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CN107148063A - 基于锚节点可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法 - Google Patents

基于锚节点可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法 Download PDF

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CN107148063A CN201710275605.5A CN201710275605A CN107148063A CN 107148063 A CN107148063 A CN 107148063A CN 201710275605 A CN201710275605 A CN 201710275605A CN 107148063 A CN107148063 A CN 107148063A
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李扬
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Abstract

本发明公开了基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，包括：步骤1：当前中继节点将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点，并计算出此链路的生命期；步骤2：对当前中继节点的邻居节点进行位置预测；步骤3：判断该邻居节点在链路生命期内是否离开了当前中继节点的通信范围，若未离开，则当前中继节点发送未阻塞的消息给起始锚节点；若已离开，则当前中继节点发送阻塞的消息给起始锚节点，锚节点立刻选择另一条最短路径；步骤4：在链路的生命期到期前，对起始锚节点进行维护，一旦当前中继节点不再阻塞，便恢复其在锚节点里的非阻塞状态。本发明可以优化基于贪婪算法在链路质量上的缺点，有效增加了链路的稳定性。

Description

基于锚节点可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种基于锚节点的可靠的路由协议技术，具体涉及预测候选中继节点的选择方法。
背景技术
随着我国国民经济的快速增长，带动了汽车制造业的蓬勃发展，车辆的增多导致了道路交通拥堵、交通事故频繁发生，使得交通管理面临越来越严重的难题。为了解决这些问题，智能交通系统(Intelligent Transportation System，ITS)概念应运而生。ITS系统将检测、卫星通信、智能控制、GPS等现代高新技术运用于传统的交通运输管理系统，以改善道路拥堵的状况、提高能源利用率、预防交通事故的发生。
车联网(Internet of Vehicles，IoV)是物联网(Internet of things，IoT)在ITS中的典型应用，它基于车域网(Vehicular Area Network，VAN)和车辆自组织网络(Vehicular Ad Hoc Networks，VANETs)技术，实现车辆内、车辆间以及车辆与外部通信设备的组网和通信。其中VANETs是一种以车辆为节点的多跳自组织系统，是移动自组织网络(Mobile Ad hoc Network,MANET)在真实交通环境下的应用。其基本思想是在一定通信范围内的车辆可以相互交换各自的车速、位置等信息以及车载传感器感知的数据，并自动连接建立一个移动的网络。
VANETs具有高移动性和不断变化的拓扑，因此VANETs将会经历频繁的网络碎片，从而导致通信持续时间非常短。目前为止，对VANETs的大部分研究主要集中在分析路由协议以及处理高密度网络拓扑中的广播风暴问题。目前VANETs中的路由协议主要可以分为三类:(1)基于拓扑的路由协议(Topology based Routing,TBR)；(2)基于位置的路由协议(Position based Routing,PBR)；(3)基于地图的路由协议(Map based Pouting,MBR)。由于基于位置的路由协议对网络拓扑的频繁改变有较强的适应性，相对于基于拓扑结构的路由协议，不需要维护路由表信息，也不需要存储相关的路由信息，所以更适合用于车载自组织网络中，而其中基于贪婪周边无状态路由(GPSR)协议算法虽然较为简单，不需要维护路由表，网络开销小，但存在路由空洞、自适应性差、无法感知障碍物、链路频繁断裂等缺陷。
然而，对于开发可以支持高度多样化的网络拓扑而言，上述几种路由协议并不能解决网络中断的问题，因此如何获得更可靠和有效的路由协议是至关重要的。鉴于现实情况，为降低路由故障和数据丢失的频率，同时保持较低的路由开销，客观上需要在源节点和目的节点之间建立更稳固的路由。
发明内容
本发明目的在于解决上述现有的技术中网络中断问题，提出了一种预测候选中继节点的方法，当前转发车辆能够通过预测链路生命期之后的候选中继节点的存在来识别更可靠的链路。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提出基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，具体包括如下步骤：
步骤1：当前中继节点将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点，并计算出此链路的生命期；
步骤2：对当前中继节点的邻居节点进行位置预测；
步骤3：判断该邻居节点在链路生命期内是否离开了当前中继节点的通信范围，若未离开，则当前中继节点发送未阻塞的消息给起始锚节点；若已离开，则当前中继节点发送阻塞的消息给起始锚节点，锚节点立刻选择另一条最短路径；
步骤4：在链路的生命期到期前，对起始锚节点进行维护，一旦当前中继节点不再阻塞，便恢复其在锚节点里的非阻塞状态。
进一步，上述步骤1中，所述链路的生命期的计算方法为：设Pn和Pc分别表示新选择的中继节点和当前中继节点，每个车辆保持记录其邻居表中车辆的位置，速度和移动方向，该路由表由所有相邻车辆交换的Hello信标更新，使用邻居表中的信息，Pc将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点Pn，根据Pc和Pn的位置及速度信息可以通过下面的式子估计出此链路的生命期lt_expire：
上述步骤2中，所述对邻居节点进行位置预测的方法为：
通过式(1)对Pc的邻居节点i的位置进行预测，通过式(2)计算此时邻居节点i与Pc的位置之间的距离，若D＜R，说明节点Pc的邻居节点i依然在R的范围内活动，所选择的这条街道并无阻塞；若D≥R，说明节点Pc的邻居节点i不在R的范围内活动。
上述步骤3中，所述最短路径不包含存在阻塞的路径。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过改进GPSR的基于贪婪算法的选择，优化了基于贪婪算法在链路质量上的缺点，增加了链路的稳定性。
2、本发明利用提前预测路径发生阻塞的可能，降低了路由故障和数据丢失的概率，并保持了较低的路由开销。
附图说明
图1是阻塞发生情况模型图；
图2是预测节点算法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
假设路边单元(Road Side Unit，RSU)仅安装在道路段的交点处，称RSU安装在一个锚定区域的交叉路口，并将RSU称为锚节点。定义两个锚节点之间的路段为街道，此路由协议需要选择通过哪些街道传递数据块，以便从源节点到达目的节点。具体来说，从没有阻塞的街道集中选取最短的那条路径。
假设在道路场景中，每个路口都存在一个锚节点，并且所有车辆和锚点都配备了自己的全球定位系统(GPS)和数字地图。锚节点接收到数据分组，利用Dijkstra算法生成最靠近目的地的街道，将分组转发给此街道上的车辆。如果锚节点发现所选择的街道阻塞，则选择最接近目的地的下一个街道。图1所示是一个具体的例子：
在最接近目的地的街道(即街道1)上出现阻塞的示例场景。在这种情况下，锚点节点A在从中继节点接收阻塞消息之后，将重新规划路由到的下一个最接近目的地的街道2。
以下是候选中继节点的预测算法，算法的流程图如图2所示：
算法中的主要变量说明如表1所示：
表1
1)链路生命期估测
Pn和Pc分别表示新选择的中继节点和当前中继节点。每个车辆保持记录其邻居表中车辆的位置，速度和移动方向。该路由表由所有相邻车辆交换的Hello信标更新。使用邻居表中的信息，Pc将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点Pn，根据Pc和Pn的位置及速度信息可以估计出此链路的生命期lt_expire。
2)邻居预测：
通过式(2)对Pc的邻居节点i的位置进行预测：通过式(3)计算此时邻居节点i与Pc的位置之间的距离。
若D＜R，说明节点Pc的邻居节点i依然在R的范围内活动，所选择的这条街道并无阻塞，因此节点Pc发送一个无链路断裂的消息给起始锚点，Pc继续正常接收数据和发送数据；
若D≥R，说明节点Pc的邻居节点i不在R的范围内活动，所选择的这条街道并有阻塞，则表示当链路生命期结束时，在所选的街道上有链路断裂。即邻居节点i其发送的数据在没有被Pn接收到的情况下，邻居节点i本身已经驶离了车辆发送半径R的覆盖范围。节点Pc接收到这样的信息后，立刻发送包含的阻塞消息以及Pn的位置给起始锚节点，起始锚节点在高速缓冲区中保存lt_expire的信息，并选择另一条最短的街道来传递信息(不包含有阻塞的街道)。
3)锚节点维护
在lt_expire到期前，定义一个预定间隔，每过一次预定间隔，Pc便重新检测阻塞的街道上是否依旧是D≥R，若发现D＜R，则向起始锚节点发送无阻塞消息，此时起始锚节点可从高速缓冲中去掉Pc的lt_expire消息，并恢复该阻塞街道的非阻塞状态。
需要说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明所限定的范围。

Claims (4)

1.基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：当前中继节点将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点，并计算出此链路的生命期；
步骤2：对当前中继节点的邻居节点进行位置预测；
步骤3：判断该邻居节点在链路生命期内是否离开了当前中继节点的通信范围，若未离开，则当前中继节点发送未阻塞的消息给起始锚节点；若已离开，则当前中继节点发送阻塞的消息给起始锚节点，锚节点立刻选择另一条最短路径；
步骤4：在链路的生命期到期前，对起始锚节点进行维护，一旦当前中继节点不再阻塞，便恢复其在锚节点里的非阻塞状态。
2.根据权利要求1所述的基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，其特征在于步骤1中所述链路的生命期的计算方法为：设Pn和Pc分别表示新选择的中继节点和当前中继节点，每个车辆保持记录其邻居表中车辆的位置，速度和移动方向，该路由表由所有相邻车辆交换的Hello信标更新，使用邻居表中的信息，Pc将最接近目的地的车辆确定为下一个中继节点Pn，根据Pc和Pn的位置及速度信息可以通过下面的式子估计出此链路的生命期lt_expire：
3.根据权利要求1所述的基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，其特征在于步骤2中所述对邻居节点进行位置预测的方法为：
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通过式(1)对Pc的邻居节点i的位置进行预测，通过式(2)计算此时邻居节点i与Pc的位置之间的距离，若D＜R，说明节点Pc的邻居节点i依然在R的范围内活动，所选择的这条街道并无阻塞；若D≥R，说明节点Pc的邻居节点i不在R的范围内活动。
4.根据权利要求1所述的基于锚节点的可靠路由协议中预测候选中继节点的选择方法，其特征在于步骤3中所述最短路径不包含存在阻塞的路径。
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