一种车载网络路由方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明实例公开了一种VANET路由协议，涉及无线网络路由协议领域，目的为在VANET环境下，克服车辆节点高移动性、路间障碍和车流密度的不确定性带来的连通率低的问题，提供一种更加安全可靠的路由选择方法。包括：在寻找路由节点之前，对一跳范围内邻居节点进行位置预测；数据包的传输分为车辆节点模式和路口节点模式，在同一条道路上，按车辆节点模式传输,在换路时，按路口节点模式传输；如一跳范围内没有可转发的邻居节点，将数据存入缓存，等待下次发送。
【专利说明】一种车载网络路由方法与装置
所属【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种无线网络路由协议,尤其涉及一种在车载自组网(Vehicular AdHoc Network,以下简称VANET)环境下，为车辆节点提供安全可靠通信的路由选择方法和装置。
【背景技术】:
[0002]目前，在自组织网络中，较为经典的路由协议是GPSR (Greedy PerimeterStateless Routing)路由协议。GPSR路由协议是一种地理位置辅助路由协议。它需要网络中的节点定期通报自己的位置信息，每个节点将邻居节点的位置信息保存在邻居节点列表之中。节点在发送数据前不寻找路由，不保存路由表，移动节点直接根据包括自己、邻节点以及目的节点的位置信息制定数据转发决策，其数据转发模式有贪婪模式和周边模式两种。当一个节点收到数据分组时，它首先采用的是贪婪模式转发，如果贪婪模式失败则转为周边模式转发。
[0003]贪婪转发模式是指，节点在寻找路由节点时，首先查找邻居节点表中邻居节点的距离，在比自身更接近目的节点的节点中选择距自身最远即最接近目的节点的邻居节点作为下一跳路由节点。
[0004]周边转发模式是指出现这样的一种情况，当节点查找邻居节点表发现没有比自身更接近目的节点的邻居节点时，就按照右手规则来转发分组。右手规则是指数据分组沿着路径转发，目的节点始终在转发路径的右侧。
[0005]但在VANET环境中，GPSR协议存在着适用性不强，连通率不高等缺点。VANET是一种特殊的无线自组网。它的基本思想是在一定通信范围内的车辆自动的相互连接建立起一个移动的网络，用于交换各自信息(如车速、位置等)和车载传感器感知的数据。VANET在事故预警、保障交通安全、智能驾驶、收费站缴费、乘客办公与娱乐化及电子商务等很多方面有着良好的应用前景。GPSR协议在VANET环境下的不足具体体现如下:
[0006]1.GPSR协议将地图信息简单的当做一个二维图进行处理。这种处理方法的缺点在于忽视了三维空间中的道路间障碍物对数据传输的阻碍。尤其在路口附近，单纯依靠位置信息选择的下一跳路由节点可能位于另一条道路上，而位于路口附近的障碍物将会
[0007]2.GPSR协议根据存储在节点本地的邻居节点位置信息表选择一跳范围内的最优节点作为数据传输的下一跳节点。这种方式的缺点在于，每一个节点只能根据每隔T时间接收到的广播信息来记录一跳范围内其他位置节点的信息，如果在NT+t (0〈t〈T)时刻S节点收到数据包，它只能根据NT时刻记录的位置信息选取一跳范围内的最优节点R，但是，如果R处于高速移动状态，那么NT+t时刻，最优节点R很有可能已经移出S节点的通信范围。
[0008]3.在原始的GPSR协议中，没有对传输数据进行缓存。这种策略的缺点在于，一旦节点发现周围一跳范围内没有合适的的节点作为数据的下一跳，那么节点将会直接丢弃数据，从而导致数据的传输失败。考虑到VANET中车辆节点的高速移动性，假设在时刻t，车辆节点A周围一跳范围内不存在任何车辆节点，但是在T时刻后，也即t+T时刻时，很有可能有车辆节点进入A的通信范围。这种情况在车流密度比较大的城市道路环境下出现的概率比较小，但是在车流密度比较小的乡村高速公路上，这种情况出现的概率很大，一旦节点因为周围没有任何可以转发数据的节点存在而丢弃数据包，那么就会导致本次数据传输的失败，进而连通率的下降。
【发明内容】
:
[0009]为了解决上述路由选择方法的不足，本发明的实施例提供一种VANET路由选择的方法和装置，可以适应VANET中车辆节点的高移动特性，并且在路间障碍物和不同道路车流密度条件下都保持较高的连通率。
[0010]为了达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案:
[0011]第一方面，提供了一种VANET路由选择方法，包括:
[0012]在寻找路由节点之前，对一跳范围内邻居节点进行位置预测；
[0013]数据包的传输分为车辆节点模式和路口节点模式，在同一条道路上，按车辆节点模式传输；在换路时，按路口节点模式传输；
[0014]如一跳范围内没有可转发的邻居节点，将数据存入缓存，等待下次发送。
[0015]在第一种可能的实现方式中，结合第一方面，所述在寻找路由节点之前，对一跳范围内邻居节点进行位置预测包括:
[0016]每个节点定期向周围一跳范围广播自己的位置信息，每个节点都将接收到邻居节点的位置信息存入邻居节点位置信息表，所述邻居节点是指位于节点一跳范围内的所有节
占.[0017]在节点需要发送数据时，将对所有邻居节点进行位置预测，节点依据最近两个时刻接收到该邻居节点的位置信息，测算该邻居节点现在所处的位置；
[0018]此后基于位置信息的各种操作，所依据的都是预测后的位置信息。
[0019]在第二种可能的实现方式中，结合第一方面，所述数据包的传输分为车辆节点模式和路口节点模式，在同一条道路上，按车辆节点模式传输；在换路时，按路口节点模式传输包括:
[0020]所述车辆节点模式，是指数据包由车辆节点传输的模式；
[0021]所述路口节点模式，是指数据包由路口节点传输的模式；
[0022]源节点在VANET中发送数据包时，首先和路口节点通信查询目的节点的位置信息，随后查询并预测邻居节点位置信息；
[0023]如目的节点在一跳范围内，则源节点直接将数据发送给目的节点；
[0024]如目的节点不在一跳范围内，查询路口节点是否在一跳范围内；
[0025]若路口节点在一跳范围内，则选择路口节点模式将数据发送给路口节点；
[0026]若路口节点不在一跳范围内，则选择车辆节点模式，按照GPSR协议选择下一跳车辆节点，直到下一跳出现目的节点或路口节点为止；
[0027]路口节点模式中，路口节点接收到数据后，判断自己是否是距离目的节点最近的路口节点；
[0028]如路口节点是距目的节点最近的路口节点，则向目的节点所在的道路转发数据包，再次进入车辆节点模式；[0029]如路口节点不是距目的节点最近的路口节点，则综合周围几条道路的车流密度和到目的节点的距离，选择一条道路进行传输，数据再次进入车辆节点模式。
[0030]在第三种可能的实现方式中，结合第一方面，所述路口节点模式中，路口节点根据周边道路的车流密度和到目的节点的距离，选择一条道路进行传输包括:
[0031]路口节点需测定周边道路的车流密度；
[0032]位于一条道路两端的相邻路口节点，定期向对方发送一个特殊格式的数据包，称为车流密度测定数据包，数据包经由道路中间的车辆转发；
[0033]道路中的车辆节点接收到该数据包后，会将自己的邻居节点位置信息表添加入数据包的数据段部分，然后按照GPSR协议，将数据包转发给下一跳节点；
[0034]道路另一端的路口节点收到数据包后，提取数据包中所有添加的车辆节点位置信息，并且据此做出道路的车流密度是否适合传输的判断。
[0035]在第四种可能的实现方式中，结合第一方面，所述如一跳范围内没有可转发的邻居节点，将数据存入缓存，等待下次发送包括:
[0036]一旦节点发现自己一跳范围内没有任何节点可以传输数据，那么就会在本地缓存该数据；
[0037]T时间后，节点再次在本地位置信息表中选择合适的节点作为下一个传输节点，若仍然没有合适的节点，就继续缓存该数据；
[0038]若直到3T时间后仍然没有将数据传输出去，则丢弃数据包。
[0039]第二方面，提供了一种VANET路由选择装置，包括:
[0040]计算模块，用于计算路由选择所需要的信息，包括预测后的位置，道路车流密度，两节点间的距离；
[0041]路由选择模块，用于根据计算和接收到的信息，按照所述方法，选择下一跳路由节
占.[0042]数据发送模块，用于发送数据包，包括位置通报数据包、车流密度测定数据包和车间通信数据包；
[0043]数据接收模块，用于接收数据包，包括位置通报数据包、车流密度测定数据包、车间通信数据包。
[0044]在第一种可能的实现方式中，结合第二方面，所述计算模块包括:
[0045]数据提取单元，用于从接收到三种数据包中，提取所需信息；
[0046]第一临时存储单兀，用于存储从GPS获取的自身位置信息；
[0047]第二临时存储单元，用于存储邻居节点最近两次的位置信息；
[0048]位置信息预测单元，用于计算车辆节点的实时位置；
[0049]第三临时存储单元，用于路口节点存储道路车辆位置信息；
[0050]车流密度计算单元，用于路口节点计算道路车流密度；
[0051]第四临时存储单元，用于存储目的节点位置信息；
[0052]距离计算单元，用于计算两节点距离；
[0053]数据提取单元从接收到的邻居节点位置通报中提取出邻居节点的位置信息，放入第二临时存储单元；从车流密度测定数据包中提取道路中车辆添加的信息，放入第三临时存储单元；在车间通信时，所述目的节点位置信息，对于路由节点，从接收到的车间通信数据包中获取；对于发起通信的源节点，通过向路口节点发出询问获取；
[0054]在节点需要选取路由节点时，位置信息预测单元调用第二临时存储单元，计算出邻居节点此时的实时位置；距离计算单元调用第一临时存储单元、第二临时存储单元、第四临时存储单元，分别计算出各邻居节点与自身以及与目的节点的距离；
[0055]在路口节点需要选路时，车流密度计算单元调用第三临时存储单元，计算周边道路的车流密度；
[0056]在第二种可能的实现方式中，结合第二方面，所述路由选择单元包括:
[0057]第一判断单元，用于节点判断目的节点是否在一跳范围内；
[0058]第二判断单元，用于车辆节点判断路口节点是否在一跳范围内；
[0059]第三判断单元，用于路口节点判断自己是否是距离目的节点最近的路口节点；
[0060]选路单元，用于路口节点结合目的节点的位置信息和周围道路的车流密度，进行选路；
[0061]路由选择单元，用于选择下一跳路由节点；
[0062]数据缓存单元，用于暂时缓存数据；
[0063]在车辆节点寻找下一跳路由节点时，路由选择单元首先调用第一判断单元，若结果为“是”，则直接发送数据包给目的节点，若结果为“否”则调用第二判断单元，若结果为“是”则直接发送数据包给路口节点，若结果为“否”则调用距离计算单元，根据GPSR协议选择合适的邻居节点作为下一跳路由节点；
[0064]在路口节点接收到数据包时，路由选择单元首先调用第一判断单元，若结果为“是”则直接发送数据包给目的节点，若结果为“否”则调用第三判断单元，若结果为“是”则调用距离计算单元，根据GPSR协议选取路由节点，若结果为“否”则调用选路单元，选定合适道路，再调用距离计算单元，根据GPSR协议选取路由节点；
[0065]在一跳范围内没有可供传输的路由节点时，将数据包存入数据缓存单元等待。
[0066]在第三种可能的实现方式中，结合第二方面，所述数据发送模块包括:
[0067]第一发送单元，用于车辆节点定期广播自己的位置通报数据包；
[0068]第二发送单元，用于路口节点定期发送车流密度测定数据包，道路中的车辆节点向其中添加邻居节点信息；
[0069]数据添加单元，用于车辆节点向接收到的车流密度数据包中添加邻居节点信息；
[0070]第三发送单元，用于节点发送节点间通信数据包。
[0071]在第四种可能的实现方式中，结合第二方面，所述数据接收模块包括:
[0072]数据接收单元，用于节点接收各种数据包。
【专利附图】
【附图说明】:
[0073]图1为本发明实施例提供的一种VANET路由选择方法的流程图；
[0074]图2为本发明实施例提供的一种VANET车辆节点模式路由选择方法的流程图；
[0075]图3为本发明实施例提供的一种VANET路口节点模式路由选择方法的流程图；
[0076]图4为本发明实施例提供的一种VANET路由选择装置的结构框图；
[0077]图5为本发明实施例提供的另一种VANET路由选择装置的结构框图。【具体实施方式】:
[0078] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0079]在本发明所有实施例中，发起数据传输的节点被称为源节点，最终接收数据的节点被称为目的节点，中间参与转发的节点被称为路由节点。
[0080]参考图1，本发明实施例提出一种VANET路由选择的方法，包括:
[0081]10源节点
[0082]源节点是VANET中发起传输的车辆节点。
[0083]11路由车辆节点
[0084]路由车辆节点是指数据传输过程中作为路由的车辆节点，它用于在同一条道路上传输，当需要换路时，将数据包交给路口节点。
[0085]12路口节点
[0086]路口节点是指在VANET中各路口的固定设施，在数据传输时，它用于换路传输时选择合适的道路，再在合适道路上选择车辆节点作为下一跳路由节点。
[0087]参考图2，本发明实施例为车辆节点提出一种VANET路由选择的方法，包括:
[0088]对于车辆节点，在一般状态，包括如下步骤:
[0089]S201位置通报
[0090]位于道路中的车辆节点都装有GPS和二维地图，并且每隔时间T通过GPS查询自己的二维坐标U，y)，并将自己的身份标识、二维坐标和时间信息一起广播给一跳范围内的邻居节点。
[0091]在作为源节点发起传输时，包括如下步骤:
[0092]S202目的节点查询
[0093]在源节点需要发起数据传输时，先向地图中最近的路口节点发出询问，具体通过GPSR协议选择路中车辆节点作为路由节点与路口节点通信，路口节点与其他路口节点通过因特网连接，因此可以与其他路口节点共同查询目的节点的位置信息，查询到后，将信息返回给源节点。
[0094]在作为路由节点收到数据包时,包括如下步骤:
[0095]S203邻居节点位置预测
[0096]由于VANET中车辆普遍具有高移动性，因此节点需要通信时，邻居节点的位置信息可能以较上一次通报时有了较大变化，因此节点在选取路由节点前需对邻居节点做一个位置预测。假设距上一次接收位置信息，已经过时间t(t〈T)，S节点为需发送数据的节点，R节点为它的邻居节点代表。S节点选取接收到R节点的最近两次的位置信息:(Xl，yi)、(x2, y2)，通过这两个位置信息，S节点可以计算出R节点的速度:
[0097]
【权利要求】
1.一种VANET路由选择的方法，其特征在于，包括: 在寻找路由节点之前，对一跳范围内邻居节点进行位置预测； 数据包的传输分为车辆节点模式和路口节点模式，在同一条道路上，按车辆节点模式传输；在换路时，按路口节点模式传输； 如一跳范围内没有可转发的邻居节点，将数据存入缓存，等待下次发送。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在寻找路由节点之前，对一跳范围内邻居节点进行位置预测包括: 每个节点定期向周围一跳范围广播自己的位置信息，每个节点都将接收到邻居节点的位置信息存入邻居节点位置信息表，所述邻居节点是指位于节点一跳范围内的所有节点；在节点需要发送数据时，将对所有邻居节点进行位置预测，节点依据最近两个时刻接收到该邻居节点的位置信息，测算该邻居节点现在所处的位置； 此后基于位置信息的各种操作，所依据的都是预测后的位置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据包的传输分为车辆节点模式和路口节点模式，在同一条道路上，按车辆节点模式传输；在换路时，按路口节点模式传输包括: 所述车辆节点模式，是指数据包由车辆节点传输的模式； 所述路口节点模式，是指数据包由路口节点传输的模式； 源节点在VANET中发送数据包时，首先和路口节点通信查询目的节点的位置信息，随后查询并预测邻居节点位置信息； 如目的节点在一跳范围内，则源节点直接将数据发送给目的节点； 如目的节点不在一跳范围内，查询路口节点是否在一跳范围内； 若路口节点在一跳范围内，则选择路口节点模式将数据发送给路口节点； 若路口节点不在一跳范围内，则选择车辆节点模式，按照GPSR协议选择下一跳车辆节点，直到下一跳出现目的节点或路口节点为止； 路口节点模式中，路口节点接收到数据后，判断自己是否是距离目的节点最近的路口节点； 如路口节点是距目的节点最近的路口节点，则向目的节点所在的道路转发数据包，再次进入车辆节点模式； 如路口节点不是距目的节点最近的路口节点，则综合周围几条道路的车流密度和到目的节点的距离，选择一条道路进行传输，数据再次进入车辆节点模式。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述路口节点模式中，路口节点根据周边道路的车流密度和到目的节点的距离，选择一条道路进行传输包括: 路口节点需测定周边道路的车流密度； 位于一条道路两端的相邻路口节点，定期向对方发送一个特殊格式的数据包，称为车流密度测定数据包，数据包经由道路中间的车辆转发； 道路中的车辆节点接收到该数据包后，会将自己的邻居节点位置信息表添加入数据包的数据段部分，然后按照GPSR协议，将数据包转发给下一跳节点； 道路另一端的路口节点收到数据包后，提取数据包中所有添加的车辆节点位置信息，并且据此做出道路的车流密度是否适合传输的判断。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述如一跳范围内没有可转发的邻居节点，将数据存入缓存，等待下次发送包括: 一旦节点发现自己一跳范围内没有任何节点可以传输数据，那么就会在本地缓存该数据； T时间后，节点再次在本地位置信息表中选择合适的节点作为下一个传输节点，若仍然没有合适的节点，就继续缓存该数据； 若直到3T时间后仍然没有将数据传输出去，则丢弃数据包。
6.一种VANET路由选择的装置，其特征在于，包括: 计算模块，用于调用适合的算法计算路由选择所需要的信息，包括预测后的位置，道路车流密度，两节点间的距离； 路由选择模块，用于根据计算和接收到的信息，按照所述方法，选择下一跳路由节点；数据发送模块，用于发送数据包，包括位置通报数据包、车流密度测定数据包和车间通信数据包； 数据接收模块，用于接收数据包，包括位置通报数据包、车流密度测定数据包、车间通信数据包。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括: 数据提取单元，用于从接收到三种数据包中，提取所需车辆的位置信息； 第一临时存储单元，用于存储从GPS获取的自身位置信息； 第二临时存储单元，用于存储邻居节点最近两次的位置信息； 位置信息预测单元，用于计算车辆节点的实时位置； 第三临时存储单元，用于路口节点存储道路车辆位置信息； 车流密度计算单元，用于路口节点计算道路车流密度； 第四临时存储单元，用于存储目的节点位置信息； 距离计算单元，用于计算两节点距离； 数据提取单元从接收到的邻居节点位置通报中提取出邻居节点的位置信息，放入第二临时存储单元；从车流密度测定数据包中提取道路中车辆添加的信息，放入第三临时存储单元；在车间通信时，所述目的节点位置信息，对于路由节点，从接收到的车间通信数据包中获取；对于发起通信的源节点，通过向路口节点发出询问获取； 在节点需要选取路由节点时，位置信息预测单元调用第二临时存储单元，计算出邻居节点此时的实时位置；距离计算单元调用第一临时存储单元、第二临时存储单元、第四临时存储单元，分别计算出各邻居节点与自身以及与目的节点的距离； 在路口节点需要选路时，车流密度计算单元调用第三临时存储单元，计算周边道路的车流密度。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述路由选择单元还包括: 第一判断单元，用于节点判断目的节点是否在一跳范围内； 第二判断单元，用于车辆节点判断路口节点是否在一跳范围内； 第三判断单元，用于路口节点判断自己是否是距离目的节点最近的路口节点； 选路单元，用于路口节点结合目的节点的位置信息和周围道路的车流密度，进行选路；路由选择单元，用于选择下一跳路由节点； 数据缓存单元，用于暂时缓存数据； 在车辆节点寻找下一跳路由节点时，路由选择单元首先调用第一判断单元，若结果为“是”，则直接发送数据包给目的节点，若结果为“否”则调用第二判断单元，若结果为“是”则直接发送数据包给路口节点，若结果为“否”则调用距离计算单元，根据GPSR协议选择合适的邻居节点作为下一跳路由节点； 在路口节点接收到数据包时，路由选择单元首先调用第一判断单元，若结果为“是”则直接发送数据包给目的节点，若结果为“否”则调用第三判断单元，若结果为“是”则调用距离计算单元，根据GPSR协议选取路由节点，若结果为“否”则调用选路单元，选定合适道路，再调用距离计算单元，根据GPSR协议选取路由节点； 在一跳范围内没有可供传输的路由节点时，将数据包存入数据缓存单元等待。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据发送模块，包括: 第一发送单元，用于车辆节点定期广播自己的位置通报数据包； 第二发送单元，用于路口节点定期发送车流密度测定数据包，道路中的车辆节点向其中添加邻居节点信息； 数据添加单元，用于车辆节点向接收到的车流密度数据包中添加邻居节点信息； 第三发送单元，用于节点发送节点间通信数据包。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述数据接收模块，包括: 接收单元，用于节点接收各种数据包。
【文档编号】H04W40/02GK103974373SQ201410225245
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】郑世慧, 谷利泽, 杨榆, 孙斌, 肖达, 张好 申请人:北京邮电大学