[發明專利]一種基于局部拓撲特征和車輛位置信息的城市VANET多跳廣播方法

有效

• 申請號: 201910142902.1
• 申請日: 2019-02-26
• 公開（公告）號: CN109788457B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 黃傳河;楊金羚
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04W4/46
• 分類號: H04W4/46;H04W4/06;H04W4/90;H04W40/20;H04L12/761;H04L12/733;H04W4/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種基于局部拓撲特征和車輛位置信息的城市VANET多跳廣播方法，其特征在于：

定義每個車輛節點都配備有電子地圖和傳感器收集自身位置、速度信息，并通過周期性廣播的信標消息與其他節點互換這類信息，每個車輛節點V_i會在本地維護一個消息調度表S(i)，每個表項內容包括接收到的消息ID、消息的生存時間、是否是十字路口預選車標志(Flag)、重傳次數、等待計時器、重廣播等待計時器；

廣播方法包含以下步驟：

S1：最先獲悉某一交通事故的車輛作為源節點在自身通信范圍內廣播一個緊急消息，該緊急消息包括：

緊急消息的基本信息：包括消息ID、消息的類型(type)、消息的產生時間(t₀)和生存時間(T)；

上一跳轉發車輛的相關信息：包括行駛方向θ、位置坐標(x₀,y₀)和速度

典型的特征信息：包括基于預測的有效通信距離(d_e)、交通密度(ρ)；

S2：收到緊急消息的車輛節點首先檢查自身的消息調度表查看該消息ID是否在表中已存在，并根據判斷結果選擇執行：

若不在，表明接收到的是新消息，按步驟S3執行；

若在，表明收到的是已接收過的消息，按步驟S4執行；

S3：車輛根據消息中消息的類型、消息的傳播方向和上一跳轉發車輛的行駛方向信息判斷自己是否在目標區域；若不在，則丟棄該消息；否則，將該消息放入數據緩存區，并將該消息的相關信息初始化后插入消息調度表中；然后車輛將根據自己是否處于IA區域，使用不同的方法來計算等待時間；若車輛處于IA區域，計算IWT，并將等待計時器的值置為IWT；若車輛不在IA區域，計算WT，將等待計時器的值置為WT，此時，如果車輛處于IPA區域，則將消息調度表中的Flag置為1；隨后進入等待過程，IPA區域該區域車輛的傳輸范圍可以覆蓋整個IA區域，IA區域表示交叉口區域；

S4：查看等待計時器是否正在運行，如果它的等待計時器還未停止，為了防止冗余廣播，只有當該消息來自非IA區域且車輛處于十字路口且未收到所有來自連接路口各條路段上的隱式ACK時，繼續計時，否則，取消等待計時；并且如果該消息在調度表中的Flag為1，即該車輛是十字路口預選車(IPV)時，若收到的消息來自IA，則將Flag置為0，此時該車輛不再是IPV；

S5：等待時間最先結束的消息接收者成為轉發節點，轉發節點更新緊急消息調度表；

只有此消息的生存時間還未結束，轉發節點才會將此消息廣播給周圍節點，否則丟棄該緊急消息不再轉發；

如果是等待計時器時間結束，則車輛廣播該緊急消息，并設置重廣播等待計時，更新消息調度表；

如果是重廣播等待計時器時間結束，則車輛廣播該緊急消息，并將重廣播次數(Times)加一，判斷當前重廣播次數是否小于最大重廣播次數(Tmax)，若小于，則重新設置重廣播等待計時，否則，丟棄該緊急消息；終止自身等待過程，放棄新一輪廣播緊急消息的資格；轉發節點新廣播的緊急消息可視作一種隱式ACK信號。

2.根據權利要求1所述一種基于局部拓撲特征和車輛位置信息的城市VANET多跳廣播方法，其特征在于：步驟S1中，為了幫助接收車輛做出最佳的中繼決策，防止“慢反應”和“局部廣播風暴”問題，發送車輛會將感知到局部拓撲信息嵌入到緊急消息的廣播報文中；

第一個典型特征信息：基于預測的有效通信距離d_e計算如下：

假設當前發送節點為V_s，位置坐標為(x_s,y_s)，N_i為V_s的第i個鄰居車輛，鄰居表中記錄著上一次交換信標消息的時間T_old及當時該鄰居車輛的速度V_old；

首先，基于動力學預測N_i在當前時刻T所處的位置坐標(x_i,y_i)：

然后，算出所有鄰居車輛N_i與當前車輛V_s的距離

則

第二個典型特征信息：交通密度ρ計算如下：

引用格林希爾治的速度-密度模型來估計實時的交通密度ρ，得到的實時密度的估計值為：

3.根據權利要求1所述一種基于局部拓撲特征和車輛位置信息的城市VANET多跳廣播方法，其特征在于：步驟S2中，緊急消息的接收者們會根據所處區域的不同，結合接收到的消息中發送車輛的特征信息，以兩種不同的方式計算自己的等待時間：

方式一、處于非IA區域的候選轉發車輛等待時間WT計算如下：

其中，R是車輛的最大通信距離，d_ij是發送車輛和接收車輛之間的距離，是該場景下的最大相對速度，WT_max為最大等待時間，β是權重值，β∈(0.5,1)，α是平衡因子來保證WT在一個合理的范圍；

方式二、處于IA區域的候選轉發車輛等待時間IWT計算如下：

為了最小限度的受到十字路口周邊建筑物的干擾，讓最靠近十字路口中心的車輛優先轉發；所以，d_jc是車輛和十字路口中心點之間的距離，d_c是IA區域中距十字路口中心的最遠距離。