[發明專利]基于自主協同的車載網絡預警信息廣播系統及方法

在審

• 申請號: 201310265442.4
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103402179A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉峻良;楊錚;劉云浩;趙弋洋;李向陽;何源
• 申請（專利權）人: 無錫清華信息科學與技術國家實驗室物聯網技術中心
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W4/12;H04W4/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 馬曉亞

技術領域

本發明涉及自組織車載網絡預警信息廣播技術領域，尤其涉及一種基于自主協同的車載網絡預警信息廣播系統及方法。

背景技術

隨著通信技術、傳感器技術和嵌入式計算技術的快速發展和日益成熟，具有通信、傳感和計算能力的車載網絡通信節點（簡稱節點）開始出現，并且被逐漸的裝備到車輛之中。利用車載網絡通信節點，車輛之間可以彼此進行無線通信，并借此形成一個區域性的車載網絡。車載網絡能夠協調地感知、采集、處理和監測網絡覆蓋區域內的各種車輛節點之間的運行信息，并發布給需要這些信息的用戶。車載網絡在提供交通信息，保障交通安全方面發揮著越來越重要的作用。預警信息的廣播是車載網絡的一項重要職能，當道路上發生事故或異常狀況時，事故車輛或臨近的車輛通過傳感器及時感知到事故或異常狀況的發生，然后將預警信息（包括發生的時間，發生的地點及發生的事件等信息）在車載網絡中進行廣播，并通過其它節點將消息迅速在網絡中傳播開。收到消息的車輛可以及時做出反應，避免連鎖事故的發生。為了保障交通的安全，預警信息的廣播需要保證可靠性，確保所有車輛都可以收到預警信息；同時，要在盡可能短的時間內將信息迅速送達各個車輛節點，便于司機做出及時的應對措施。因此，一個可靠性強、消息傳播效率高的車載網廣播方法是車載網絡保障交通安全的關鍵所在。傳統的車載網絡預警信息廣播方法采用泛洪式廣播算法，即每一個節點收到鄰居節點發來的預警信息后，都會立刻再次將該信息進行廣播，以將信息傳播到更廣的范圍內。然而，由于無線網絡的特性，泛洪式算法將在節點之間造成大量的信號干擾乃至信號沖突，導致一部分節點由于干擾和沖突無法順利接受到預警信息，無法保障可靠性。

基于可靠性和傳播效率的要求，大量改進后的車載網絡預警信息廣播方法已經被研發出來。這些方法主要分為兩類，基于發送端的轉發者選擇方法和基于接收端的轉發計時方法。一、基于發送端的轉發者選擇方法。在基于發送端的轉發者選擇方法中，當一個節點對預警信息進行廣播時，會通過計算在鄰居節點中選擇下一跳的轉發者（通常是選擇距離較遠的鄰居，以提高數據傳播效率），并將做出的選擇附在廣播的數據包中。當鄰居節點收到廣播的數據包后，若其被選為下一跳的轉發者，則該節點會重復上述過程，并進行數據的廣播；若未被選中，則保持靜默，避免造成信號干擾和沖突。這種方法可以保障較快的傳播效率，但是，由于自組織車載網絡的特殊性，節點移動性強，節點間鏈路變化較快，鏈路質量不穩定，當選擇的轉發者實際并未接收到數據包時，消息的傳播可能會中斷。因此這類方法的可靠性較差。二、基于接受端的轉發計時方法。在基于接受端的轉發計時方法中，廣播信息的節點并不對下一跳的轉發做出指示。當鄰居節點接收到信息時，根據自身的信息設置一個隨機的計時器，時間到后即進行再次廣播（轉發）；若時限未到而有鄰居節點已經進行了轉發，則取消計時并轉入靜默狀態，避免造成信號干擾和沖突。由于在接收端做決策，因此可以確保每一跳都有節點進行廣播，避免了消息傳播的中斷。通過引入ACK機制，節點間會互相檢查鄰居是否接收到了預警消息，并進行消息的重傳，從而進一步保障了可靠性。然而這類方法，由于每一跳都要進行倒計時，從而導致了一定的延遲，造成消息傳播的效率比較低。其中，ACK即確認字符，在數據通信中，接收站發給發送站的一種傳輸類控制字符。綜上可知，上述兩類方法都無法做到可靠性和傳播效率的兼顧，其主要原因在于節點彼此之間獨立進行決策，為了避免多個節點同時傳輸造成的信號沖突，或者犧牲可靠性，由發送端進行決策，或者犧牲傳播效率，依據接收端的隨機計時器來錯開時間避免沖突。

發明內容

本發明的目的在于通過一種基于自主協同的車載網絡預警信息廣播系統及方法，來解決以上背景技術部分提到的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于自主協同的車載網絡預警信息廣播系統，其包括鄰居狀態更新模塊和自主決策模塊；

所述鄰居狀態更新模塊用于實時維護已接收到的預警信息數據包集合M、M中每個預警信息數據包m的鄰居接收狀態、鄰居節點b的最新位置信息L（b）及內容分發服務（CDS）狀態，其中，所述每個預警信息數據包m的鄰居接收狀態包括：已接收到m的鄰居節點集合R(m)、可能接收到m的鄰居節點集合P(m)及未接收到m的鄰居節點集合N(m)；

所述自主決策模塊用于在接收到預警信息數據包m時，根據N（m）中所有節點的位置信息L，計算其幾何中心I，并對P（m）和R（m）中所有節點，按其到I的距離由短到長進行排序，令r為本節點c的排名，則本節點c在r個時隙后轉發預警信息數據包m，即若本節點c排名第一，則立刻轉發m。