面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于区域分组的安全信息广播协议，属于网络通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 车载无线网络（VANETs,VehicleAdHocNetworks)是W安全和舒适旅行为目的 的新兴的智能交通系统网络[1]。其潜在的应用包括广告服务、娱乐、交通事故警告、交通管 理信息的采集与分发等巧]。大多数该些应用要求把信息W多跳的形式分发到很远，尤其交 通事故信息，因此设计一个能够可靠地有效地分发安全信息的广播协议是关键问题。
[0003] 最简单的信息分发方式是泛洪，所有收到信息的节点全部参与转发，直到信息被 转发到所有的邻居节点。可是盲目地泛洪会导致信息冗余，访问MAC竞争会发生，因此广播 风暴会出现巧]。为了抑制VANETs中广播风暴，文献[4]和[引中分别提出基于位置和基于 概率限制中继节点转发信息解决广播风暴的问题。在文献[6]和[7]中，提出定向广播。按 照道路、车辆位置、汽车的行驶方向给汽车分组，并且选择最远的节点作为中继节点转发信 息，该种给汽车分组的广播协议会因为错误的汽车分组而导致信息传输的可靠性和实时性 差，因为在道路交叉口处会把不同道路上的汽车分为一组，使得下一跳只有一条道路上可 W转发信息，而其它道路上不再转发。在直行的路上，同一条道路上的车，会因为方向不同 被分为不同的组，每一组内都有一个最远位置的中继节点转发信息，会导致信息冗余重传， 因此信息碰撞增加，信息传输的可靠性差。在文献巧]中，按照发送者和接收者之间的角度 给汽车分组，在道路交叉口，如果两条路之间的角度小，那么在不同路上的汽车节点会被分 在同一组，还会遇到上述同样问题。所W按照汽车分组而转发广播协议，如果分组不当，会 造成信息传输冗余和可达性差。"Tung等人提出邸D巧fficientRoad-basedDirectional BroadcastProtocol)协议，基于道路分段给汽车分组巧]，并且在道路交叉口处选择视线 最好的节点作为中继节点，然后定向转发信息，该样确保在交叉口处信息能够向所有方向 转发。另外，在[6-9]中，由于使用周期性信标维护邻居列表记录车辆的位置、行驶方向和 车间距离等，也会导致网络开销大。
[0004] 广播是移动自组网（MA肥T,MobileAd化CNetwork)中用于信息分发的主要方 式[10]。盲目的广播会造成信息冗余，尤其在密集型场景下，数据无序竞争和碰撞会造成 广播风暴，数据传输可靠性和实时性差，网络传输率低，该种状况在网络拓扑结构高动态变 化的VANETs中会更加严重[11] [12]。而VANETs的研究最终目标是发展一个车间通信系 统，能够实时地、可靠地实现数据的传输，实现驾乘人员安全和舒适的旅行[13]。为了实 现该一应用目的，Briesemeister等人最早提出了一个面向VANETs的信息分发机制[14]， 通过延迟不同节点转发信息的时间避免信息竞争和碰撞。针对源节点局部区域的信息分 发，该机制考虑节点位置，并没有考虑网络分割的问题，该会严重影响信息分发。后来，针 对不同应用和不同的交通流环境包括密集型和稀疏型的，研究人员提出了相应的信息分机 审IJ。为了解决稀疏交通流环境造成的网络断连情况下的数据可靠传输，化ao等人提出车 辆协助数据传输协议（VADD,vehicle-assisteddatadeliveiT)，采用存储-携带-转发 (store-carry-forward)机制转发数据，基于电子地图和交通统计信息，使用最小包延迟选 择转发路由[1引。在容迟或机会网络（稀疏的VA肥Ts)中[16] [17]，作者提出存储携带转 发思想，充分利用节点的移动性存储和转发数据，在该种类型的网络中，汽车节点依据当前 的知识信息评估最好的网络连接性，然后决定是否转发数据。
[0005] 针对高速公路环境中密集和稀疏交通流的VANETs信息分发协议，Tonguz等 人[1引提出分布式汽车广播协议值V-CAST,DistributedVehi州larBroadcast)， Schwartz[19]等人提出简单和健壮性的分发协议（S畑,SimpleandRobust Dissemination)，而且该两个协议在密集型交通流下的转发信息都取决于一跳邻居信息， 都使用Hello信标寻找邻居信息，不使用任何基础设施，而且它们都采用定向转发数据，不 同的是DV-CAST采用的是概率P-坚持机制[引抑制广播风暴发生，而SRD优化了时隙1-坚 持[引机制并且用来抑制广播风暴。当交通流稀疏时，二者均采用存储-携带-转发机制 转发数据。
[0006] 文献巧0]和巧1]提出了针对城市的密集和稀疏交通流的信息转发协议。化ao等 人在文献巧0]中提出数据注入协议值ata化uringProtocol),在城市场景下沿着道路转 发信息，但是在道路交叉口设置了中继器和存储器转发信息。Viriyasitavat等人在文献 巧1]中提出城市汽车广播协议扣V-CAST，化banVehi州larBroadcast),当交通流稀疏时， 采用存储-携带-转发机制转发信息，当交通流密集时采用一跳邻居信息决定是否转发信 息，使用Hello周期性信标确定一跳邻居信息，使用电子地图确定道路交叉口，在道路上和 交叉口处采用了两种不同的信息转发的机制，抑制了广播风暴在交叉口处发生的机会，由 于使用周期性信标创建邻居列表存储邻居信息，所W网络开销会很大。
[0007] 对于密集型城市交通流下的数据分发，相应的广播机制已经被研究很久了，其 中包括有基础设施和无基础设施的，文献巧0]中提出的协议就需要在道路交叉口设置 中继器转发数据。在文献巧2]中，Yi等人提出了街道广播协议（StreetCast，Street Broadcast)，和文献[4]中的UMB协议类似，在道路交叉口的路边单元被选作最好的转发节 点。为了防止周期性信标在交叉口处竞争碰撞，采用了信标控制机制。对于该种城市密集 型的信息分发，不只需要信标的控制机制，更需要抑制信息转发的冗余造成的广播风暴，信 息碰撞丢失，进而造成信息的传输的可靠性差，因此，在多跳广播中，研究人员采用过不同 的抑制方法。
[0008] 在文献[引中提出了概率抑制机制，分别是加权P-坚持、时隙1-坚持和时隙P-坚 持S种协议，基于节点和发送者之间的距离决定转发信息，不过，在高节点密度情况下，时 隙P-坚持协议由于可能选择非最远节点作为信息中继节点，增加了信息传输时延，在资源 利用率和可靠性方面好于其它两个，立个协议都未能解决隐藏/暴露节点对广播信息可靠 分发的影响。DV-CAST[1引协议是典型加权P-坚持概率广播协议，文献[1引和巧3]都是 基于节点密度的动态概率协议，能够在稀疏和密集模式下提供较好的信息可达率，但没有 解决隐藏/暴露节点对信息可靠性的影响。并且节点需要维护两跳邻居节点信息，在高动 态变化网络中开销较大。
[0009] 在文献巧4]中，化等人提出基于广播节点和接收节点之间的距离抑制信息冗余 机制，利用广播节点与接收节点间的距离变化，动态地调节接收节点转发广播信息的等待 时间，W适应不同的网络节点密度，同时利用反向行驶的车辆转发信息。
[0010] Yang等人在文献巧引提出基于位置抑制广播风暴机制，基于车辆位置的自适应 广播（PAB，化sition-basedAdaptiveBroadcast)。该协议充分利用了车辆的位置、速度和 方向选择中继节点。避免了高密度节点之间转发信息无序的竞争。Lee等人提出带有交叉 口识别（IRA,IntersectionReco即itionAlgorithm)的广播算法巧6],该广播算法选择 中继节点考虑了节点的位置和车辆的行驶方向，采用周期性信标获得邻居信息识别道路上 的交叉口，所W信息在向事故节点周围区域转发时，减小了链路时延，提高了转发率。
[0011] 传统城市广播协议为了提高信息分发的效率和可靠性，沿着道路给汽车分组进行 广播，该是一个很好的方法，但是分组不当仍会造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下 降。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种面向城市VA肥Ts的基于区域分组的安全信息广播方 法，W解决现有技术网络开销大、转发节点率高，存在链路时延、网络覆盖率低的问题，W及 传统城市广播协议由于分组不当造成信息冗余和碰撞，使信息的传输效率下降的问题。
[0013] 本发明的主要目的是在事故节点周围尽可能大的区域内W低延迟、低网络开销、 高覆盖率和低转发节点率在多种交通流密度环境中分发信息。本发明所述的基于区域分组 的安全信息广播方法，即基于区域分组的安全信息广播协议（AGBP，Area-GroupingBased BroadcastProtocolofSafetyMessage)。
[0014] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0015] 一种面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法，所述方法的实现过 程为：
[0016] 步骤一、将发生事故的汽车作为第0跳广播的中继节点；
[0017] 步骤二、W所述中继节点为圆屯、，将中继节点的一次发射所覆盖的区域平均分成N 等份扇形区域；
[0018] 步骤S、将处于同一扇形区域内的所有汽车划分为一组，共分成N组；N为大于或 等于3的自然数；
[0019] 步骤四、中继节点的确定W及信息转发；在每一组内，每个汽车节点计算自已的等 待时间WT，选择WT值最小的汽车节点作为第1跳广播的中继节点转发信息，其他汽车节点 收到信息后不转发；共选择N个第1跳广播的中继节点；
[0020] 步骤五、再将所述第1跳广播的N个中继节点作为圆屯、，重复步骤二至