[发明专利]面向城市VANETs的基于区域分组的安全信息广播方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于区域分组的安全信息广播协议，属于网络通信技术领域。

背景技术

车载无线网络(VANETs，Vehicle Ad Hoc Networks)是以安全和舒适旅行为目的的新兴的智能交通系统网络[1]。其潜在的应用包括广告服务、娱乐、交通事故警告、交通管理信息的采集与分发等[2]。大多数这些应用要求把信息以多跳的形式分发到很远，尤其交通事故信息，因此设计一个能够可靠地有效地分发安全信息的广播协议是关键问题。

最简单的信息分发方式是泛洪，所有收到信息的节点全部参与转发，直到信息被转发到所有的邻居节点。可是盲目地泛洪会导致信息冗余，访问MAC竞争会发生，因此广播风暴会出现[3]。为了抑制VANETs中广播风暴，文献[4]和[5]中分别提出基于位置和基于概率限制中继节点转发信息解决广播风暴的问题。在文献[6]和[7]中，提出定向广播。按照道路、车辆位置、汽车的行驶方向给汽车分组，并且选择最远的节点作为中继节点转发信息，这种给汽车分组的广播协议会因为错误的汽车分组而导致信息传输的可靠性和实时性差，因为在道路交叉口处会把不同道路上的汽车分为一组，使得下一跳只有一条道路上可以转发信息，而其它道路上不再转发。在直行的路上，同一条道路上的车，会因为方向不同被分为不同的组，每一组内都有一个最远位置的中继节点转发信息，会导致信息冗余重传，因此信息碰撞增加，信息传输的可靠性差。在文献[8]中，按照发送者和接收者之间的角度给汽车分组，在道路交叉口，如果两条路之间的角度小，那么在不同路上的汽车节点会被分在同一组，还会遇到上述同样问题。所以按照汽车分组而转发广播协议，如果分组不当，会造成信息传输冗余和可达性差。Tung等人提出ERD(Efficient Road-based Directional Broadcast Protocol)协议，基于道路分段给汽车分组[9]，并且在道路交叉口处选择视线最好的节点作为中继节点，然后定向转发信息，这样确保在交叉口处信息能够向所有方向转发。另外，在[6-9]中，由于使用周期性信标维护邻居列表记录车辆的位置、行驶方向和车间距离等，也会导致网络开销大。

广播是移动自组网(MANET,Mobile Ad Hoc Network)中用于信息分发的主要方式[10]。盲目的广播会造成信息冗余，尤其在密集型场景下，数据无序竞争和碰撞会造成广播风暴，数据传输可靠性和实时性差，网络传输率低，这种状况在网络拓扑结构高动态变化的VANETs中会更加严重[11][12]。而VANETs的研究最终目标是发展一个车间通信系统，能够实时地、可靠地实现数据的传输，实现驾乘人员安全和舒适的旅行[13]。为了实现这一应用目的，Briesemeister等人最早提出了一个面向VANETs的信息分发机制[14]，通过延迟不同节点转发信息的时间避免信息竞争和碰撞。针对源节点局部区域的信息分发，该机制考虑节点位置，并没有考虑网络分割的问题，这会严重影响信息分发。后来，针对不同应用和不同的交通流环境包括密集型和稀疏型的，研究人员提出了相应的信息分机制。为了解决稀疏交通流环境造成的网络断连情况下的数据可靠传输，Zhao等人提出车辆协助数据传输协议(VADD,vehicle-assisted data delivery)，采用存储-携带-转发(store-carry-forward)机制转发数据，基于电子地图和交通统计信息，使用最小包延迟选择转发路由[15]。在容迟或机会网络(稀疏的VANETs)中[16][17]，作者提出存储携带转发思想，充分利用节点的移动性存储和转发数据，在这种类型的网络中，汽车节点依据当前的知识信息评估最好的网络连接性，然后决定是否转发数据。

针对高速公路环境中密集和稀疏交通流的VANETs信息分发协议，Tonguz等人[18]提出分布式汽车广播协议(DV-CAST,Distributed Vehicular Broadcast)，Schwartz[19]等人提出简单和健壮性的分发协议(SRD,Simple and Robust Dissemination)，而且这两个协议在密集型交通流下的转发信息都取决于一跳邻居信息，都使用Hello信标寻找邻居信息，不使用任何基础设施，而且它们都采用定向转发数据，不同的是DV-CAST采用的是概率p-坚持机制[5]抑制广播风暴发生，而SRD优化了时隙1-坚持[5]机制并且用来抑制广播风暴。当交通流稀疏时，二者均采用存储-携带-转发机制转发数据。