[發明專利]一種基于交叉路口的分布式城市車聯網路由方法

有效

• 申請號: 201810659847.9
• 申請日: 2018-06-25
• 公開（公告）號: CN108650656B
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發明（設計）人: 孫健;張益靜;孫罡;廖丹
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W40/02;H04L12/707;H04L12/721
• 代理公司: 51229 成都正華專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳選中;何凡

1.一種基于交叉路口的分布式城市車聯網路由方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據城市交通路段的交叉路口構建交叉路口模型；

S2、在交叉路口模型中建立車輛霧并對車輛霧進行維護；

S3、建立交叉路口的車輛霧與相鄰交叉路口的多跳鏈路；

S4、利用交叉路口的車輛霧對相鄰路段進行質量評估；

S5、根據步驟S3建立的多跳鏈路以及步驟S4得到的質量評估結果，為數據包路由制定路由線路并完成數據傳遞；

所述步驟S1包括以下分步驟：

S11、將交叉路口的車道分為進入車道和離開車道：若車道上的車輛駛入交叉路口，則該車道為進入車道，否則該車道為離開車道；

S12、在每個進入車道上設置入界線、停止線和出界線3條傳感線；所述停止線為位于人行道前的車輛停止標志線，所述入界線設置于停止線前R米處，所述出界線為進入車道和離開車道的分界線；

S13、根據入界線、停止線和出界線劃分進入域和離開域，完成交叉路口模型的構建；所述入界線和停止線之間的區域為進入域，所述停止線和出界線之間的區域為離開域；

所述步驟S2中建立車輛霧的方法具體為：

A1、當有車輛進入交叉路口的進入域時，判斷該車輛的鄰居節點中是否存在該交叉路口的核心節點，若是則進入步驟A8，否則進入步驟A2；

A2、判斷該車輛所在車道是否處于紅燈信號，若是則進入步驟A3，否則無法找到核心節點，車輛霧建立結束；

A3、通過該車輛向所有鄰居節點發送核心節點消息CBeacon；

A4、當交叉路口內的車輛收到核心節點消息CBeacon時，判斷其是否收到多個來自不同車輛發出的核心節點消息CBeacon，若是則進入步驟A6，否則進入步驟A5；

A5、將發送核心節點消息CBeacon的車輛作為核心節點，進入步驟A8；

A6、為每個發送核心節點消息CBeacon的車輛計算核心節點候選分值，計算公式為：

其中Score(i)表示車輛節點V_i的核心節點候選分值，DD(V_i,SL)表示車輛節點V_i與停止線間的駕駛距離，v_i表示車輛節點V_i的行駛速度，χ表示阻塞車道和通行車道的區分系數；

A7、選擇核心節點候選分值最高的車輛作為核心節點，進入步驟A8；

A8、將核心節點及其所有鄰居節點構成該交叉路口的車輛霧；

所述步驟S2中對車輛霧進行維護的方法具體為：

B1、當交叉路口的核心節點進入離開域時，判斷核心節點是否存在處于進入車道的鄰居車輛，若是則進入步驟B2，否則無法找到核心節點繼承人，核心節點離開交叉路口后，該交叉路口不能維持交叉路口信息，維護結束；

B2、計算每個處于進入車道的鄰居車輛的核心節點候選分值，計算公式為：

其中Score(i)表示車輛節點V_i的核心節點候選分值，DD(V_i,SL)表示車輛節點V_i與停止線間的駕駛距離，v_i表示車輛節點V_i的行駛速度，χ表示阻塞車道和通行車道的區分系數；

B3、選擇核心節點候選分值最高的鄰居車輛作為核心節點繼承人；

B4、向核心節點繼承人轉發交叉路口信息；

B5、核心節點繼承人收到交叉路口信息后，成為新的核心節點，向其所有的鄰居節點發送核心節點消息CBeacon，維護結束；

所述步驟S3包括多跳鏈路的構建過程、返回過程和存儲過程；

所述構建過程具體為：

C1、通過交叉路口i的核心節點CN_i生成目標為交叉路口j的多跳鏈路搜索消息MLSMessage，并將CN_i的ID加入到MLSMessage的多跳鏈路表中；

C2、判斷CN_i的鄰居節點中是否存在滿足下一個中繼節點選取原則的車輛節點，若是則進入步驟C3，否則多跳鏈路構建失敗，構建過程結束；

所述下一個中繼節點選取原則包括“距離更近”原則和“連接時間最長”原則，所述“距離更近”原則指下一個中繼節點到目的交叉路口的距離比當前中繼節點到目的交叉路口的距離更近；所述“連接時間最長”原則指在當前中繼節點的所有滿足“距離更近”原則的鄰居節點中與當前中繼節點的連接時間最長的那個節點將作為下一個中繼節點；

C3、將MLSMessage消息轉發給下一個中繼節點；

C4、若交叉路口i和交叉路口j之間道路上的車輛節點收到MLSMessage消息，則將自己的ID加入到MLSMessage的多跳鏈路表中；

C5、判斷每個車輛節點的鄰居節點中是否存在目的交叉路口j的核心節點，若是則進入步驟C8，否則進入步驟C6；

C6、判斷每個車輛節點的鄰居節點中是否存在滿足下一個中繼節點選取原則的車輛節點，若是則返回步驟C3，否則進入步驟C7；

C7、生成失敗響應消息FRMessage，將MLSMessage中的路由表封裝在FRMessage的路由表中，并將FRMessage轉發給路由表中的上個中繼節點，構建過程結束；

C8、將MLSMessage消息轉發給目的交叉路口j的核心節點；

C9、若目的交叉路口j的核心節點收到MLSMessage消息，則將自己的ID加入到MLSMessage的多跳鏈路表中；

C10、生成成功響應消息SRMessage，將MLSMessage中的路由表封裝在SRMessage的路由表中，并將SRMessage轉發給路由表中的上個中繼節點，構建過程結束；

所述返回過程具體為：

D1、通過交叉路口i和交叉路口j之間道路上的車輛節點接收多跳鏈路構建響應消息；

D2、判斷該響應消息是否為成功響應消息SRMessage，若是則進入步驟D3，否則進入步驟D4；

D3、將與上個轉發節點間的單跳鏈路連接生命期記錄在SRMessage中，并將SRMessage轉發給路由表中的上個中繼節點，返回過程結束；

D4、將FRMessage轉發給路由表中的上個中繼節點，返回過程結束；

所述存儲過程具體為：

E1、通過交叉路口i的核心節點CN_i接收多跳鏈路構建響應消息；

E2、判斷該響應消息是否為成功響應消息SRMessage，若是則進入步驟E3，否則存儲過程結束；

E3、計算SRMessage中保存的多跳鏈路的生命期；

所述多跳鏈路的生命期的計算公式為：

其中MLT(P)表示由節點V₁,V₂,...,V_q組成的多跳鏈路P＝{l_1,2,l_2,3,...,l_q-1,q}的生命期，LT(l_i,i+1)表示車輛V_i、V_i+1之間單跳鏈路l_i,i+1的連接生命期；

任意兩個車輛V_i、V_j之間單跳鏈路l_i,j的連接生命期LT(l_i,j)為：

LT(l_i,j)＝r_t(l_i,j)×T(l_i,j) (3)

其中T(l_i,j)表示任意兩個車輛V_i、V_j之間的連接時間，其計算公式為：

公式(4)中：

其中R為車輛之間的通信半徑，矢量ΔD和ΔV分別表示t時刻車輛V_i、V_j之間的距離和速度差；

r_t(l_i,j)表示t時刻車輛V_i、V_j之間的單跳通信將會在接下來的T(l_i,j)內連續可用的概率，其計算公式為：

公式(6)中：

其中車輛V_i、V_j的速度差服從高斯分布，μ為高斯分布的均值，σ為高斯分布的標準差，T表示車輛V_i、V_j間的連接時間，即T(l_i,j)；

E4、將該多跳鏈路及其生命期保存到本地多跳鏈路表中，存儲過程結束；

所述步驟S4包括以下分步驟：

S41、通過交叉路口的核心節點收集路段信息；所述路段信息包括當前路段車數即將離開路段的車輛數和即將進入路段的車輛數

S42、根據路段信息計算當前路段密度和密度變化量并將其作為模糊邏輯輸入值；

當前路段密度的計算公式為：

其中表示當前路段的長度；

當前路段密度變化量的計算公式為：

S43、對模糊邏輯輸入值進行模糊化處理，計算得到路段密度的隸屬度集合μ_D(d)＝[α_Low(d),α_Mediam(d),α_High(d)]和密度變化量的隸屬度集合μ_ΔD(Δd)＝[α_Worse(Δd),α_Bad(Δd),α_Medium(Δd),α_Good(Δd),α_VeryGood(Δd)]；

其中：

其中，d表示當前路段密度對應的輸入參數值，Δd表示當前路段密度變化量對應的輸入參數值；

S44、根據模糊規則和“極大極小”原則對路段密度的隸屬度集合μ_D(d)和密度變化量的隸屬度集合μ_ΔD(Δd)進行推理，得到路段質量的隸屬度集合μ_Q＝[α_VeryLow,α_Low,α_Medium,α_High,α_VeryHigh]；

所述“極大極小”原則為：

某條規則對其輸入參數隸屬度為(α_i(d),α_j(Δd))的密度的路段質量的隸屬度遵循極小原則，即：

α_k＝α_i(d)∧α_j(Δd)＝min{α_i(d),α_j(Δd)} (18)

其中α_i(d)表示路段密度隸屬度，α_j(Δd)表示路段密度變化量的隸屬度，α_k表示路段質量的隸屬度；

若存在p條輸入對應的輸出路段質量的模糊子集，其隸屬度分別為α_k(1),α_k(2),...,α_k(p)，則路段質量隸屬度遵循極大原則，即：

α_k＝α_k(1)∨α_k(2)∨...∨α_k(p)＝max{α_k(1),α_k(2),...,α_k(p)} (19)

S45、采用中心法將路段質量的隸屬度集合μ_Q轉換為具體的路段質量數值；

所述步驟S5包括以下分步驟：

S51、通過交叉路口的核心節點接收數據包；

S52、判斷該交叉路口是否為數據包的目的交叉路口，若是則進入步驟S53，否則進入步驟S54；

S53、將數據包發送至目的車輛，路由傳遞結束；

S54、判斷數據包中是否已有路由線路信息，若是則進入步驟S55，否則進入步驟S56；

S55、判斷該交叉路口是否為數據包中路由線路的中間目的交叉路口，若是則進入步驟S56，否則進入步驟S59；所述中間目的交叉路口為路由路徑上非目的交叉路口的終點交叉路口；

S56、采用蟻群優化算法搜索最優路由路徑；

S57、判斷最優路由路徑是否搜索成功，若是則進入步驟S59，否則進入步驟S58；

S58、從滿足搜索條件的相鄰交叉路口中選擇距離目的交叉路口最近的交叉路口作為中間目的交叉路口，并利用中間目的交叉路口間路段上的車輛作為中繼，以攜帶-轉發的方式將數據包傳遞至中間目的交叉路口，返回步驟S51，進入下一個交叉路口的路由；

S59、獲取路由線路中的下一個交叉路口，并沿著本地多跳鏈路表中保存的與下一個交叉路口間的多跳鏈路將數據包轉發給下一個交叉路口核心節點，返回步驟S51，進入下一個交叉路口的路由。