[发明专利]基于自主协同的车载网络预警信息广播系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及自组织车载网络预警信息广播技术领域，尤其涉及一种基于自主协同的车载网络预警信息广播系统及方法。

背景技术

随着通信技术、传感器技术和嵌入式计算技术的快速发展和日益成熟，具有通信、传感和计算能力的车载网络通信节点（简称节点）开始出现，并且被逐渐的装备到车辆之中。利用车载网络通信节点，车辆之间可以彼此进行无线通信，并借此形成一个区域性的车载网络。车载网络能够协调地感知、采集、处理和监测网络覆盖区域内的各种车辆节点之间的运行信息，并发布给需要这些信息的用户。车载网络在提供交通信息，保障交通安全方面发挥着越来越重要的作用。预警信息的广播是车载网络的一项重要职能，当道路上发生事故或异常状况时，事故车辆或临近的车辆通过传感器及时感知到事故或异常状况的发生，然后将预警信息（包括发生的时间，发生的地点及发生的事件等信息）在车载网络中进行广播，并通过其它节点将消息迅速在网络中传播开。收到消息的车辆可以及时做出反应，避免连锁事故的发生。为了保障交通的安全，预警信息的广播需要保证可靠性，确保所有车辆都可以收到预警信息；同时，要在尽可能短的时间内将信息迅速送达各个车辆节点，便于司机做出及时的应对措施。因此，一个可靠性强、消息传播效率高的车载网广播方法是车载网络保障交通安全的关键所在。传统的车载网络预警信息广播方法采用泛洪式广播算法，即每一个节点收到邻居节点发来的预警信息后，都会立刻再次将该信息进行广播，以将信息传播到更广的范围内。然而，由于无线网络的特性，泛洪式算法将在节点之间造成大量的信号干扰乃至信号冲突，导致一部分节点由于干扰和冲突无法顺利接受到预警信息，无法保障可靠性。

基于可靠性和传播效率的要求，大量改进后的车载网络预警信息广播方法已经被研发出来。这些方法主要分为两类，基于发送端的转发者选择方法和基于接收端的转发计时方法。一、基于发送端的转发者选择方法。在基于发送端的转发者选择方法中，当一个节点对预警信息进行广播时，会通过计算在邻居节点中选择下一跳的转发者（通常是选择距离较远的邻居，以提高数据传播效率），并将做出的选择附在广播的数据包中。当邻居节点收到广播的数据包后，若其被选为下一跳的转发者，则该节点会重复上述过程，并进行数据的广播；若未被选中，则保持静默，避免造成信号干扰和冲突。这种方法可以保障较快的传播效率，但是，由于自组织车载网络的特殊性，节点移动性强，节点间链路变化较快，链路质量不稳定，当选择的转发者实际并未接收到数据包时，消息的传播可能会中断。因此这类方法的可靠性较差。二、基于接受端的转发计时方法。在基于接受端的转发计时方法中，广播信息的节点并不对下一跳的转发做出指示。当邻居节点接收到信息时，根据自身的信息设置一个随机的计时器，时间到后即进行再次广播（转发）；若时限未到而有邻居节点已经进行了转发，则取消计时并转入静默状态，避免造成信号干扰和冲突。由于在接收端做决策，因此可以确保每一跳都有节点进行广播，避免了消息传播的中断。通过引入ACK机制，节点间会互相检查邻居是否接收到了预警消息，并进行消息的重传，从而进一步保障了可靠性。然而这类方法，由于每一跳都要进行倒计时，从而导致了一定的延迟，造成消息传播的效率比较低。其中，ACK即确认字符，在数据通信中，接收站发给发送站的一种传输类控制字符。综上可知，上述两类方法都无法做到可靠性和传播效率的兼顾，其主要原因在于节点彼此之间独立进行决策，为了避免多个节点同时传输造成的信号冲突，或者牺牲可靠性，由发送端进行决策，或者牺牲传播效率，依据接收端的随机计时器来错开时间避免冲突。

发明内容

本发明的目的在于通过一种基于自主协同的车载网络预警信息广播系统及方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于自主协同的车载网络预警信息广播系统，其包括邻居状态更新模块和自主决策模块；

所述邻居状态更新模块用于实时维护已接收到的预警信息数据包集合M、M中每个预警信息数据包m的邻居接收状态、邻居节点b的最新位置信息L（b）及内容分发服务（CDS）状态，其中，所述每个预警信息数据包m的邻居接收状态包括：已接收到m的邻居节点集合R(m)、可能接收到m的邻居节点集合P(m)及未接收到m的邻居节点集合N(m)；

所述自主决策模块用于在接收到预警信息数据包m时，根据N（m）中所有节点的位置信息L，计算其几何中心I，并对P（m）和R（m）中所有节点，按其到I的距离由短到长进行排序，令r为本节点c的排名，则本节点c在r个时隙后转发预警信息数据包m，即若本节点c排名第一，则立刻转发m。