[发明专利]一种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方法

摘要

本发明涉及一种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方法，属于通信技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：连通稳定度的动态分簇：包括对节点执行分簇，完成基于连通稳定度的分簇，填充广播数据包并进行广播，节点收到广播包后执行广播转发方法，实现广播包的竞争转发；步骤二：多跳广播包的发送：包括对当网络中有源节点需要对全网数据进行数据广播时，发起广播过程；步骤三：中继节点竞争转发：包括在网络节点分簇的基础上对不同的道路模型采取不同的中继节点竞争转发策略，主要分为路段模型下中继节点的竞争选择和路口模型下中继节点的竞争选择。本方法有效降低了多跳广播的冗余，提高了广播的可靠性。同时，增加了对网络孤立簇头的广播携带转发策略，保证了在节点稀疏区域或网络“空洞”区域下的广播可靠性。

主权项

1.一种位置竞争的车载自组织网络多跳广播方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：连通稳定度的动态分簇：包括对节点执行分簇，完成基于连通稳定度的分簇，填充广播数据包并进行广播，节点收到广播包后执行广播转发方法，实现广播包的竞争转发；步骤二：多跳广播包的发送：包括对当网络中有源节点需要对全网数据进行数据广播时，发起广播过程；步骤三：中继节点竞争转发：包括在网络节点分簇的基础上对不同的道路模型采取不同的中继节点竞争转发策略，主要分为路段模型下中继节点的竞争选择和路口模型下中继节点的竞争选择；在步骤一中，分簇算法将道路划分为路段模型和路口模型，分别计算不同道路环境下车辆节点的连通稳定度；分簇算法将连通稳定度最高的车辆作为簇头节点，从而提高了车载网络环境下的分簇稳定性；在步骤二中，所述多跳广播包的发送，通过网络的分簇算法，网络中的车辆节点被划分为多个稳定的分簇，当网络中有源节点需要对全网进行数据广播时，则发起广播过程；节点i获取当前的节点位置信息、计算簇头列表和邻居列表，并将对应的数据填充至广播包的包头，并设置广播生存时间Life_time；节点进一步判断当前的邻居列表是否为空，若列表为空，则说明当前节点所处的范围为孤立节点，节点等待一段时间后再进行广播，若检测到邻居列表不为空，则节点直接广播；在步骤三中，所述路段模型下中继节点的竞争选择包括如下步骤：步骤1)当节点收到来自邻居的广播数据包后，取出广播报头部的生存时间字段值，判断其值的大小：若Life_Time等于1，则广播包生存时间结束，节点读取广播包数据，结束判断；若Life_Time大于1，则进入下一步骤；步骤2)当节点为簇头节点CH时，分析广播包中的源IP地址和广播序列号Sn，并判断是否已经收到并转发过该广播包，若已转发过，则节点丢弃当前广播包，并结束判断；若节点首次接收，保存报文副本，执行步骤6)，转发广播包；步骤3)当节点为簇成员节点CN时，节点判断是否已重复收到广播包，若已收到过，选择丢弃该广播包，并结束判断；若节点首次收到该广播包，即车辆当前处在广播方向上，并在下一个中继簇头节点之前，执行下一步骤4)；步骤4)簇成员节点CN读取报文头部上一跳字段，上一转发节点的位置状态字段；若上一转发节点状态为State_Intersect，则CN节点保存报文副本，不再转发广播包，结束判断；否则节点执行下一步骤5)；步骤5)簇成员CN遍历当前簇头列表Cluster_List、邻居列表Neighbor_List，判断当前节点的位置状态，位置状态越优的节点优先进行转发，成员节点状态的优先级从高到低依次为State_Intersect，State_Nearby，State_In；节点转发的优先级则通过转发等待时间τ(i)的设定来区分；等待时间期间，若节点收到来自其他成员节点CN转发的广播包后，则节点放弃等待，停止转发竞争，结束判断；若未收到，则转发广播包，并执行步骤6)；步骤6)节点将广播包Life_Time字段值减1，修改广播报头的上一跳字段，位置状态字段，并广播转发给邻居节点；在等待时间τ(i)的计算上，位置竞争的车载自组织网络多跳广播加入基于距离优先方案，考虑节点当前的位置状态及广播包的转发方向，τ(i)计算如式：其中：为车辆状态系数，其大小取决于车辆的当前位置状态及邻居节点状态；公式可以得出，当节点处于簇交叠状态时，S(i)为0，在三种状态下S(i)的值均满足S(i)<1；式中，τmax为最大等待时延，r为车辆通信半径，D_ij为车辆i距离上一转发节点的距离，μ为节点移动方向与广播方向的相关系数，满足μ<1，方向一致时最小，N为节点i当前Neighbor_List节点总数量，n_i为邻居表中状态为State_Intersect的邻居节点数目，n_j为状态为State_In的邻居节点数目，σ为系统参数，大小取决于网络中车辆数目，且满足σ<1；通过设定不同等待时间τ(i)，位置竞争的车载自组织网络能够有效地降低簇成员节点广播转发的竞争，并提高广播的稳定性；在步骤三中，所述路口模型下中继节点的竞争选择包括如下步骤：步骤1)当路口节点收到来自邻居的广播数据包后，取出广播报头部的生存时间字段值，判断其值的大小：若Life_Time等于1，则广播包生存时间结束，节点读取广播包数据，结束判断；若Life_Time大于1，则进入下一步骤；步骤2)若节点为Intersection模型下的簇头CH时，分析广播包中的源IP地址和广播序列号Sn，判断是否已经收到并转发过该广播包，若已转发过，则节点丢弃当前广播包，并结束判断；若节点首次接收，保存报文副本，执行步骤7)，转发广播包；步骤3)若节点为Intersection模型下的成员CN时，且已经收到并处理过该广播包，则节点直接丢弃；若节点首次收到该广播包，则进入下一步骤；步骤4)成员节点CN读取报文头部上一跳字段，遍历邻居列表Neighbor_List，若上一跳节点n为Segment模型下的簇头或成员节点，则CN保存报文数据，执行步骤7)，转发广播包；若上一跳为Intersection模型下的簇头或成员节点，进入下一步判断；步骤5)成员节点CN遍历当前簇头列表Cluster_List和邻居列表Neighbor_List，判断当前节点的位置状态，位置状态较优的节点优先进行转发，成员节点状态的优先级从高到低依次为State_Intersect，State_Nearby和State_In，优先级同样通过转发等待时间τ(i)的设定来区分；τ(i)的计算不同于路段模型下，同一位置状态下，节点连通稳定性越好的车辆将优先成为广播转发节点，τ(i)计算如式：τ(i)＝τmax×[λ·S(i)+(1‑λ)·C(i)],0＜λ＜1C(i)由当前车辆速度及节点度决定，当车辆具有较低的移动速度或节点度接近系统节点度阈值时，则C(i)越小，等待转发时间越小，转发等级越高；式中，τmax为最大等待时延，vi为车辆当前的移动速度，Vmax为车辆最大移动速度，Degi为节点当前的节点度，Degth为系统的节点度阈值；步骤6)成员节点CN设定时间τ(i)，并进入等待状态；在等待时间τ(i)期间，若CN收到来自邻居的相同的广播包，取出报头判断上一跳字段，遍历Neighbor_List，若当前节点与上一跳节点处在同一路段方向，则CN停止竞争，结束等待，不再进行广播转发；否则，继续等待；若等待时间τ(i)结束，则执行下一步，转发广播包；步骤7)节点将广播包Life_Time字段值减1，修改广播报头的上一跳字段，位置状态字段，并广播转发给邻居节点。