一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，涉及一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线网络的不断发展，通过网络的连接，各种应用系统的运行效率都得到了 极大的提升。以汽车为基本节点的交通系统要向自动化、智能化发展成为智能交通系统也 必然要借助网络传输技术。
[0003] 交通智能化的迫切需求和无线通信技术的飞速发展，催生了二者的结合。智能交 通系统是一种集传感、通信及计算机等先进技术于一体的交通综合管理体系。它的设计目 标是建立一个车辆间通信的平台，使车辆间能够实现车况（如位置、车向、车速等）信息和 实时路况信息的共享，车辆可以通过该系统实现智能安全行驶，从而提高交通的通行效率， 提升车辆驾驶的安全性和可靠性。
[0004] 作为智能交通系统最初研究的一部分，车载自组织网络研究车辆与车辆之间的通 信，不同于传统的无线移动自组织网络，车载自组织网络是一种建立在车辆间通信的无线 自组织网络，包含两个部分：道路上的汽车之间的通信、汽车与基础设施间的无线通信。作 为一种特殊的无线移动自组织网络，车载自组织网络采用的也是分布式结构，具有动态、无 中心、自组织和多跳等特点，车辆节点既是终端节点也是路由节点，车辆节点通过无线收发 器则能组建一个完整的动态网络。
[0005] 车载自组织网络将移动自组织网络技术应用于车辆间通信，极大地扩展了司机的 视野，使其可以获得视距范围外车辆的运行信息和路况信息，提高道路使用率和驾驶的安 全性。车载自组织网络所带来的益处远不止于此，随着汽车不断地智能化和信息化，除了智 能交通外，车载网络也开始在传感器信息采集、灾难救援、军事通信、应急指挥、互联网接入 等领域发挥作用。通过配备GPS设备，车辆节点可以实时获取更新当前的位置信息，并提供 全网的位置查询服务；通过接入互联网，司机和乘客可以获取实时流媒体服务等等。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方 法，能够有效地提尚提尚车载自组织网络分族的稳定性。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] -种基于车辆节点连通稳定度的动态分簇方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤1)初始化车载自组织网络，并动态分簇；
[0010] 步骤2)分簇自适应维护，包括节点的离开与加入，簇的合并，簇的拆分。
[0011] 进一步，所述步骤1)具体包括以下步骤：
[0012] 步骤1-1)车载自组织网络中所有车辆节点均为普通节点，车辆节点i获取当前位 置P (X，y)、速度V和运动方向d，根据当前道路位置标识，判断当前所处道路环境，并计算当 前时刻节点的节点度Degi、节点平均连通时间if ;
[0013] 步骤1-2)节点i充填BM信标消息，将BM信标消息广播给邻居节点；并接收来自 邻居节点的BM信标消息，更新邻居列表，并开始分簇等待时间计时；
[0014] 步骤1-3)节点i通过邻居的BM信标信息判断当前区域是否存在分簇M及簇头节 点CH，若节点i所在的道路环境存在分簇，节点i收到来自节点j的CM分簇消息，将j的信 息插入簇头列表，同时将簇头节点j的ID填充至BM信标消息，并发送BM信标消息至簇头 节点j ;节点j收到来自i的信标消息，对比簇头信息，将i加入簇成员列表，然后跳转至步 骤1-8);若不存在，则跳转至下一步；
[0015] 步骤1-4)当节点i所在环境无分簇存在时，判断分簇等待时间是否超过系统预置 分簇等待时间tw，若超过，则节点被推举为簇头节点，执行步骤1-6);若未超过，则跳转至 下一步；
[0016] 步骤1-5)节点首先判断当前所处道路位置标识，计算当前节点的连通稳定度 WstabiIity (i)，并判断是否满足WstabiIity (i)彡Wth，其中Wth为系统设定的连通稳定度 阈值；
[0017] 若满足上述条件，则节点直接创建一个分簇，进入步骤1-6);若不满足条件，则节 点等待to时刻，并返回步骤1-2);
[0018] 步骤1-6)节点i成为簇头节点，广播CM分簇消息给邻居节点；所述分簇消息包含 簇头ID、建立时间及消息类型；其中消息类型标志为簇创建〈Cluster Create〉；
[0019] 步骤1-7)邻居节点j收到来自节点i的CM分簇消息，将i的信息插入簇头列表， 同时将簇头节点i的ID填充至BM信标消息，并发送BM信标消息至簇头节点i ;节点i收 到来自j的信标消息，对比簇头信息，将j加入簇成员列表；
[0020] 步骤1-8)重复步骤1-1)至步骤1-8)，直到网络中所有节点都已加入分簇。
[0021] 进一步，所述道路位置标识包括路段标识Segment (X，y)或路口标识 Intersection(X，y) 〇
[0022] 进一步，所述节点平均连通时间??为t时刻节点i与所有能够直接连通的邻居节 点链路连通的平均时长值。
[0023] 进一步，所述道路标识为路段标识，当t时刻节点i和节点j处于连通状态时，节 点i与节点j所能保持的链路连通时间Ti j (t)为：
[0025] Tlj⑴满足条件Dlj (t+t j⑴）彡Dth，Dth为距离阈值，D th彡r，r为节点通信半径， d为节点i、节点j之间的垂直于道路方向上的距离，当节点i和节点j在相同车道上时d 近似为〇,在相邻车道上时d近似等于其中4为路段Segement(Xj)的宽度，Θ为路段 与水平方向的夹角，满足0°彡Θ彡90°，xjt)为节点i的横坐标，x_j(t)为节点i的纵 坐标
为节点i与节点j在Δ t内的平均相对速度。
[0026] 进一步，所述道路标识为路口标识时，节点i和节点j同时位于路口 Intersection (X，y)，当节点i和节点j在进入路口前处于同一路段，节点i与节点j离开 路口将驶入不同路段；若节点i和节点j之间的距离D1Jt)满足下式
[0028] 则Tij⑴=0,其中，Ii为路口 Intersection (X，y)区域的长度;为路口 Intersection (X，y)区域的宽度；ω为路口模型下节点i与节点j分处的两条路段 Segement(x，y)之间的夹角，满足0°彡ω〈180°，在垂直的十字路口模型下，θ =〇°，ω =90。；
[0029] 当节点i和节点j在进入路口前处于不同的路段，且节点i与节点j离开路口将 驶入不同路段；若在t+△ t时刻节点i和节点j之间距离小于等于Dth，则
[0031] 其中，Δ ^为Δ t内节点i和节点j的速度在坐标水平分量的差值；Δ X为t时刻 节点i和节点j的坐标水平分量的差值；A \为A t内节点i和节点j的速度在坐标垂直 分量的差值；A y为t时刻节点i和节点j的坐标垂直分量的差值。
[0032] 进一步，所述节点连通稳定度Wstability (i)通过以下公式计算：
[0034] 其中，ω 1，ω2, ω3, ω4为权重因子，
为节点i平 均连通时间归一化值；
表征节点i的连通性，Degi为节点的节点度，Deg $为系统节 点度阈值；
表征了当前车辆节点i的运动状态，S (i，t) 为节点i在（t-Δ t, t)时间段内速度方差值，Vmax为最大行驶速度，V ;为节点i当前行驶速 度，N。为运动方向与节点i 一致的邻居节点数目，N为节点i的邻居节点数目。
[0035] 进一步，所述节点的离开与加入包括以下步骤：
[0036] 步骤2-1-1)簇成员节点j周期获取邻居节点信标信息，更新簇头列表；
[0037] 步骤2-1-2)在tl时间段内，当簇成员节点j未收到来自当前簇头节点i的信标 信息，表明簇成员节点j已离开簇M(i)通信半径，进入步骤2-1-3);当簇成员节点j同时 收到来自新的簇头节点k的BM信标信息，则当前节点已进入簇M(k)的通信半径，执行步骤 2-1-6)；
[0038] 步骤2-1-3)当簇成员节点j判断已离开当前分簇M(i)时，则搜寻是否存在其它 簇头节点信标信息，若存在则进行下一步骤；若节点j未收到来自其他簇头节点的信标信 息，则执行步骤2-1-5);
[0039] 步骤2-1-4)节点j判断所处的道路环境，当节点处在路段Segment (X，y)时，计算 节点j与簇头节点k链路连通时间Tkj (t)，若满足Tkj (t) > Tth，则节点加入簇M(k)，并将簇 头节点k的ID填充至BM信标消息并广播给邻居节点，若不满足，则执行步骤2-1-5);当节 点j处在路口 Intersection (x，y)时，若分簇簇头节点k在路口 Intersection (x，y)，则节 点j直接加入簇M (k);若簇头节