[发明专利]考虑车辆交通特性的VANET分簇方法

说明书

技术领域

本发明涉及车载无线自组网的分簇方法。

背景技术

在传统的移动自组网中，为解决网络的稳定和负载平衡问题，研究人员提出了一些分层广播的方法。即把整个网络划分成若干个簇(Cluster)，每个簇由一个簇首和多个成员组成。簇与簇之间由网关(Gateway)连接。簇成员之间的通信通过簇首进行，簇之间的通信则可经过簇首或者网关转发。其优点是可扩展性好，网络规模不受限制。目前，网络分簇的算法主要分别如下四类：

(1)基于节点ID的分簇算法

链路分簇算法(Link Clustering Algorithm，LCA)是一种基于最高节点ID的分簇算法。LCA算法中，邻居节点具有最高ID的节点成为簇首，并且如果一个节点是其某个邻居节点的ID最高的邻居节点，此节点也可成为簇首。该分簇方法首先选择ID最高的节点成为簇首。如果次高ID的节点所覆盖的范围内存在没有被ID最高的簇首覆盖的节点，那么次高ID的节点也成为簇首，否则继续检查下一个ID较高的节点，直到所有节点都属于某个簇。这种分簇方法实现简单，但是会产生过多的簇首，特别是当节点按ID递增的顺序线性排列时，此时除第一个节点外，其他节点都是簇首。另一种基于节点ID的分簇算法是最小ID(Lowest-ID，LID)分簇算法。在LID分簇算法中，为每个节点根本唯一的ID。节点定期期向其邻居节点广播自己的ID值。每个节点通过比较自己的ID值与其邻居节点的ID大小来确定自己是的ID值是否为没有确定状态的节点中最小的。若本节点ID最小且邻居中不存在簇首节点，则此节点声明为簇首节点。一个节点收到一个簇首声明，则加入该簇，并声明自己为成员，同时收到两个簇首声明的节点为网关。此类基于节点ID的方法的主要缺点是节点一旦分配到小ID则其成为簇首的可能性要远高于其他节点，会使这样的节点经常被选举为簇首，从而使其负载远远大于其它节点，使网络的公平性降低，负载不平衡。

(2)最高节点度分簇算法

最高节点度(Max-Degree)分簇算法[通过比较的连通度(degree)，即节点邻居数量来选择簇首节点。实现方法与最小算法类似，节点通过广播其邻居个数，即连通度与其邻节点比较连通度，选择连通度最大的节点为簇首。在移动自组网中，尤其是拓扑变化快的网络中，由于节点的连通度随拓扑变化，所以其形成的簇结构的稳定性较差。

(3)最低移动性分簇算法

在分簇算法中，生成簇结构的稳定性对网络性能影响最大。为了提高簇结构的稳定性，出现了最小移动速度(Lowest speed)算法，该算法通过比较节点移动速度来选择移动速度小的节点优先成为簇首节点。认为移动速度低的节点作为簇首形成的簇结构稳定，簇变化频率低。但是这种算法只适合节点移动速率低的网络，对于如VANET(车载无线自组网)的节点高速移动的网络，尤其是节点的相对移动性高的网络，其形成的簇结构不稳定，簇改变频率高。

(4)基于位置预测的算法

Sivavakeesar和Pavlou提出了基于位置预测的簇首选择算法。该算法中提出了“虚簇”的概念，将整个网络覆盖区域划分成多个“虚簇”区域，将每个节点同与其在同一个“虚簇”内的其它节点进行比较，选择所在“虚簇”概率最小或与当前“虚簇”中心的距离最短的节点作为簇首。节点可通过GPS或者其它定位方法获取其地理信息，并确定所属“虚簇”。该算法在节点移动性较弱时形成的簇结构稳定，且簇首数量较为固定，具有较好的性能。但是，在节点移动速度较高，拓扑变化快的网络中形成的分簇结构不稳定，簇首变化频率以及成员变化频率较高。

在VANET中，节点规模大，密度变化大，尤其在某些时候车辆跟驶，自然分成簇状，也适合采用分层的方法来进行数据广播。但VANET是一种临时性网络，拓扑变化大，节点速度快，链路存在时间短，这些特点会影响到簇的结构。同时，簇的稳定性是分簇算法的一个重要问题，簇的变化不可避免，但应力求簇结构变化最小，算法应该能够探测并应对拓扑结构的变化以保持合适的簇结构。此时若采用基于信息交换的方法来维护一个分层网络需要通过定期广播控制信息来维持，需要较大的控制开销，从而增加了网络负载。

传统的VANET分簇算法一般针对影响分簇结构的连通性、稳定性、负载平衡等因素中的某一个因素来进行，而不考虑影响分簇的其它方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑车辆交通特性的VANET分簇方法，以解决车载无线自组网传统的分簇算法针对影响分簇结构的连通性、稳定性、负载平衡等因素中的某一个因素来进行，而不考虑影响分簇的其它方面的缺点。

本发明包括下述步骤：