[发明专利]面向高速路车联网场景的自适应路由方法

说明书

【技术领域】

本发明属于计算机应用与车联网结合的技术领域。

【背景技术】

随着通信技术的不断发展，VehicularAd hoc Networks(VANETs)成为了智能交通系统设计中至关重要的一部分。在智能交通系统中，VANETs能够实现许多安全与非安全方面的应用。与传统的MANETs节点相比，VANETs中车辆节点本身有着强大的运算以及存储能力，而且不需要考虑能量问题。但是其运动方向及运动速度受特定环境影响比较大，在不同的场景下其拓扑变化表现出不同的特点，节点与节点之间的通信链路频繁断裂，使得节点间的通信极其不可靠。路由协议作为VANETs中重要的组成部分，是实现智能交通至关重要的一部分，设计一个能够适应于不同的场景，而且有着高可靠性、低时延的路由协议成为了首要解决的问题。

目前许多传统的MANETs的路由算法被应用在VANETs网路中，这些路由算法可以分为四类，分别为主动式路由、反应式路由、基于地理位置的有信标路由和基于地理位置的无信标广播式路由。前两类路由算法拓扑结构变化较小，在链路稳定的情况下表现出较好效果，其对链路的稳定性要求较高。对于VANETs这种拓扑结构变化剧烈的网络来说稳定性很难得到保证，这使得这两种路由算法难以被应用在VANETs网络中。基于地理位置的有信标路由算法在一定程度上能够解决拓扑的剧烈变化导致的可靠性问题，同时有效的下一跳选择机制能够减小传输的延迟。但由于这种算法在不同的场景下信标数据包发送时间很难选取，而且传统的下一跳转发节点选取机制通常只在特定的场景中有效，并不能同时满足高速和城市这两种场景。基于地理位置的无信标广播式路由这种算法通过减少信标数据包来减少了开销，但是由于其采用广播和定时的方式，使得其不仅占用了许多空闲信道，浪费了传输时间，而且当发送节点增多，发送数据量大时，难以保证数据包传输的可靠性。

综上所述，传统的路由算法存在以下几种问题：1)对网络拓扑结构的稳定性要求较高，很难应用在VANETs这种拓扑结构变化剧烈的网络中；2)仅适用于特定的场景；3)占用的空闲信道多，浪费了传输时间，而且当发送节点增多，发送数据量大时，难以保证数据包传输的可靠性。因此，为了解决上述存在的某些问题，提出一种面向高速路车联网场景的自适应路由方法(RAR)。该方法在包的递交率、平均跳数以及端到端的延时等方面均表现出很好的效果，有效的提高车联网的性能。

【发明内容】

本发明的目的是为了解决现有技术存在的上述问题，提供一种面向高速路车联网场景的自适应路由方法(RAR)。

该方法充分考虑了不同场景下车辆的速度，以及密度的差异，实现了一种能够在不同场景下自适应调整信标发送数据包的发送间隔的机制，来满足邻居表更新时间的要求，同时减少由信标数据包带来的时间延迟。考虑高速和城市公路两种场景下由于速度和节点密度引起的下一跳转发节点不可靠以及传输延迟的问题，RAR路由算法通过建立集合来找出可靠的下一跳候选转发节点，通过自适应的转发方式来找出到达目的节点跳数最少、延迟最小、递交率最高的候选节点，与传统路由方法相比，有效的提高了车联网的性能。

本发明提供的面向高速路车联网场景的自适应路由方法主要包括如下关键步骤：

第1、节点间链路状态评估：

第1.1、通过车间相对位移变化来衡量节点间链路的稳定性，变化量越小链路越稳定；

第1.2、为了能够使得节点间链路质量能够满足数据包传输的要求，加入包的错误率以及链路维持时间来对链路的质量进行评估；

第2、节点间距离计算：

通过链路状态评估后还要对下一跳节点的距离进行计算，以保证所选节点是具有最高质量的节点；

第3、邻居节点密度计算：

通过计算下一跳节点的邻居节点数能够有效的解决网络分割或障碍物问题引起的局部最大化问题；

第4、转发节点选择策略：

在选取下一跳节点时，充分考虑了链路状态、节点间距离以及有效节点数这3个度量，不仅能够有效的提高数据包的递交率，同时也能极大的减小数据包传输的延迟时间；当出现了局部最大化问题时，携带数据包，直到下一个候选节点的出现；

第5、贪婪机会转发GOF方法：

第5.1、输入发射机，计算出参考节点与最近层内节点间距和参考节点与最近层间节点间距；