基于mspa算法的车联网信息容迟传输方法
【专利摘要】基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，属于汽车移动互联网领域，为解决现有信息传输不能针对网络断连情况的问题。过程为：产生原中继节点；中继节点广播信息包；每走2R距离播放一次信息包。中继节点查询到有同向行驶进入本身发射圈内汽车节点时，更新记录发射圈内汽车节点驶离发射圈的速度，选择速度最大的汽车节点作为后继同向中继节点。并且先广播一次信息包，然后将权限包发送给同向后继中继节点。查询到有反向汽车节点且信息包中的标志位为0时，中继节点将信息包中标志位变为1，广播一次信息包，然后在反方向上按照正方向同样规则将权限包发送给反向后继中继节点。本发明用于网络断连状态下的车联网传送信息。
【专利说明】基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车联网信息容迟传输的方法，属于汽车移动互联网领域。
【背景技术】
[0002]用于汽车领域的电信技术的设计目标为:a)减少事故次数及其影响；b)在车辆间共享交通有用信息，以减少交通阻塞；c)在没有基础设施的情况下进行汽车间信息广播(如天气预报等)，也可收集不同车辆的信息。
[0003]在实际的道路交通环境之下，由于汽车节点运动速度很快，所以车流量变化非常大，有时候会过密，有时候又会过于稀疏。当汽车节点过于稀疏时，由于节点之间的距离过大，或节点受到遮挡等因素，原本连通的车联网(Vehicle Adhoc Network, VANET)可能会出现断连的状态。这种情况在城市交通的低峰期，或在远离城市中心的环境，如乡村、城市郊区等都很有可能出现。然而，针对这种情况，如果汽车节点仍然需要车联网向其提供一些信息服务，车联网必须采取新的方法来满足该项需求，因为之前的网络协议及算法大都是基于网络连通的前提而提出来的，所以已有的基于网络连通假设的网络协议及算法对于车联网在断连的状态下继续提供服务都失效了。
[0004]为了解决车联网在断连情况下如何继续传送信息的问题，目前采取的较为有效的方法是“存储——携带——转发”策略。该策略的具体方案是当节点之间存在链路时，直接通过节点之间的通信链路来传输数据；当节点之间发生断连时，由移动的节点暂存数据，并携带数据进行移动，在能与其他节点建立链路时再将信息转发出去。该策略充分利用了汽车节点高速运动的特点。在“存储——携带——转发”策略中，有两个问题十分重要。第一个问题是在网络发生断连的状态下如何选择合适的节点对信息进行存储携带再向前行驶；第二个问题是当携带有信息的节点与其他节点发生连通时，如何进行信息的发送。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了解决现有信息传输不能针对网络断连情况的问题，提供了一种基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法。
[0006]本发明所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其具体过程为:
[0007]步骤一、产生原中继节点；
[0008]步骤二、中继节点广播一次信息包；
[0009]步骤三、中继节点查询发射圈内速度大于本身的汽车节点，记录汽车节点的速度，形成一个速度表speed_list ；
[0010]步骤四、选择步骤三获取的速度表speecLlist中速度最大的汽车节点作为下任中继节点，将其驶离发射圈的时间作为minimum_time,启用计时器timer ；
[0011]步骤五、判断计时器timer的时间是否小于minimum_time,如果否则执行步骤六，如果是则执行步骤八；
[0012]步骤六、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给同向后继中继节点；[0013]步骤七、产生同向新任中继节点，返回步骤二 ；
[0014]步骤八、中继节点每走2R距离广播一次信息包，并且不间断发送查询包检测是否有新的汽车节点驶入发射圈；
[0015]步骤九、中继节点判断是否有新的汽车节点驶入发射圈，如果是则执行步骤十，如果否则返回步骤五；
[0016]步骤十、中继节点判断新的汽车节点是否与本身同向，如果是则执行步骤十一，如果否则执行步骤十二；
[0017]步骤^--、计时器timer重新开始计时timer=0,更新速度表speed_list,更新
minimum_time,然后返回步骤五；
[0018]步骤十二、中继节点判断信息包中的方向标志位是否为0，如果否则返回步骤五，如果是则执行步骤十三；
[0019]步骤十三、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给反向后继中继节点；
[0020]步骤十四、产生反向新任中继节点，返回步骤二。
[0021]本发明的优点:本发明针对在网络发生断连状态下如何选择合适的节点对信息进行储存携带再向前行驶的问题，提出了最大速度预测法(Maximum Speed PredictionAlgorithm,MSPA)来进行后继携带信息向前行驶的节点的选择。针对当携带带有信息的节点与其他节点发生连通时如何进行信息发送的问题，提出的方案是采用广播的方式对信息进行发送。
[0022]1、MSPA算法秉承“存储一携带一转发”和“综合加权”的思想，能够有效地解决网络断连情况下的信息发布问题；
[0023]2、网络能达到节点覆盖率高、端到端延迟小、网络抖动率小、网络吞吐量小的效果，性能较好:只要在时间足够长的情况下，能达到100%的节点覆盖率。从时间上考虑，MSPA算法能在更短的时间内达到100%的节点覆盖率。就端到端延迟而言，MSPA算法由于端到端延迟主要取决于传输时延和处理时延所导致的，而传输时延和处理时延主要取决于节点自身的传输速率和处理速率。就网络抖动率而言，MSPA算法的网络抖动率很小，网络很稳定。就网络吞吐量而言，MSPA算法最大吞吐量为200多bit/s左右。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法的流程框图；
[0025]图2是利用NS2进行网络模拟的基本流程框图；
[0026]图3是仿真过程的基本流程图；
[0027]图4是节点覆盖率仿真结果示意图，横坐标表示使用的节点数，纵坐标表示节点
覆盖率；
[0028]图5是端到端延迟仿真结果示意图，横坐标表示使用的时间，纵坐标表示网络延迟；
[0029]图6是网络抖动率仿真结果示意图,横坐标表示使用的时间，纵坐标表示网络抖动率；
[0030]图7是网络吞吐量仿真结果示意图，横坐标表示使用的时间，纵坐标表示网络吞吐率。【具体实施方式】
[0031]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其具体过程为:
[0032]步骤一、产生原中继节点；
[0033]步骤二、中继节点广播一次信息包；
[0034]步骤三、中继节点查询发射圈内速度大于本身的汽车节点，记录汽车节点的速度，形成一个速度表speed_list ；
[0035]步骤四、选择步骤三获取的速度表speecLlist中速度最大的汽车节点作为下任中继节点，将其驶离发射圈的时间作为minimum_time,启用计时器timer ；
[0036]步骤五、判断计时器timer的时间是否小于minimum_time,如果否则执行步骤六，如果是则执行步骤八；
[0037]步骤六、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给同向后继中继节点；
[0038]步骤七、产生同向新任中继节点，返回步骤二 ；
[0039]步骤八、中继节点每走2R距离广播一次信息包，并且不间断发送查询包检测是否有新的汽车节点驶入发射圈；
[0040]步骤九、中继节点判断是否有新的汽车节点驶入发射圈，如果是则执行步骤十，如果否则返回步骤五；
[0041]步骤十、中继节点判断新的汽车节点是否与本身同向，如果是则执行步骤十一，如果否则执行步骤十二；
[0042]步骤^--、计时器timer重新开始计时timer=0,更新速度表speed_list,更新
minimum_time,然后返回步骤五；
[0043]步骤十二、中继节点判断信息包中的方向标志位是否为0，如果否则返回步骤五，如果是则执行步骤十三；
[0044]步骤十三、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给反向后继中继节点；
[0045]步骤十四、产生反向新任中继节点，返回步骤二。
[0046]本实施方式中，中继节点为携带有用的信息包且能对有用的信息包进行发布的汽车节点。汽车节点为满足一定条件的行驶在道路上的汽车车辆。原中继节点为在路上突然产生的中继节点。
[0047]【具体实施方式】二:本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤八所述的查询包包括From_ID数据包、Time数据包和Check数据包；
[0048]From_ID数据包的长度为4B，用于指明查询包的发出者；
[0049]Time数据包的长度为1B，用于指明查询包产生的时间；
[0050]Check数据包的长度为1B，用于指明查询包的查询作用。
[0051]【具体实施方式】三:本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤二、步骤六和步骤十三中所述的信息包相同，包括From_ID数据包、Time数据包、Direction数据包和Data数据包；
[0052]From_ID数据包的长度为4B，用于指明信息包的发出者；
[0053]Time数据包的长度为1B，用于指明信息包产生的时间；[0054]Direction数据包的长度为lbit，用于指明正反方向是否都有中继节点的存在，其中DirectionO表明只有正相有中继节点，DirectionO表明正反两个方向都有中继节点的存在；
[0055]Data数据包的长度为995B，用于指明信息包要发送的信息。
[0056]【具体实施方式】四:本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤六和步骤十三所述的权限包相同，包括From_ID数据包、To_ID数据包和Flag数据包；
[0057]From_ID数据包的长度为4B，用于指明后继中继节点权限包的发出者；
[0058]To_ID数据包的长度为4B，用于指明后继中继节点权限包的接收者；
[0059]Flag数据包的长度为1B，用于指明后继中继节点权限包的作用，第1-4位指示原中继节点的中继权限取消，第5-6位指示新任中继节点获得中继权限。
[0060]【具体实施方式】五:本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述为【具体实施方式】一所述过程的仿真，采用NS2仿真软件。仿真过程如图2所示。由图可知，整个模拟过程主要分为三个部分:一是修改源代码，二是编写Tcl模拟脚本，三是分析结果。
[0061]此外，NS2只是网络模拟工具，要想进行一个完整的网络模拟仿真分析，还必须要有其他的一些工具。首先，必须要有原始的节点数据信息(主要是各节点初始的位置和速度)，在仿真过程中这部分是由作者编写的一个Java随机程序生成的。其次，由NS2记录的网络数据必须要对其进行分析，在仿真过程中这部分是由awk程序完成的。最后，awk程序提取的数据应该用图形的形式来呈现出来以方便观察网络的实际情况，在仿真过程中这部分是由gnuplot绘图工具完成的。总结起来，仿真过程的整体流程可以用图3来呈现。
[0062]仿真结果与分析如下:仿真参数与场景设置参数表格如表I所示。
[0063]表I仿真及场景设置主要参数
[0064]
【权利要求】
1.基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其特征在于，其具体过程为: 步骤一、产生原中继节点； 步骤二、中继节点广播一次信息包； 步骤三、中继节点查询发射圈内速度大于本身的汽车节点，记录汽车节点的速度，形成一个速度表speed_list ； 步骤四、选择步骤三获取的速度表speecLlist中速度最大的汽车节点作为下任中继节点，将其驶离发射圈的时间作为minimum_time,启用计时器timer ； 步骤五、判断计时器timer的时间是否小于minimum_time,如果否则执行步骤六,如果是则执行步骤八； 步骤六、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给同向后继中继节点； 步骤七、产生同向新任中继节点，返回步骤二 ； 步骤八、中继节点每走2R距离广播一次信息包，并且不间断发送查询包检测是否有新的汽车节点驶入发射圈； 步骤九、中继节点判断是否有新的汽车节点驶入发射圈，如果是则执行步骤十，如果否则返回步骤五； 步骤十、中继节点判断新的汽车节点是否与本身同向，如果是则执行步骤十一，如果否则执行步骤十二； 步骤^--、计时器timer重新开始计时timer=0,更新速度表speed_list,更新minimum_time,然后返回步骤五； 步骤十二、中继节点判断信息包中的方向标志位是否为O，如果否则返回步骤五，如果是则执行步骤十三； 步骤十三、中继节点广播一次信息包，然后将权限包发送给反向后继中继节点； 步骤十四、产生反向新任中继节点，返回步骤二。
2.根据权利要求1所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其特征在于，步骤八所述的查询包包括From_ID数据包、Time数据包和Check数据包； From_ID数据包的长度为4B，用于指明查询包的发出者； Time数据包的长度为1B，用于指明查询包产生的时间； Check数据包的长度为IB，用于指明查询包的查询作用。
3.根据权利要求1所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其特征在于，步骤二、步骤六和步骤十三中所述的信息包相同,包括From_ID数据包、Time数据包、Direction数据包和Data数据包； From_ID数据包的长度为4B，用于指明信息包的发出者； Time数据包的长度为1B，用于指明信息包产生的时间； Direction数据包的长度为Ibit,用于指明正反方向是否都有中继节点的存在,其中DirectionO表明只有正相有中继节点，DirectionO表明正反两个方向都有中继节点的存在； Data数据包的长度为995B，用于指明信息包要发送的信息。
4.根据权利要求1所述基于MSPA算法的车联网信息容迟传输方法，其特征在于，步骤六和步骤十三所述的权限包相同，包括From_ID数据包、To_ID数据包和Flag数据包；From_ID数据包的长度为4B，用于指明后继中继节点权限包的发出者； To_ID数据包的长度为4B，用于指明后继中继节点权限包的接收者； Flag数据包的长度为1B，用于指明后继中继节点权限包的作用，第1-4位指示原中继节点的中继权限取 消，第5-6位指示新任中继节点获得中继权限。
【文档编号】H04W40/20GK103747500SQ201310737880
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】崔刚, 付忠传, 暴建民, 潘波, 王秀峰, 邹炳松, 朱东杰, 张策, 张必英, 季春光 申请人:哈尔滨工业大学