一种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动无线网络的应用领域，具体涉及一种基于车辆密度分布的数据传 输路径选择方法。
【背景技术】
[0002] 车联网作为物联网在智能交通领域的延伸，近年来得到了工业界和学术界的广泛 关注。随着越来越多的车辆加入道路交通网络和无线通信成本降低，更多的有用信息得以 在车辆间充分交换，驾驶员在驾驶车辆的过程中获得了更高的安全性和舒适度。这些具体 体现在：交通遇险紧急避让、特种车辆警示信息有效传播、驾驶路径优化、路况信息获取以 及商家广告在道路上定向定位广播和停车场信息远程获取等。
[0003] 数据传输路径选择技术是大规模移动无线网络中网络层的核心技术，其主要目的 是为源节点所发送的数据包从众多候选传输路径中选择一条相对最有效的传输路径，从而 使数据包在尽可能短的传输时延下到达目的节点。目前移动无线网络数据传输方式可以主 要分为以下三大类：平面数据传输协议、层次数据传输协议和基于位置的数据传输协议。
[0004] 在平面数据传输协议中，每个节点都具有相同的数据发送地位，需要主动或被动 的建立路由表从而引导数据传输；层次数据传输协议将节点按照不同归类方法划分为不同 大小的簇，由簇头来对簇内节点进行统一管理，数据包分簇发送；基于位置的数据传输协议 假定每个节点都具有获知自己位置的能力，数据包在转发至目的节点的过程中，通过每一 次选择距目的节点最近的下一跳节点进行转发，由于车联网应用大多与位置关系有关且位 置信息较易获取，所以基于位置的数据传输协议在车辆网中应用更加广泛。
[0005] DSDV是经典的平面数据传输协议，在网络中的每个节点均可与其余节点建立一条 传输路径，节点通过定期的向周围邻居节点广播自己的状态，来使路由表得到更新。路由表 中包含了可能连接的节点和距离该节点所需的跳步数，节点在发送数据时，尽可能选择最 少跳步数的路径传输。该协议在节点数较少且移动不频繁的情况下，可以有效的检测出异 常链路并进行回避。但是当网络中节点数目增加且移动速度较快时，路由表建立的收敛时 间增加，周期性的全网链路状态广播也给网络负载带来巨大压力。
[0006] AODV采用按需路由获取机制，仅在源节点需要发送数据包时对数据传输路径进行 查找，并不周期性向全网广播自身状态或维护路由表。相较DSDV的路由建立过程，AODV的 路由发现过程更适用于网络拓扑更新频繁的场景，每次有数据发送需求时才主动的对周围 邻居节点的状态进行检测，逐跳选择合适的转发节点直至到达目的节点。该协议有效减少 了路由维护对网络负载造成的压力且移动适用性增强，但是由于过多的依赖检测周围邻居 节点的网络状态进行转发判断，在邻居节点状态不能恰当表示当前网络状态时，如：在车辆 交通系统中，十字路口由于信号灯影响车辆聚集情况明显，但此类聚集不能反映出整条道 路的节点链路状态。随着传输距离的增大，这种误判会持续增加网络传输时延，由于没有全 局信息，AODV不能做出有效的规避机制。
[0007] CGSR是典型的层次数据传输协议，其利用簇头来管理簇内移动节点，普通节点一 跳将信息传递至簇头，簇头通过网关将信息传递至目的节点的簇内。其中网关是指网络中 的一类节点，这类节点同时属于多个簇，用来传递簇之间的信息。CGSR的优点是较DSDV协 议减少了路由表的大小，此时用来更新路由表所带来的开销也相应降低。但是，面对车联网 中复杂多变的网络拓扑结构，簇结构本身的维持异常困难，簇头的失效对簇内节点数据的 发送也是致命性的影响。
[0008] GPSR是一种基于位置的数据传输协议，该协议利用贪婪转发和边界转发两种模 式来选择转发节点。此协议的优点在于节点仅需维护邻居节点的状态信息，对于动态变化 的拓扑结构具有更高的适应性。主要体现在节点产生转发需求后，动态探测邻居节点状态 且以距离信息为主要判定因素，每次选择距离目的节点最近的邻居节点作为下一跳转发节 点。此外，边界转发模式用来对无法在邻居节点中找到比本节点距离目的节点更近的节点 对传输路径进行修复。GPSR在车联网中较之前所提算法有着明显的优势，且随着GPS设备 成本的逐渐降低，算法的普及性也远好于其它类别算法。但是，在车联网中，车辆分布往往 不均匀，源节点与目的节点的最短路径上，并非都能保证有车辆能够提供数据转发，由于缺 少中心设备的支持，GPSR难以规避将数据传输至车辆稀疏区域从而使的数据仅能通过车辆 携带的方式传递至下一跳甚至是目的节点，这将使数据包的传播时延成倍增加。
[0009] VADD在传统基于位置的数据传输协议之上，针对车联网做出了明显的改进。VADD 利用第三方地图软件提供的车辆分布数据，在源节点与目的节点的多条路径中，尽可能选 择一条合适路径，使得让数据包更多的通过节点相互转发的方式传播，而不是利用节点携 带数据包到转发节点或者目的节点。该协议有效的利用了车辆在城市中呈规律分布的特 点，更加贴合应用特点，为数据包选择了相对时延较低的路径进行传播。然而，VADD的时延 计算算法是根据车辆在某一区域的密度来确定，也就是说，VADD认为车辆密度越高传输时 延越低。但是，随着车辆密度的增加，无线网络的碰撞愈加严重，吞吐量持续降低，必然导致 传输时延持续增加。在VADD这种假设的基础上，会使大量数据包传递至本已十分拥挤的网 络中，造成网络拥塞，增大传输时延。
[0010] 因此，人们需要一种能够使数据包有效传递在低时延传播路径的数据传输路径选 择技术，并能够对上述各协议的问题进行有效解决。
【发明内容】
[0011] 针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本发明的目的在于，提供一种基于车辆 密度分布的数据传输路径选择方法。
[0012] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0013] -种基于车辆密度分布的数据传输路径选择方法，具体包括以下步骤：
[0014] 步骤SOl :源节点获取自身位置信息以及目的节点位置信息；
[0015] 步骤S02 :源节点判断其自身位置与目的节点是否处于同一街道，若源节点与目 的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数据包的传输路径，执行步骤S03 ;若源 节点与目的节点不处于同一街道内，则选择最短时延的路径作为传输路径，执行步骤S03， 其具体实现方法如下：
[0016] 步骤S02-1 :源节点判断其与目的节点是否处于同一街道内；
[0017] 步骤S02-2 :若源节点与目的节点处于同一街道内，则源节点所在的街道即为数 据包的传输路径，执行步骤S03 ;
[0018] 步骤S02-3 :若源节点与目的节点不处于同一街道内，源节点利用自身携带的电 子地图选择地理路径，电子地图将推荐的所有地理路径按照由短到长进行排序，源节点将 前10条路径作为选取的地理路径，若电子地图推荐的所有地理路径不足10条，则将所有推 荐的地理路径作为源节点选取的地理路径；
[0019] 每条地理路径表示为Path1,1彡i彡10,地理路径集合
每条地理路径Path1中包含M i条街道，每条街道表示为
，每条地理 路召
，每条街道的长度关
[0020] 步骤S02-4 :通过步骤S02-3计算的地理路径集合PATH，源节点利用自身携带的电 子地图中提取出所经过的每条街道：
并且提取出街道的车辆平均行驶速度：
[0021] 步骤S02-5 :利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式1，计算出对应街道上的 吞吐里：
[0023] 其中为街建
.上的吞吐量，W为单个节点的数据发送能力；
[0024] 步骤S02-6 :利用步骤S02-4所得车辆密度，源节点根据式2,计算出每条街道对应 的平均簇长度： J
[0026]
上相互连通的簇中簇头和簇尾的平均距离，R是 节点的平均传输半径；
[0027] 步骤S0