[发明专利]一种基于交叉路口的分布式城市车联网路由方法

权利要求书

1.一种基于交叉路口的分布式城市车联网路由方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据城市交通路段的交叉路口构建交叉路口模型；

S2、在交叉路口模型中建立车辆雾并对车辆雾进行维护；

S3、建立交叉路口的车辆雾与相邻交叉路口的多跳链路；

S4、利用交叉路口的车辆雾对相邻路段进行质量评估；

S5、根据步骤S3建立的多跳链路以及步骤S4得到的质量评估结果，为数据包路由制定路由线路并完成数据传递；

所述步骤S1包括以下分步骤：

S11、将交叉路口的车道分为进入车道和离开车道：若车道上的车辆驶入交叉路口，则该车道为进入车道，否则该车道为离开车道；

S12、在每个进入车道上设置入界线、停止线和出界线3条传感线；所述停止线为位于人行道前的车辆停止标志线，所述入界线设置于停止线前R米处，所述出界线为进入车道和离开车道的分界线；

S13、根据入界线、停止线和出界线划分进入域和离开域，完成交叉路口模型的构建；所述入界线和停止线之间的区域为进入域，所述停止线和出界线之间的区域为离开域；

所述步骤S2中建立车辆雾的方法具体为：

A1、当有车辆进入交叉路口的进入域时，判断该车辆的邻居节点中是否存在该交叉路口的核心节点，若是则进入步骤A8，否则进入步骤A2；

A2、判断该车辆所在车道是否处于红灯信号，若是则进入步骤A3，否则无法找到核心节点，车辆雾建立结束；

A3、通过该车辆向所有邻居节点发送核心节点消息CBeacon；

A4、当交叉路口内的车辆收到核心节点消息CBeacon时，判断其是否收到多个来自不同车辆发出的核心节点消息CBeacon，若是则进入步骤A6，否则进入步骤A5；

A5、将发送核心节点消息CBeacon的车辆作为核心节点，进入步骤A8；

A6、为每个发送核心节点消息CBeacon的车辆计算核心节点候选分值，计算公式为：

其中Score(i)表示车辆节点V_i的核心节点候选分值，DD(V_i,SL)表示车辆节点V_i与停止线间的驾驶距离，v_i表示车辆节点V_i的行驶速度，χ表示阻塞车道和通行车道的区分系数；

A7、选择核心节点候选分值最高的车辆作为核心节点，进入步骤A8；

A8、将核心节点及其所有邻居节点构成该交叉路口的车辆雾；

所述步骤S2中对车辆雾进行维护的方法具体为：

B1、当交叉路口的核心节点进入离开域时，判断核心节点是否存在处于进入车道的邻居车辆，若是则进入步骤B2，否则无法找到核心节点继承人，核心节点离开交叉路口后，该交叉路口不能维持交叉路口信息，维护结束；

B2、计算每个处于进入车道的邻居车辆的核心节点候选分值，计算公式为：

其中Score(i)表示车辆节点V_i的核心节点候选分值，DD(V_i,SL)表示车辆节点V_i与停止线间的驾驶距离，v_i表示车辆节点V_i的行驶速度，χ表示阻塞车道和通行车道的区分系数；

B3、选择核心节点候选分值最高的邻居车辆作为核心节点继承人；

B4、向核心节点继承人转发交叉路口信息；

B5、核心节点继承人收到交叉路口信息后，成为新的核心节点，向其所有的邻居节点发送核心节点消息CBeacon，维护结束；

所述步骤S3包括多跳链路的构建过程、返回过程和存储过程；

所述构建过程具体为：

C1、通过交叉路口i的核心节点CN_i生成目标为交叉路口j的多跳链路搜索消息MLSMessage，并将CN_i的ID加入到MLSMessage的多跳链路表中；

C2、判断CN_i的邻居节点中是否存在满足下一个中继节点选取原则的车辆节点，若是则进入步骤C3，否则多跳链路构建失败，构建过程结束；

所述下一个中继节点选取原则包括“距离更近”原则和“连接时间最长”原则，所述“距离更近”原则指下一个中继节点到目的交叉路口的距离比当前中继节点到目的交叉路口的距离更近；所述“连接时间最长”原则指在当前中继节点的所有满足“距离更近”原则的邻居节点中与当前中继节点的连接时间最长的那个节点将作为下一个中继节点；

C3、将MLSMessage消息转发给下一个中继节点；

C4、若交叉路口i和交叉路口j之间道路上的车辆节点收到MLSMessage消息，则将自己的ID加入到MLSMessage的多跳链路表中；

C5、判断每个车辆节点的邻居节点中是否存在目的交叉路口j的核心节点，若是则进入步骤C8，否则进入步骤C6；

C6、判断每个车辆节点的邻居节点中是否存在满足下一个中继节点选取原则的车辆节点，若是则返回步骤C3，否则进入步骤C7；

C7、生成失败响应消息FRMessage，将MLSMessage中的路由表封装在FRMessage的路由表中，并将FRMessage转发给路由表中的上个中继节点，构建过程结束；

C8、将MLSMessage消息转发给目的交叉路口j的核心节点；

C9、若目的交叉路口j的核心节点收到MLSMessage消息，则将自己的ID加入到MLSMessage的多跳链路表中；

C10、生成成功响应消息SRMessage，将MLSMessage中的路由表封装在SRMessage的路由表中，并将SRMessage转发给路由表中的上个中继节点，构建过程结束；

所述返回过程具体为：

D1、通过交叉路口i和交叉路口j之间道路上的车辆节点接收多跳链路构建响应消息；

D2、判断该响应消息是否为成功响应消息SRMessage，若是则进入步骤D3，否则进入步骤D4；

D3、将与上个转发节点间的单跳链路连接生命期记录在SRMessage中，并将SRMessage转发给路由表中的上个中继节点，返回过程结束；

D4、将FRMessage转发给路由表中的上个中继节点，返回过程结束；

所述存储过程具体为：

E1、通过交叉路口i的核心节点CN_i接收多跳链路构建响应消息；

E2、判断该响应消息是否为成功响应消息SRMessage，若是则进入步骤E3，否则存储过程结束；

E3、计算SRMessage中保存的多跳链路的生命期；

所述多跳链路的生命期的计算公式为：

其中MLT(P)表示由节点V₁,V₂,...,V_q组成的多跳链路P＝{l_1,2,l_2,3,...,l_q-1,q}的生命期，LT(l_i,i+1)表示车辆V_i、V_i+1之间单跳链路l_i,i+1的连接生命期；

任意两个车辆V_i、V_j之间单跳链路l_i,j的连接生命期LT(l_i,j)为：

LT(l_i,j)＝r_t(l_i,j)×T(l_i,j) (3)

其中T(l_i,j)表示任意两个车辆V_i、V_j之间的连接时间，其计算公式为：

公式(4)中：

其中R为车辆之间的通信半径，矢量ΔD和ΔV分别表示t时刻车辆V_i、V_j之间的距离和速度差；

r_t(l_i,j)表示t时刻车辆V_i、V_j之间的单跳通信将会在接下来的T(l_i,j)内连续可用的概率，其计算公式为：

公式(6)中：

其中车辆V_i、V_j的速度差服从高斯分布，μ为高斯分布的均值，σ为高斯分布的标准差，T表示车辆V_i、V_j间的连接时间，即T(l_i,j)；

E4、将该多跳链路及其生命期保存到本地多跳链路表中，存储过程结束；

所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、通过交叉路口的核心节点收集路段信息；所述路段信息包括当前路段车数即将离开路段的车辆数和即将进入路段的车辆数

S42、根据路段信息计算当前路段密度和密度变化量并将其作为模糊逻辑输入值；

当前路段密度的计算公式为：

其中表示当前路段的长度；

当前路段密度变化量的计算公式为：

S43、对模糊逻辑输入值进行模糊化处理，计算得到路段密度的隶属度集合μ_D(d)＝[α_Low(d),α_Mediam(d),α_High(d)]和密度变化量的隶属度集合μ_ΔD(Δd)＝[α_Worse(Δd),α_Bad(Δd),α_Medium(Δd),α_Good(Δd),α_VeryGood(Δd)]；

其中：

其中，d表示当前路段密度对应的输入参数值，Δd表示当前路段密度变化量对应的输入参数值；

S44、根据模糊规则和“极大极小”原则对路段密度的隶属度集合μ_D(d)和密度变化量的隶属度集合μ_ΔD(Δd)进行推理，得到路段质量的隶属度集合μ_Q＝[α_VeryLow,α_Low,α_Medium,α_High,α_VeryHigh]；

所述“极大极小”原则为：

某条规则对其输入参数隶属度为(α_i(d),α_j(Δd))的密度的路段质量的隶属度遵循极小原则，即：

α_k＝α_i(d)∧α_j(Δd)＝min{α_i(d),α_j(Δd)} (18)

其中α_i(d)表示路段密度隶属度，α_j(Δd)表示路段密度变化量的隶属度，α_k表示路段质量的隶属度；

若存在p条输入对应的输出路段质量的模糊子集，其隶属度分别为α_k(1),α_k(2),...,α_k(p)，则路段质量隶属度遵循极大原则，即：

α_k＝α_k(1)∨α_k(2)∨...∨α_k(p)＝max{α_k(1),α_k(2),...,α_k(p)} (19)

S45、采用中心法将路段质量的隶属度集合μ_Q转换为具体的路段质量数值；

所述步骤S5包括以下分步骤：

S51、通过交叉路口的核心节点接收数据包；

S52、判断该交叉路口是否为数据包的目的交叉路口，若是则进入步骤S53，否则进入步骤S54；

S53、将数据包发送至目的车辆，路由传递结束；

S54、判断数据包中是否已有路由线路信息，若是则进入步骤S55，否则进入步骤S56；

S55、判断该交叉路口是否为数据包中路由线路的中间目的交叉路口，若是则进入步骤S56，否则进入步骤S59；所述中间目的交叉路口为路由路径上非目的交叉路口的终点交叉路口；

S56、采用蚁群优化算法搜索最优路由路径；

S57、判断最优路由路径是否搜索成功，若是则进入步骤S59，否则进入步骤S58；

S58、从满足搜索条件的相邻交叉路口中选择距离目的交叉路口最近的交叉路口作为中间目的交叉路口，并利用中间目的交叉路口间路段上的车辆作为中继，以携带-转发的方式将数据包传递至中间目的交叉路口，返回步骤S51，进入下一个交叉路口的路由；

S59、获取路由线路中的下一个交叉路口，并沿着本地多跳链路表中保存的与下一个交叉路口间的多跳链路将数据包转发给下一个交叉路口核心节点，返回步骤S51，进入下一个交叉路口的路由。