自适应车辆密度的车载网络单播路由方法

摘要

一种自适应车辆密度的车载网络单播路由方法，其路由过程包括：移动节点的路由过程，以及静态节点的路由过程。移动节点的路由过程包括：邻居状态信息维护、发送报告报文、发送离开报文、发送路由请求、接收路由应答、转发报文。静态节点的路由过程包括：邻居状态信息维护、道路密度值表维护、道路时延表维护、接收路由请求、回复应答报文、通知道路密度变化。在网络密度较低时，移动节点能自动增加通信半径和数据报文生存期，在应用要求的时延范围内，提高成功率；在网络密度较高时，移动节点自动减小通信半径和数据报文生存期，提高成功率、降低时延的同时减小通信过程中的信号碰撞。在成功率、时延和开销之间取得了一个很好的平衡。

主权项

一种自适应车辆密度的车载网络单播路由方法，其特征在于：它包括两方面即：(一)任意移动节点MN的路由过程；(二)任意静态节点SN的路由过程；(一)在自适应车辆密度的车载网络单播路由方法中，任意移动节点MN的路由过程按如下步骤进行：步骤M‑0‑1：移动节点处理周期开始，若任意移动节点MN到达广播HELLO报文周期，则转步骤M‑1广播HELLO_MN报文，否则转步骤M‑0‑2；步骤M‑0‑2：若任意移动节点MN到达报告周期，则转步骤M‑2发送报文和报文，否则转步骤M‑0‑3；步骤M‑0‑3：若任意移动节点MN离开路口静态节点SNC，则转步骤M‑3发送报文，否则转步骤M‑0‑4；步骤M‑0‑4：若任意移动节点MN需要向另一任意移动节点MND发送数据报文，则MN产生一条数据报文数据报文目的节点为另一任意移动节点MND，向MND路由该数据报文，转步骤M‑4，否则转步骤M‑0‑5；步骤M‑0‑5：若任意移动节点MN收到报文，则转步骤M‑5，否则转步骤M‑0‑6；步骤M‑0‑6：若任意移动节点MN收到HELLO_MNA报文，则转步骤M‑6，否则转步骤M‑0‑7；步骤M‑0‑7：若任意移动节点MN收到数据报文，则转步骤M‑7，否则转步骤M‑0‑8；步骤M‑0‑8：若任意移动节点MN收到上述报文之外的其他报文，则转步骤M‑8，否则转步骤M‑0‑9；步骤M‑0‑9：若任意移动节点MN到达清除邻居表周期，则转步骤M‑9清除过期邻居，否则转步骤M‑0‑10；步骤M‑0‑10：若任意移动节点MN到达停止时间，则任意移动节点MN的路由过程结束，否则转步骤M‑0‑1；步骤M‑1：广播HELLO报文MN根据邻居表中的邻居的速度的方差，调整广播周期；若速度方差增大，则增大广播频率，否则减小广播频率；MN按照这个周期广播一跳HELLO报文HELLO_MN＝(TYPE,TST,IP_S_MN,IP_D_MN,LOC_MN,SP_MN,DIR_MN,TTL)；步骤M‑2：发送REPORT报文步骤M‑2‑1：若MN移动一个传输半径的距离，则转步骤M‑2‑3，否则转步骤M‑2‑2；步骤M‑2‑2：若MN在上个报告周期没有发送REPORT报文，则这个周期发送REPORT报文，转步骤M‑2‑3；否则步骤M‑2结束；步骤M‑2‑3：向静态节点发送报文，向静态节点发送报文；其中TYPE表示该报文的报文类型，TST表示生成该报文的时间，IP_S_MN表示发送该报文的源节点的IP地址，即MN的IP地址，IP_D_SNH表示MN所在道路的两个静态节点中驶离的那个静态节点的IP地址，LOC_MN表示MN的坐标位置，SP_MN表示MN的移动速度，DIR_MN表示MN的移动方向，TTL表示该REPORT报文的生存期；其中TYPE表示该报文的报文类型，TST表示生成该报文的时间，IP_S_MN表示发送该报文的源节点的IP地址，即MN的IP地址，IP_D_SNT表示MN所在道路的两个静态节点中驶向的那个静态节点的IP地址，LOC_MN表示MN的坐标位置，SP_MN表示MN的移动速度，DIR_MN表示MN的移动方向，TTL表示该报文的生存期；步骤M‑3：发送LEAVE报文任意移动节点MN离开任意一个路口RDC_MN时，MN以离开的静态节点SNH为目的节点发送LEAVE报文，${\mathrm{LEAVE}}_{MN}^{SNH}=(TYPE,TST,IP\_S_{MN},IP\_D_{MN},IP\_{\mathrm{SN}}_{MN},TTL),$其中IP_SN_MN＝IP_SNC，又有步骤M‑4：发送新数据报文步骤M‑4‑1：判断MN是否位于路口，若MN位于路口，则将数据报文保存到请求队列，转步骤M‑4‑2，否则，转步骤M‑4‑3；步骤M‑4‑2：MN向该路口的静态节点发送路由请求报文其中TYPE表示报文类型，TST表示发送报文的时间戳，IP_S_MN表示MN的IP地址，IP_D_MN表示该报文的目的静态节点的IP地址，MSGD表示数据报文的目的节点即MNB，TTL表示该请求报文的生存期，步骤M‑4结束；步骤M‑4‑3：初始化数据报文头部，将距离MN最近的路口设为下一跳路口，将传输半径和数据报文生存期设为默认值，转步骤M‑5‑3；步骤M‑5：收到REPLY报文步骤M‑5‑1：MN收到静态节点发送给本节点的REPLY报文：检查请求队列中是否有数据报文，若有，则从请求队列取出数据报文，转步骤M‑5‑2更新数据报文头部，否则丢弃REPLY报文；步骤M‑5‑2：将REPLY报文中的下一跳路口、传输半径和数据报文生存期保存到数据报文的头部，转步骤M‑5‑3；步骤M‑5‑3：若MN的邻居中有距离下一跳路口更近的节点，其中距离下一跳路口最近的节点为下一跳节点MNN，则按RAD调整传输半径，向MNN转发数据报文，本步骤结束，否则转步骤M‑5‑4；步骤M‑5‑4：MN将数据报文保存到等待队列；步骤M‑6：任意移动节点MN收到HELLO报文步骤M‑6‑1：MN收到HELLO_MNA＝(TYPE,TST,IP_S_MNA,IP_D_MNA,LOC_MNA,SP_MNA,DIR_MNA,TTL)，MN检查邻居表NEI_M_MN是否存在MNA的状态信息，若不存在，则将携带在HELLO_MNA中的状态信息存入邻居表NEI_M_MN中；否则，将邻居表中MNA的信息更新为HELLO_MNA中的状态信息，转步骤M‑6‑2；步骤M‑6‑2：MN检查等待队列中是否存有数据报文，若有，则取出数据报文，转步骤M‑6‑3；否则步骤M‑6结束；步骤M‑6‑3：取出数据报文中的下一跳路口、传输半径和数据报文生存期，转步骤M‑5‑3；步骤M‑7：收到数据报文；步骤M‑7‑1：MN取出数据报文目的节点MSGD，若MN＝MSGD，即为该数据报文的目的节点，则处理数据报文；否则，转步骤M‑6‑3；步骤M‑8：收到HELLO、REPLY之外的其他控制报文步骤M‑8‑1：MN取出报文的目的节点，若MN为该报文的目的节点，则说明收到了错误路由的报文，丢弃该报文；否则，转步骤M‑8‑2；步骤M‑8‑2：若MN的邻居中有距离控制报文目的点的下一跳节点MNN，则向MNN转发该报文，否则丢弃该报文；步骤M‑9：清除过期邻居，MN取出邻居表中生存时间过期的邻居信息并删除；(二)在自适应车辆密度的车载网络单播路由方法中，任意静态节点SN的路由过程按如下步骤进行：步骤S‑0‑1：新的静态节点处理周期开始，若任意静态节点SN收到报文，则转步骤S‑1，否则转步骤S‑0‑2；步骤S‑0‑2：若任意静态节点SN收到报文，则转步骤S‑2，否则转步骤S‑0‑3；步骤S‑0‑3：若任意静态节点SN收到NOTIFY_SNA报文，则转步骤S‑3，否则转步骤S‑0‑4；步骤S‑0‑4：若任意静态节点SN收到报文，则转步骤S‑4，否则转步骤S‑0‑5；步骤S‑0‑5：若任意静态节点SN收到其他控制报文和数据报文，则转步骤S‑5，否则转步骤S‑0‑6；步骤S‑0‑6：若到达清除拓扑表周期，则转步骤S‑6清除拓扑表中过期信息，否则转步骤S‑0‑7；步骤S‑0‑7：若静态节点SN到达停止时间，则任意静态节点SN的路由过程结束，否则转步骤S‑0‑1；步骤S‑1：静态节点SN收到REPORT报文步骤S‑1‑1：静态节点SN检查拓扑表TOPO_SN，若TOPO_SN中有任意移动节点MN的状态信息，则将MN的状态信息替换为报文中的状态信息；否则更新TOPO_SN，将IP_S_MN的状态信息保存到TOPO_SN中，转步骤S‑1‑2；步骤S‑1‑2：若道路的密度发生变化，则转步骤S‑1‑3广播NOTIFY报文，否则步骤S‑1结束；步骤S‑1‑3：报文NOTIFY_SN＝(TYPE,TST,IP_S_SN,DEN_RD,IP_RD,TTL)：其中TYPE表示该报文的报文类型，TST表示发送报文的时间戳，TTL表示该报文的生存期，IP_S_SN表示SN的IP地址，DEN_RD表示道路密度值，IP_RD表示密度值发生改变的道路的IP地址，广播这个报文；步骤S‑2：收到LEAVE报文步骤S‑2‑1：静态节点SN收到报文，取出报文的源节点地址IP_S_MN，检查TOPO_SN，若TOPO_SN中有任意移动节点MN的状态信息，则删除这个节点的状态信息，否则丢弃该报文；转步骤S‑2‑2步骤S‑2‑2：SN取出报文的时间戳TST另一静态节点IP_SN_MN，得到本节点与IP_SN_MN之间的道路时延值；用当前系统时间减去TST即为本节点与IP_SN_MN之间的道路的当前时延值，DL_RD＝current‑TST，按照公式(1)更新时延表DELAY_SN中的时延；${\mathrm{DL}}_{RD}^{new}=\alpha ·{\mathrm{DL}}_{RD}^{old}+(1-\alpha )·{\mathrm{DL}}_{RD}^{cur}---\left(1\right)$其中，为DELAY_SN中保存的旧道路时延值，是当前时刻道路RD的时延，α为控制系数；步骤S‑3：收到NOTIFY_SNA报文步骤S‑3‑1：静态节点SN收到报文NOTIFY_SNA，取出DEN_RD和IP_RD，根据公式(2)更新密度表，转步骤S‑3‑2；${\mathrm{DEN}}_{RD}^{new}=\alpha ·{\mathrm{DEN}}_{RD}^{old}+(1-\alpha )·{\mathrm{DEN}}_{RD}^{cur}---\left(2\right)$其中，为密度表中保存的旧道路密度值，是当前时刻道路RD的密度，α为控制系数；步骤S‑3‑2：SN继续广播这个NOTIFY_SNA报文，直到报文的生存期到期被丢弃；步骤S‑4：收到报文步骤S‑4‑1：计算下一跳路口静态节点SN收到采用Dijkstra算法，根据密度表，计算SN到MSGD下一跳路口，即下一跳静态节点所在的路口SNN；步骤S‑4‑2：计算传输半径取出静态节点SN和SNN之间的道路RDN的密度值DEN_RDN，将密度值DEN_RDN与密度阈值下限和密度阈值上限进行比较，若说明道路连通度较低，需要节点根据公式3增大传输半径和数据报文生存期；否则，若说明道路连通度较好，不需要节点改变传输半径和数据报文生存期；否则，说明密度值大于最大密度阈值，道路连通度较高，为避免冲突，需要节点按公式(3)减小传输半径和数据报文生存期；静态节点SN根据公式(3)计算一个适应当前密度的传输半径；其中，表示当前的传输半径，R_old为静态节点SN保存的旧传输半径，DEN_RDN为当前路口与下一跳路口之间的道路RDN的密度值，MAX_D为SN保存的移动节点中两两节点间最大的距离差；步骤S‑4‑3：计算数据报文生存期静态节点SN取出时延表中当前路口与下一跳路口之间的时延值，即为数据报文在本段路上的生存期步骤S‑4‑4：生成并发送REPLY报文静态节点SN根据计算出的下一跳路口SNN，传输半径和数据报文生存期生成应答报文；REPLY_SN＝(TYPE,TST,IP_N_SN,RAD,TTL_AD,IP_S_SN,IP_D_SN,MSGD,TTL)，其中IP_D_MN表示目的节点的IP地址，RAD表示计算的传输半径值TTL_AD表示计算的数据报文生存期IP_S_SN表示该报文的源节点的IP地址，MSGD表示数据报文目的节点，TTL表示该报文的生存期，向目的节点发送REPLY报文；步骤S‑5：收到其他报文SN收到其他报文时，丢弃该报文；步骤S‑6：清除过期的状态信息静态节点SN检查拓扑表TOPO_SN中超过移动节点的生存期的状态信息，删除这些状态信息，转步骤S‑1‑2。