[发明专利]一种基于拓扑预测的车用网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于车用网络通信技术领域，具体涉及一种基于拓扑预测的车用网络路由方法。

背景技术

由于车用网络相对于自组织移动网络的特殊性，比如车辆高速移动、拓扑变化快等，所以路由算法在车用网络中是一个被公认的难点。然而，目前已经存在的车用网络路由算法，例如分簇的路由算法，考虑到车用网络的移动性，分簇路由算法中的簇生成和簇维护频繁，效率不高。

2007年Y.Gunter,B.Wiegel和H.P.Grossmann在IEEE上发表了“基于簇的车用网络介质访问概念”。目前车用网络中基于簇的路由算法大部分都只是将节点的运动考虑在簇形成中簇首的选择，没有考虑到簇的形成过程中到簇首离开簇之后，簇节点运用簇选择算法，在簇节点以外的节点中进行选择。

因此，设计出适用于车用网络的路由算法，使车用网络传输数据过程中端到端的时延降低，效率提高，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于拓扑预测的车用网络路由方法，解决现有车用网络路由算法中路由维护开销过大、频率过高，资源消耗较大的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：一种基于拓扑预测的车用网络路由方法，包括以下步骤：

S1:上行路由过程，即车辆发送信息到路旁系统的过程：具体步骤分为S11和S12；

S11：首先建立车用网络动态演化模型，然后在车用网络动态演化模型的基础上建立节点可靠度评价模型，初始节点即通信发起节点将请求信息发送到根据节点可靠评价模型决策出的可靠度最优的邻居节点；

S12：可靠度最优的邻居节点转发初始节点的请求信息给路旁系统；路旁系统接收到初始节点发送过来的请求信息，并从Internet网络下载初始节点所需数据信息；

S2:下行路由过程，即路旁系统发送信息给车辆的过程：路旁系统发送初始节点所需数据信息给位置信息变动后的初始节点即目标节点。

作为优选，S11所述的车用网络动态演化模型定义如下：

在t时刻节点i的邻居节点集，N_i(t)用如下公式表示；

N_i(t)＝{j:(x_i(t)-x_j(t))²+(y_i(t)-y_j(t))²<R²}j＝1,2,3,...,n

其中x_i(t)、y_i(t)表示t时刻节点i的地理位置坐标，R为节点i的通信半径；

将每个节点i在任意时刻t的行为状态用地理位置坐标x_i(t)、y_i(t)、速度加速度来描述，在t+Δt时刻，节点i的状态变化如下：

公式(1)

公式(2)

公式(3)

根据任意时刻t节点速度、加速度及地理位置坐标预测下一时刻节点的位置信息；上述的公式(1)、公式(2)、公式(3)统称为车用网络动态演化模型。

作为优选，车用网络动态演化模型中t和t+Δt时刻之间的间隔Δt取一个常量，且Δt≤10s。

作为优选，S11的具体步骤如下：

S111:初始节点广播Hello报文，Hello报文的内容包括初始节点的地理位置坐标和IP地址；收到Hello报文的节点发送应答报文给初始节点，并且将初始节点的信息添加到邻居表；应答报文包括应答节点的速度、加速度、地理位置坐标、最终目的地、相对目的地及IP地址；

S112：初始节点收到应答报文后，将获取的应答节点的信息添加到邻居表；然后建立当前t时刻车用网络拓扑图，用G(V^t,E^t)表示，其中V^t是在t时刻节点的集合，E^t是边的集合；初始节点提取应答报文的信息，根据车用网络动态演化模型，计算出t+Δt时刻邻居节点的地理位置坐标，以及初始节点在t+Δt时刻的地理位置坐标，预测出t+Δt时刻初始节点一跳范围以内的车用网络拓扑图G(V^t+Δt,E^t+Δt)，从而求出t+Δt时刻车用网络拓扑图的骨干节点、骨干边及骨干可靠度；

其中，所述车用网络拓扑图是双向的，并用两个节点之间的欧几里得定义边集，即：