A將所有暫存消息的標識符進行Hash索引，生成摘要向量SV_a并發送給節點B；

步驟2：節點B接收SV_a，生成本節點的摘要向量SV_b，對二者進行邏輯與運算，發現節點A已緩存但本節點尚未緩存的消息，向節點A發送消息列表，請求轉發消息；

步驟3：節點A根據請求產生相應消息的冗余副本，轉發給節點B。

傳染性路由協議使用消息跳數限制和緩沖區調度策略控制資源消耗。節點進行消息轉發時首先檢查跳數限制，若轉發次數已經達到跳數限制則不再轉發該消息。跳數限制的值對路由協議性能具有重要影響。若將跳數限制設為1，則傳染性路由協議退化為直接傳輸(direct?transmission)策略。大的跳數限制的值能夠獲得更高的傳輸成功率和更低的平均時延，但增加了網絡中的消息副本數，占用更多節點緩存空間和通信帶寬。由于緩沖區空間是有限的，必須采用合適的調度策略在緩沖區溢出時選擇性地刪除部分信息，簡單的實現方式是先進先出(first-in-first-out：FIFO)策略，即最先刪除最早接收到的消息。

基于洪泛轉發機制的傳染性路由協議的設計目標是獲得最大化傳輸成功率和最小化時延。在節點稀疏或者節點移動沒有明顯規律的情況下，傳染性路由協議是保證傳輸成功率和低時延的有效方法。在車輛網絡環境中，特別在節點稀疏的情況下，由于節點高移動性和網絡拓撲結構的不穩定性，傳染性路由協議相對于其它方法能夠實現較高的可靠性。

傳染性路由協議的主要缺點是資源浪費問題。由于節點向每個相遇節點轉發消息副本，網絡中冗余消息副本的數量將以指數速度增長，大量浪費節點緩存空間和通信帶寬。在帶寬有限，信道競爭和沖突頻發的無線網絡環境中，這種協議的缺點非常明顯。