[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

本發明涉及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，將道路分割成十字路口預選區(IPA)、十字路口區域(IA)和普通區域。處于IA區域和非IA區域的車輛以不同方式計算退避等待時間。在非IA區域，候選轉發車輛依據上一跳車輛局部拓撲的特征信息和相對速度計算退避等待時間，IA區域的車輛依據距十字路口中心點的距離來計算退避等待時間。目標區域的IA中的車輛將具有額外的廣播機會，若IA中沒有車輛，則IPA中的車輛在進入IA時有機會進行廣播。等待時間最先結束的節點會廣播緊急消息，新消息可視為隱式ACK，收到來自十字路口ACK的車輛停止計時放棄轉發。本發明能夠保障緊急消息的實時可靠傳輸。

技術領域

本發明屬于車載自組網通信技術領域，具體是一種為了實現緊急消息在城市VANET中實時可靠傳輸的基于局部拓撲特征和車輛位置信息的多跳廣播方法。

背景技術

VANET(Vehicular Ad Hoc Network)是一種特殊的移動自組織網絡，具有傳統自組織網絡不同的特性，主要表現在車輛節點高速移動、網絡拓撲快速變化、無線信道質量不穩定、自組織性、去中心化等特點。利用VANET，移動車輛能夠快速準確的收集實時道路交通信息，并及時通知鄰近車輛前方潛在的危險事件，避免產生更嚴重的事故，對于構建智慧交通系統有著非凡意義。本發明提出的方法主要服務于這一類行車安全性應用。

對于車載網絡面向安全應用的消息傳輸，主要采用廣播的方式，包括單跳和多跳通信。然而，不同于高速公路，城市交通環境更為復雜，因為道路拓撲形式更多樣導致車輛行駛方向多變，高樓大廈等障礙物對無線通信信號的傳輸造成嚴重的陰影效應，導致數據包的丟失。現有VANET多跳廣播方法大多是著眼于端到端通信，即已知源節點和終點，通過多跳廣播把消息從源節點傳到終點，一般在直路有很好的消息覆蓋效果，而在十字路口往往只能保障消息在其中一個路段傳輸而未能完全覆蓋其它路段。在挑選中繼節點時，現有多數方法都會考慮車輛節點之間固定的相對距離這一因素，為了能更快地將消息傳向遠方，往往退避等待時間與相對距離成反比，然而在低車流密度場景下可能存在較遠處并沒有候選車輛，而較近處的候選車輛仍需等待較久的時間才能轉發，從而出現“慢反應”問題，降低了轉發效率；而有些方法在計算退避等待時間時僅考慮距離因素，導致有著與發送節點相同距離的候選車輛冗余廣播，造成“局部廣播風暴”問題。有些廣播方法過分依賴路邊通信單元(RSU)，導致實際應用場景有所局限。最后，現有大多數方法都忽略了十字路口周邊障礙物的影響，將直線路段與十字路口區域同等考慮。不能兼顧消息傳輸的實時性和可靠性需求。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種適用于城市環境下基于局部拓撲特征和車輛位置信息的多跳廣播方法，以實現由事故觸發的緊急消息在城市VANET中的實時可靠傳輸。

根據接收到消息時車輛所處的區域來決定是否轉發該消息以及相對應的退避過程。本發明采用如下技術方案：

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