[發明專利]面向高速路車聯網場景的自適應路由方法

在審

• 申請號: 201710928809.4
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107645417A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 張德干;張婷;劉曉歡;崔玉亞;牛紅莉
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H04L12/721;H04L12/727;H04L12/733;H04L12/751;H04L12/761
• 代理公司: 天津耀達律師事務所12223
• 代理人: 侯力

【技術領域】

本發明屬于計算機應用與車聯網結合的技術領域。

【背景技術】

隨著通信技術的不斷發展，VehicularAd hoc Networks(VANETs)成為了智能交通系統設計中至關重要的一部分。在智能交通系統中，VANETs能夠實現許多安全與非安全方面的應用。與傳統的MANETs節點相比，VANETs中車輛節點本身有著強大的運算以及存儲能力，而且不需要考慮能量問題。但是其運動方向及運動速度受特定環境影響比較大，在不同的場景下其拓撲變化表現出不同的特點，節點與節點之間的通信鏈路頻繁斷裂，使得節點間的通信極其不可靠。路由協議作為VANETs中重要的組成部分，是實現智能交通至關重要的一部分，設計一個能夠適應于不同的場景，而且有著高可靠性、低時延的路由協議成為了首要解決的問題。

目前許多傳統的MANETs的路由算法被應用在VANETs網路中，這些路由算法可以分為四類，分別為主動式路由、反應式路由、基于地理位置的有信標路由和基于地理位置的無信標廣播式路由。前兩類路由算法拓撲結構變化較小，在鏈路穩定的情況下表現出較好效果，其對鏈路的穩定性要求較高。對于VANETs這種拓撲結構變化劇烈的網絡來說穩定性很難得到保證，這使得這兩種路由算法難以被應用在VANETs網絡中。基于地理位置的有信標路由算法在一定程度上能夠解決拓撲的劇烈變化導致的可靠性問題，同時有效的下一跳選擇機制能夠減小傳輸的延遲。但由于這種算法在不同的場景下信標數據包發送時間很難選取，而且傳統的下一跳轉發節點選取機制通常只在特定的場景中有效，并不能同時滿足高速和城市這兩種場景。基于地理位置的無信標廣播式路由這種算法通過減少信標數據包來減少了開銷，但是由于其采用廣播和定時的方式，使得其不僅占用了許多空閑信道，浪費了傳輸時間，而且當發送節點增多，發送數據量大時，難以保證數據包傳輸的可靠性。

綜上所述，傳統的路由算法存在以下幾種問題：1)對網絡拓撲結構的穩定性要求較高，很難應用在VANETs這種拓撲結構變化劇烈的網絡中；2)僅適用于特定的場景；3)占用的空閑信道多，浪費了傳輸時間，而且當發送節點增多，發送數據量大時，難以保證數據包傳輸的可靠性。因此，為了解決上述存在的某些問題，提出一種面向高速路車聯網場景的自適應路由方法(RAR)。該方法在包的遞交率、平均跳數以及端到端的延時等方面均表現出很好的效果，有效的提高車聯網的性能。

【發明內容】

本發明的目的是為了解決現有技術存在的上述問題，提供一種面向高速路車聯網場景的自適應路由方法(RAR)。

該方法充分考慮了不同場景下車輛的速度，以及密度的差異，實現了一種能夠在不同場景下自適應調整信標發送數據包的發送間隔的機制，來滿足鄰居表更新時間的要求，同時減少由信標數據包帶來的時間延遲。考慮高速和城市公路兩種場景下由于速度和節點密度引起的下一跳轉發節點不可靠以及傳輸延遲的問題，RAR路由算法通過建立集合來找出可靠的下一跳候選轉發節點，通過自適應的轉發方式來找出到達目的節點跳數最少、延遲最小、遞交率最高的候選節點，與傳統路由方法相比，有效的提高了車聯網的性能。

本發明提供的面向高速路車聯網場景的自適應路由方法主要包括如下關鍵步驟：

第1、節點間鏈路狀態評估：

第1.1、通過車間相對位移變化來衡量節點間鏈路的穩定性，變化量越小鏈路越穩定；

第1.2、為了能夠使得節點間鏈路質量能夠滿足數據包傳輸的要求，加入包的錯誤率以及鏈路維持時間來對鏈路的質量進行評估；

第2、節點間距離計算：

通過鏈路狀態評估后還要對下一跳節點的距離進行計算，以保證所選節點是具有最高質量的節點；

第3、鄰居節點密度計算：

通過計算下一跳節點的鄰居節點數能夠有效的解決網絡分割或障礙物問題引起的局部最大化問題；

第4、轉發節點選擇策略：

在選取下一跳節點時，充分考慮了鏈路狀態、節點間距離以及有效節點數這3個度量，不僅能夠有效的提高數據包的遞交率，同時也能極大的減小數據包傳輸的延遲時間；當出現了局部最大化問題時，攜帶數據包，直到下一個候選節點的出現；

第5、貪婪機會轉發GOF方法：

第5.1、輸入發射機，計算出參考節點與最近層內節點間距和參考節點與最近層間節點間距；