一种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于通信技术领域，特别是车载自组织网络技术领域，设及一种位置竞争 的车载自组织网络多跳广播方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，交通智能化的迫切需求和无线通信技术的飞速发展，催生了二者的结合， 作为智能交通系统最初研究的一部分，车载自组织网络技术成为近年来学术界和产业界研 究的交叉学科热点课题。车载自组织网络研究车辆与车辆之间的通信，不同于传统的无线 移动自组织网络，车载自组织网络是一种建立在车辆间通信的无线自组织网络，包含两个 部分:道路上的汽车之间的通信、汽车与基础设施间的无线通信。作为一种特殊的无线移动 自组织网络，车载自组织网络采用的也是分布式结构，具有动态、无中屯、、自组织和多跳等 特点，车辆节点既是终端节点也是路由节点，车辆节点通过无线收发器则能组建一个完整 的动态网络。
[0003] 通过发展W车载自组织网络为基础的智能交通系统，进而有效减少和预防道路交 通事故、提高交通效率已经成为全世界范围的共识。智能交通系统是一种集传感、通信及计 算机等先进技术于一体的交通综合管理体系。它的设计目标是建立一个车辆间通信的平 台，使车辆间能够实现车况(如位置、车向、车速等)信息和实时路况信息的共享，车辆可W 通过该系统实现智能安全行驶，从而提高交通的通行效率，提升车辆驾驶的安全性和可靠 性。由于应用环境的特殊性W及道路的限制，车载自组织网络呈现出节点密度不均匀、移动 速度快、拓扑高动态变化等特点，节点之间很难建立稳定的端到端链接，数据传输的可靠度 随着跳数的增加而急剧下降，使得设计车载自组织网络路由协议比传统移动自组织网络更 加复杂。因此，如何结合车载自组织网络的自身特点，设计出可靠、高效的路由协议是目前 车载自组织网络研究的重点和难点。
[0004] 在车载自组织网络中，一种最简单的广播机制就是泛洪广播（Flooding 化oadcasting)，网络中节点收到广播后就向通信半径内的邻居节点进行转发。虽然运种方 式能够尽力保证数据到达网络的每个节点，并且方法简单有效，但是却带来了一系列的问 题，主要表现在:第一，由于每个节点都重复进行广播，运就给网络带来了大量的冗余信息， 容易形成广播风暴(Broadcast Storm)，造成资源的浪费；第二，相邻节点在数据进行广播 时转发时间高度一致，容易造成信道的竞争及碰撞;第=，大量的隐藏和暴露终端的存在影 响了数据的可靠分发。传统无线移动自组织网络广播协议也因为应用环境的差异而不适用 于车载自组织网络。
[0005] 车载自组织网络的路由协议主要分为:单播、多播和广播。作为车载自组织网络中 的一项重要技术，广播主要实现对全网节点的数据分发。由于车载自组织网络拓扑结构高 速变化，在不同的路段上车辆的密度呈现稠密或稀疏模式，因此车载自组织网络的广播协 议需要有很好的鲁棒性及收敛性，能够适应不同的网络环境。同时，在广播包转发策略上， 减少中继转发节点的数目，提高广播包的成功接收率，降低时延也是车载自组织网络多跳 广播协议设计的重点。
[0006] 因此，研究并实现复杂、大规模网络环境下数据的可靠、快速广播是车载自组织网 络一个重要研究的课题，具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方 法，该方法能够针对车辆节点在不同的道路环境下的移动情况，结合节点的位置、移动速 度、运动方向，对节点的平均连通时间进行了预测。将广播中继节点的选择划分为簇头节点 进行簇内广播包转发，成员节点通过位置竞争进行广播包转发。降低了多跳广播的冗余，并 提高了广播的可靠性。同时，该方法增加了对网络孤立簇头的广播携带转发策略，保证了在 节点稀疏区域或网络"空桐"区域下的广播可靠性。
[000引为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0009] -种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方法，包括W下步骤：
[0010] 步骤一:连通稳定度的动态分簇:包括对节点执行分簇，完成基于连通稳定度的分 簇，填充广播数据包并进行广播，节点收到广播包后执行广播转发方法，实现广播包的竞争 转发；
[0011] 步骤二：多跳广播包的发送:包括对当网络中有源节点需要对全网数据进行数据 广播时，发起广播过程；
[0012] 步骤中继节点竞争转发:包括在网络节点分簇的基础上对不同的道路模型采 取不同的中继节点竞争转发策略，主要分为路段模型下中继节点的竞争选择和路口模型下 中继节点的竞争选择。
[0013] 进一步，在步骤一中，分簇算法将道路划分为路段模型和路口模型，分别计算不同 道路环境下车辆节点的连通稳定度;分簇算法将连通稳定度最高的车辆作为簇头节点，从 而提高了车载网络环境下的分簇稳定性。
[0014] 进一步，在步骤二中，所述多跳广播包发送，通过网络的分簇算法，网络中的车辆 节点被划分为多个稳定的分簇，当网络中有源节点需要对全网进行数据广播时，则发起广 播过程;节点i获取当前的节点位置信息、计算簇头列表和邻居列表，并将对应的数据填充 至广播包的包头，并设置广播生存时间Life_time;节点进一步判断当前的邻居列表是否为 空，若列表为空，则说明当前节点所处的范围为孤立节点，节点等待一段时间后再进行广 播，若检测到邻居列表不为空，则节点直接广播。
[0015] 进一步，在步骤=中，所述路段模型下中继节点的竞争选择包括如下步骤：
[0016] 步骤1)当节点收到来自邻居的广播数据包后，取出广播报头部的生存时间先1'6_ Time〉字段值，判断其值的大小:若Life_Time等于1，则广播包生存时间结束，节点读取广播 包数据，结束判断;若Lif e_Time大于1，则进入下一步骤；
[0017] 步骤2)当节点为簇头节点C刖寸，分析广播包中的源IP地址和广播序列号Sn,并判 断是否已经收到并转发过该广播包，若已转发过，则节点丢弃当前广播包，并结束判断;若 节点首次接收，保存报文副本，执行步骤6)，转发广播包；
[0018] 步骤3)当节点为簇成员节点CN时，节点判断是否已重复收到广播包，若已收到过， 选择丢弃该广播包，并结束判断;若节点首次收到该广播包，即车辆当前处在广播方向上， 并在下一个中继簇头节点之前，执行下一步骤4);
[0019]步骤4)簇成员节点CN读取报文头部上一跳<Last_hop>字段，上一转发节点的位置 状态<Position_State>字段;若上一转发节点状态为State_Intersect，则CN节点保存报文 副本，不再转发广播包，结束判断;否则节点执行下一步骤5);
[0020] 步骤5)簇成员CN遍历当前簇头列表Cluste;r_List、邻居列表化ig化o;r_List，判断 当前节点的位置状态，位置状态越优的节点优先进行转发，成员节点状态的优先级从高到 低依次为State_Intersect，State_Nea;rby，State_In;节点转发的优先级则通过转发等待 时间T(i)的设定来区分;等待时间期间，若节点收到来自其他成员节点CN转发的广播包后， 则节点放弃等待，停止转发竞争，结束判断;若未收到，则转发广播包，并执行步骤6);
[0021] 步骤6)节点将广播包Lifetime字段值减1，修改广播报头的上一跳社曰3* hop〉字 段，位置状态<P〇sition_State>字段，并广播转发给邻居节点；
[0022] 在等待时间T(i)的计算上，位置竞争的车载自组织网络多跳广播加入基于距离优 先方案，考虑节点当前的位置状态及广播包的转发方向，T(i)计算如式：
[0024]其中：
为车辆状态系数，其大小取决于车辆 的当前位置状态及邻居节点状态;公式可W得出，当节点处于簇交叠状态时，S( i)为0，在= 种状态下S( i)的值均满足S( i) <1;
[00巧]式中，Tmax--最大等待时延
[00%] r一一车辆通信半径
[0027] Dij一一车辆i距离上一转发节点的距离
[002引y一一节点移动方向与广播方向的相关系数，满足y<l，方向一致时最小
[0029] N一一节点i当前化i曲bor_Li S t节点总数量
[0030] ni--邻居表中状态为State_Intersect的邻居节点数目
[0031 ] nj--状态为State_In的邻居节点数目
[0032] 0一一系统参数，大小取决于网络中车辆数目，且满足^1
[0033] 通过设定不同等待时间T(i)，位置竞争的车载自组织网络能够有效地降低簇成员 节点广播转发的竞争，并提高广播的稳定性。
[0034] 进一步，在步骤=中，所述路口模型下中继节点的竞争选择包括如下步骤：
[0035] 步骤1)当路口节点收到来自邻居的广播数据包后，取出广播报头部的生存时间< Life_Time>字段值，判断其值的大小:若Life_Time等于1，则广播包生存时间结束，节点读 取广播包数据，结束判断;若Lif e_Time大于1，则进入下一步骤；
[0036] 步骤2)若节点为Intersection簇头C邸寸，分析广播包中的源IP地址和广播序列号 Sn,判断是否已经收到并转发过该广播包，若已转发过，则节点丢弃当前广播包，并结束判 断;若节点首次接收，保存报文副本，执行步骤7)，转发广播包；
[0037] 步骤3)若节点为Intersection成员CN时，且已经收到并处理过该广播包，则节点 直接丢弃;若节点首次收到该广播包，则进入下一步骤；
[003引步骤4)成员节点CN读取报文头部上一跳<Last_hop>字段