[发明专利]车辆自组织网络中基于预测的交叉路口处的路由方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，主要涉及车辆自组织网络VANET中的路由方法，可用于对城市场景中道路交叉口处的路由决策。

背景技术

VANET的一个重要应用是提高交通效率及乘客出行的便利性，这些应用一般都需要进行远距离的数据传输，由于无线传输距离的限制，就需要用到多跳传输。如何设计高效的路由协议，将数据成功发送到目的地是VANET领域中一个重要的研究方向。

VANET与移动自组织网络MANET具有相似的特性，它们都是无固定基础设施支撑、由分散的移动节点组成的自组织无线网络。因此，VANET最初采用的路由协议是MANET中成熟的路由协议，如AODV、GSR等，并针对其中的不足加以改进。由于VANET中节点的高速运动和网络拓扑的快速变化，加上GPS等定位技术的快速发展及普及，无状态的地理路由技术是其中最适用的技术。由Brad Karp等提出的GPSR协议(GPSR：Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks)是一种应用最广的基于地理位置的路由协议，它结合贪婪转发和基于右手准则的边界转发，在节点选择下一跳时，根据邻节点列表中记录的邻节点位置和分组中存储的目的地位置信息，选择位于自己一跳传输范围内距目的地最近的节点。在遇到局部最优问题时，即在当前节点的一跳传输范围内没有比自己距目的地更近的节点存在，转为边界转发。该边界转发是先将网络的拓扑构造成平面图，这个平面图中的边只在端点处相交，然后按右手准则将分组沿着平面图的边界转发到目的节点。Fan Li等在文献Routing in Vehicular Ad Hoc Networks：A Survey中对GPSR做出了如下评价：GPSR在节点均匀分布的自由开放空间中表现很好，但在障碍物较多的城市场景中性能急剧下降。导致性能下降的因素有：城市中的高大建筑物和树木造成节点间不能直接通信，贪婪转发因此受限；构造平面图时会导致网络的割裂，致使分组无法发送；节点的高度移动性会造成路由环路等。

针对城市中障碍物影响的问题，Lochert等提出了采用基于道路拓扑的分组转发协议：GPCR(Geographic Routing in City Scenarios)。该转发协议利用了地图构成的自然平面图：道路是图的边，交叉口是图的结点。分组在这个平面图上沿着道路转发，交叉路口是分组进行路由决策的唯一地方。为了不错过任何一条能将分组发往目的地的道路，分组在传输的过程中必须在经过的每个交叉口停留以做路由决策，确定下一条传输分组的路段。这种方法在一定程度上提高了分组的传递率，减小了分组进入局部最优问题的概率。但实际上分组并不需要转发到沿途的各个交叉口处，若分组不需改变传输方向就可以继续采用贪婪转发，此时将分组转发到交叉口有可能会增加路由跳数，如图1所示，实线所示的传输过程比虚线所示的多了一跳。另外，当大量分组都同时发送到同一交叉口时，还有可能造成网络阻塞、分组碰撞、增加时延。只有当需要改变传输方向时才应转发到交叉口处。

针对上述问题，Kevin C.Lee等提出了GpsrJ+协议(Enhanced Perimeter Routing for Geographic Forwarding Protocols in Urban Vehicular Scenarios)，主要改进了交叉路口处的路由策略，使得分组只在需要改变传输方向时才在交叉口处停留，否则仍采用贪婪模式将分组转发到距离目的地最近的下一跳，以减少跳数。其主要思想为：如果当前节点的邻节点中存在交叉口节点，即位于交叉口处的节点，就让当前节点做出如下预测：若该交叉口节点接收到分组，它将会选择哪个节点作为下一跳，如果预测所得下一跳节点与当前节点的最远邻节点在同一路段上，则直接将分组转发给最远邻节点；否则，转发给相邻的交叉口节点进行路由决策。这样分组只会发送到关键的交叉口节点上，该节点必然会改变分组原来的传输方向。GpsrJ+的预测方法是利用道路拓扑图计算各相邻路段的中心点，再计算出前节点与哪条路段的中心点连线符合右手准则，符合的路段就是分组将发往的路段方向。图1说明了GPCR和GpsrJ+协议在交叉口处的数据传输过程，图中实线箭头是GPCR的转发过程，虚线箭头是GpsrJ+的转发过程，可见GpsrJ+较GPCR能有效地减少传输跳数。