[發明專利]一種車聯網中基于蟻群優化的中繼選擇方法

有效

• 申請號: 201810332264.5
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108684065B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 任品毅;丁志豪;杜清河
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W4/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種車聯網中基于蟻群優化的中繼選擇方法，該策略的實現方法如下：首先，利用蟻群特性估計源節點到每個鄰居節點的平均時延，作為時延信息素。其次，通過車輛本身的移動性，計算相應的距離、鏈路持續時間以及MAC層競爭退避的次數。利用蟻群特性總結出相應的轉發概率，最后選擇轉發概率最大的車輛作為中繼。本發明通過采用蟻群優化的方式，利用時延的正反饋以及車輛本身的特性優化中繼選擇策略。仿真結果表明，與傳統的AODV、GPSR協議相比，所提出的策略具有更好的性能。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種車聯網中基于蟻群優化的中繼選擇方法。

背景技術

車輛自組織網絡是由車輛節點組成的多跳通信自治系統。車輛自組網的目的是在車輛環境中提供無線通信能力。車聯網場景是第五代移動通信三大典型場景中超高可靠低時延場景的典型案例，在5G中具有重要地位。然而，車輛自組織網絡有著其特殊的特性，例如頻繁的鏈路失效、不穩定的網絡拓撲以及車輛的隨機移動。所以這些特性都對車輛自組織的路由設計產生了巨大挑戰。由于車輛通信的主要性能指標是時延，因此傳統的路由協議不能很好的適用于車輛環境。設計能夠保證超低時延和超高可靠性的路由協議具有很大的挑戰性。由于車輛環境的復雜多變性，路由協議只有通過自適應調整車輛環才有可能表現出良好的性能，而考慮到時延的重要性，通過評估每個轉發車輛的時延特性，并結合車輛自身移動性的特點，將有助于選擇最佳的中繼，以便減少整體的傳輸時延。

發明內容

本發明的目的是為了降低車輛自組織網絡多跳通信時延，保證通信的可靠性，通過引入蟻群優化的方法，提供了針對時延的自適應的中繼選擇策略，能夠有效的提升系統性能。

為達到上述目的，本發明所采用如下技術方案予以實現：

車聯網中基于蟻群優化的中繼選擇方法，包括以下步驟：

1)發送端車輛選擇相應中繼時，首先需要計算到每個鄰居車輛的數據包傳輸時延D_ij的大??；

2)對于在通信范圍R_range內的每個鄰居車輛，計算發送端車輛到各個鄰居車輛的距離d_ij和鏈路持續時間LET_ij；

3)采用泊松過程模型對MAC層退避接入次數進行建模，分析車輛競爭接入信道時所需要的退避次數B；

4)采用蟻群優化的方法對數據包傳輸時延D_ij、距離d_ij、鏈路持續時間LET_ij以及MAC層退避次數B進行聯合分析，建立發送端車輛選擇中繼的概率模型；

5)采用最大化概率的方式，選擇轉發概率最大的車輛作為中繼。

本發明進一步的改進在于，步驟1)中，將通信范圍R_range內的車輛包含到鄰居車輛集合M中,在時間間隔Δt內，發送端車輛i到所述的鄰居車輛集合M中車輛j的平均傳輸時延為：

其中，表示車輛i發送到車輛j的第k個數據包的時延，n是車輛i發送到車輛j的數據包的總個數；

則將公式(1)作為在時間間隔Δt內積累的時延信息素的量，基于蟻群優化理論，信息素會隨著時間的流逝而稀釋，則在時間間隔Δt內信息素的稀釋過程如下：

其中：是經過稀釋之后的信息素，ρ是恒定的稀釋速率，τ_ij(t)是在t時間積累的信息素；

則經過Δt時間后積累的總信息素濃度為：

公式(3)歸一化之后的結果為：