[发明专利]一种适用于稀疏和稠密多种VANETs场景的方法

说明书

技术领域

本发明属于车载网领域，涉及到利用联盟博弈理论对VANETs(Vehicular Ad Hoc Networks)中的节点进行激励机制建模，使节点合作转发消息。给出的模型和方法，能够适应疏密场景多变的VANETs，能自动根据VANETs的疏密对节点进行不同的激励，约束节点的自私行为，提高网络性能。

背景技术

VANETs与普通的无线移动网络不同，VANETs中的消息转发激励机制试图针对其特有的特点如节点的快速移动性、变化的网络密度、以及拓扑变化频繁和网络分割等，激励节点合作转发消息，约束节点的自私行为。研究人员提出了许多不同的激励机制，然而每种激励机会都有其各自的特点和应用范围。因此，应该根据VANETs的特点和网络的实际情况设计新的、更符合实际的激励机制，这样更有利于VANETs网络的性能优化。

正如VANETs稀疏时和稠密时网络所面临的自私问题是不同的，如图1和图2所示。由于节点的高移动性，很容易导致稀疏VANETs的连接断开，频繁的网络连接断开是稀疏VANETs面临的一个严峻的问题。如图1(a)所示的路段中，网络稀疏，VANET被分割成三个局部连通网络(Net1、Net2 和Net3)，这三个局部网络内部是连通的，可以实现消息的传递。然而如果希望把消息从Src.( 在Net3中)传递给Dest.(Net1中)，由于不存在端到端连接，无法实现，只能在节点移动的过程中，三个分割的网络中的节点之间建立起连接，充分利用这些连接机会，才有可能实现消息的传递。在图1a中，Net3中节点是连通的，每个节点都收到了消息m，经过T1时刻后，如图1(b)，原来在T1时刻的Net3中的节点B与此刻的Net2中的节点建立起连接，B利用此次连接机会把消息m传递给Net2中的节点， T2时刻后(T2>T1)，如图1(c)，T1时刻时Net2中的节点C与此刻Net1中的节点相遇，C利用此次连接机会把消息传递给D，此时，Dest.恰好在Net1中， D中转把消息传递给了Dest。稀疏的VANETs，由于经常不存在端到端的连接,为了使端到端的消息能够传送成功，充分利用节点连接的机会来转发消息很有必要。然而，由于VANETs的节点是一组智能车辆，每个节点都有自主性，比如，有的节点不愿免费为其他节点服务，有的节点不愿意浪费自己的存储空间和带宽为其他节点转发消息，节点就表现出这样的自私性。正是由于这种自私性的存在，节点不转发消息，导致网络分割的情况更加严重，如图1(a)，Net3中的节点A表现出自私性，不给其他车辆转发Src.发出的消息，则网络分割由原来的3部分转变为5部分，如图1(d)所示。节点的自私行为加重了VANETs中的网络分割，此时的Src.想把消息传递给Dest.,需要5个分割的网络中的节点之间建立连接，因此车辆在移动过程中需要更多的节点之间能有连接机会，随着对连接的要求增高，消息传递成功的概率相应的减小。另一方面，如果VANETs中的节点数过于稠密, 网络的主要问题从缺少端到端连接转变到中间转发节点过多导致的频频的消息交互和开销问题。在这种VANET的场景中，如果节点出于某种目的表现出自私行为，都不转发消息，消息无法成功传递。另一方面，如果激励这些节点都转发消息，网络中会出现大量冗余包，消耗网络资源如带宽、存储空间等。如果节点过度稠密，如堵车情景，甚至会引发广播风暴)甚至发生广播风暴，对消息的传递会产生很大的负面影响。如图2所示，消息的源节点Src.想给目的节点Dest.传数据，最优方式是Src.先传数据给A，然后A一跳传给Dest.。但是如果使用和稀疏网络一样的机制，激励所有节点碰到邻节点就转发消息，由于网络稠密，在他的覆盖范围内有28辆车(假设这些车的通信距离相同)，Src.会传送28个数据副本给邻节点，然后邻节点同样传送大量副本给其他节点。网络中会存在大量消息副本，最坏情况会出现广播风暴。因此应提出一种能适应VANET的疏密场景多变的激励机制。激励机制要能够自动根据VANET的疏密对节点进行不同的激励，约束VANET所有节点的自私行为。即能提高稀疏VANET的连通性，同时能在保证稠密VANET连通性的同时，控制中间转发节点数量，减少网络中的冗余包。