基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种车联网数据传输路径选择方法，尤其是涉及一种基于连通性机制 的城市车联网数据传输路径选择方法。
【背景技术】
[0002] 车联网连通性机制研宄主要集中在两个方面，一个方面为以道路车辆分布采用某 种数学分布模型如泊松分布，从纯理论的角度分析车辆通信距离的长度、车辆密度和路边 基础设施单元等对车辆自组织网络连通性的影响；另一个方面通过道路上车辆信息进行量 化度量该条路径的连通性，从而为路径选择提供标准。连通性理论分析主要针对高速公路 场景和城市场景，高速公路场景的建模主要为一维或二维建模，城市场景比较复杂需要考 虑十字路口和交通灯等问题，主要方法为通过对给定的车辆密度，采用某种数学分布，从量 化的角度分析整个网络或多条网络路径达到连通状态所需要的最小无线通讯距离。大量 的研宄均把道路建模为一维空间，对车辆使用泊松分布、指数分布等研宄了车辆密度和无 线通讯距离对网络连通性的影响。而Cheng等人针对高速公路场景的车辆分布研宄车辆分 布对连通性的影响发现传统高速公路使用的指数分布的分布并不很合理，通过指数分布所 分析得到的最小无线通讯距离小于实际情况下所需要的通讯距离。二维建模的研宄包括 JinX等人使用渗透理论从二维的角度研宄网络连通性，理论量化研宄了车辆密度和无线 传输距离之间的关系，没有考虑路边基础设施单元。JinX等人还就城市场景下分别使用 泊松分布模型和随机图模型量化分析车辆密度和最小无线传输距离之间的关系，对于给定 的车辆密度可以求得要使网络连通所需要的最小无线通讯距离，该理论没有讨论路边基础 设施单元、路口问题、交通灯问题，仅是将交通流建模为二维平面的一个分布。Ho等人提出 的模型考虑了城市场景下所特有的路口问题和交通灯问题，提出了随机交通流模型用来研 宄城市场景下的连通性模型，但道路的建模仍为一维建模，没有考虑多车道情况，Cheng等 人采用该随机模型来研宄考虑了直接连接和间接连接对连通性的影响。以上研宄均考虑 网络整体的连通性，没有考虑特定网络路段的连通性，El-atty等人使用泊松分布计算高速 公路场景下车辆的多跳连通性，Yan等人研宄k跳连通性中k与无线通讯距离之间的关系， Moltchanov等的研宄考虑车辆节点到路边基础设施单元的连通性，这些研宄从多跳、k跳 和到定点的连通性三个角度研宄连通性指标之间的关系，包括车辆密度和无线通讯距离。 除理论分析外，量化度量方法研宄主要集中在基于连通性的路由协议，因为连通性的研宄 直接影响到路由协议中路径的选择。部分研宄简单地以车辆密度作为道路连通性的指标， 然而道路密度高可能仅是局部分布密集，可能出现局部优化的情况，更准确的研宄综合考 虑连通率和时延的影响，其连通率和时延通过统计发送位置数据包的成功率和延迟，然而 这样需要频繁发送大量附加数据包，需要非常大的网络开销。为更好的评估连通性需要更 精细的计算，Lei等人通过给定的路段车辆密度假设车辆均匀分布估算该路段的连通度，但 是该种假设并不符合车辆的实际分布，尤其交通灯的影响，车辆的分布很可能集中在路口 位置，分布不均匀，Yang等人的研宄则使用随机分布模型，应用了车辆密度、交通灯等信息， 考虑了多车道的问题，但其并没有充分应用实时的车辆信息，且只也针对路口至路口的短 距离路段。Lin等的研宄使用模糊理论建立了车辆密度、安全距离（根据位置和速度计算得 到）和车辆方向比例相关的连通性模型，但该研宄也仅考虑路口至路口的短距离连通性。
[0003] 国内外研宄可见对连通性的准确度量仍然非常欠缺，多数没有充分利用车辆的实 时道路信息，对连通性的定量度量基本从密度出发，按照数学分布模型估算其连通性，然而 由于交通灯、十字路口、多车道等的关系，数学分布并不能合理反映车辆的分布。仅考虑密 度容易出现局部优化的问题。目前研宄仅考虑路口至路口的短距离情况，而新的无线通讯 技术IEEE802.lip的传输范围为300-1000m，很可能覆盖整个短路段，因此该种连通性机 制已经不够适用。且路口问题没有考虑进连通性问题，容易出现路口空洞，通常的做法是 部署路边基础设施单元，但是费用昂贵。在大规模环境在每个路口部署路边基础设施单元 部署代价高昂，且在大范围的情况下难以扩展，计算复杂度高。因此，满足城市的小规模及 大规模的适用于长距离，和包括路口和多车道等复杂道路下的准确连通性机制具有重要意 义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于连通性机 制的城市车联网数据传输路径选择方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] -种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法，包括步骤：
[0007] 1)导入数据传输的源节点和目的节点，并判断源节点和目的节点之间是否存在锚 点，若为是，则执行步骤3)，若为否，则执行步骤2);
[0008] 2)计算源节点和目的节点之间所有道路的连通性，并选择连通性最高的道路作为 数据传输路径；
[0009] 3)将源节点作为源锚点，目的节点作为目的锚点，计算各相邻锚点间的连通性，并 采用最短路径算法选择最优锚点序列作为数据传输路径。
[0010] 2.根据权利要求1所述的一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择 方法，其特征在于，所述节点为车辆，所述锚点为固定设置于骨干道路或路口处的基础设施 单元，用于提供稳定的数据中转。
[0011] 所述步骤2)中源节点和目的节点之间道路的连通性的计算过程具体包括步骤：
[0012] 201)计算道路上源节点和目的节点之间的所有路径的连通性，其中路径连通性的 计算式为：
[0013]CPath=acp(Path)+0cd(Path)
[0014] 其中：a、|3为常数，cp (Path)为路径的连通率，cd (Path)为路径的时延，a和|3 均为正数，且a + |3 = 1。
[0015] 所述路径的连通率具体为：
[0016]cp(Path) =min{cp(S，a)，cp(ai;a2)，…?cp(am,an)，cp(an，D)}
[0017]其中：S为源节点，D为目的节点，aiS该条路径上的节点，cp(a&aj为节点ay 和节点％之间的连通率，具体为：
【主权项】
1. 一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法，其特征在于，包括步 骤： 1) 导入数据传输的源节点和目的节点，并判断源节点和目的节点之间是否存在错点， 若为是，则执行步骤3)，若为否，则执行步骤2); 2) 计算源节点和目的节点之间所有道路的连通性，并选择连通性最高的道路作为数据 传输路径； 如将源节点作为源错点，目的节点作为目的错点，计算各相邻错点间的连通性，并采用 最短路径算法选择最优错点序列作为数据传输路径。
2. 根据权利要求1所述的一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法， 其特征在于，所述节点为车辆，所述错点为固定设置于骨干道路或路口处的基础设施单元， 用于提供稳定的数据中转。
3. 根据权利要求1所述的一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法， 其特征在于，所述步骤2)中源节点和目的节点之间道路的连通性的计算过程具体包括步 骤： 201) 计算道路上源节点和目的节点之间的所有路径的连通性，其中路径连通性的计算 式为： CPath=acp(Path) +13cd(Path) 其中；a、P为常数，cp任ath)为路径的连通率，cd任ath)为路径的时延，a和P均 为正数，且a+P= 1， 所述路径的连通率具体为： cp(Path) =min{cp(S,a;)，cp(a。32)，….cp(a。-。a。)，cp(a。，D)} 其中；S为源节点，D为目的节点，a;为该条路径上的节点，cp(aH，a;)为节点aw和节 点a;之间的连通率，具体为：
其中：Vi为节点心的状态信息，Sg.为节点a,的状态信息，0为路口交叉角度，At为常数，f( ?)为V,、S。,和0的关系函数， 所述节点a的状态具体为： Sa=(p'v'ac) 其中；P为节点位置，V为节点速度，ac为节点加速度； 202) 将所有路径化th按照连通性递减进行排序，并选择前K条路径计算源节点和目的 节点之间道路RoadPath的连通性，具体为；
其中；CRoadPath为道路的连通性，《i为常数参数，CPathi为道路RoadPath上源节点 和目的节点之间的第i条路径的连通性，K为常数。
4. 根据权利要求3所述的一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法， 其特征在于，所述步骤3)中相邻错点间连通性的计算过程具体包括步骤： 311)获取相邻错点间的道路，并计算所有道路的连通性； 312)将所有道路按照连通性递减进行排序，并选择前M条道路路径计算相邻错点之间 的连通性，具体为：
其中；CM为相邻错点间的连通率，iDi为常数参数，CRoadPathi为相邻错点间第i条道 路的连通性。
5.根据权利要求3所述的一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法， 其特征在于，所述节点ai_i和节点ai之间的连通率的计算过程具体包括步骤： S1;判断0是否为180度，若为是，则执行步骤S2,若为否，则执行步骤S4; 52 ;判断节点ay和节点ai的速度方向是否一致，若为是，则；
其中；WD为无线通信距离， 若为否，则执行步骤S3: 53 ;判断节点ay和节点ai的速度方向是否为相对方向，若为是，则；
54 ;判断节点ay和节点ai的速度方向是否均为靠近路口，若为否，则执行步骤S5,若 为是，则；
式,、<,分别为节点曰1和节点aH至两节点所处车道交点的初始距离， 其中：|P〇|为路口顶点至两节点所处车道交点的距离； 55 ;判断节点ai_i和节点ai的速度方向是否均为远离路口，若为否，则执行步骤S6,若 为是，则；
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【专利摘要】本发明涉及一种基于连通性机制的城市车联网数据传输路径选择方法，包括步骤：1)导入数据传输的源节点和目的节点，并判断源节点和目的节点之间是否存在锚点，若为是，则执行步骤3)，若为否，则执行步骤2)；2)计算源节点和目的节点之间所有道路的连通性，并选择连通性最高的道路作为数据传输路径；3)将源节点作为源锚点，目的节点作为目的锚点，计算各相邻锚点间的连通性，并采用最短路径算法选择最优锚点序列作为数据传输路径。与现有技术相比，本发明针对源节点和目的节点之间的锚点分布情况，采用分别独立的方式选择传输路径，降低计算复杂度，提高效率，降低路边基础设施的部署成本。
【IPC分类】H04L29-08, G08G1-00
【公开号】CN104851282
【申请号】CN201510201671
【发明人】程久军, 鄢晨丹, 吴潇, 陈福臻, 廖竞学, 邵剑雨, 杨阳, 秦鹏宇
【申请人】同济大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月24日