一種基于車輛密度分布的數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種基于車輛密度分布的數(shù)據(jù)傳 輸路徑選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)在智能交通領(lǐng)域的延伸，近年來得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛 關(guān)注。隨著越來越多的車輛加入道路交通網(wǎng)絡(luò)和無線通信成本降低，更多的有用信息得以 在車輛間充分交換，駕駛員在駕駛車輛的過程中獲得了更高的安全性和舒適度。這些具體 體現(xiàn)在：交通遇險緊急避讓、特種車輛警示信息有效傳播、駕駛路徑優(yōu)化、路況信息獲取以 及商家廣告在道路上定向定位廣播和停車場信息遠程獲取等。
[0003] 數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇技術(shù)是大規(guī)模移動無線網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)，其主要目的 是為源節(jié)點所發(fā)送的數(shù)據(jù)包從眾多候選傳輸路徑中選擇一條相對最有效的傳輸路徑，從而 使數(shù)據(jù)包在盡可能短的傳輸時延下到達目的節(jié)點。目前移動無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式可以主 要分為以下三大類：平面數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、層次數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和基于位置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。
[0004] 在平面數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中，每個節(jié)點都具有相同的數(shù)據(jù)發(fā)送地位，需要主動或被動 的建立路由表從而引導(dǎo)數(shù)據(jù)傳輸；層次數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將節(jié)點按照不同歸類方法劃分為不同 大小的簇，由簇頭來對簇內(nèi)節(jié)點進行統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)包分簇發(fā)送；基于位置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 假定每個節(jié)點都具有獲知自己位置的能力，數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)至目的節(jié)點的過程中，通過每一 次選擇距目的節(jié)點最近的下一跳節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)，由于車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大多與位置關(guān)系有關(guān)且位 置信息較易獲取，所以基于位置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議在車輛網(wǎng)中應(yīng)用更加廣泛。
[0005] DSDV是經(jīng)典的平面數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點均可與其余節(jié)點建立一條 傳輸路徑，節(jié)點通過定期的向周圍鄰居節(jié)點廣播自己的狀態(tài)，來使路由表得到更新。路由表 中包含了可能連接的節(jié)點和距離該節(jié)點所需的跳步數(shù)，節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時，盡可能選擇最 少跳步數(shù)的路徑傳輸。該協(xié)議在節(jié)點數(shù)較少且移動不頻繁的情況下，可以有效的檢測出異 常鏈路并進行回避。但是當網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目增加且移動速度較快時，路由表建立的收斂時 間增加，周期性的全網(wǎng)鏈路狀態(tài)廣播也給網(wǎng)絡(luò)負載帶來巨大壓力。
[0006] AODV采用按需路由獲取機制，僅在源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)包時對數(shù)據(jù)傳輸路徑進行 查找，并不周期性向全網(wǎng)廣播自身狀態(tài)或維護路由表。相較DSDV的路由建立過程，AODV的 路由發(fā)現(xiàn)過程更適用于網(wǎng)絡(luò)拓撲更新頻繁的場景，每次有數(shù)據(jù)發(fā)送需求時才主動的對周圍 鄰居節(jié)點的狀態(tài)進行檢測，逐跳選擇合適的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點直至到達目的節(jié)點。該協(xié)議有效減少 了路由維護對網(wǎng)絡(luò)負載造成的壓力且移動適用性增強，但是由于過多的依賴檢測周圍鄰居 節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行轉(zhuǎn)發(fā)判斷，在鄰居節(jié)點狀態(tài)不能恰當表示當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)時，如：在車輛 交通系統(tǒng)中，十字路口由于信號燈影響車輛聚集情況明顯，但此類聚集不能反映出整條道 路的節(jié)點鏈路狀態(tài)。隨著傳輸距離的增大，這種誤判會持續(xù)增加網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，由于沒有全 局信息，AODV不能做出有效的規(guī)避機制。
[0007] CGSR是典型的層次數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其利用簇頭來管理簇內(nèi)移動節(jié)點，普通節(jié)點一 跳將信息傳遞至簇頭，簇頭通過網(wǎng)關(guān)將信息傳遞至目的節(jié)點的簇內(nèi)。其中網(wǎng)關(guān)是指網(wǎng)絡(luò)中 的一類節(jié)點，這類節(jié)點同時屬于多個簇，用來傳遞簇之間的信息。CGSR的優(yōu)點是較DSDV協(xié) 議減少了路由表的大小，此時用來更新路由表所帶來的開銷也相應(yīng)降低。但是，面對車聯(lián)網(wǎng) 中復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，簇結(jié)構(gòu)本身的維持異常困難，簇頭的失效對簇內(nèi)節(jié)點數(shù)據(jù)的 發(fā)送也是致命性的影響。
[0008] GPSR是一種基于位置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，該協(xié)議利用貪婪轉(zhuǎn)發(fā)和邊界轉(zhuǎn)發(fā)兩種模 式來選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。此協(xié)議的優(yōu)點在于節(jié)點僅需維護鄰居節(jié)點的狀態(tài)信息，對于動態(tài)變化 的拓撲結(jié)構(gòu)具有更高的適應(yīng)性。主要體現(xiàn)在節(jié)點產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)需求后，動態(tài)探測鄰居節(jié)點狀態(tài) 且以距離信息為主要判定因素，每次選擇距離目的節(jié)點最近的鄰居節(jié)點作為下一跳轉(zhuǎn)發(fā)節(jié) 點。此外，邊界轉(zhuǎn)發(fā)模式用來對無法在鄰居節(jié)點中找到比本節(jié)點距離目的節(jié)點更近的節(jié)點 對傳輸路徑進行修復(fù)。GPSR在車聯(lián)網(wǎng)中較之前所提算法有著明顯的優(yōu)勢，且隨著GPS設(shè)備 成本的逐漸降低，算法的普及性也遠好于其它類別算法。但是，在車聯(lián)網(wǎng)中，車輛分布往往 不均勻，源節(jié)點與目的節(jié)點的最短路徑上，并非都能保證有車輛能夠提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，由于缺 少中心設(shè)備的支持，GPSR難以規(guī)避將數(shù)據(jù)傳輸至車輛稀疏區(qū)域從而使的數(shù)據(jù)僅能通過車輛 攜帶的方式傳遞至下一跳甚至是目的節(jié)點，這將使數(shù)據(jù)包的傳播時延成倍增加。
[0009] VADD在傳統(tǒng)基于位置的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議之上，針對車聯(lián)網(wǎng)做出了明顯的改進。VADD 利用第三方地圖軟件提供的車輛分布數(shù)據(jù)，在源節(jié)點與目的節(jié)點的多條路徑中，盡可能選 擇一條合適路徑，使得讓數(shù)據(jù)包更多的通過節(jié)點相互轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳播，而不是利用節(jié)點攜 帶數(shù)據(jù)包到轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點或者目的節(jié)點。該協(xié)議有效的利用了車輛在城市中呈規(guī)律分布的特 點，更加貼合應(yīng)用特點，為數(shù)據(jù)包選擇了相對時延較低的路徑進行傳播。然而，VADD的時延 計算算法是根據(jù)車輛在某一區(qū)域的密度來確定，也就是說，VADD認為車輛密度越高傳輸時 延越低。但是，隨著車輛密度的增加，無線網(wǎng)絡(luò)的碰撞愈加嚴重，吞吐量持續(xù)降低，必然導(dǎo)致 傳輸時延持續(xù)增加。在VADD這種假設(shè)的基礎(chǔ)上，會使大量數(shù)據(jù)包傳遞至本已十分擁擠的網(wǎng) 絡(luò)中，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，增大傳輸時延。
[0010] 因此，人們需要一種能夠使數(shù)據(jù)包有效傳遞在低時延傳播路徑的數(shù)據(jù)傳輸路徑選 擇技術(shù)，并能夠?qū)ι鲜龈鲄f(xié)議的問題進行有效解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于車輛 密度分布的數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇方法。
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0013] -種基于車輛密度分布的數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇方法，具體包括以下步驟：
[0014] 步驟SOl :源節(jié)點獲取自身位置信息以及目的節(jié)點位置信息；
[0015] 步驟S02 :源節(jié)點判斷其自身位置與目的節(jié)點是否處于同一街道，若源節(jié)點與目 的節(jié)點處于同一街道內(nèi)，則源節(jié)點所在的街道即為數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，執(zhí)行步驟S03 ;若源 節(jié)點與目的節(jié)點不處于同一街道內(nèi)，則選擇最短時延的路徑作為傳輸路徑，執(zhí)行步驟S03， 其具體實現(xiàn)方法如下：
[0016] 步驟S02-1 :源節(jié)點判斷其與目的節(jié)點是否處于同一街道內(nèi)；
[0017] 步驟S02-2 :若源節(jié)點與目的節(jié)點處于同一街道內(nèi)，則源節(jié)點所在的街道即為數(shù) 據(jù)包的傳輸路徑，執(zhí)行步驟S03 ;
[0018] 步驟S02-3 :若源節(jié)點與目的節(jié)點不處于同一街道內(nèi)，源節(jié)點利用自身攜帶的電 子地圖選擇地理路徑，電子地圖將推薦的所有地理路徑按照由短到長進行排序，源節(jié)點將 前10條路徑作為選取的地理路徑，若電子地圖推薦的所有地理路徑不足10條，則將所有推 薦的地理路徑作為源節(jié)點選取的地理路徑；
[0019] 每條地理路徑表示為Path1,1彡i彡10,地理路徑集合
每條地理路徑Path1中包含M i條街道，每條街道表示為
，每條地理 路召
，每條街道的長度關(guān)
[0020] 步驟S02-4 :通過步驟S02-3計算的地理路徑集合PATH，源節(jié)點利用自身攜帶的電 子地圖中提取出所經(jīng)過的每條街道：
并且提取出街道的車輛平均行駛速度：
[0021] 步驟S02-5 :利用步驟S02-4所得車輛密度，源節(jié)點根據(jù)式1，計算出對應(yīng)街道上的 吞吐里：
[0023] 其中為街建
.上的吞吐量，W為單個節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)送能力；
[0024] 步驟S02-6 :利用步驟S02-4所得車輛密度，源節(jié)點根據(jù)式2,計算出每條街道對應(yīng) 的平均簇長度： J
[0026]
上相互連通的簇中簇頭和簇尾的平均距離，R是 節(jié)點的平均傳輸半徑；
[0027] 步驟S0