基于mspa算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法
【專利摘要】基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，屬于汽車移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，為解決現(xiàn)有信息傳輸不能針對(duì)網(wǎng)絡(luò)斷連情況的問題。過程為：產(chǎn)生原中繼節(jié)點(diǎn)；中繼節(jié)點(diǎn)廣播信息包；每走2R距離播放一次信息包。中繼節(jié)點(diǎn)查詢到有同向行駛進(jìn)入本身發(fā)射圈內(nèi)汽車節(jié)點(diǎn)時(shí)，更新記錄發(fā)射圈內(nèi)汽車節(jié)點(diǎn)駛離發(fā)射圈的速度，選擇速度最大的汽車節(jié)點(diǎn)作為后繼同向中繼節(jié)點(diǎn)。并且先廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給同向后繼中繼節(jié)點(diǎn)。查詢到有反向汽車節(jié)點(diǎn)且信息包中的標(biāo)志位為0時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)將信息包中標(biāo)志位變?yōu)?，廣播一次信息包，然后在反方向上按照正方向同樣規(guī)則將權(quán)限包發(fā)送給反向后繼中繼節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明用于網(wǎng)絡(luò)斷連狀態(tài)下的車聯(lián)網(wǎng)傳送信息。
【專利說明】基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸?shù)姆椒ǎ瑢儆谄囈苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]用于汽車領(lǐng)域的電信技術(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為:a)減少事故次數(shù)及其影響；b)在車輛間共享交通有用信息，以減少交通阻塞；c)在沒有基礎(chǔ)設(shè)施的情況下進(jìn)行汽車間信息廣播(如天氣預(yù)報(bào)等)，也可收集不同車輛的信息。
[0003]在實(shí)際的道路交通環(huán)境之下，由于汽車節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度很快，所以車流量變化非常大，有時(shí)候會(huì)過密，有時(shí)候又會(huì)過于稀疏。當(dāng)汽車節(jié)點(diǎn)過于稀疏時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)之間的距離過大，或節(jié)點(diǎn)受到遮擋等因素，原本連通的車聯(lián)網(wǎng)(Vehicle Adhoc Network, VANET)可能會(huì)出現(xiàn)斷連的狀態(tài)。這種情況在城市交通的低峰期，或在遠(yuǎn)離城市中心的環(huán)境，如鄉(xiāng)村、城市郊區(qū)等都很有可能出現(xiàn)。然而，針對(duì)這種情況，如果汽車節(jié)點(diǎn)仍然需要車聯(lián)網(wǎng)向其提供一些信息服務(wù)，車聯(lián)網(wǎng)必須采取新的方法來滿足該項(xiàng)需求，因?yàn)橹暗木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議及算法大都是基于網(wǎng)絡(luò)連通的前提而提出來的，所以已有的基于網(wǎng)絡(luò)連通假設(shè)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及算法對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)在斷連的狀態(tài)下繼續(xù)提供服務(wù)都失效了。
[0004]為了解決車聯(lián)網(wǎng)在斷連情況下如何繼續(xù)傳送信息的問題，目前采取的較為有效的方法是“存儲(chǔ)——攜帶——轉(zhuǎn)發(fā)”策略。該策略的具體方案是當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間存在鏈路時(shí)，直接通過節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路來傳輸數(shù)據(jù)；當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生斷連時(shí)，由移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)暫存數(shù)據(jù)，并攜帶數(shù)據(jù)進(jìn)行移動(dòng)，在能與其他節(jié)點(diǎn)建立鏈路時(shí)再將信息轉(zhuǎn)發(fā)出去。該策略充分利用了汽車節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。在“存儲(chǔ)——攜帶——轉(zhuǎn)發(fā)”策略中，有兩個(gè)問題十分重要。第一個(gè)問題是在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷連的狀態(tài)下如何選擇合適的節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行存儲(chǔ)攜帶再向前行駛；第二個(gè)問題是當(dāng)攜帶有信息的節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)發(fā)生連通時(shí)，如何進(jìn)行信息的發(fā)送。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有信息傳輸不能針對(duì)網(wǎng)絡(luò)斷連情況的問題，提供了一種基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法。
[0006]本發(fā)明所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其具體過程為:
[0007]步驟一、產(chǎn)生原中繼節(jié)點(diǎn)；
[0008]步驟二、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包；
[0009]步驟三、中繼節(jié)點(diǎn)查詢發(fā)射圈內(nèi)速度大于本身的汽車節(jié)點(diǎn)，記錄汽車節(jié)點(diǎn)的速度，形成一個(gè)速度表speed_list ；
[0010]步驟四、選擇步驟三獲取的速度表speecLlist中速度最大的汽車節(jié)點(diǎn)作為下任中繼節(jié)點(diǎn)，將其駛離發(fā)射圈的時(shí)間作為minimum_time,啟用計(jì)時(shí)器timer ；
[0011]步驟五、判斷計(jì)時(shí)器timer的時(shí)間是否小于minimum_time,如果否則執(zhí)行步驟六，如果是則執(zhí)行步驟八；
[0012]步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給同向后繼中繼節(jié)點(diǎn)；[0013]步驟七、產(chǎn)生同向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二 ；
[0014]步驟八、中繼節(jié)點(diǎn)每走2R距離廣播一次信息包，并且不間斷發(fā)送查詢包檢測(cè)是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈；
[0015]步驟九、中繼節(jié)點(diǎn)判斷是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈，如果是則執(zhí)行步驟十，如果否則返回步驟五；
[0016]步驟十、中繼節(jié)點(diǎn)判斷新的汽車節(jié)點(diǎn)是否與本身同向，如果是則執(zhí)行步驟十一，如果否則執(zhí)行步驟十二；
[0017]步驟^--、計(jì)時(shí)器timer重新開始計(jì)時(shí)timer=0,更新速度表speed_list,更新
minimum_time,然后返回步驟五；
[0018]步驟十二、中繼節(jié)點(diǎn)判斷信息包中的方向標(biāo)志位是否為0，如果否則返回步驟五，如果是則執(zhí)行步驟十三；
[0019]步驟十三、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給反向后繼中繼節(jié)點(diǎn)；
[0020]步驟十四、產(chǎn)生反向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明針對(duì)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷連狀態(tài)下如何選擇合適的節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存攜帶再向前行駛的問題，提出了最大速度預(yù)測(cè)法(Maximum Speed PredictionAlgorithm,MSPA)來進(jìn)行后繼攜帶信息向前行駛的節(jié)點(diǎn)的選擇。針對(duì)當(dāng)攜帶帶有信息的節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)發(fā)生連通時(shí)如何進(jìn)行信息發(fā)送的問題，提出的方案是采用廣播的方式對(duì)信息進(jìn)行發(fā)送。
[0022]1、MSPA算法秉承“存儲(chǔ)一攜帶一轉(zhuǎn)發(fā)”和“綜合加權(quán)”的思想，能夠有效地解決網(wǎng)絡(luò)斷連情況下的信息發(fā)布問題；
[0023]2、網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到節(jié)點(diǎn)覆蓋率高、端到端延遲小、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)率小、網(wǎng)絡(luò)吞吐量小的效果，性能較好:只要在時(shí)間足夠長(zhǎng)的情況下，能達(dá)到100%的節(jié)點(diǎn)覆蓋率。從時(shí)間上考慮，MSPA算法能在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到100%的節(jié)點(diǎn)覆蓋率。就端到端延遲而言，MSPA算法由于端到端延遲主要取決于傳輸時(shí)延和處理時(shí)延所導(dǎo)致的，而傳輸時(shí)延和處理時(shí)延主要取決于節(jié)點(diǎn)自身的傳輸速率和處理速率。就網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)率而言，MSPA算法的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)率很小，網(wǎng)絡(luò)很穩(wěn)定。就網(wǎng)絡(luò)吞吐量而言，MSPA算法最大吞吐量為200多bit/s左右。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法的流程框圖；
[0025]圖2是利用NS2進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬的基本流程框圖；
[0026]圖3是仿真過程的基本流程圖；
[0027]圖4是節(jié)點(diǎn)覆蓋率仿真結(jié)果示意圖，橫坐標(biāo)表示使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)，縱坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)
覆蓋率；
[0028]圖5是端到端延遲仿真結(jié)果示意圖，橫坐標(biāo)表示使用的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)延遲；
[0029]圖6是網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)率仿真結(jié)果示意圖,橫坐標(biāo)表示使用的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)率；
[0030]圖7是網(wǎng)絡(luò)吞吐量仿真結(jié)果示意圖，橫坐標(biāo)表示使用的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示網(wǎng)絡(luò)吞吐率?！揪唧w實(shí)施方式】
[0031]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其具體過程為:
[0032]步驟一、產(chǎn)生原中繼節(jié)點(diǎn)；
[0033]步驟二、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包；
[0034]步驟三、中繼節(jié)點(diǎn)查詢發(fā)射圈內(nèi)速度大于本身的汽車節(jié)點(diǎn)，記錄汽車節(jié)點(diǎn)的速度，形成一個(gè)速度表speed_list ；
[0035]步驟四、選擇步驟三獲取的速度表speecLlist中速度最大的汽車節(jié)點(diǎn)作為下任中繼節(jié)點(diǎn)，將其駛離發(fā)射圈的時(shí)間作為minimum_time,啟用計(jì)時(shí)器timer ；
[0036]步驟五、判斷計(jì)時(shí)器timer的時(shí)間是否小于minimum_time,如果否則執(zhí)行步驟六，如果是則執(zhí)行步驟八；
[0037]步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給同向后繼中繼節(jié)點(diǎn)；
[0038]步驟七、產(chǎn)生同向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二 ；
[0039]步驟八、中繼節(jié)點(diǎn)每走2R距離廣播一次信息包，并且不間斷發(fā)送查詢包檢測(cè)是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈；
[0040]步驟九、中繼節(jié)點(diǎn)判斷是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈，如果是則執(zhí)行步驟十，如果否則返回步驟五；
[0041]步驟十、中繼節(jié)點(diǎn)判斷新的汽車節(jié)點(diǎn)是否與本身同向，如果是則執(zhí)行步驟十一，如果否則執(zhí)行步驟十二；
[0042]步驟^--、計(jì)時(shí)器timer重新開始計(jì)時(shí)timer=0,更新速度表speed_list,更新
minimum_time,然后返回步驟五；
[0043]步驟十二、中繼節(jié)點(diǎn)判斷信息包中的方向標(biāo)志位是否為0，如果否則返回步驟五，如果是則執(zhí)行步驟十三；
[0044]步驟十三、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給反向后繼中繼節(jié)點(diǎn)；
[0045]步驟十四、產(chǎn)生反向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二。
[0046]本實(shí)施方式中，中繼節(jié)點(diǎn)為攜帶有用的信息包且能對(duì)有用的信息包進(jìn)行發(fā)布的汽車節(jié)點(diǎn)。汽車節(jié)點(diǎn)為滿足一定條件的行駛在道路上的汽車車輛。原中繼節(jié)點(diǎn)為在路上突然產(chǎn)生的中繼節(jié)點(diǎn)。
[0047]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，步驟八所述的查詢包包括From_ID數(shù)據(jù)包、Time數(shù)據(jù)包和Check數(shù)據(jù)包；
[0048]From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明查詢包的發(fā)出者；
[0049]Time數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明查詢包產(chǎn)生的時(shí)間；
[0050]Check數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明查詢包的查詢作用。
[0051]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，步驟二、步驟六和步驟十三中所述的信息包相同，包括From_ID數(shù)據(jù)包、Time數(shù)據(jù)包、Direction數(shù)據(jù)包和Data數(shù)據(jù)包；
[0052]From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明信息包的發(fā)出者；
[0053]Time數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明信息包產(chǎn)生的時(shí)間；[0054]Direction數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為lbit，用于指明正反方向是否都有中繼節(jié)點(diǎn)的存在，其中DirectionO表明只有正相有中繼節(jié)點(diǎn)，DirectionO表明正反兩個(gè)方向都有中繼節(jié)點(diǎn)的存在；
[0055]Data數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為995B，用于指明信息包要發(fā)送的信息。
[0056]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，步驟六和步驟十三所述的權(quán)限包相同，包括From_ID數(shù)據(jù)包、To_ID數(shù)據(jù)包和Flag數(shù)據(jù)包；
[0057]From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的發(fā)出者；
[0058]To_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的接收者；
[0059]Flag數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的作用，第1-4位指示原中繼節(jié)點(diǎn)的中繼權(quán)限取消，第5-6位指示新任中繼節(jié)點(diǎn)獲得中繼權(quán)限。
[0060]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，本實(shí)施方式所述為【具體實(shí)施方式】一所述過程的仿真，采用NS2仿真軟件。仿真過程如圖2所示。由圖可知，整個(gè)模擬過程主要分為三個(gè)部分:一是修改源代碼，二是編寫Tcl模擬腳本，三是分析結(jié)果。
[0061]此外，NS2只是網(wǎng)絡(luò)模擬工具，要想進(jìn)行一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)模擬仿真分析，還必須要有其他的一些工具。首先，必須要有原始的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息(主要是各節(jié)點(diǎn)初始的位置和速度)，在仿真過程中這部分是由作者編寫的一個(gè)Java隨機(jī)程序生成的。其次，由NS2記錄的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)必須要對(duì)其進(jìn)行分析，在仿真過程中這部分是由awk程序完成的。最后，awk程序提取的數(shù)據(jù)應(yīng)該用圖形的形式來呈現(xiàn)出來以方便觀察網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，在仿真過程中這部分是由gnuplot繪圖工具完成的?？偨Y(jié)起來，仿真過程的整體流程可以用圖3來呈現(xiàn)。
[0062]仿真結(jié)果與分析如下:仿真參數(shù)與場(chǎng)景設(shè)置參數(shù)表格如表I所示。
[0063]表I仿真及場(chǎng)景設(shè)置主要參數(shù)
[0064]
【權(quán)利要求】
1.基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其特征在于，其具體過程為: 步驟一、產(chǎn)生原中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟二、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包； 步驟三、中繼節(jié)點(diǎn)查詢發(fā)射圈內(nèi)速度大于本身的汽車節(jié)點(diǎn)，記錄汽車節(jié)點(diǎn)的速度，形成一個(gè)速度表speed_list ； 步驟四、選擇步驟三獲取的速度表speecLlist中速度最大的汽車節(jié)點(diǎn)作為下任中繼節(jié)點(diǎn)，將其駛離發(fā)射圈的時(shí)間作為minimum_time,啟用計(jì)時(shí)器timer ； 步驟五、判斷計(jì)時(shí)器timer的時(shí)間是否小于minimum_time,如果否則執(zhí)行步驟六,如果是則執(zhí)行步驟八； 步驟六、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給同向后繼中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟七、產(chǎn)生同向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二 ； 步驟八、中繼節(jié)點(diǎn)每走2R距離廣播一次信息包，并且不間斷發(fā)送查詢包檢測(cè)是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈； 步驟九、中繼節(jié)點(diǎn)判斷是否有新的汽車節(jié)點(diǎn)駛?cè)氚l(fā)射圈，如果是則執(zhí)行步驟十，如果否則返回步驟五； 步驟十、中繼節(jié)點(diǎn)判斷新的汽車節(jié)點(diǎn)是否與本身同向，如果是則執(zhí)行步驟十一，如果否則執(zhí)行步驟十二； 步驟^--、計(jì)時(shí)器timer重新開始計(jì)時(shí)timer=0,更新速度表speed_list,更新minimum_time,然后返回步驟五； 步驟十二、中繼節(jié)點(diǎn)判斷信息包中的方向標(biāo)志位是否為O，如果否則返回步驟五，如果是則執(zhí)行步驟十三； 步驟十三、中繼節(jié)點(diǎn)廣播一次信息包，然后將權(quán)限包發(fā)送給反向后繼中繼節(jié)點(diǎn)； 步驟十四、產(chǎn)生反向新任中繼節(jié)點(diǎn)，返回步驟二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其特征在于，步驟八所述的查詢包包括From_ID數(shù)據(jù)包、Time數(shù)據(jù)包和Check數(shù)據(jù)包； From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明查詢包的發(fā)出者； Time數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明查詢包產(chǎn)生的時(shí)間； Check數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為IB，用于指明查詢包的查詢作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其特征在于，步驟二、步驟六和步驟十三中所述的信息包相同,包括From_ID數(shù)據(jù)包、Time數(shù)據(jù)包、Direction數(shù)據(jù)包和Data數(shù)據(jù)包； From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明信息包的發(fā)出者； Time數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明信息包產(chǎn)生的時(shí)間； Direction數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為Ibit,用于指明正反方向是否都有中繼節(jié)點(diǎn)的存在,其中DirectionO表明只有正相有中繼節(jié)點(diǎn)，DirectionO表明正反兩個(gè)方向都有中繼節(jié)點(diǎn)的存在； Data數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為995B，用于指明信息包要發(fā)送的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MSPA算法的車聯(lián)網(wǎng)信息容遲傳輸方法，其特征在于，步驟六和步驟十三所述的權(quán)限包相同，包括From_ID數(shù)據(jù)包、To_ID數(shù)據(jù)包和Flag數(shù)據(jù)包；From_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的發(fā)出者； To_ID數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為4B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的接收者； Flag數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度為1B，用于指明后繼中繼節(jié)點(diǎn)權(quán)限包的作用，第1-4位指示原中繼節(jié)點(diǎn)的中繼權(quán)限取 消，第5-6位指示新任中繼節(jié)點(diǎn)獲得中繼權(quán)限。
【文檔編號(hào)】H04W40/20GK103747500SQ201310737880
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】崔剛, 付忠傳, 暴建民, 潘波, 王秀峰, 鄒炳松, 朱東杰, 張策, 張必英, 季春光 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)