[发明专利]一种城市环境下基于稳定性分簇的车载路由协议方法

摘要

本发明提出一种城市环境下基于稳定性分簇的车载路由协议方法，包括：近似节点分簇集形成、簇头选举和分簇维护。近似节点分簇集的形成是指在移动方向相同的相邻节点间通过Beacon报文交换自身状态信息，将随机变化的移动速度建模为正态分布模型，排除与整体速度差异特大节点后组成近似节点集，创建和更新近似节点表；簇头选举是重新将近似节点表中节点的速度、位置和相邻节点数建模为正态分布模型，通过计算竞争优先级选择最优簇头节点；分簇维护阶段针对性地处理节点加入或脱离分簇和分簇合并等来保证分簇的稳定性。本方法的分簇机制有更小的簇头变化率和更长的簇头维持时间；在城市环境下能够有效地改善分组递交率和降低时延。

主权项

1.一种城市环境下基于稳定性分簇的车载路由协议方法，其特征在于，包括：步骤1，形成新的近似节点分簇集：节点间可以通过Beacon报文获取相邻节点的方向、速度和位置的信息，利用统计分析方法将车辆节点的移动速度建模为正态分布模型，只选取车速在V_min≤V_j≤V_max范围内的邻居节点生成新的集合，排除具有一定差异性的节点以将新的集合重新组成新的近似节点分簇集合，并专门创建一个近似节点表SNT来存储该近似节点分簇集合内的节点状态信息，所述步骤1的方法具体为：首先判断Beacon报文中节点j与相邻节点的移动方向是否相同，如果移动方向不相同，则丢弃Beacon报文拒绝节点j，结束；如果移动移动方向相同，则在节点表中加入节点j，再计算节点表的速度范围Vmax，Vmin；判断节点j的速度Vj与Vmax、Vmin的关系，即Vmin≤Vj≤Vmax是否成立，如果不成立，则丢弃Beacon报文拒绝节点j，结束；如果成立，则在近似节点表SNT中加入节点j形成新的集合，并更新近似节点表SNT，生成新的集合；步骤2，簇头选举：在簇头选举机制中以相邻节点数、速度和位置参数作为簇头选举的竞争条件计算所有节点的竞争优先级，选出最优节点作为簇头节点，该簇头节点向近似节点分簇集内的节点广播簇头报文以形成稳定的分簇结构，先假设近似节点表SNT中存在k个节点，为了竞争簇头节点，再次将节点的速度、位置间距和相邻节点数参数建模正态分布模型，当速度和位置间距越接近整体均值、相邻节点数越大时，计算的竞争优先级CP越大，节点被选为簇头的机会越大，先定义参数：Vj表示近似节点表中节点j的速度；表示近似节点表中k个节点的平均速度；xj、yj分别表示近似节点表中节点j的位置参数；P_j表示近似节点表SNT中节点i和j之间的位置间距，表示节点i与其近似节点表中节点j的平均位置间距；d_cv、d_cp分别表示近似节点表中k个节点的速度和位置间距的平均差；d'_cv、d'_cp分别表示节点i速度和位置间距与近似节点表中k个节点速度和位置间距平均值的相对差异；CP表示节点的簇头竞争优先级；计算近似节点表SNT中k个节点的平均速度和近似节点表SNT中节点i和其他节点之间的平均位置间距分别为：由式(1)和式(2)所得的结果求得近似节点表SNT中k个节点速度的平均差d_cv和位置间距的平均差d_cp，分别为：将式(1)至式(4)分别代入式(5)和式(6)，求得节点i的速度与k个节点速度平均值的相对差异d'_cv和位置间距与k个节点位置间距平均值的相对差异d'_cp，分别为：最后，计算节点的竞争优先级CP为：步骤3，分簇维护：簇头节点脱离分簇：当簇头脱离分簇时触发成员节点尽快重新选举簇头节点，簇成员节点将在维护的近似节点表SNT中重新发起簇头选举过程，计算当前时刻的竞争优先级CP以重新选择替代的节点；簇成员节点脱离分簇：单个簇成员节点脱离后将失去与相邻节点间的联系，从其邻居表和近似节点表SNT中删除该节点的信息以更新拓扑数据库；该脱离分簇的节点则清除近似节点表SNT且更改状态为C_UNDECIDED，然后重新产生Beacon报文通知相邻节点以重新分簇或请求加入另一分簇；若周围没有相邻节点，则自身成为簇头节点；节点请求加入分簇：当一个处于未定义状态的节点m进入一个分簇的通信范围后，将会向分簇的簇头节点发送Beacon报文以告知自身的当前信息，簇头接收到信息后，并不立即发送簇头广播报文，而是先判断簇头c与节点m之间的差异度DD来决定是否接受该节点；若节点m在通信范围内同时接收到多个分簇的簇头广播报文，则节点m将从多个簇头广播报文中获取簇头的速度和位置信息，再通过计算节点与簇头的差异度来选择加入哪个分簇，节点m选择加入差异度小的分簇；相邻分簇合并：为了减少整体VANET网络的分簇冗余，将成员节点数少的分簇合并到大的分簇结构中；重新分簇：在建立分簇结构时间段T之后，判断是否要重新选择簇头节点以维持分簇结构的稳定性；同时在重新选举簇头前应判断该簇头节点是否需要更改其状态，簇头节点需要从近似节点表SNT中获取节点信息并重新计算此时的相邻节点数、速度和位置间距的平均值及其平均差值，然后重新计算其簇头竞争优先级；当簇头节点的竞争优先级满足条件时，簇头节点放弃C_HEAD状态并修改自身状态为C_MEMBER，然后通过HELLO报文声明自己的变化情况；其他簇成员节点在失去簇头节点时需要重新选择簇头，能够直接调用簇头选举过程。