本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于車輛的高速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)頻繁變化，因此在基于拓?fù)洹⒒诘乩砦恢煤突诘貓D的路由協(xié)議中，基于位置和基于地圖的路由協(xié)議由于不依賴路由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)維護(hù)，表現(xiàn)出更好的性能。而基于位置和基于地圖的路由協(xié)議，均依賴車輛的實(shí)時(shí)位置信息，因此需要在車聯(lián)網(wǎng)中部署位置服務(wù)管理中心，該位置服務(wù)通常是分布式系統(tǒng)，如圖1所示，位置服務(wù)部署在路口位置，其內(nèi)部互相連通并同時(shí)與internet網(wǎng)絡(luò)連通。位置服務(wù)實(shí)際上保持了所有車輛的實(shí)時(shí)位置信息，掌握了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ⑶移渚邆漭^好的計(jì)算能力，因此位置服務(wù)利用其擁有的位置信息可以評(píng)估不同網(wǎng)絡(luò)路徑的連通性，并將該信息連同目的節(jié)點(diǎn)的位置一同發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)。

相較于高速公路，城市道路客觀存在道路縱橫交錯(cuò)，交通燈和路口廣泛分布和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)頻繁變化等特性，成為阻礙車輛之間相互連通的主要因素?，F(xiàn)有基于位置的路由協(xié)議需要源節(jié)點(diǎn)先訪問分布式位置服務(wù)器，因此在數(shù)據(jù)發(fā)送之前由分布式位置服務(wù)器計(jì)算出一條連通性路徑，從而在一定程度上提高了路由協(xié)議的效率。但是車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)鏈路可能頻繁中斷，路由恢復(fù)策略的代價(jià)非常高，缺乏對(duì)車輛動(dòng)態(tài)變化和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的考量。

程久軍等發(fā)明人于2017年5月3日申請(qǐng)的《城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的構(gòu)造方法》(申請(qǐng)人：同濟(jì)大學(xué)，專利申請(qǐng)?zhí)?017103033138)，該專利申請(qǐng)給出的技術(shù)方案為：首先結(jié)合車輛的具體分布和動(dòng)態(tài)變化，利用車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)方法，計(jì)算車輛間鏈路生存時(shí)間，以此評(píng)估道路是否連通和連通的穩(wěn)定性，得到路口和路段連通性模型，然后推導(dǎo)城市道路整體連通性模型，并給出連通性最優(yōu)的路徑選擇方法。構(gòu)建城市道路整體連通性模型為:源節(jié)點(diǎn)出發(fā)的邊權(quán)值設(shè)置為無限大；到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的邊的權(quán)值為節(jié)點(diǎn)所代表路段的連通性的值；轉(zhuǎn)彎情況的邊的權(quán)值為出發(fā)節(jié)點(diǎn)所代表路段的連通性與其所指向路口連通性中的較小值；直行情況的權(quán)值為出發(fā)節(jié)點(diǎn)所代表路段的連通性。最后，通過路口和路段鏈路連通性度量方法得到衡量從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑組成部分找到一條最優(yōu)路徑。

本發(fā)明是基于《城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的構(gòu)造方法》(申請(qǐng)人：同濟(jì)大學(xué)，專利申請(qǐng)?zhí)?017103033138)此專利申請(qǐng)所進(jìn)行的深入研發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于公開一種城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的路由方法，對(duì)城市道路中適用于小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)以及大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，從而從根本上為城市道路中車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸給出穩(wěn)定可靠的解決方法。

為此，本發(fā)明給出以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明研究方法，其特征在于，基于目前關(guān)于城市道路客觀存在道路縱橫交錯(cuò)，交通燈和路口廣泛分布和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)頻繁變化等問題，基于提出的車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型(在先專利申請(qǐng)已披露，專利申請(qǐng)?zhí)?017103033138)，給出小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)以及大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法，從而降低了小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)路由恢復(fù)策略的代價(jià)，以及提高了大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的長距離鏈路的穩(wěn)定性，降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性。

一種城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的路由方法，其特征在于，具體方法包括如下步驟：

一、給出城市道路中適用于小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法(創(chuàng)新點(diǎn)1)；

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中已推導(dǎo)的城市道路中連通性模型(在先專利申請(qǐng)中已披露，專利申請(qǐng)?zhí)?017103033138)，首先確定源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，然后使用右手原則，選擇數(shù)據(jù)包到達(dá)的下一跳最優(yōu)路徑路口，路由恢復(fù)通過本路段上的回退策略即可尋找到連通路徑。由于最優(yōu)路徑是通過準(zhǔn)確計(jì)算鏈路生存時(shí)間得到道路連通性進(jìn)行選擇的，因此最優(yōu)路徑上相鄰路口之間很大概率存在連通路徑，路由恢復(fù)通過本路段上的回退策略即可尋找到連通路徑，啟動(dòng)右手原則進(jìn)行恢復(fù)的概率極小，因此本路由方法恢復(fù)策略的代價(jià)非常低。

其特征在于，包括如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1.根據(jù)連通性模型給出無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)路由方法的描述；

步驟2.節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)策略；

步驟3.路由恢復(fù)策略。

二、給出城市道路中適用于有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法(創(chuàng)新點(diǎn)2)；

有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)使用分而治之策略，利用路邊基礎(chǔ)設(shè)施將大規(guī)模車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為若干個(gè)塊，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性問題劃分為多個(gè)塊解決，在塊內(nèi)使用所述基于無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由方法來傳輸數(shù)據(jù)，塊間借助路邊基礎(chǔ)設(shè)施按照無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)路由方法的思想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。同時(shí)，相較于位置路由方法，本發(fā)明方法利用路邊基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)互通的同時(shí)，將其設(shè)定為分布式位置服務(wù)器，從而提高了長距離鏈路的穩(wěn)定性，降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性，且易于擴(kuò)展。

其特征在于，包括如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1.有基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分塊策略；

步驟2.路口基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)策略。

本發(fā)明基于城市道路中適用于小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法，該路由方法中最優(yōu)路徑是通過準(zhǔn)確計(jì)算鏈路生存時(shí)間得到道路連通性進(jìn)行選擇的，因此最優(yōu)路徑上相鄰路口之間很大概率存在連通路徑；由于優(yōu)先選擇了一條鏈路生存時(shí)間比較穩(wěn)定的鏈路，鏈路整體連通性高，且即使鏈路失敗，基于連通性模型的路由機(jī)制可通過在本路段進(jìn)行回跳從而快速的恢復(fù)路由，因此延遲較??；路由恢復(fù)通過本路段上的回退策略即可尋找到連通路徑，相較于其他路由方法中啟動(dòng)右手原則進(jìn)行恢復(fù)的概率極小，因此本路由恢復(fù)策略的代價(jià)比較低。

本發(fā)明利用路邊基礎(chǔ)設(shè)施將車聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連通性問題劃分為若干個(gè)塊，塊內(nèi)使用基于無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由方法傳輸數(shù)據(jù)，塊間借助路邊基礎(chǔ)設(shè)施按照無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)路由方法的思想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞,提高了大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的長距離鏈路的穩(wěn)定性，降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性。

綜上，本發(fā)明研究方法，相較于高速公路，城市道路客觀存在道路縱橫交錯(cuò)，交通燈和路口廣泛分布和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)頻繁變化等特性，成為阻礙車輛之間相互連通的主要因素。現(xiàn)有基于位置的路由協(xié)議需要源節(jié)點(diǎn)先訪問分布式位置服務(wù)器，因此在數(shù)據(jù)發(fā)送之前由分布式位置服務(wù)器計(jì)算出一條連通性路徑，從而在一定程度上提高了路由協(xié)議的效率。但是車聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)鏈路可能頻繁中斷，路由恢復(fù)策略的代價(jià)非常高，缺乏對(duì)車輛動(dòng)態(tài)變化和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的考量。針對(duì)這些問題，本發(fā)明給出了一種城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的路由方法，基于在先公開的車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型，給出小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)以及大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法，從而降低了小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)路由恢復(fù)策略的代價(jià)，以及提高了大規(guī)模有基礎(chǔ)設(shè)施的vinet異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的長距離鏈路的穩(wěn)定性，降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性。

附圖說明

圖1分布式位置服務(wù)管理

圖2bologna的join數(shù)據(jù)集7am到12am的車輛數(shù)量變化圖

圖3無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議

圖4路由恢復(fù)策略

圖5路由恢復(fù)策略提早到達(dá)情況

圖6有基礎(chǔ)設(shè)施的路由方法

圖7無基礎(chǔ)設(shè)施的道路網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景

圖8無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由與gsr路由投遞率對(duì)比

圖9無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由與gsr路由平均端到端延遲對(duì)比

圖10有基礎(chǔ)設(shè)施的道路網(wǎng)絡(luò)仿真場(chǎng)景

圖11有基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由與gsr路由投遞率對(duì)比

圖12無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由與gsr路由平均端到端延遲對(duì)比

圖13為本發(fā)明方法流程圖

圖14算法1的流程圖

圖15算法2的流程圖

圖16為算法3的流程圖

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的具體實(shí)施過程如圖13所示，包括如下5個(gè)方面：

①城市道路中適用于小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法

②城市道路中適用于有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法

③對(duì)城市道路中小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法進(jìn)行驗(yàn)證

④對(duì)城市道路中有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法進(jìn)行驗(yàn)證

①

城市道路中適用于小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法

無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制適用于小范圍小規(guī)模的路由，如圖3所示，假設(shè)源節(jié)點(diǎn)s將發(fā)送數(shù)據(jù)給目的節(jié)點(diǎn)d，則向位置服務(wù)中心請(qǐng)求目的節(jié)點(diǎn)d的位置，根據(jù)在先提出的連通性模型(在先專利已披露，專利申請(qǐng)?zhí)?017103033138)，

得到最佳路徑為i1i3i5i6，則位置服務(wù)在發(fā)送目的節(jié)點(diǎn)d的位置的同時(shí)，將十字路口所組成的有序序列也發(fā)送給源節(jié)點(diǎn)s，十字路口使用其中心位置的坐標(biāo)表示。源節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)的位置后，按照首先將數(shù)據(jù)包向i1的位置推進(jìn)，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)i1附近范圍內(nèi)，則將數(shù)據(jù)以i3為目標(biāo)發(fā)送，以此類推到達(dá)i6，最后向目的節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。十字路口在其中充當(dāng)錨點(diǎn)的作用，使數(shù)據(jù)包沿指定的道路發(fā)送。

其每一跳的處理方法如算法1所示(圖14)。

該算法1：

首先判斷自己是目的節(jié)點(diǎn)，如果是則路由完成，否則判斷目的節(jié)點(diǎn)是否是自己的鄰居節(jié)點(diǎn)，如果是則轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)，如果還不滿足，則判斷自己是否位于十字路口，如果是則刪除當(dāng)前十字路口，如果存在下一個(gè)十字路口，則向下一個(gè)十字路口推進(jìn)，否則向目的節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。推進(jìn)方式為選擇距離下一跳路口或者目的節(jié)節(jié)點(diǎn)最近的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，若沒有滿足要求的節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入路由恢復(fù)策略。其中路由恢復(fù)如圖4所示，如從源節(jié)點(diǎn)出發(fā)最優(yōu)路徑為i1i3i5i7i8，到達(dá)ve1時(shí)最優(yōu)路徑到達(dá)i5i7i8，如ve1將數(shù)據(jù)包發(fā)送給ve2節(jié)點(diǎn)，而ve2沒有滿足要求的到達(dá)i5的鄰居節(jié)點(diǎn)，則ve2將數(shù)據(jù)包往回一跳，到達(dá)ve1，ve1從剩余鄰居節(jié)點(diǎn)從選擇其他節(jié)點(diǎn)如ve3，如ve3有滿足要求的下一跳到達(dá)i5，則恢復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)策略。否則繼續(xù)往回溯到達(dá)十字路口節(jié)點(diǎn)如ve1，則此時(shí)使用右手原則，選擇數(shù)據(jù)包到達(dá)的道路的逆時(shí)針方向的下一條道路即圖中以此原則轉(zhuǎn)發(fā)，每達(dá)到路口判斷當(dāng)前路口是否為最優(yōu)路徑中的路口i5、i7或i8，到達(dá)則恢復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)策略。通常該恢復(fù)策略將到達(dá)下一跳最優(yōu)路徑路口，但也有可能提前到達(dá)其他最優(yōu)路徑路口，如圖5所示，ve1當(dāng)前最優(yōu)路徑為i5i6，在ve1使用右手原則恢復(fù)策略先到達(dá)i6，則最優(yōu)路徑直接從i5i6變成i6，然后到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

路由恢復(fù)策略描述如算法2所示(圖15)。由于最優(yōu)路徑是通過準(zhǔn)確計(jì)算鏈路生存時(shí)間得到道路連通性進(jìn)行選擇的，因此最優(yōu)路徑上相鄰路口之間很大概率存在連通路徑，因此路由恢復(fù)通過本路段上的回退策略即可尋找到連通路徑，啟動(dòng)右手原則進(jìn)行恢復(fù)的概率極小，因此本路由恢復(fù)策略的代價(jià)非常低。

②

城市道路中適用于有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法

有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)使用分治策略利用路邊基礎(chǔ)設(shè)施將大規(guī)模車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為若干個(gè)塊，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性問題劃分為多個(gè)塊解決，在塊內(nèi)使用基于無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的連通性模型來傳輸數(shù)據(jù)，塊間借助路邊基礎(chǔ)設(shè)施傳遞數(shù)據(jù)。

如圖6所示，有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)首先在骨干路口部署路邊基礎(chǔ)設(shè)施，該路邊基礎(chǔ)設(shè)施互相連通，可直接使用以太網(wǎng)協(xié)議交換數(shù)據(jù)。該路邊基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)充當(dāng)分布式位置服務(wù)器，因此其需要充當(dāng)位置服務(wù)器功能、最優(yōu)路徑推導(dǎo)和基礎(chǔ)設(shè)施之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)三大功能。其對(duì)于各種到達(dá)的數(shù)據(jù)包的處理算法如算法3所示(圖16)。對(duì)于位置服務(wù)器功能，當(dāng)車輛節(jié)點(diǎn)向其發(fā)送位置數(shù)據(jù)包或詢問目的節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，同時(shí)將其到達(dá)附近基礎(chǔ)設(shè)施的最優(yōu)路徑發(fā)送給該節(jié)點(diǎn)，則車輛節(jié)點(diǎn)同步位置或詢問目節(jié)點(diǎn)位置時(shí)則可沿該路徑到達(dá)附近路邊基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)詢問目的節(jié)點(diǎn)信息如果本地存在，則返回給源節(jié)點(diǎn)使用上文提到的無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制傳輸。如不存在，則向其他基礎(chǔ)設(shè)施詢問，并將自己的位置和路徑告訴源節(jié)點(diǎn)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他路邊基礎(chǔ)設(shè)施，其他路邊基礎(chǔ)設(shè)施收到數(shù)據(jù)包后，尋找到目的節(jié)點(diǎn)的最佳路徑，向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。其轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖6所示，源節(jié)點(diǎn)s發(fā)送數(shù)據(jù)包給rsu4，rsu4轉(zhuǎn)發(fā)給rsu5，rsu5轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)d，其中s到rsu4，rsu5到d之間使用上文給出的無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制。該基礎(chǔ)設(shè)施的部署利用了現(xiàn)有的分布式位置服務(wù)器，將大范圍的數(shù)據(jù)傳輸切分到小規(guī)模，提高了長距離鏈路的穩(wěn)定性，并降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性，且易于擴(kuò)展。

算法3：

以下進(jìn)一步給出仿真實(shí)驗(yàn)

本發(fā)明使用sumo作為交通仿真器，omnet++作為網(wǎng)絡(luò)仿真器，使用veins框架進(jìn)行整合。仿真數(shù)據(jù)集使用意大利的城市bologna的真實(shí)道路網(wǎng)絡(luò)和交通流數(shù)據(jù)bologna_small-0.24.0，該數(shù)據(jù)集包括三個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)andreacosta，pasubio和兩個(gè)區(qū)域合并區(qū)域稱為join，其交通數(shù)據(jù)包含早上8點(diǎn)到9點(diǎn)交通高峰期的車輛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，三個(gè)區(qū)域的車輛運(yùn)動(dòng)軌跡分別為8622條，8681條和11079條，由于有些車輛可能在區(qū)域andreacosta和pasubio均存在，所有join區(qū)域的軌跡條數(shù)小于兩者之和。由于該數(shù)據(jù)集僅包括高峰期的數(shù)據(jù)，所以本發(fā)明還采用bedognil等采用的方法使用90％的軌跡構(gòu)造早上7點(diǎn)到8點(diǎn)的交通數(shù)據(jù)，使用80％的軌跡構(gòu)造9點(diǎn)到10點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用70％的軌跡構(gòu)造10點(diǎn)到12點(diǎn)的數(shù)據(jù)。因此使用的交通數(shù)據(jù)為基于處理得到的早上7點(diǎn)到12點(diǎn)的數(shù)據(jù)，該時(shí)間段每隔半小時(shí)采樣繪制的車輛數(shù)量變化如圖2所示。從圖中可知車輛從7am到8am時(shí)刻汽車快速涌進(jìn)城市，至8am到9am時(shí)刻車流到達(dá)高峰時(shí)間，從9點(diǎn)開始車流緩慢減少至400輛左右。仿真實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)該時(shí)間段內(nèi)路由機(jī)制的投遞率和延遲率，在稀疏密度和密集密度情況下與基于地圖的路由協(xié)議gsr對(duì)照比較性能。

分別為：

一、對(duì)城市道路中小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法進(jìn)行驗(yàn)證

無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由機(jī)制驗(yàn)證使用pasubiohe場(chǎng)景，如圖7所示，分別在相隔比較大的兩個(gè)街道部署一個(gè)固定路邊基礎(chǔ)設(shè)施作為源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)。分別使用基于地圖的路由協(xié)議gsr協(xié)議和本文給出的無基礎(chǔ)設(shè)施的基于連通性模型的路由協(xié)議統(tǒng)計(jì)其投遞率和延遲。

圖8為早上7點(diǎn)到中午12點(diǎn)分別使用gsr協(xié)議和無基礎(chǔ)設(shè)施的基于連通性模型的路由協(xié)議在投遞率的比較，結(jié)合圖6的車輛的密度數(shù)據(jù)可知在7點(diǎn)左右車輛密度非常小gsr的投遞率非常低僅有40％，當(dāng)車輛密度到達(dá)比較高的程度時(shí)，gsr的投遞率明顯提高，而9點(diǎn)過后車輛密度降低，gsr投遞率降低?？梢奼sr協(xié)議對(duì)于車輛密度敏感度非常高。無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由協(xié)議在車輛密度非常低的7點(diǎn)到8點(diǎn)時(shí)段，投遞率仍然可以達(dá)到比較高的值，而在9點(diǎn)到12點(diǎn)車輛密度降低的情況下，其投遞率并沒有明顯降低，保持90％左右的投遞率，可見無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由協(xié)議對(duì)于密度的敏感度低于gsr協(xié)議。由于無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由協(xié)議在選擇最佳路徑時(shí)刻并不完全依賴密度在選擇最佳路徑，其通過選擇一條連通性高的路徑使其在整體密度比較低的情況下，仍可以通過計(jì)算鏈路生存時(shí)間等信息得到最佳路徑。

圖9為早上7點(diǎn)到12點(diǎn)gsr路由和無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由的平均端到端延遲比較，在車輛密度比較高的9點(diǎn)到12點(diǎn)，兩種路由協(xié)議延遲相差較小，而在早上7點(diǎn)到8點(diǎn)時(shí)段gsr協(xié)議的延遲比無基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由明顯偏大。其主要在于gsr路由協(xié)議在車輛密度較低的時(shí)候，鏈路連通性比較低，車輛頻繁變化導(dǎo)致其常限于局部最優(yōu)路徑，但是整體鏈路不連通，此時(shí)gsr協(xié)議啟動(dòng)路由恢復(fù)機(jī)制，使用右手原則需要繞道，因此其路由恢復(fù)代價(jià)比較大導(dǎo)致很大的延時(shí)。而基于連通性模型的路由機(jī)制由于優(yōu)先選擇了一條鏈路生存時(shí)間比較穩(wěn)定的鏈路，鏈路整體連通性高，且即使鏈路失敗，基于連通性模型的路由機(jī)制可通過在本路段進(jìn)行回跳從而快速的恢復(fù)路由，因此延遲較小。

二、對(duì)城市道路中有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的路由方法進(jìn)行驗(yàn)證

有基礎(chǔ)設(shè)施的路由機(jī)制驗(yàn)證使用pasubiohe和andreacosta場(chǎng)景的合并場(chǎng)景join，如圖10所示，分別在pasubiohe和andreacosta場(chǎng)景四周骨干道路路口部署基礎(chǔ)設(shè)施，基礎(chǔ)設(shè)施互相連通性，將join劃分為兩個(gè)子區(qū)域，在兩個(gè)區(qū)域分別部署源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)定期發(fā)送數(shù)據(jù)包到目的節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)包分別使用gsr路由和有基礎(chǔ)設(shè)施的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制進(jìn)行路由，統(tǒng)計(jì)投遞率和延遲。

圖11為分別使用gsr和有路邊基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由協(xié)議進(jìn)行路由統(tǒng)計(jì)的投遞率，由于網(wǎng)絡(luò)范圍和距離的增大，gsr路由協(xié)議在密度小的時(shí)候投遞率非常低下，而相比之下有基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由由于使用基礎(chǔ)設(shè)施將大范圍網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)子區(qū)域降解問題規(guī)模使得其投遞率相比小范圍路由時(shí)其投遞率沒有明顯降低，在車輛密度比較高的情況下，仍可以達(dá)到90％左右的投遞率，而gsr路由協(xié)議密度大的情況下，由于范圍的影響其中途陷入鏈路空洞的可能性提高，使得其投遞率有明顯下降。

從延遲方面來看，gsr路由協(xié)議在路由路徑范圍大的情況下其性能有明顯下降，如圖12所示。相比小范圍gsr路由，其延遲整體都顯著升高，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的距離相比小范圍路徑長度大約增大1倍，而其延遲并沒有成比例增長，明顯大于1倍，可見gsr的在長距離路由時(shí)由于使用路由恢復(fù)的可能提高，使其路由代價(jià)明顯升高，延遲增大。而有基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由協(xié)議由于區(qū)域劃分，無論其源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的距離如何，均可看作源節(jié)點(diǎn)在小范圍內(nèi)與基礎(chǔ)設(shè)施之間傳輸數(shù)據(jù)與目的節(jié)點(diǎn)在小范圍內(nèi)與基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)間傳輸數(shù)據(jù)，因此相比小范圍路由，其延遲大約僅提升1倍。而由于基于地理位置和基于地圖的路由協(xié)議均需要使用分布式位置服務(wù)器，因此基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備消耗非常有價(jià)值，其將大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)分解，分層次路由，其思想與現(xiàn)在廣泛使用的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的原理類似。因此，有基礎(chǔ)設(shè)施的連通性路由機(jī)制對(duì)于大范圍傳輸能有效提高性能。

創(chuàng)新之一：利用在先專利申請(qǐng)的推導(dǎo)的城市道路中連通性模型(《城市道路中基于車輛狀態(tài)預(yù)測(cè)的連通性模型的構(gòu)造方法》，申請(qǐng)人：同濟(jì)大學(xué)，專利申請(qǐng)?zhí)枺?017103033138)，提出了一種基于城市道路中小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)的路由方法，從而降低了小規(guī)模無基礎(chǔ)設(shè)施vanet網(wǎng)絡(luò)路由恢復(fù)策略的代價(jià)。

首先確定源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，然后使用右手原則，選擇數(shù)據(jù)包到達(dá)的下一跳最優(yōu)路徑路口。由于最優(yōu)路徑是通過準(zhǔn)確計(jì)算鏈路生存時(shí)間得到道路連通性進(jìn)行選擇的，因此最優(yōu)路徑上相鄰路口之間很大概率存在連通路徑，路由恢復(fù)通過本路段上的回退策略即可尋找到連通路徑，啟動(dòng)右手原則進(jìn)行恢復(fù)的概率極小，因此本路由方法恢復(fù)策略的代價(jià)非常低。

創(chuàng)新之二：針對(duì)城市道路中有基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，提出了分塊策略，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路由方法，從而提高了長距離鏈路的穩(wěn)定性，降低了大規(guī)模連通性求解的復(fù)雜性。

針對(duì)城市道路中有基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使用分而治之策略，利用路邊基礎(chǔ)設(shè)施將大規(guī)模車聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分為若干個(gè)塊，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通性問題劃分為多個(gè)塊解決，在塊內(nèi)使用基于無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的路由方法來傳輸數(shù)據(jù)，塊間借助路邊基礎(chǔ)設(shè)施按照無基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)路由方法的思想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。