車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇路由方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇路由方法，屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法利用Affinity?Propagation聚類方法中的節(jié)點(diǎn)相似度S、節(jié)點(diǎn)間的親密度IN和連接度D來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)最大的節(jié)點(diǎn)成為簇頭；成簇之后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)鏈路感知的方法向路口觸發(fā)鏈路斷開(kāi)信息；路口節(jié)點(diǎn)根據(jù)記錄的最近k個(gè)周期內(nèi)路段的通斷來(lái)計(jì)算再次連通概率，路口節(jié)點(diǎn)利用再次連通概率和貪婪方法選擇最佳候選簇，并根據(jù)貪婪方法選擇到達(dá)最佳候選簇的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明所示方法明顯提高了數(shù)據(jù)包的投遞率，減小了數(shù)據(jù)包傳遞所需的時(shí)延，增加了簇頭的穩(wěn)定性，減少了簇頭個(gè)數(shù)，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)和平均時(shí)延，大大降低了路由開(kāi)銷。
【專利說(shuō)明】車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于車載自組織網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002]車載自組織網(wǎng)絡(luò)(VANET)是移動(dòng)ad hoc的一種，但由于車載自組織網(wǎng)的車輛節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較快、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓浅ｎl繁等特點(diǎn)，使車載網(wǎng)的路由層不僅要面臨傳統(tǒng)移動(dòng)自組網(wǎng)所面對(duì)的問(wèn)題，還必須克服其自身特性所產(chǎn)生的缺陷，因此車載自組網(wǎng)中路由協(xié)議的設(shè)計(jì)是研究工作中的一大挑戰(zhàn)。
[0003]目前，車載網(wǎng)中使用的路由協(xié)議根據(jù)不同的方式可以進(jìn)行不同的分類。按照網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)的不同可分為平面路由和分層路由即分簇路由。分簇路由協(xié)議通過(guò)分簇方法將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)劃分為邏輯上獨(dú)立的簇，將拓?fù)渥兓挠绊懣刂圃谛》秶鷥?nèi)，減少了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。因此成為了當(dāng)前重點(diǎn)研究的技術(shù)。成簇方法是分族路由的關(guān)鍵，好的成族方法可以延長(zhǎng)族頭持續(xù)時(shí)間，提聞傳輸?shù)耐哆f率，減少路由的跳數(shù)，從而減少丟包。
[0004]現(xiàn)有分簇方法中很多只考慮節(jié)點(diǎn)的單一參數(shù)如ID、速度、距離、節(jié)點(diǎn)度等參量，有些加權(quán)分簇方法也只是將幾個(gè)簡(jiǎn)單的參量進(jìn)行加權(quán)，近些年提出的Affinity Propagation聚類方法，它根據(jù)N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相似度進(jìn)行聚類?，F(xiàn)有的Affinity Propagation聚類方法是基于節(jié)點(diǎn)間距離的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度差別較大時(shí)，選取節(jié)點(diǎn)度較小的節(jié)點(diǎn)為簇頭增加了簇頭的個(gè)數(shù)，簇頭持續(xù)時(shí)間較短，需要頻繁的更新簇頭，從而增加了分組投遞的跳數(shù)和時(shí)延，降低了投遞率，增加了路由開(kāi)銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇路由方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明首先提供了一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，包括以下步驟:節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS及周期性的hello報(bào)文獲取車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度、方向、節(jié)點(diǎn)類型等信息；根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的相似度；根據(jù)預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)某鄰居節(jié)點(diǎn)在未來(lái)時(shí)刻與節(jié)點(diǎn)保持鄰居關(guān)系的概率，根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度來(lái)確定該節(jié)點(diǎn)的親密度；根據(jù)節(jié)點(diǎn)的方向和速度來(lái)確定節(jié)點(diǎn)與其鄰居之間的連接度；將節(jié)點(diǎn)間的相似度、親密度、連接度加權(quán)獲取節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)P，并選取優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)作為簇頭；簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播lead函數(shù)，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和收到lead函數(shù)的個(gè)數(shù)確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)還是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并向簇頭回復(fù)。
[0008]進(jìn)一步，所述根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的相似度S，具體包括:根據(jù)節(jié)點(diǎn)i的當(dāng)前位置Xi及其速度信息，預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)I時(shí)間t之后的位置Xi';節(jié)點(diǎn)i通過(guò)周期性的hello報(bào)文獲取鄰居節(jié)點(diǎn)1、J1...JV1的當(dāng)前位置和速度信息，預(yù)測(cè)鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)間t之后的位置Xj,;節(jié)點(diǎn)i根據(jù)下述公式計(jì)算與鄰節(jié)點(diǎn)間的相似度:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，其特征在于:包括以下步驟: 節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS及周期性的hello報(bào)文獲取車輛節(jié)點(diǎn)的位置、速度、方向、節(jié)點(diǎn)類型等信息； 根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的相似度； 根據(jù)預(yù)測(cè)模型來(lái)預(yù)測(cè)某鄰居節(jié)點(diǎn)在未來(lái)時(shí)刻與節(jié)點(diǎn)保持鄰居關(guān)系的概率，根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度來(lái)確定該節(jié)點(diǎn)的親密度； 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的方向和速度來(lái)確定節(jié)點(diǎn)與其鄰居之間的連接度； 將節(jié)點(diǎn)間的相似度、親密度、連接度加權(quán)獲取節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)P，并選取優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)作為簇頭； 簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播lead函數(shù)，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和收到lead函數(shù)的個(gè)數(shù)確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)還是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并向簇頭回復(fù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)獲取的節(jié)點(diǎn)位置、 速度信息確定節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)間的相似度S，具體包括: 根據(jù)節(jié)點(diǎn)i的當(dāng)前位置Xi及其速度信息，預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)I時(shí)間t之后的位置Xi'； 節(jié)點(diǎn)i通過(guò)周期性的hello報(bào)文獲取鄰居節(jié)點(diǎn)Jpj1...jn_i的當(dāng)前位置和速度信息，預(yù)測(cè)鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)間t之后的位置X/ ； 節(jié)點(diǎn)i根據(jù)下述公式計(jì)算與鄰節(jié)點(diǎn)間的相似度:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)預(yù)測(cè)模型和節(jié)點(diǎn)度確定節(jié)點(diǎn)的親密度IN，具體包括: 預(yù)測(cè)模型一節(jié)點(diǎn)間通過(guò)周期性的hello報(bào)文交互，節(jié)點(diǎn)記錄當(dāng)前時(shí)刻h和上一時(shí)刻t!時(shí)的鄰居節(jié)點(diǎn)ID ；節(jié)點(diǎn)j上一時(shí)刻h為i的鄰居節(jié)點(diǎn)且當(dāng)前時(shí)刻h不是i的鄰居節(jié)點(diǎn)，則j下一時(shí)刻為i的鄰居的概率為P2，j上一時(shí)刻不是i的鄰居且當(dāng)前時(shí)刻是i的鄰居，則下一時(shí)刻為i的鄰居的概率為P，j上一時(shí)刻、當(dāng)前時(shí)刻均為i的鄰居，則下一時(shí)刻為i的鄰居的概率為I ;節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻的鄰居列表預(yù)測(cè)此鄰居集合下一刻依舊保持的概率
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，其特征在于:所述根據(jù)節(jié)點(diǎn)的方向和速度來(lái)確定節(jié)點(diǎn)與其鄰居之間的連接度D，具體包括: 根據(jù)鄰居列表中鄰節(jié)點(diǎn)的信息，確定該節(jié)點(diǎn)與鄰節(jié)點(diǎn)的距離差和速度差，距離差與速度差之比為兩節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)到達(dá)率，相對(duì)到達(dá)率大于0，則兩節(jié)點(diǎn)間距離在增大，相對(duì)到達(dá)率小于O則兩節(jié)點(diǎn)間距離在減??； 節(jié)點(diǎn)記錄相對(duì)到達(dá)率大于O的鄰節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)η',根據(jù)下述公式確定節(jié)點(diǎn)間的連接度D:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的穩(wěn)定成簇方法，其特征在于:所述選取優(yōu)先級(jí)最高的節(jié)點(diǎn)作為簇頭，具體包括: 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的相似度、親密度和連接度加權(quán)確定節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)P，P= aS+i3IN+YD，其中a，β，Y為設(shè)定參數(shù)，且a + β + Y = I ; 優(yōu)先級(jí)最大的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記自己為簇頭，簇頭向其簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)廣播lead函數(shù)，宣告自己成為簇頭，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的位置和收到lead函數(shù)的個(gè)數(shù)確定自己是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)還是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，并向簇頭回復(fù)。
6.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中簇的更新方法，其特征在于:包括以下步驟: 簇頭節(jié)點(diǎn)CH、簇成員節(jié)點(diǎn)`CM和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)GM根據(jù)自身位置的改變、優(yōu)先級(jí)P的變化進(jìn)行更新； 簇頭節(jié)點(diǎn)CH維護(hù)兩張鄰居列表，即簇成員表和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)表； 簇頭節(jié)點(diǎn)每單位時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，如果簇成員的優(yōu)先級(jí)大于自身，則優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)成為簇頭廣播消息lead()，原簇頭節(jié)點(diǎn)成為成員節(jié)點(diǎn)，否則簇頭節(jié)點(diǎn)只需更新其成員速度、位置等信息，如果簇頭沒(méi)有收到某成員節(jié)點(diǎn)周期性的廣播，那么簇頭把該成員節(jié)點(diǎn)從它的成員表中刪除； 簇成員周期性檢測(cè)其是否收到簇頭的hello消息，若收到則更新其位置速度等信息，若收到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的lead ()消息，則提取新的簇頭信息，如果在它的周圍沒(méi)有簇頭的話，那么它自己獨(dú)立成簇； 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)維護(hù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)可達(dá)的簇頭列表，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)每單位時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其是否收到可達(dá)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送的周期性hello報(bào)文，若有，則更新其位置、速度等信息，如無(wú)，則將此節(jié)點(diǎn)從可達(dá)簇頭節(jié)點(diǎn)表中刪除，如果可達(dá)簇頭僅有一個(gè)且在本簇到鄰簇的方向上至少有一個(gè)比自己離本簇頭遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)，則向簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送GM轉(zhuǎn)為CM消息，并將自己的狀態(tài)從GM轉(zhuǎn)為CM。
7.一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的簇路由，其特征在于:包括: 節(jié)點(diǎn)信息確定以后，邊界節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)鏈路感知LP，向簇頭和路口節(jié)點(diǎn)發(fā)送鏈路中斷警報(bào)信息； 路口節(jié)點(diǎn)向周圍節(jié)點(diǎn)廣播鏈路信息并計(jì)算鏈路的再次連通概率CPij ； 簇路由協(xié)議中路口節(jié)點(diǎn)根據(jù)路段再次連通概率和貪婪方法選擇最佳候選簇，簇內(nèi)簇頭按照貪婪方法選擇網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)； 所述節(jié)點(diǎn)信息的確定包括:車載自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和周期性的HELLO報(bào)文獲得自身的位置、速度、方向、節(jié)點(diǎn)度等信息；根據(jù)自己和鄰居節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系判定的自身的節(jié)點(diǎn)類型:路口節(jié)點(diǎn)CN、前后都有鄰居的隊(duì)列節(jié)點(diǎn)PN、只有一邊有鄰居的邊界節(jié)點(diǎn)BN、前后都沒(méi)有鄰居的孤獨(dú)節(jié)點(diǎn)LN。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的簇路由，其特征在于:所述鏈路感知LP過(guò)程具體包括: 節(jié)點(diǎn)判定自身節(jié)點(diǎn)類型為邊界節(jié)點(diǎn)后，生成中斷警報(bào)信息IAM，向路口節(jié)點(diǎn)CN發(fā)送鏈路中斷警報(bào)信息，通知路口節(jié)點(diǎn)此鏈路斷開(kāi)，如果傳遞IAM的節(jié)點(diǎn)在目的路口方向上沒(méi)有下一跳，則丟棄該IAM; CN按HELLO周期檢查本地鏈路狀態(tài)表； CN節(jié)點(diǎn)通過(guò)接收到的IAM更新該路口與相鄰路口的連接狀態(tài)Cij ； 如果在一個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到IAM報(bào)文，則默認(rèn)該鏈路是完全連接的； 根據(jù)更新的鏈路狀態(tài)(Link State) LSij = [Cij, CPij]，其中Cij為鏈路連接狀態(tài)，CPij為鏈路再次連通概率，生成新的CIAM報(bào)文，向當(dāng)前路口的所有節(jié)點(diǎn)廣播已斷開(kāi)路段的信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種車載自組織網(wǎng)絡(luò)中基于鏈路感知的簇路由，其特征在于:所述的再次連通概率CPij統(tǒng)計(jì)了路段Iij最近k個(gè)hello周期的鏈路連接狀態(tài)，根據(jù)k個(gè)Cu計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻路段Iu的再 次連通概率CPij:
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的簇路由協(xié)議，其特征在于，包括: 步驟一:源節(jié)點(diǎn)S首先判斷目的節(jié)點(diǎn)D是否為其鄰居節(jié)點(diǎn)，若是其鄰節(jié)點(diǎn)則直接將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)，若不是進(jìn)入步驟二 ； 步驟二:S將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給簇頭； 步驟三:簇頭判斷目的節(jié)點(diǎn)是否位于本簇，若是則直接將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給D，否則進(jìn)入步驟四； 步驟四:簇頭判斷自己是否為路口節(jié)點(diǎn)，若是則跳到步驟五，若不是則進(jìn)入步驟六； 步驟五:根據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)的距離和再次連通概率從候選簇中選擇最佳候選簇，即根據(jù)W值的大小來(lái)選擇最佳候選簇，W值公式如下:W = maxFCyXdisWext, D)+CPi，j},進(jìn)入步驟七； 步驟六:簇頭按照貪婪方法選擇下一簇，判斷下一簇的簇頭是否為自己的鄰節(jié)點(diǎn)，若是則直接轉(zhuǎn)發(fā)給下一簇的簇頭，進(jìn)入步驟三，否則按照貪婪方法選擇網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一簇簇頭，進(jìn)入步驟三； 步驟七:判斷該路口節(jié)點(diǎn)是否為簇頭，若是則進(jìn)入步驟三，若不是則經(jīng)過(guò)最多兩跳將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給選定簇頭，之后進(jìn)入步驟三。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103781148SQ201410064311
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】陳前斌, 李守捷, 唐倫, 黃瓊 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)