本发明属于车联网通信技术领域，涉及一种车辆节点通信的路由方法，具体为一种基于节点认知交互度的车联网路由方法。
背景技术
随着近年来车联网技术的迅猛发展，城市交通互联逐渐以智能化和协作化的方式运作。但是同其他开放动态网络类似，由于城市交通网络具有拓扑结构动态多变、车辆交互时间短暂以及车辆节点分布不均匀等特点，经常会出现网络连接和数据通信的中断以及报文数据难以通过合适的中继到达目的节点等现象。
而延迟容忍网络(delaytolerantnetwork，dtn)具有网络拓扑时变性和网络连通间歇性等特点，且用于dtn网络中的协议均以“存储-携带-转发(store-carry-forward)”的方式传输数据。因此将dtn技术加以扩展并在城市交通网络中进行应用，将有效提高报文数据投递的可达性和可靠性。在应用dtn技术的城市交通网络中，如何有效的进行数据传输，是具有挑战性的问题。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于节点认知交互度的车联网路由方法，投递率高，网络开销少，端到端时延低，有效提高车联网环境中数据传输的效率，适应城市交通路网环境中数据传输的多元因素。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于节点认知交互度的车联网路由方法，包括如下步骤，
步骤1，城市交通路网的初始化；
对城市交通路网中的车辆进行群组划分，并使城市交通路网中每个节点维护三张表：认知交互度表、交互次数表和交互时间表；表中内容均以键值对的形式对当前节点所关联的信息进行量化存储，以此记录节点的历史行为信息；认知交互度表中，将城市交通路网中节点间的历史行为信息量化作为节点间的认知交互度；根据对城市交通路网中的车辆进行群组划分后各群组的节点类型，分别对应各自的初始化交互度；
步骤2，建立节点连接；
当城市交通路网中的节点a与节点b均处于彼此的通信范围之内时，则由需要进行数据转发的节点a发起连接请求，若节点b接受该请求则连接达成，形成连接对；
节点a与节点b对所维护的交互次数表中关于与另一端节点的交互次数增加一次，并将所维护的交互时间表中关于与另一端节点的交互时间更新为当前时刻，随后更新所维护的认知交互度表中关于与另一端节点的度量值；
步骤3，筛选中继节点；
在两节点建立连接的基础上，需要进行数据转发的节点a判断与之连接的节点b是否正在与其他节点进行消息传输，若正在传输则重新寻找新的通讯范围内的节点并执行步骤2获取连接，否则进入中继节点筛选判断；
通过比较节点a所维持的认知交互度表中关于消息投递终点的认知交互度和所连接的节点b中所维持的关于消息投递终点的认知交互度进行筛选判断；
若前者较小则说明节点b和消息投递终点的交互频率以及投递成功率较高，则节点a将消息投递给当前所连接的节点b；
若后者较小则断开连接，之后节点a重新寻找范围内的其他节点执行步骤2建立连接并重复上述的筛选判断直至找到下一跳节点，否则一直以携带存储的形式运动；
步骤4，完成消息投递；
当筛选后的节点b成功接收到节点a所投递的消息，则节点b对照消息字段判断自身是否是消息投递的终点；
若是则认定消息所经过的所有中继节点对本次传输有贡献，节点b通过消息字段获得消息所经过的所有中继节点，并根据距离自身的远近，即综合消息传播跳数和物理距离，逐一更新本节点所维持的关于路径上所有中继节点的认知交互度；
若不是则由筛选后的节点b发起连接请求，执行步骤2直至消息投递到终点。
优选的，步骤1中，对城市交通路网中的车辆进行群组划分，划分为私家车及出租车、警车及执法车辆和公交三个节点类型，并根据按照车辆的可信等级、分布特点以及行驶路线的不同赋予各异的初始化交互度。
进一步，根据划分后的节点类型，分别对应各自的初始化交互度分别为0.5、0.6和0.7。
优选的，步骤2中，若节点a或节点b所维护的认知交互表中含有另一端节点的信息，说明两节点之前有过交互；则按照公式(1)(2)(3)的顺序对认知交互度表中关于与另一端节点的度量值进行更新；
其中，index表示活跃指数，即两节点间的交互频率；t指代当前时刻，tlast_update指代上一次两点交互时间；add表示由活跃指数关联的交互增量；cibase表示上一次更新所存储的关于该节点的认知交互度，并为其赋权重e-t；ci为更新后认知交互度表中关于与另一端节点的度量值。
优选的，步骤2中，若当前节点的认知交互表中不包含有连接另一端节点的信息，说明两节点之前未曾有过交互，此时根据节点类型的初始化交互度，对其认知交互度表进行如下更新；
其中，ci为更新后认知交互度表中关于与另一端节点的度量值，ciini_type为节点类型的初始化交互度。
进一步，步骤4中，根据下式逐一更新筛选后节点b所维持的关于路径上所有中继节点的认知交互度；
其中：num_hop指的是传输路径上对应节点距离本节点的跳数，distance指的是两个节点间的物理距离，若cibase为空即当前节点的认知交互表中不包含关于路径上某节点的信息，则说明两节点之前未曾有过交互，此时参照公式(4)对该节点的认知交互度进行初始化赋值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明考虑到城市交通环境中特定车辆的移动特性和分布特点，为了构建更适宜城市交通环境下的网络数据传输环境，类比人类社会中自然人与自然人之间基于社交的认知积累。通过定义认知交互度(cognitiveinteraction,ci)这一概念，即将网络中节点间的历史行为信息量化作为节点间的认知交互度，将节点间的交互频率和节点间的消息投递成功率进行非线性组合。并据此作为下次消息收发过程中下一跳节点选择的依据。通过针对城市交通路网中的车辆进行群组划分，并使城市交通路网中每个节点维护三张表：认知交互度表、交互次数表和交互时间表，表中内容均以键值对的形式对当前节点所关联的信息进行量化存储，以此记录节点的历史行为信息。在数据交互的过程中将历史相遇情况和历史投递情况融入判断依据，并对成功投递的节点给予相应的激励，最终以概率形式呈现消息投递的可达性，以此选择合适的中继。由于协议功能渗透至连接建立、中继节点筛选、消息投递完成三个阶段，充分挖掘了数据传输过程中涵盖的影响因素，从而实现节点之间高效、低耗、安全的交互，提高了网络传输性能和数据投递质量。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明融合prophet协议思想，规避系统“冷启动”问题，充分考虑真实城市交通路网中不同车辆节点具备不同分布特点和移动特性地的情况，关注下一跳作为中继是否能高效准确地将消息投递至目标节点，且对于参与交互和中继的节点给予响应的激励措施，从而活跃网络交互，促进信息转发。具体步骤包括：1.节点连接建立2.中继节点筛选3.消息投递完成
步骤1：连接建立阶段
当城市交通路络中的节点a与节点b均处于彼此的通信范围之内时，则由需要进行数据转发的节点a发起连接请求，若节点b接受该请求则连接达成，形成连接对。一旦连接对构成则认定节点a不存在“携包不发”的恶意行为，且节点b不存在“拒绝交互”的恶意行为，由此认定组成该连接对的节点a和节点b愿意参与网络交互。两节点对所维护的交互次数表中关于与另一端节点的交互次数增加一次并将所维护的交互时间表中关于与另一端节点的交互时间更新为当前时刻，随后更新所维护的认知交互度表中关于与另一端节点的度量值。
若所维护的认知交互表中含有另一端节点的信息，说明两节点之前有过交互。则按照公式(1)(2)(3)的顺序对认知交互度表中关于与另一端节点的度量值进行更新。其中公式(1)中的index表示“活跃指数”，即指单位时间内两节点交互的次数，即交互频率，作为描述节点活跃度的指标。其中t指代当前时刻，tlast_update指代上一次两点交互时间；公式(2)中add表示由活跃指数关联的交互增量；公式(3)表示认知交互度随时间和交互频繁程度而不定期更新，其中cibase表示上一次更新所存储的关于该节点的认知交互度，并为其赋权重e-t，使其随时间增加对当前认知交互度的影响程度降低，相反交互增量add对当前的认知交互度的影响程度随时间推移缓慢增加。
若当前节点的认知交互表中不包含有连接另一端节点的信息，说明两节点之前未曾有过交互，此时根据节点类型的初始化交互度，对认知交互度表中关于与另一端节点的度量值进行如下更新，即：
具体ciini_type值参照表1。
具体连接建立阶段的算法流程描述如下
本文中将城市交通路网中的车辆大致分类为3个等级，并按照车辆的可信等级、分布特点以及行驶路线的不同赋予各异的初始化交互度，具体而言私家车和出租车的分布和行驶路线不具有规律性，且作为中继的安全可信度在网络构建初期不明朗；而警车及市政执法车辆虽然占城市交通车辆比例较少，但其较高的信用等级和较长的巡逻路线使其拥有良好的作为中继的条件；最后公交作为城市交通运输的主力军不仅有着固定且较长的行驶路线和庞大的运营基数，且自身稳定可信。
针对不同类型的车辆进行初始化，有助于网络通信的有序初始化，促进私家车和出租车这类群体基数大、交互行为迥异的数据传输载体积极参与到网络数据转发中，否则将在下一跳的选择中被数据携带载体所摒弃。如果节点拒绝进行连接，则这部分的认知交互度增加缺失，相对于认知交互度增加的点，此类“消极恶意”的点将会逐渐被排除在网络通信之外。通过将该机制融入路由策略有助于提高交互频率，使得网络更加活跃。
表1节点交互度初始化表
步骤二：中继节点筛选阶段
在两节点建立连接的基础上，需要进行数据转发的节点a判断与之连接的节点b是否正在与其他节点进行消息传输，若正在传输则重新寻找新的通讯范围内的节点并执行步骤一获取连接，否则进入中继节点筛选判断。
通过比较节点a所维持的认知交互度表中关于消息投递终点的认知交互度和所连接的节点b中所维持的关于消息投递终点的认知交互度进行筛选判断，若前者较小则说明节点b和消息投递终点的交互频率以及投递成功率较高，则节点a将消息投递给当前所连接的节点b；若后者较小则断开连接，之后节点a重新寻找范围内的其他节点执行步骤一建立连接并重复上述的判断直至找到合适的下一跳节点，否则一直以“携带存储”的形式运动。
中继节点筛选的算法流程如下：
步骤三：消息投递完成阶段
一旦筛选后的节点b成功接收到节点a所投递的消息，则节点b对照消息字段判断自身是否是消息投递的终点，若是则认定消息所经过的所有中继节点对本次传输有贡献，节点b通过消息字段获得消息所经过的所有中继节点，并根据距离自身的远近，即综合消息传播跳数和物理距离，逐一更新本节点所维持的关于路径上所有中继节点的认知交互度。
其中：num_hop指的是传输路径上对应节点距离本节点的跳数，而distance指的是两个节点间的物理距离，若cibase为空即当前节点的认知交互表中不包含关于路径上某节点的信息，则说明两节点之前未曾有过交互，此时参照公式(4)和表1对表中关于该节点的认知交互度进行初始化赋值。
若不是则由筛选后的节点b发起连接请求，执行步骤2直至消息投递到终点。
消息投递完成的算法流程如下：
本方法提出采用基于车辆节点的交互认知度的路由方法，该方法可用于车联网环境中数据传输路由策略的选择，能有效提高整个车联网的数据传输效率。