專利名稱：基于地理位置的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于車載物聯(lián)網(wǎng)中的路由選擇方法，屬于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域，適合用于大規(guī)模、自組織、高速移動以及環(huán)境復(fù)雜的車載物聯(lián)網(wǎng)。
背景技術(shù)：
車載物聯(lián)網(wǎng)是裝置有無線網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)備的車輛之間或與道路兩旁的基礎(chǔ)設(shè)備之間，通過無線連接建立一種特殊的無中心移動自組織網(wǎng)絡(luò)。車載物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過將無線傳感器設(shè)備或路邊基礎(chǔ)設(shè)施和車輛整合到一起，以增強(qiáng)道路交通安全性和保障乘坐者舒適性。作為一種新興的網(wǎng)絡(luò)，車載物聯(lián)網(wǎng)的思想是給用戶提供無處不在的連接，使得用戶在行駛當(dāng)中，可以通過其它網(wǎng)絡(luò)連接到外部世界，如同手機(jī)互連、傳感器互連一樣，均展現(xiàn)出物聯(lián)網(wǎng)有著“互連任何物品”方面的發(fā)展趨勢。另外，它還使得車與車之間可以進(jìn)行有效地通信，從而形成智能交通系統(tǒng)，也是目前移動物聯(lián)網(wǎng)中最具前途的應(yīng)用領(lǐng)域之一。車載物聯(lián)網(wǎng)是由裝置有無線傳感器的車輛組成的，在網(wǎng)絡(luò)中，這些車輛既是高速的移動節(jié)點(diǎn)，對于其它節(jié)點(diǎn)來說又起到路由器的作用。與移動自組網(wǎng)絡(luò)相比較，車載物聯(lián)網(wǎng)與之有很多相似之處，如短距離傳輸、自我組織、自我管理和低帶寬等。同時車載物聯(lián)網(wǎng)也有與之不同之處，體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)高速動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、頻繁中斷的網(wǎng)絡(luò)、充足的能量、較強(qiáng)的計算能力和存儲空間以及移動模型的建立與預(yù)測等。車載物聯(lián)網(wǎng)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)，它把新一代無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合到車輛交通系統(tǒng)中，會涉及一系列基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括路由協(xié)議的設(shè)計、移動模型的搭建、車輛的定位與同步、信道連接技術(shù)、QoS保證、消息安全問題以及信息融合和平臺驗(yàn)證等。本發(fā)明主要涉及路由選擇方法。路由選擇方法在很大程度上決定了整個車載物聯(lián)網(wǎng)的性能，并且隨著車載傳感器技術(shù)的發(fā)展、配合電子地圖以及車輛必需沿著公路行駛的特點(diǎn)，使得采用基 于地理位置信息的路由策略成為了明智的選擇。移動自組網(wǎng)絡(luò)中的大量的路由協(xié)議，可直接應(yīng)用在車載物聯(lián)網(wǎng)中，然而，由于車輛節(jié)點(diǎn)擁有充足的能量、較強(qiáng)的計算能力和存儲空間，所以在設(shè)計車載物聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議時，可以不考慮能量消耗問題。另外，模擬結(jié)果顯示，由于車輛節(jié)點(diǎn)快速移動、動態(tài)信息交換和通信環(huán)境復(fù)雜等這些車載物聯(lián)網(wǎng)不同于移動自組網(wǎng)絡(luò)的特性，使得這些協(xié)議在車載物聯(lián)網(wǎng)中并非十分理想，所以路由選擇方法的設(shè)計一直是個熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前適用于車載物聯(lián)網(wǎng)的基于地理位置的路由協(xié)議算法主要有以下幾種I)GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)協(xié)議。文獻(xiàn)《GPSR:Greedyperimeter stateless routing for wireless networks》所提的 GPSR 協(xié)議是一種分布式路由選擇策略。節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行路由選擇時不需要獲知全局的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，僅需要知道鄰居節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的地理位置信息，同時還必須具有關(guān)于目的節(jié)點(diǎn)地理位置注冊與查詢的相關(guān)服務(wù)。在GPSR中，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包傳遞給距離目的節(jié)點(diǎn)最近鄰居節(jié)點(diǎn)，這種模式稱為貪婪模式(greedy mode)。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)局部最小值(local minimum)時，即該節(jié)點(diǎn)比其鄰居節(jié)點(diǎn)更接近于目的地，數(shù)據(jù)包將進(jìn)入邊緣模式(perimeter mode)，利用右手規(guī)則(right-hand rule)來繞出當(dāng)前“路由空洞” (routing void)。2) GPCR(Greedy Perimeter Coordinator Routing)協(xié)議。文獻(xiàn)《Geographicrouting in city scenarios》提出的GPCR協(xié)議利用街道路口的樞紐節(jié)點(diǎn)形成一個自然平面圖，數(shù)據(jù)包可以沿著道路進(jìn)行貪婪或者邊緣模式轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)數(shù)據(jù)包傳遞到樞紐節(jié)點(diǎn)便停下來，根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)在哪段道路上進(jìn)行路由方向的選擇。當(dāng)數(shù)據(jù)包傳遞到路口時，即使下一跳地理位置上比下一跳樞紐節(jié)點(diǎn)更接近于目的地，數(shù)據(jù)包也總是被轉(zhuǎn)發(fā)到這些樞紐節(jié)點(diǎn)上，從而進(jìn)行路由方向選擇。3)VADD(Vehicle-Assisted Data Delivery)協(xié)議。文獻(xiàn)《VADD:vehicle-assisteddata delivery in vehicular ad hoc networks》中提出的VADD是基于可預(yù)測的車輛移動性，結(jié)合“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”思想來提高在不連通網(wǎng)絡(luò)情況下的路由性能。根據(jù)車輛在城市道路交通中的情況，可將數(shù)據(jù)包分為三個模式路口模式、直路模式和目的地區(qū)域模式。當(dāng)車輛行駛到路口，數(shù)據(jù)包需要做出路由決定時，VADD計算從當(dāng)前路口到目的地的每段道路的數(shù)據(jù)包預(yù)期的傳輸時延，從而選擇數(shù)據(jù)包最小傳輸時延的道路進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。每段道路預(yù)期的傳輸時延通過線性方程組計算，并考慮該段道路的車輛密度、平均車速和路長等信息。當(dāng)車輛行駛在直路的情況下，數(shù)據(jù)包則進(jìn)行貪婪轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)車輛行駛到目的節(jié)點(diǎn)通信區(qū)域時，將數(shù)據(jù) 包交付給目的地節(jié)點(diǎn)。4) GeOpps (Geographical Opportunistic routing)協(xié)議。 文獻(xiàn)《GeOpps:Geographical Opportunistic Routing for Vehicular Networks》提出的GeOpps假設(shè)每輛車裝備車載導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時，通過計算數(shù)據(jù)包的目的地與鄰居節(jié)點(diǎn)車載導(dǎo)航系統(tǒng)建議的車輛行駛路徑的最近點(diǎn)(NP，nearest point)的距離，來選擇可以攜帶數(shù)據(jù)包的車輛。距離越近的車輛路徑，表明這輛車更近地駛向數(shù)據(jù)包的目的地節(jié)點(diǎn)。在車輛行駛中，當(dāng)有鄰居車輛行駛路徑有更小的預(yù)測到達(dá)時間，則將數(shù)據(jù)包傳遞給它，然后如此循環(huán)，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地。綜上所述，前面提出的車載物聯(lián)網(wǎng)的路由協(xié)議只適用于基于連通的網(wǎng)絡(luò)或不連通的網(wǎng)絡(luò)兩種網(wǎng)絡(luò)場景中的一種，不能兼顧，無法滿足連通性時斷時續(xù)的車載物聯(lián)網(wǎng)的需求。連通的網(wǎng)絡(luò)是指每一個節(jié)點(diǎn)均能與網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)，而不連通的網(wǎng)絡(luò)則是由于交通信號燈或突發(fā)交通事故導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)連通性的中斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對城市交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境，提供一種車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法，保證提高其在網(wǎng)絡(luò)連通性較好和網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)兩種情況下的數(shù)據(jù)包交付率。本發(fā)明提供了一種基于地理位置并結(jié)合延遲容忍網(wǎng)絡(luò)“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”思想的車載物聯(lián)網(wǎng)路由方法。該方法將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)模式分為三種，分別為貪婪模式、無周期檢測的邊緣模式和周期檢測下的邊緣模式。車載GPS提供車輛的地理位置信息，并且通過附近車輛間無線信息的交換可以知道附近車輛的位置信息。所有數(shù)據(jù)包初始時均處于貪婪模式，在數(shù)據(jù)包傳輸過程中，將根據(jù)車輛相對位置、道路信息和車輛行駛方向的比較，確定數(shù)據(jù)包三種轉(zhuǎn)發(fā)模式之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并判斷數(shù)據(jù)包是否要傳遞給下一跳還是繼續(xù)存儲攜帶數(shù)據(jù)包，通過多路徑向目的地傳輸以提高數(shù)據(jù)包的交付率。本發(fā)明適用于混合連通與不連通兩種網(wǎng)絡(luò)場景，更適合真實(shí)城市交通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并在提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的同時并不會產(chǎn)生太大的網(wǎng)絡(luò)擁塞,基本滿足對傳輸時延要求不高、數(shù)據(jù)交付率要求較高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于地理位置的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法，包括以下步驟一、在初始狀態(tài)，將所有數(shù)據(jù)包設(shè)置為貪婪模式，且設(shè)置“CHECK”標(biāo)志位來表示該數(shù)據(jù)包是否是經(jīng)過周期檢測下的邊緣模式轉(zhuǎn)為貪婪模式，“0”表示未經(jīng)過，“I”表示經(jīng)過，初始狀態(tài)所有車輛節(jié)點(diǎn)的“CHECK”標(biāo)志位置零；二、當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)收到一個處于貪婪模式的數(shù)據(jù)包時，如果在其鄰居列表中有比自己距離目的地更近的節(jié)點(diǎn)，則從中選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，將數(shù)據(jù)包直接傳給這個節(jié)點(diǎn)，“CHECK”標(biāo)志位置零；否則，該節(jié)點(diǎn)為局部最小值，數(shù)據(jù)包將進(jìn)入無周期檢測的邊緣模式，此時，車輛節(jié)點(diǎn)則需要進(jìn)一步做出判斷，是否要把數(shù)據(jù)包傳給下一跳如果數(shù)據(jù)包是剛經(jīng)過周期檢測下的邊緣模式即CHECK=I,且該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則發(fā)現(xiàn)的下一跳即為上一 跳，或者該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則沒有發(fā)現(xiàn)下一跳，則節(jié)點(diǎn)要存儲數(shù)據(jù)包并將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，“CHECK”歸零，然后向根據(jù)右手規(guī)則發(fā)現(xiàn)的下一跳發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中如果下一跳與該節(jié)點(diǎn)的地理位置不在同一條道路上，該節(jié)點(diǎn)會存儲原數(shù)據(jù)包的一份拷貝后再發(fā)送原數(shù)據(jù)包并進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；三、當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)收到一個處于無周期檢測的邊緣模式的數(shù)據(jù)包時，如果在其鄰居列表中有比數(shù)據(jù)包中記錄局部最小值節(jié)點(diǎn)距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)，則從中選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，將數(shù)據(jù)包切換到貪婪模式并直接傳給這個節(jié)點(diǎn)；否則,數(shù)據(jù)包還要處于無周期檢測的邊緣模式，并根據(jù)下一跳的情況來選擇是繼續(xù)存儲攜帶數(shù)據(jù)包進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式還是傳給無周期檢測的邊緣模式中的下一跳如果該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則沒有發(fā)現(xiàn)下一跳，則該節(jié)點(diǎn)要存儲數(shù)據(jù)包并將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，該節(jié)點(diǎn)向下一跳發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中如果下一跳與該節(jié)點(diǎn)的地理位置不在同一條道路上，該節(jié)點(diǎn)會存儲原數(shù)據(jù)包的一份拷貝后再發(fā)送原數(shù)據(jù)包并進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；四、所有車輛節(jié)點(diǎn)存儲攜帶數(shù)據(jù)包后，都將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式，存儲數(shù)據(jù)包的車輛節(jié)點(diǎn)周期性地檢測其鄰居列表，將所有數(shù)據(jù)包的“CHECK”位置為1，當(dāng)未能發(fā)現(xiàn)比自己距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)時，繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包；否則，選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，為防止環(huán)路的產(chǎn)生，節(jié)點(diǎn)需做出判斷如果該節(jié)點(diǎn)與下一跳的行駛方向不同，且將要傳的下一跳即為上一跳，且該節(jié)點(diǎn)比下一跳朝著目的地更近的方向行駛，則該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包；否則，數(shù)據(jù)包切換到貪婪模式并直接傳給下一跳節(jié)點(diǎn)；同時，節(jié)點(diǎn)每隔一段時間檢測一次攜帶的數(shù)據(jù)包，當(dāng)存儲的數(shù)據(jù)包生存周期失效時或當(dāng)存儲器已滿時，數(shù)據(jù)包將被丟棄，直到發(fā)送或丟棄完畢所有的數(shù)據(jù)包。有益效果本發(fā)明提出的方法是基于地理位置信息的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法，此方法通過利用車輛節(jié)點(diǎn)的相對位置、道路信息與車輛行駛方向等信息確定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)模式，以提高數(shù)據(jù)包在城市交通網(wǎng)絡(luò)中的交付率。本發(fā)明所提出的基于地理位置的路由協(xié)議算法，結(jié)合“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”思想，將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)模式分為三種，通過利用車輛節(jié)點(diǎn)的行駛信息進(jìn)行路由選擇。與以往的路由協(xié)議算法相比，本發(fā)明是基于混合連通與不連通兩種網(wǎng)絡(luò)場景，以滿足連通性時斷時續(xù)的車載物聯(lián)網(wǎng)，更適合真實(shí)城市交通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的同時并不會產(chǎn)生太大的網(wǎng)絡(luò)擁塞，基本滿足對傳輸時延要求不高、數(shù)據(jù)交付率要求較高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。


圖I數(shù)據(jù)包三種轉(zhuǎn)發(fā)模式間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖2節(jié)點(diǎn)接收到處于貪婪模式下的數(shù)據(jù)包時執(zhí)行的算法流程圖。圖3節(jié)點(diǎn)接收到處于無周期檢測的邊緣模式下的數(shù)據(jù)包時執(zhí)行的算法流程圖。圖4進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式后數(shù)據(jù)包經(jīng)歷的算法流程圖。圖5GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN在網(wǎng)絡(luò)連通性較好場景下的數(shù)據(jù)包交付率。 圖6GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN在網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)場景下的數(shù)據(jù)包交付率。圖7GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN在網(wǎng)絡(luò)連通性較好場景下的傳輸平均時延。圖8GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN在網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)場景下的傳輸平均時延。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本部分將結(jié)合上述附圖對基于地理位置的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法做詳細(xì)說明，此方法所包括各個部分的具體實(shí)施方式
如下圖I是數(shù)據(jù)包三種轉(zhuǎn)發(fā)模式間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，下面分三部分進(jìn)行闡述。(I)節(jié)點(diǎn)收到處于貪婪模式下的數(shù)據(jù)包時執(zhí)行的算法流程圖，如圖2所示。第一步所有數(shù)據(jù)包初始時均處于貪婪模式狀態(tài)下，初始化將所有車輛節(jié)點(diǎn)的“CHECK”標(biāo)志位置零。當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)收到一個處于貪婪模式的數(shù)據(jù)包時，查詢其鄰居列表，如有比自己距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)，則“CHECK”仍置為0，并記錄數(shù)據(jù)包的上、下一跳的信息，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)給下一跳；否則，進(jìn)行下一步。第二步數(shù)據(jù)包進(jìn)入無周期檢測的邊緣模式，節(jié)點(diǎn)尋找轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳，如果數(shù)據(jù)包是剛經(jīng)過周期檢測下的邊緣模式轉(zhuǎn)為貪婪模式發(fā)送過來的(即CHECK=I)且記錄的上一跳與要轉(zhuǎn)發(fā)的下一跳是同一節(jié)點(diǎn)，或者節(jié)點(diǎn)未能在鄰居列表中找到下一跳，則將繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包，進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，進(jìn)行下一步。第三步在尋找到無周期檢測的邊緣模式中的下一跳時，將數(shù)據(jù)包“CHECK”位置為0，并記錄上一跳的信息。然后判斷下一跳是否與自己行駛在同一條道路上，如果是，則直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給下一跳；否則，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)將拷貝一份原數(shù)據(jù)包并存儲，進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式，然后將原數(shù)據(jù)包發(fā)送給下一跳。(2)節(jié)點(diǎn)接收到處于無周期檢測的邊緣模式下的數(shù)據(jù)包時執(zhí)行的算法流程圖，如圖3所示。第一步當(dāng)前車輛節(jié)點(diǎn)查詢其鄰居列表，如有比數(shù)據(jù)包中記錄的局部最小值節(jié)點(diǎn)距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)，則數(shù)據(jù)包進(jìn)入貪婪模式，并記錄上、下一跳的節(jié)點(diǎn)信息，然后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給下一跳；否則，進(jìn)行下一步。第二步節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則查詢鄰居列表，如果未找到無周期檢測的邊緣模式中的下一跳，則節(jié)點(diǎn)繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包，然后數(shù)據(jù)包進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，進(jìn)行下一步。第三步記錄上一跳節(jié)點(diǎn)位置信息，然后判斷下一跳是否與自己行駛在同一條道路上，如果是，則直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給下一跳；否則，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)將拷貝一份原數(shù)據(jù)包并存儲，進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式，然后將原數(shù)據(jù)包發(fā)送給下一跳。(3)進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式后數(shù)據(jù)包經(jīng)歷的算法流程圖，如圖4所示。第一步數(shù)據(jù)包進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式后，車輛節(jié)點(diǎn)將遍歷其存儲器，將所有數(shù)據(jù)包的“CHECK”位置為1，然后檢測數(shù)據(jù)包的生存期是否有效，如果失效，則將數(shù)據(jù)包從存儲器中刪除；否則，進(jìn)行下一步。第二步當(dāng)前車輛節(jié)點(diǎn)查詢其鄰居列表，如未能發(fā)現(xiàn)有比自己距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)，則繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包；否則，進(jìn)行下一步。第三步選取距離目的地最近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳，如果自己與下一跳行駛方向不同，且下一跳與數(shù)據(jù)包中記錄的上一跳為同一節(jié)點(diǎn)，且自己比下一跳朝向目的地更近的方向行駛，則當(dāng)前節(jié)點(diǎn)繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)；否則，數(shù)據(jù)包進(jìn)入貪婪模式，并被發(fā)送給下一跳。
數(shù)據(jù)包在上述三種模式之間循環(huán)往復(fù)轉(zhuǎn)換，沿著車輛節(jié)點(diǎn)行駛道路轉(zhuǎn)發(fā)，直到傳輸?shù)侥康牡?。為了?yàn)證本發(fā)明的有益效果，對本實(shí)施例進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在城市交通網(wǎng)絡(luò)某些應(yīng)用中，對數(shù)據(jù)包的交付率有較高的要求，而對數(shù)據(jù)包的傳輸時延則要求不高，所以在這種網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)交付率是衡量車載物聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議性能的核心指標(biāo)。本發(fā)明中提出的路由協(xié)議方法命名為GPSR-DTN，GPSR為基于地理位置的經(jīng)典路由協(xié)議方法。為驗(yàn)證GPSR-DTN在車載物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交付率和傳輸時延性能，本發(fā)明將GPSR-DTN與GPSR作比較。然而，因?yàn)镚PSR不是基于稀疏不連通的網(wǎng)絡(luò)提出的協(xié)議，為公平起見，在比較中本發(fā)明把GPSR擴(kuò)展成一個添加緩存器的GPSR-B協(xié)議。通過這種方法，GPSR-B可以看成一個GPSR與“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”思想簡單結(jié)合的路由協(xié)議。使用的仿真工具是被業(yè)界公認(rèn)的NS2仿真工具。為了測試網(wǎng)絡(luò)連通性對路由協(xié)議的性能影響，設(shè)置了兩種節(jié)點(diǎn)部署場景場景I :100個車輛節(jié)點(diǎn)行駛在2052mX2052m的街道區(qū)域內(nèi)，且網(wǎng)絡(luò)連通性較好；場景II :100個車輛節(jié)點(diǎn)行駛在2052mX2052m的街道區(qū)域內(nèi)，且網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)。每輛車的無線通信半徑均為250m,并且每隔I. Os車輛廣播帶有自己位置、方向等信息的一跳生存周期的信標(biāo)消息，以獲取鄰居節(jié)點(diǎn)并保證鄰居列表的有效性。在模擬中設(shè)定有10輛源節(jié)點(diǎn)向固定的目的地發(fā)送數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔從0. 5s到5. Os之間變化，共六組實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)不考慮目的地接收數(shù)據(jù)包后的回傳過程。GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN三種協(xié)議在車載物聯(lián)網(wǎng)不同場景下的數(shù)據(jù)交付率和傳輸時延性能比較如圖5至圖8所示。圖5所示是在場景I車載物聯(lián)網(wǎng)拓?fù)溥B通性較好的情況下，三種協(xié)議的數(shù)據(jù)包交付率在不同發(fā)送間隔下的變化曲線。圖中橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)發(fā)送間隔(s)，分別從0. 5s到5. Os ；縱坐標(biāo)為數(shù)據(jù)包交付率?？梢钥闯?，GPSR在此條件下的數(shù)據(jù)包交付率在60%至70%之間；GPSR-B的數(shù)據(jù)包交付率徘徊在70%上下；而GPSR-DTN的數(shù)據(jù)包交付率均在70%以上，甚至在某些時刻能達(dá)到80%。這說明在網(wǎng)絡(luò)連通性較好情況下，本發(fā)明協(xié)議算法比原GPSR協(xié)議提高了數(shù)據(jù)包的交付率。圖6所示是在由于交通信號燈的變化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)的場景II下，三種協(xié)議的數(shù)據(jù)包交付率在不同數(shù)據(jù)發(fā)送間隔下的變化曲線。由圖可知，GPSR在此場景下的數(shù)據(jù)包成功交付率在50%左右；GPSR-B的在50%到60%左右；而GPSR-DTN的數(shù)據(jù)包交付率穩(wěn)定在60%以上。由以上可知，GPSR協(xié)議在車載物聯(lián)網(wǎng)中隨著網(wǎng)絡(luò)的連通性變差，其數(shù)據(jù)包成功交付率也將隨之下降。對其添加一些存儲功能會提高一定的數(shù)據(jù)包交付率性能，但由于沒有相應(yīng)的方向檢測機(jī)制，數(shù)據(jù)包會在網(wǎng)絡(luò)中存在回路傳輸，有可能會傳輸?shù)侥康牡?，也可能由于有效期等原因?qū)е聛G棄，從而交付率體現(xiàn)為不穩(wěn)定。而本發(fā)明的路由選擇方法根據(jù)方向檢測判斷下一跳能一定程度地杜絕數(shù)據(jù)包的循環(huán)傳輸，提高了交付率及其穩(wěn)定性。圖7和8分別是場景I和II下，即在車載物聯(lián)網(wǎng)連通性較好和連通性時斷時續(xù)兩種情況下，GPSR、GPSR-B和GPSR-DTN三種協(xié)議在數(shù)據(jù)包不同發(fā)送間隔下的傳輸平均時延，圖中橫坐標(biāo)是數(shù)據(jù)包周期發(fā)送時間間隔(s)，其縱坐標(biāo)是數(shù)據(jù)包從發(fā)送到接收的平均時延(ms)?！ぴ诰W(wǎng)絡(luò)連通性較好的情況下，如圖7所示，三種協(xié)議中車輛節(jié)點(diǎn)均能很快的發(fā)現(xiàn)合適的鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳，直到數(shù)據(jù)包傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)，所以整體表現(xiàn)為傳輸時延很小。在網(wǎng)絡(luò)連通性時斷時續(xù)的情況下，如8所示，GPSR-DTN與GPSR-B的網(wǎng)絡(luò)傳輸平均時延均高于GPSR協(xié)議。這說明在不連通的網(wǎng)絡(luò)中，車輛節(jié)點(diǎn)會經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己為局部最小值，只能存儲攜帶數(shù)據(jù)包直到合適的鄰居節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。雖然，GPSR-B和GPSR-DTN兩者傳輸平均時延均較大，但在某些實(shí)際應(yīng)用中，會將數(shù)據(jù)包的成功交付放在首要考慮位置，而對傳輸時延要求不那么嚴(yán)格。綜上所述，本發(fā)明提出的基于地理位置結(jié)合延遲容忍網(wǎng)絡(luò)“存儲-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”思想的路由選擇方法，適用于連通性較好和連通性時斷時續(xù)的車載物聯(lián)網(wǎng)，在提高數(shù)據(jù)包交付率的同時不會產(chǎn)生太大的網(wǎng)絡(luò)擁塞，基本滿足對傳輸時延要求不高、數(shù)據(jù)交付率要求較高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。以上所述的具體實(shí)例是對本發(fā)明的進(jìn)一步解釋說明，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明原則和精神之內(nèi)，所做的更改和等同替換都應(yīng)是本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于地理位置的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法，包括以下步驟 一、在初始狀態(tài)，將所有數(shù)據(jù)包設(shè)置為貪婪模式，且設(shè)置“CHECK”標(biāo)志位來表示該數(shù)據(jù)包是否是經(jīng)過周期檢測下的邊緣模式轉(zhuǎn)為貪婪模式，“0”表示未經(jīng)過，“I”表示經(jīng)過，初始狀態(tài)所有車輛節(jié)點(diǎn)的“CHECK”標(biāo)志位置零； 二、當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)收到一個處于貪婪模式的數(shù)據(jù)包時，如果在其鄰居列表中有比自己距離目的地更近的節(jié)點(diǎn)，則從中選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，將數(shù)據(jù)包直接傳給這個節(jié)點(diǎn)，“CHECK”標(biāo)志位置零；否則，該節(jié)點(diǎn)為局部最小值，數(shù)據(jù)包將進(jìn)入無周期檢測的邊緣模式，此時，車輛節(jié)點(diǎn)則需要進(jìn)一步做出判斷，是否要把數(shù)據(jù)包傳給下一跳如果數(shù)據(jù)包是剛經(jīng)過周期檢測下的邊緣模式即CHECK=I,且該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則發(fā)現(xiàn)的下一跳即為上一跳，或者該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則沒有發(fā)現(xiàn)下一跳，則節(jié)點(diǎn)要存儲數(shù)據(jù)包并將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，“CHECK”歸零，然后向根據(jù)右手規(guī)則發(fā)現(xiàn)的下一跳發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中如果下一跳與該節(jié)點(diǎn)的地理位置不在同一條道路上，該節(jié)點(diǎn)會存儲原數(shù)據(jù)包的一份拷貝后再發(fā)送原數(shù)據(jù)包并進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式； 三、當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)收到一個處于無周期檢測的邊緣模式的數(shù)據(jù)包時，如果在其鄰居列表中有比數(shù)據(jù)包中記錄局部最小值節(jié)點(diǎn)距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)，則從中選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，將數(shù)據(jù)包切換到貪婪模式并直接傳給這個節(jié)點(diǎn)；否則，數(shù)據(jù)包還要處于無周期檢測的邊緣模式，并根據(jù)下一跳的情況來選擇是繼續(xù)存儲攜帶數(shù)據(jù)包進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式還是傳給無周期檢測的邊緣模式中的下一跳如果該節(jié)點(diǎn)根據(jù)右手規(guī)則沒有發(fā)現(xiàn)下一跳，則該節(jié)點(diǎn)要存儲數(shù)據(jù)包并將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式；否則，該節(jié)點(diǎn)向下一跳發(fā)送數(shù)據(jù)包，其中如果下一跳與該節(jié)點(diǎn)的地理位置不在同一條道路上，該節(jié)點(diǎn)會存儲原數(shù)據(jù)包的一份拷貝后再發(fā)送原數(shù)據(jù)包并進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式； 四、所有車輛節(jié)點(diǎn)存儲攜帶數(shù)據(jù)包后，都將進(jìn)入周期檢測下的邊緣模式，存儲數(shù)據(jù)包的車輛節(jié)點(diǎn)周期性地檢測其鄰居列表，將所有數(shù)據(jù)包的“CHECK”位置為1，當(dāng)未能發(fā)現(xiàn)比自己距離目的地更近的鄰居節(jié)點(diǎn)時，繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包；否則，選擇距離最小的節(jié)點(diǎn)作為下一跳，為防止環(huán)路的產(chǎn)生，節(jié)點(diǎn)需做出判斷如果該節(jié)點(diǎn)與下一跳的行駛方向不同，且將要傳的下一跳即為上一跳，且該節(jié)點(diǎn)比下一跳朝著目的地更近的方向行駛，則該節(jié)點(diǎn)繼續(xù)攜帶數(shù)據(jù)包；否則，數(shù)據(jù)包切換到貪婪模式并直接傳給下一跳節(jié)點(diǎn)；同時，節(jié)點(diǎn)每隔一段時間檢測一次攜帶的數(shù)據(jù)包，當(dāng)存儲的數(shù)據(jù)包生存周期失效時或當(dāng)存儲器已滿時，數(shù)據(jù)包將被丟棄，直到發(fā)送或丟棄完畢所有的數(shù)據(jù)包。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于地理位置的車載物聯(lián)網(wǎng)路由選擇方法，將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)模式分為三種，分別為貪婪模式、無周期檢測的邊緣模式和周期檢測下的邊緣模式。所有數(shù)據(jù)包初始時均處于貪婪模式，在數(shù)據(jù)包傳輸過程中，將根據(jù)車輛相對位置、道路信息和車輛行駛方向的比較，確定數(shù)據(jù)包三種轉(zhuǎn)發(fā)模式之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并判斷數(shù)據(jù)包是否要傳遞給下一跳還是繼續(xù)存儲攜帶數(shù)據(jù)包，通過多路徑向目的地傳輸以提高數(shù)據(jù)包的交付率。本發(fā)明基于混合連通與不連通兩種網(wǎng)絡(luò)場景，以滿足連通性時斷時續(xù)的車載物聯(lián)網(wǎng)，更適合真實(shí)城市交通網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的同時并不會產(chǎn)生太大的網(wǎng)絡(luò)擁塞，適用于對數(shù)據(jù)交付率要求較高，但傳輸時延要求不高的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
文檔編號H04L29/08GK102802121SQ20121032089
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月1日
發(fā)明者李凡, 趙磊, 李平, 王昱 申請人:北京理工大學(xué)