专利名称：一种基于跨层的车载网移动切换方法
技术领域：
本发明涉及一种移动切换方法，尤其涉及的是一种基于跨层的车载网移动切换方法。
背景技术：
车载网由于其实用性已经受到广泛关注，成为研究的热点。车载网的主要特点之一为车辆节点沿路进行高速移动，因此，如何实现车辆节点的无缝移动转交成为研究的热点之一 O目前现有的移动协议(如HMIPv6，FMIPv6及MIPv6)应用到车载网络中还存在一些问题，主要原因如下:I)现有移动协议中，移动节点需要发送和接收大量的控制信息来确保移动过程中的通信畅通，减少数据包的丢失，而传输控制信息会消耗大量的能量，这会大幅度缩减移动节点的寿命；2)现有移动协议的控制信息数据包开销较大，移动转交延迟较长从而提高了数据包丢失率。因此需要提出一种移动转交延迟短，数据不包丢失率低的车载网移动转交的实现方法。
发明内容
发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于跨层的车载网移动切换方法。技术方案:本发明公开了一种基于跨层的车载网移动切换方法，所述车载网包括接入路由器、基站，以及行驶在道路上的车辆节点共三类节点；接入路由器与互联网的骨干网相连，基站与一个接入路由器相连，通过接入路由器接入互联网，车辆节点通过基站实现与互联网的通信；所述车载网中所有基站覆盖整个车载网区域；将与一个接入路由器相连的所有基站所覆盖的区域设置为一个路域，将一个基站覆盖的区域设置为路段。车辆节点包括三类:簇首节点、簇内节点和孤立节点；簇首节点具有路由转发功能，簇内节点不具有路由转发功能；簇首节点与基站直接通信，簇内节点通过簇首节点实现与互联网的通信，孤立节点是没有加入任何簇的车辆节点；一个簇包含一个簇首节点和一个以上簇内节点。一个路域包括一个以上路段，一个路段包括一个以上簇；基站和簇首节点之间通信的链路协议米用Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互联接入)协议，簇首节点与簇内节点之间通信的链路协议采用Wifi ;簇首节点具有两个通信接口(此接口为软件接口)，分别接收Wimax和Wifi的消息；车辆节点在移动过程中，由家乡地址唯一标识，无需配置转交地址； 簇首节点一般由公共大型汽车构成，例如公交车。车载网采用上述层次体系结构，可以有效增强车载网的稳定性，从而降低移动切换次数。车载网节点的IPv6地址由三部分组成:第一部分是作为全局路由前缀唯一标识一个路域的路域ID，一个路域中所有基站的路域ID都相同，车辆节点从同一个路域内获取的地址的路域ID都相同，基站和车辆节点路域ID的值等于相同路域中接入路由器的路域ID ;第二部分为唯一标识一个路段的路段ID，车辆节点从同一个路段获取的地址的路段ID都相同，车辆节点路段ID值等于该路段中基站的路段ID ;第三部分为车辆ID，它唯一标识一个路段中的车辆节点；接入路由器的路段ID和车辆ID为0，基站的车辆ID为O。簇首节点设置在车载网内的公共大型汽车上，公共大型汽车启动后，将簇首节点启动，簇首节点定期广播消息，消息负载包括节点类型、速度、移动角度、地理坐标、工作信道以及所在路段的基站的IPv6地址。设置在非公共大型汽车节点上的孤立节点在非公共大型汽车节点启动后，扫描所有信道，通过接收簇首节点广播的消息选择链路关联时间最长的簇首节点，并加入由该簇首节点所在的簇，然后将自己标记为簇内节点，同时定期广播消息，消息负载包括自身节点类型，移动速度、移动角度和地址坐标，以及其簇首节点的速度、移动角度、地理坐标和工作信道。每个车辆节点都配有全球定位系统，用于获取自己的地址坐标；如果车辆节点Vi的地理坐标为(Xi, Yi)，车辆节点Vj的地理坐标为(Xj，Yj)，车辆节点Vi的速度Vi,车辆节点Vj的速度为车辆节点Vi的移动角度为Θ i，车辆节点 ' 的移动角度为Θ j,车辆节点的传输半径为r，那么，车辆节点Vi和 ' 的链路连接时间Tu为:
权利要求
1.一种基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，所述车载网包括接入路由器、基站，以及行驶在道路上的车辆节点共三类节点；接入路由器与互联网的骨干网相连；一个基站仅与一个接入路由器相连，并通过相连的接入路由器接入互联网；车辆节点通过基站实现与互联网的通信；所述车载网中所有基站覆盖整个车载网区域；将与一个接入路由器相连的所有基站所覆盖的区域设置为一个路域，将一个基站覆盖的区域设置为路段； 车辆节点包括三类:簇首节点、簇内节点和孤立节点；簇首节点具有路由转发功能，簇内节点不具有路由转发功能；簇首节点与基站直接通信，簇内节点通过簇首节点实现与互联网的通信，孤立节点是没有加入任何簇的车辆节点；一个簇包含一个簇首节点和一个以上簇内节点； 一个路域包括一个以上路段，一个路段包括一个以上簇；基站和簇首节点之间通信的链路协议为Wimax协议，簇首节点与簇内节点之间通信的链路协议为Wifi ;簇首节点具有两个通信接口，分别接收Wimax和Wifi的消息；车辆节点在移动过程中，由家乡地址唯一标识，无需配置转交地址； 车载网节点的IPv6地址由三部分组成:第一部分是作为全局路由前缀唯一标识一个路域的路域ID，一个路域中所有基站的路域ID都相同，车辆节点从同一个路域内获取的地址的路域ID都相同，基站和车辆节点路域ID的值等于相同路域中接入路由器的路域ID ；第二部分为唯一标识一个路段的路段ID，车辆节点从同一个路段获取的地址的路段ID都相同，车辆节点路段ID 值等于该路段中基站的路段ID ;第三部分为车辆ID，它唯一标识一个路段中的车辆节点；接入路由器的路段ID和车辆ID为O，基站的车辆ID为O ; 簇首节点设置在车载网内的公共大型汽车上，公共大型汽车启动后，将簇首节点启动，簇首节点定期广播消息，消息负载包括节点类型、速度、移动角度、地理坐标、工作信道以及所在路段的基站的IPv6地址； 设置在非公共大型汽车节点上的孤立节点在非公共大型汽车节点启动后，扫描所有信道，通过接收簇首节点广播的消息选择链路关联时间最长的簇首节点，并加入由该簇首节点所在的簇，然后将自己标记为簇内节点，同时定期广播消息，消息负载包括自身节点类型，移动速度、移动角度和地址坐标，以及其簇首节点的速度、移动角度、地理坐标和工作信道； 每个车辆节点都配有全球定位系统，用于获取自己的地址坐标；如果车辆节点Vi的地理坐标为(Xi, Yi)，车辆节点Vj的地理坐标为(Xj，Yj)，车辆节点Vi的速度vi，车辆节点Vj的速度为车辆节点Vi的移动角度为Θ i，车辆节点 ' 的移动角度为Θ P车辆节点的传输半径为r，那么，车辆节点Vi和 ' 的链路连接时间Tu为:
2.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，当簇首节点Cl在由基站BI所确定的路段SI内移动时，基站BI通过接收簇首节点Cl广播的消息确定其地理坐标；如果基站BI检测到簇首节点Cl即将离开自己的通信范围，则将与簇首节点Cl所在地理坐标最接近的邻居基站B2所确定的路段作为簇首节点Cl即将进入的路段，如果基站BI和基站B2同属于同一个路域且路域的接入路由器为R1，那么基站BI执行以下步骤: 步骤101:开始； 步骤102:基站BI向接入路由器Rl发送切换消息，消息负载为簇首节点Cl和基站B2的IPv6地址； 步骤103:接入路由器Rl收到切换消息后，将簇首节点Cl关联的基站更新为基站B2，同时向基站BI返回切换确认消息； 步骤104:基站BI收到切换确认消息后，向簇首节点Cl发送切换消息，消息负载为基站B2的工作信道； 步骤105:簇首节点Cl收到切换消息后，采用基站B2工作信道直接实现链路切换，并开始从基站B2接收数据；步骤106:结束。
3.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，当簇首节点Cl在由基站BI所确定的路段SI内移动时，基站BI通过接收簇首节点Cl广播的消息确定其地理坐标；如果基站BI检测到簇首节点Cl即将离开自己的通信范围，基站BI则将与簇首节点Cl所在地理坐标最接近的邻居基站B2所确定的路段作为簇首节点Cl即将进入的路段，如果基站BI和基站B2属于不同路域且基站BI所在路域的接入路由器为R1，基站B2所在路域的接入路由器为R2，那么基站BI执行以下步骤: 步骤201:开始； 步骤202:基站BI向接入路由器R2发送切换消息，消息负载为簇首节点Cl和基站B2的IPv6地址； 步骤203:接入路由器R2收到切换消息后，通过基站BI的IPv6地址判定基站BI属于不同的路域，接入路由器R2建立簇首节点Cl与基站B2的关联关系，同时向簇首节点Cl获取家乡地址所在路域的接入路由器HR发送切换消息，消息负载为簇首节点Cl的IPv6地址； 步骤204:接入路由器HR收到切换消息后，将簇首节点Cl关联的接入路由器更新为接入路由器R2，同时向接入路由器R2返回切换确认消息； 步骤205:接入路由器R2收到切换确认消息后，向基站BI发送切换确认消息，基站BI收到切换确认消息后，向簇首节点Cl发送切换消息，消息负载为基站B2的工作信道； 步骤206:簇首节点Cl收到切换消息后，采用基站B2的工作信道直接实现与基站B2的链路切换，并开始从基站B2接收数据； 步骤207:结束。
4.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，在簇内节点Ml所在簇的簇首节点为簇首节点Cl，簇首节点Cl所在路段的基站为基站BI，簇首节点Cl所在路域的接入路由器为R1，IPv6节点NI所在子网的接入路由器为接入路由器R的情况下，簇内节点Ml与IPv6节点NI的通信过程为: 步骤301:开始； 步骤302:簇内节点Ml将目的地址为IPv6节点NI的数据包发送到簇首节点Cl，簇首节点Cl收到数据包后，将数据包转发到基站BI，基站BI收到数据包后，记录簇内节点Ml和簇首节点Cl的关联关系同时将数据包转发到接入路由器Rl ； 步骤303:接入路由器Rl收到数据包后，记录簇内节点Ml与簇首节点Cl的关联关系，同时建立与接入路由器R的隧道，并通过隧道将数据包发送到接入路由器R，接入路由器R收到数据包后，将数据包转发给IPv6节点NI ； 步骤304:IPv6节点NI返回的数据包首先到达接入路由器R，接入路由器R通过隧道将数据包路由到接入路由器R1，接入路由器Rl根据记录的簇内节点Ml与簇首节点Cl的关联关系以及簇首节点Cl与基站BI的关联关系，将数据包转发基站BI，基站BI根据记录的簇内节点Ml和簇首节点Cl的关联关系将数据包转发给簇内节点Ml ； 步骤305:结束； 族内节点Ml和族首节点Cl的关联关系的生存时间到期后，自动从基站BI和接入路由器Rl删除。
5.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，当簇内节点Ml所在簇的簇首节点为簇首节点Cl，簇首节点Cl所在路段的基站为基站BI，簇首节点Cl所在路域的接入路由器 为接入路由器Rl的情况下，簇首节点Cl通过接收簇内节点Ml广播的消息获取簇内节点Ml的地理坐标；如果簇首节点Cl检测到簇内节点Ml即将离开自己的通信范围，则将与簇内节点Ml所在地理坐标最接近的邻居簇首节点C2所在的簇作为簇内节点Ml即将进入的簇； 如果簇首节点Cl和簇首节点C2属于同一个路段且簇内节点Ml正在与IPv6节点进行通信，那么簇首节点Cl执行以下步骤: 步骤401:开始； 步骤402:簇首节点Cl向基站BI发送切换消息，消息负载为簇内节点Ml和簇首节点C2的IPv6地址； 步骤403:基站BI收到切换消息后，将簇内节点Ml关联的簇首节点更新为簇首节点C2，同时向簇首节点Cl返回切换确认消息； 步骤404:簇首节点Cl收到切换确认消息后，向簇内节点Ml发送切换消息，消息负载为簇首节点C2的工作信道； 步骤405:簇内节点Ml收到切换消息后，通过簇首节点C2的工作信道直接实现与簇首节点C2的链路切换，并开始从簇首节点C2接收数据； 步骤406:结束； 簇首节点C2在收到簇内节点Ml的数据包后，如果簇内节点Ml没有链路接入到簇首节点C2，簇首节点C2则保存簇内节点Ml的数据包，等到簇内节点Ml链路接入到簇首节点C2之后，再将缓存的数据包转发到簇内节点Ml。
6.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，当簇内节点Ml所在簇的簇首节点为簇首节点Cl，簇首节点Cl所在路段的基站为基站BI，簇首节点Cl所在路域的接入路由器为接入路由器Rl的情况下，簇首节点Cl通过接收簇内节点Ml广播的消息获取簇内节点Ml的地理坐标；如果簇首节点Cl检测到簇内节点Ml即将离开自己的通信范围，则将与簇内节点Ml所在地理坐标最接近的邻居簇首节点C2所在的簇作为Ml即将进入的族； 簇首节点Cl和簇首节点C2属于相同的路域但是不同的路段，簇首节点C2所在路段的基站为B2，如果簇内节点Ml正在与IPv6节点进行通信，那么簇首节点Cl执行以下步骤:步骤501:开始； 步骤502:簇首节点Cl向基站B2发送切换消息，消息负载为簇内节点Ml和簇首节点C2的IPv6地址； 步骤503:基站BI收到切换消息后，建立簇内节点Ml和簇首节点C2的关联关系，同时向接入路由器Rl发送切换消息； 步骤504:接入路由器Rl收到切换消息后，将簇内节点Ml关联的簇首节点更新为簇首节点C2，同时向基站B2返回切换确认消息，基站B2收到切换确认消息后，向簇首节点Cl发送切换确认消息； 步骤505:簇首节点Cl收到切换确认消息后，向簇内节点Ml发送切换消息，消息负载为簇首节点C2的工作信道； 步骤506:簇内节点Ml收到切换消息后，采用簇首节点C2的工作信道直接实现与簇首节点C2的链路切换，并开始从簇首节点C2接收数据包； 步骤507:结束； 簇首节点C2在收到簇 内节点Ml的数据包后，如果簇内节点Ml没有链路接入到簇首节点C2，簇首节点C2则保存簇内节点Ml的数据包，等到簇内节点Ml链路接入到簇首节点C2之后，再将缓存的数据包转发到簇内节点Ml。
7.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，当簇内节点Ml所在簇的簇首节点为簇首节点Cl，簇首节点Cl所在路段的基站为基站BI，簇首节点Cl所在路域的接入路由器为Rl的情况下，簇首节点Cl通过接收簇内节点Ml广播的消息获取簇内节点Ml的地理坐标；如果簇首节点Cl检测到簇内节点Ml即将离开自己的通信范围，则将与簇内节点Ml所在地理坐标最接近的邻居簇首节点C2所在的簇作为Ml即将进入的簇； 如果簇首节点Cl和簇首节点C2属于不同的路域，簇首节点C2所在路段的基站为基站B2，所在路域的接入路由器为接入路由器R2，簇内节点Ml正在与IPv6节点进行通信且该IPv6节点所在子网的接入路由器为接入路由器R3，那么簇首节点Cl执行以下步骤: 步骤601:开始； 步骤602:簇首节点Cl向基站B2发送切换消息，消息负载为簇内节点Ml、簇首节点C2以及接入路由器R3的IPv6地址； 步骤603:基站B2收到切换消息后，建立簇内节点Ml和簇首节点C2的关联关系，同时向接入路由器R2发送切换消息，接入路由器R2收到切换消息后，建立簇内节点Ml和簇首节点C2的关联关系，同时向接入路由器R3发送切换消息； 步骤604:接入路由器R3收到切换消息后，建立与接入路由器R2的隧道并通过该隧道将目的地址为簇内节点Ml的数据包发送到接入路由器R2，然后向接入路由器R2返回切换确认消息，接入路由器R2收到切换确认消息后，向基站B2发送切换确认消息，基站B2收到切换确认消息后，向簇首节点Cl发送切换确认消息； 步骤605:簇首节点Cl收到切换确认消息后，向簇内节点Ml发送切换消息，消息负载为簇首节点C2的工作信道； 步骤606:簇内节点Ml收到切换消息后，采用簇首节点C2的工作信道直接实现与簇首节点C2的链路切换，并开始从簇首节点C2接收数据包； 步骤607:结束； 簇首节点C2在收到簇内节点Ml的数据包后，如果簇内节点Ml没有链路接入到簇首节点C2，簇首节点C2则保存簇内节点Ml的数据包，等到簇内节点Ml链路接入到簇首节点C2之后，再将缓存的数据包转发到簇内节点Ml。
8.根据权利要求1所述的基于跨层的车载网移动切换方法，其特征在于，簇内节点离开其所在簇的簇首节点通信范围后，如果它的邻居节点没有簇首节点，簇内节点则转换为孤立节点，然后通过接收邻居簇内节点广播的消息，选择一个距离自己最近的簇首节点H1，并将工作信道转换为 簇首节点Hl的工作信道，当进入簇首节点Hl的通信范围之后，直接实现与簇首节点Hl的链路切换，加入簇首节点Hl所在的簇，同时将自己转换为簇内节点。
全文摘要
本发明公开了一种基于跨层的车载网移动切换方法，所述车载网包括接入路由器、基站，以及行驶在道路上的车辆节点共三类节点；接入路由器与互联网的骨干网相连，基站与一个接入路由器相连，通过接入路由器接入互联网，车辆节点通过基站实现与互联网的通信。所述车载网中所有基站覆盖整个车载网区域；将与一个接入路由器相连的所有基站所覆盖的区域设置为一个路域，将一个基站覆盖的区域设置为路段。本发明可保持移动过程中通信的连续性，缩短移动切换延迟，降低数据包丢失率，从而提高了车载网的服务质量，本发明可应用于道路路况监测、车辆管理等领域，具有广泛的应用前景。
文档编号H04W36/08GK103237326SQ20131011753
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者王晓喃 申请人:常熟理工学院