专利名称：用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，具体是ー种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法。
背景技术：
随着通信领域和计算机领域的迅速发展，车辆间通信也成为了ー个重要的研究课题。汽车的功能不断丰富，向多祥化、集成化趋势发展。汽车不单单是代步工具，而是集舒适、娱乐、办公及服务一体化的电子工具。同吋，随着汽车エ业的发展和私家车的普及，行车安全和道路交通事故也成为全球性的公共安全问题。如何通过日益发达的无线通信网络来提高汽车道路安全成为了业界所关注和研究的焦点。为此，车载Ad Hoc网络应运而生。传统有线的通信方式，已经不能满足现代车辆之间的通信需求。所以国际电信联 盟在2003年提出了车载Ad Hoc网络(Vehicular Ad Hoc Networks, VANET)的概念。该网络是ー种以行驶车辆为节点、车辆间通过多跳方式进行通信的Ad Hoc网络。车载Ad Hoc网络结合全球定位系统和无线通信网络，为处于高速运动中的车辆提供ー种高速率的数据接入网络，进而为车辆的安全行驶、计费管理、交通管理、数据通信和车载娱乐等提供可能的解决方案。传统的Ad Hoc网络中节点有较高的移动自由度，因此根据其网络的特点设计了相应的路由协议。然而车载Ad Hoc网络中车辆节点的运动会受到街道，交通灯等因素的影响，同时车辆节点还具有高速、直线以及低随机性等特点，导致网络拓扑结构变化较快，所以传统的Ad Hoc网络路由协议并不能很好的应用于车载Ad Hoc网络。如果对现有的较为成熟的Ad Hoc路由协议进行一定改进以适应车载Ad Hoc网络的通信需要，将会取得较好的成果。AODV协议作为移动Ad Hoc网络的标准协议(RFC3561 )，是ー种被动式路由协议，具有路由开销小、适用于节点移动较頻繁、适应性高等特点。这在一定程度上符合车载Ad Hoc网络节点高移动性、拓扑变化快的特性，因此能够在较好的满足车载Ad Hoc网络的路由通信需要，但是将其应用于车载Ad Hoc网络以达到通信要求，仍然需要做出改进。经过对现有技术文献的检索发现，VinodNamboodiri等在《Proceedings of the1st ACM International Workshop on Vehicular Ad Hoc Networks, VANET, 2004》上发表的题为 “A Study on the Feasibility of Mobile Gateways for VehicularAd-hocNetworks (车载Ad Hoc网络的移动网关可行性研究)”论文中，提出了选择较优的路由进行数据传输的策略，但是没有考虑到控制开销等问题；0midAbedi等在《29th IEEEInternational Conference on Distributed Computing Systems Worksnops,2009〉〉友表的题为 “Improving Route Stability and Overhead on AODV Routing Protocol andMake it Usable for VANET (改进路由稳定性和开销以用于车载Ad Hoc网络的AODV路由协议)”论文中，提出了将RREQ消息发送给边缘节点以降低开销，但是对于稳定路由的选择和延迟等因素没有做深入的研究。从以上所提及的相关研究可以看出，对于AODV协议在车载Ad Hoc网络中的改进和应用仍然没有太好的解决方案，故如何基于改进AODV协议的控制方法以更好的适用于车载Ad Hoc网络是ー个重要的研究课题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了ー种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法。根据本发明提供的方法把车辆速度位置方向等信息结合进来，将这些信息应用于车载Ad Hoc网络路由通信，降低了车辆节点之间通信时的控制开销，提高了路由可靠性和数据传输成功率。根据本发明提供的ー种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法，包括如下步骤步骤ー当源节点有数据要向目的节点发送时，产生RREQ消息，源节点将自己的第一信息加入RREQ消息中并发送给邻节点，其中，所述第一信息包括源节点的位置、速度、方向以及路由期满时间；步骤ニ 每ー个收到RREQ的节点都会根据发送节点和自己的位置、速度和方向信息计算两节点之间的稳定性，不满足稳定性条件的节点则丢弃RREQ消息，满足稳定性条件的节点则更新RREQ消息并继续转发；步骤三目的节点在首次收到RREQ消息后，缓存RREQ消息内容，并且启动等待计时器，在等待计时器时间内收到的RREQ消息都将被目的节点缓存；步骤四等待计时器结束吋，目的节点从多条路由中选择较稳定路由并回复RREP消息，最終源节点收到此RREP消息，并用此较稳定路由进行数据传输。优选地，所述步骤一中的RREQ消息在原AODV协议RREQ消息格式的基础上，新增至少五个信息存储域，这五个新增信息存储域用于分别存放当前转发RREQ消息节点的横坐标、纵坐标、运动速度、运动方向与横坐标轴夹角、以及路由期满时间。优选地，所述步骤ニ中的稳定性条件是指收到RREQ消息的节点与发送此RREQ的节点距离小于阈值tXR或者距离大于阈值tXR，但随着两节点运动，其距离变近，其中，R为节点之间的通信半径，t为预设的參数值。优选地，设置所述预设的參数值t=0. 7。优选地，所述步骤三中的目的节点将缓存RREQ消息以用于等待计时器结束时选
择较稳定路由。优选地，所述步骤四中的较稳定路由的选择策略是，选择最大路由期满时间的路由作为较稳定路由。优选地，所述的路由期满时间(Route Expiration Time, RET)是指建立好的整条路由所能稳定持续存在的时间，是整条路由中所有链路期满时间的最小值，表不为RI1 = min(AA7；;；2,1.，…，人ん’/;, )’其中ゾ丄7:,—为相邻两节点I^1和nk之间的通信链
路维持的有效时间，定义为链路期间时间(Link Expiration Time，LET)。路由期满时间值越大，说明该路由的稳定存在时间越长，该路由越可靠。优选地，在所述步骤一中，源节点调用车辆GPS模块获取自身节点的位置、速度和方向信息。优选地，等待计时器时间设定为500ms。与现有技术相比，根据本发明提供的方法具有如下优势在路由发现过程中，只有满足稳定性条件的节点才进行RREQ消息的转发，一方面限制了 RREQ消息的转发数目，防止了网络中消息的泛洪广播，降低了开销，另一方面将稳定节点保留下来，为后面稳定路由的选择做了准备；在路由选择阶段，目的节点从多条路由中选择较稳定的一条路由回复RREP消息，最終源节点将收到此RREP消息，并用这条较稳定路由进行数据传输，提高了路由可靠性和数据传输成功率。
图I是修改后的RREQ消息格式；图2是节点通信区域图；图3是两节点运动不意图；图4是RREQ消息的生产过程；
图5是节点收到RREQ消息的处理过程；图6是RREP消息的生产过程；图7是节点收到RREP消息的处理过程；图8是改进AODV协议的整体流程；图9是改进AODV协议和原AODV协议的性能比较。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明的方法为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。该实施例的场景设置以高速公路上的车载Ad Hoc网络为例。步骤ー当源节点有数据要向目的节点发送，会产生RREQ消息，源节点会将自己的位置、速度和方向以及路由期满时间等信息加入RREQ消息中并发送给邻节点。所述的源节点将自己的位置、速度和方向以及路由期满时间等信息加入RREQ消息是指对RREQ消息格式做出一定修改，以便满足存储相关信息的需要。修改后的RREQ消息新増加了五个信息存储域，分别存放当前转发RREQ消息节点的横坐标，纵坐标，运动速度，运动方向与横坐标轴夹角和路由期满时间。修改后的RREQ消息如图I所示。当源节点生成RREQ消息时，先将RREQ消息原来各信息域填写进去，填写的格式和内容与原AODV协议相同。然后源节点调用车辆GPS模块获取自身节点的位置、速度和方向信息填加到新增消息域中的当前转发RREQ消息节点的横坐标，纵坐标，运动速度，运动方向与横坐标轴夹角各区域中。路由期满时间RET初始值设为100s。源节点按照如上格式生成好RREQ消息后，将其以广播方式转发给邻节点。源节点生成RREQ的流程图如图4所
/Jn o步骤ニ 每ー个收到RREQ的节点都会根据发送此RREQ消息的节点和自己的位置、速度和方向信息计算两节点之间的稳定性，不满足稳定性条件的节点则会丢弃RREQ消息不进行处理，满足稳定性条件的节点会更新RREQ消息并继续转发直到找到目的节点。所述的稳定性条件是指收到RREQ消息的邻节点与发送此RREQ的节点距离小于阈值tXR或者距离大于阈值tXR，但随着两节点运动，其距离变近。R为节点之间的通信半径，t为预设的參数值，优选地，为使直接转发RREQ消息的节点和要计算是否转发RREQ消息节点数目均衡，取t=0. 7。图2所示为节点通信区域图，当邻节点与节点A的距离小于0. 7R时，它们在收到RREQ消息时可以进行RREQ消息的转发；邻节点与节点A的距离大于0. 7R吋，则需要进ー步判断两节点的距离变化情況。图3为两节点运动示意图，随着两节点的运动，节点B与节点A变近的条件为\7c\<\ab\，坐标表示为vf +イ+ 2# -V^ldj-Vi < 0,其中Vi和 ' 为节点B对节点A相対速度的水平和垂直方向分量，Cli和も为节点B对节点A的相对位置的水平和垂直方向分量。所以当两节点之间的距离大于0.7R时，满足V21 +v]+ Idi-Vt+2dj -Vj < O的邻节点会转发RREQ消息，否则丢弃RREQ消息不进行处理。当中间节点首次收到RREQ消息，首先判断标识位RREP_FLAG是否为I，RREP_FLAG为I则表示该节点收到了回复消息RREP，那么该节点不再处理重复的RREQ消息。若RREP_FLAG不为I，则将收到的RREQ消息中的各项信息加入广播ID缓存表中，并且搜索是否存在到达源节点的反向路由(反向路由用于RREP消息送达源节点)，如果不存在，将向本地路由表中加入反向路由。如果重复收到RREQ消息，则中间节点将比较RREQ消息中的RET与广播ID缓存表中的RETtjld值大小，如果REDRETtjld，说明当前反向路由更加稳定，节点进行反向路由表的更新，将RET作为新的RETtjld,否则丢弃重复的RREQ消息不做处理。然后节点判 断自己是否为目的节点，如果自己是目的节点，那么将进行RREP消息的生成及回复操作；如果自己不是目的节点，则将RREQ消息转发给邻节点。邻节点收到RREQ消息后将进行同样操作，直到目的节点被找到。节点对于RREQ消息的处理过程如图5所示。步骤三目的节点在首次收到RREQ消息后，将缓存RREQ消息内容，并且启动等待计时器，在等待计时器时间内收到的RREQ消息都将被目的节点缓存。所述的在等待计时器时间内收到的RREQ消息都将被目的节点缓存是指目的在首次收到RREQ消息后，并不会立刻回复此RREQ消息，而是启动等待计时器，并且将等待计时器时间内收到的RREQ消息进行缓存，以用于选择其中较稳定路由。等待计时器时间长短的设定需要折中考虑收到的RREQ消息数量和延迟两方面因素，优选地设为500ms。步骤四等待计时器结束时，目的节点将从多条路由中选择较稳定的一条路由进行回复RREP消息，最終源节点将收到此RREP消息，并用此较稳定路由进行数据传输发送。
所述的较稳定路由是指路由期满时间最大的路由。所述的路由期满时间(Route Expiration Time, RET)是指建立好的整条路由所能稳定持续存在的时间，是整条路由中所有链路期满时间的最小值，表示为RhI = , LKTiukx ,…，/./ ；/； 其中UiT'ゑ为相邻两节点和nk之间的通信链路维持的有效时间，定义为链路期间时间(Link Expiration Time，LET)。根据图3，可以计算得到LET -—(巧 も + V/ dj) + ホVf + VJ2) r— _(V> dJ _dj .ろ)2
へ.V>2+V。路由期满时间值越大，说明该路由的稳定存在时间越长，该路由越可靠。目的节点选择路由期满时间最大的一条路由进行回复RREP消息。目的节点生成RREP消息后，将广播ID缓存表中的RREQ_FLAG置1，表示已经响应过此RREQ消息，然后按照反向路由表中的路由信息将RREP传给下ー跳节点，其产生RREP消息的过程如图6所示。
步骤五每ー个收到RREP消息的节点更新到目的节点的路由，然后将RREP消息按照反向路由表中的所指向的下一跳节点单播转发出去。节点对RREP消息的处理过程如图7所示。步骤六源节点收到RREP消息获得了到达目的节点的路由，开始进行数据的发送。在路由发现过程中，通过第一步改进，只有满足稳定性条件的节点才转发RREQ消息，一方面选出了链路较稳定的节点，为后续稳定路由的选择做准备；另一方面限制了RREQ消息在整个网络中的洪泛广播，降低了网络开销。在路由选择过程中，采取了第二步改进，提供了根据路由期满时间选择较稳定的路由的策略，目的节点根据选择出的较稳定路由回复RREP消息，最終源节点收到RREP消息后用此较稳定的路由进行数据的传送。图8所示为改进的协议整体流程图。图9比较了改进AODV协议和原AODV协议的性能。图中数据分组投递率是指到达目的节点的数据分组数与从源节点发送的数据分组数的比值。从图9可看出，基于改进AODV协议的方法具有更好的数据分组投递率，即提高了数据传输成 功率。
权利要求
1.一种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一当源节点有数据要向目的节点发送时，产生RREQ消息，源节点将自己的第一信息加入RREQ消息中并发送给邻节点，其中，所述第一信息包括源节点的位置、速度、方向以及路由期满时间； 步骤二 每一个收到RREQ的节点都会根据发送节点和自己的位置、速度和方向信息计算两节点之间的稳定性，不满足稳定性条件的节点则丢弃RREQ消息，满足稳定性条件的节点则更新RREQ消息并继续转发； 步骤三目的节点在首次收到RREQ消息后，缓存RREQ消息内容，并且启动等待计时器，在等待计时器时间内收到的RREQ消息都将被目的节点缓存； 步骤四等待计时器结束时，目的节点从多条路由中选择较稳定路由并回复RREP消息，最终源节点收到此RREP消息，并用此较稳定路由进行数据传输。
2.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是所述步骤一中的RREQ消息是在原AODV协议RREQ消息格式的基础上，新增至少五个信息存储域，这五个新增信息存储域用于分别存放当前转发RREQ消息节点的横坐标、纵坐标、运动速度、运动方向与横坐标轴夹角、以及路由期满时间。
3.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是所述步骤二中的稳定性条件是指收到RREQ消息的节点与发送此RREQ的节点距离小于阈值tXR或者距离大于阈值tXR，但随着两节点运动，其距离变近，其中，R为节点之间的通信半径，t为预设的参数值。
4.根据权利要求3所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是设置所述预设的参数值t=0. 7
5.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是所述步骤三中的目的节点将缓存RREQ消息以用于等待计时器结束时选择较稳定路由。
6.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是所述步骤四中的较稳定路由的选择策略是，选择最大路由期满时间的路由作为较稳定路由。
7.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是所述的路由期满时间是指建立好的整条路由所能稳定持续存在的时间，是整条路由中所有链路期满时间的最小值，表示为/UT = min(/J7 3,U’:T". ^ ),其中Λ为相邻两节点IV1和nk之间的通信链路维持的有效时间，定义为链路期间时间。
8.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是在所述步骤一中，源节点调用车辆GPS模块获取自身节点的位置、速度和方向信息。
9.根据权利要求I所述的用于车载AdHoc网络基于改进AODV协议的方法，其特征是等待计时器时间设定为500ms。
全文摘要
本发明公布了一种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法。包括步骤(1)在路由发现阶段，源节点有数据发送给目的节点时将生产RREQ消息并发送给邻节点，收到RREQ消息的节点只有满足稳定性条件才继续转发此RREQ消息；(2)在路由选择阶段，目的节点从多条路由中选择路由期满时间最大的路由作为较稳定路由并回复RREP消息；(3)在数据传输阶段，源节点收到RREP消息后，选择这条较稳定路由进行数据传输。采用本发明的技术方案，可以降低车载Ad Hoc网络中的控制开销，并提高路由可靠性和数据传输成功率。
文档编号H04W84/18GK102769888SQ20121018141
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者丁犇, 俞晖, 李御益, 程鹏, 邓磊 申请人:上海交通大学