一种基于改进EKF位置预测算法的VANET地理路由方法

本发明涉及移动通信技术，具体说的是一种基于改进ekf位置预测算法的vanet地理路由方法。

背景技术：

1、随着道路上车辆数量急剧增加，交通事故和拥堵现象时常发生。如何减少伤亡和交通拥堵现象成为研究者们的重点。作为智能交通系统[1,2]的重要组成部分，车辆自组织网络主要负责传递事故信息和道路拥堵等重要交通信息，以达到减小伤亡，维持交通秩序的目的。按照参与消息传递的对象，车辆自组织网络的通信方式可以分为：车辆与车辆通信(v2v)、车辆与基础设施通信(v2i)以及车辆与任何事物通信(v2x)[2,3]。但车辆高速移动导致网络拓扑频繁变化，链路易中断，网络延时增加。因此，研究数据分组信息在复杂的城市环境下的高可靠、低时延传输具有重要意义。

2、总结前人的研究，车辆自组织网络(vanet)路由协议主要可以分成两种：基于拓扑的路由协议、基于地理位置的路由协议[4]。基于拓扑的路由协议在进行分组传输需要建立路由表，然后按照路由表进行路由转发，但该类协议中每个节点都需要维护一张路由表，导致很大的网络开销。而基于地理位置的路由协议在分组传输前不需要建立和维护路由，在分组转发时根据节点位置信息选择最优中继节点转发数据分组，能够适应车辆自组织网络高度动态的拓扑结构。

3、目前，基于地理位置的路由协议的研究大多是基于gpsr的贪婪转发思想实现的[4,5]。贪婪转发原则是选择距离目的节点最近的邻居节点作为转发节点。当邻居节点位于当前节点通信范围的边缘位置时，下一时隙可能会离开当前节点的通信范围，导致分组传输失败。当贪婪转发陷入局部最优时，将切换到周边转发模式。但周边转发存在路由冗余，导致端到端的延时增加。

4、为此，文献[6]提出了一种mm-gpsr路由协议，该协议在贪婪转发过程中选择最大链路持续时间的节点作为中继节点，在周边转发过程中选择角度最小的节点作为中继节点。但该协议在贪婪转发过程中没有考虑邻居节点在下一时隙的位置信息，导致通信链路中断。文献[7]提出了一种gpsr-wg路由协议，该协议在贪婪转发过程中基于节点运动方向、节点距离、链路风险度和节点速度建立权重梯度准则以选择最佳中继节点，但并未对周边转发准则进行优化。文献[8]提出了一种e-gpsr路由协议，该协议使用双路径转发数据分组，提高了转发数据分组的可靠性，但未考虑到链路的稳定性问题，数据包仍有丢失的可能性。文献[9]提出了一种基于链路生存时间位置预测的gpsr路由协议转发方法，该方法通过链路生存时间更新节点位置信息达到提高节点位置精确度的目的；通过在邻居列表中加入空洞规避名单，考虑节点与目的节点间的距离和链路生存时间两个因素降低路由空洞现象的发生概率。但该方法并没有解决周边转发存在的路由冗余问题。文献[10]提出了pa-gpsr路由协议，该协议在邻居表中添加额外的扩展表，以选择最佳路径，在周边转发模式中绕过已经下发过此类包的节点，减少包的路由冗余，但未考虑链路的稳定性。文献[11]提出了一种lrgr路由协议，该协议利用道路和路口位置等信息建立路网模型，在路口处执行路段决策选择合适的路段，并给出携带转发机制以适应低节点密度场景，但没有考虑节点位置信息的实时性。文献[12]提出了一种bod-kf-gpsr路由协议，该协议提出了按需信标的概念，减小了控制开销，利用卡尔曼滤波提高了节点位置信息的准确性，但没有考虑节点的运动方向，可能会陷入路由空洞。

5、[1]kayarga t,kumar s a.a study on various technologies to solve therouting problem in internet of vehicles(iov)[j].wireless personalcommunications,2021,119(1):459-487；

6、[2]lee m,atkison t.vanet applications:past,present,and future[j].vehicular communications,2021,28:100310-100323；

7、[3]tripp-barba c,zaldívar-colado a,urquiza-aguiar l,et al.survey onrouting protocols for vehicular ad hoc networks based on multimetrics[j].electronics,2019,8(10):1177-1208；

8、[4]ayyub m,oracevic a,hussain r,et al.a comprehensive survey onclustering in vehicular networks:current solutions and future challenges[j].ad hoc networks,2022,124:102729-102763；

9、[5]jianming cui,liang ma,ruirui wang,ming liu.research andoptimization of gpsr routing protocol for vehicular ad-hoc network[j].chinacommunications,2022,19(10):194-206.

10、[6]yang x,li m,qian z,et al.improvement of gpsr protocol in vehicularad hoc network[j].ieee access,2018,6:39515-39524；

11、[7]singh p,raw r s,khan s a.link risk degree aided routing protocolbased on weight gradient for health monitoring applications in vehicular ad-hoc networks[j].journal of ambient intelligence and humanized computing,2022,13(12):5779-5801；

12、[8]a b,bengag a,boukhari m e.enhancing gpsr routing protocol based onvelocity and density for real-time urban scenario[c]//2020internationalconference on intelligent systems and computer vision(iscv).fez,morocco:ieee,2020:1-5；

13、[9]华南理工大学.基于链路生存时间位置预测的gpsr路由协议转发方法:cn202210300999.6[p].2022-07-29；

14、[10]silva a,reza n,oliveira a.improvement and performance evaluationof gpsr-based routing techniques for vehicular ad hoc networks[j].ieeeaccess,2019,7:21722-21733.

15、[11]高田翔，石英，刘子伟，等.基于路网与qos模型的gpsr改进协议[j].计算机工程，2019，45(2):7-12；

16、[12]houssaini z s,zaimi i,drissi m,et al.trade-off between accuracy,cost,and qos using abeacon-on-demand strategy and kalman filtering over avanet[j].digital communications and networks,2018,4(1):13-26。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于改进ekf位置预测算法的vanet地理路由方法。

2、为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种基于改进ekf位置预测算法的vanet地理路由方法，包括以下步骤：

3、步骤1、当前节点运行改进的ekf定位算法，更新邻居节点的位置信息，并更新邻居表，改进的ekf定位算法首先将邻居表中邻居节点的位置和速度信息作为dnn输入层的输入,然后在隐藏层上运行ekf算法，最后在输出层得到邻居节点未来位置信息；

4、步骤2、判断是否局部最优，若当前节点未陷入局部最优时，执行贪婪转发选择一个中继节点作为新的当前节点，若节点陷入局部最优时，执行周边转发选择一个中继节点作为新的当前节点，当目的节点在该中继节点的邻居表内，则转发数据，否则，执行步骤1。

5、本发明所述的贪婪转发的具体实现方法为，通过节点相对角、节点相对距离、链路稳定因子建评估函数，选择评估函数值最大的节点作为中继节点

6、

7、式中：cosθ表示节点相对角的余弦值；dnd表示节点相对距离；ts&n表示链路稳定因子；ω1、ω2和ω3分别是节点相对角、节点相对距离和链路稳定因子的加权值，ω1+ω2+ω3＝1。

8、本发明所述的链路稳定因子的计算方法为

9、

10、vs&n＝|vs-vn|

11、式中：r表示当前节点传输范围；ds&n表示当前节点和邻居节点的距离；vs&n表示当前节点和邻居节点的相对速度，vs表示当前节点速度；vn表示邻居节点速度。

12、本发明所述的周边转发的具体方法为，在周边转发时备份数据包，然后同时按照左手和右手准则进行路由转发，并且选择节点相对角最小的邻居节点作为中继节点。

13、本发明有益效果是：本方法在选择中继节点时，利用dnn-dkf位置预测算法更新邻居节点的位置信息，减少了链路中断的可能性；在贪婪转发时，根据相对角、相对距离和链路稳定因子构建评估函数，增加了链路的可靠性；在周边转发时引入相对角减小了路由冗余，同时使用左手和右手准则，提高了数据包传输的可靠性。ns3仿真结果表明，相对gpsr和mm-gpsr协议，lp-gpsr在丢包率、端到端的延时和吞吐量上取得了较好的性能。