[发明专利]一种面向车队自组网的多信道多径路由协议实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及车载自组织网络技术，具体涉及一种车队自组网的路由协议。

背景技术

车队是由一系列一起旅行的车辆节点组成的集合，常见的车队有自驾游车队、物流车队、公务车队等。随着汽车在人们生活中扮演越来越重要的角色，人们对行车过程中车辆之间的通信需求也不断提高。使用车间通信技术，车队成员可以了解其它成员位置情况，在车辆间进行事务通知、视频通话、文件传输等应用。目前车队的通信方式主要有手机和电台通信。手机已经成为一种普及的通信方式，然而，手机通信不仅成本高，且在时延和带宽上不能满足车辆节点快速移动环境下的通信要求；另外手机通信依赖于基础设施，在没有信号覆盖的地方无法通信。尽管电台通信不依赖于基础设施，传输距离远，然而电台信号易受干扰，带宽有限，只能进行简单的通话应用。车载自组网是移动自组网技术在车辆上的应用，是由一系列有无线收发装置的车辆节点形成的自组织网络，具有无中心、多跳等特点。车载自组网组建快速灵活，不太受基础设施的限制，是智能交通系统的研究重点。

目前路由协议是车载自组网技术的研究重点之一。然而，目前大多数车载自组织网络路由协议都有一定的局限性。例如，针对城市道路或高速公路等特定场景设计的路由协议，不能高效地适应车队通信应用场景。目前位置路由协议大多基于可以从位置服务器获取目的节点位置的假设前提，无法满足在农村、山地等无位置服务器覆盖地区的车队通信需要；利用基础设施协助转发车辆数据的路由协议假设基础设施的普遍存在，在基础设施普及成本巨大的情况下使得这类路由协议在现实中难以推广。车队自组网是车载自组网在车队上的应用，针对车队通信的需求和特点研究一种能有效应用于实际环境的车队自组网路由协议具有现实意义。

IEEE802.11p协议是专用于车间无线通信技术的标准，适用于车载自组网节点移动速度快、链路生存时间短、网络拓扑变化频繁的环境。IEEE802.11p协议采用多信道方案，将5.9GHz的75MHz带宽分为1个控制信道和6个服务信道，为车辆节点提供安全警告、辅助驾驶、数据共享、车间娱乐等应用。传统的车载自组网路由协议设计独立于物理层和MAC层，没有考虑信道选择因素给数据传输带来的影响，本发明结合信道的使用情况以及贪婪转发算法，设计一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，从而减少信道冲突，并提高网络容量，满足现行车队通信需要。

发明内容

本发明的目的在于为车队提供一种适用于各种场合、性能良好的自组网通信方法，实现车辆之间数据的多跳传输。本发明将相同工作信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径，数据的传输可以在不同的信道传输路径上进行，能够避免单一路径被过度使用，有效地减少同信道的干扰和车辆节点信道的切换次数，实现数据业务的均衡负载。针对现有路由协议采用的位置服务依赖于位置服务器等基础设施的不足，本发明设计一种自适应分布式位置服务，使车队内的车 辆节点可以不通过基础设施获取其它车辆节点的位置、速度信息，了解车队运行状况，调整车辆节点速度，保持车队的稳定行驶。本发明所述的车辆节点按使用目的分为源节点，中转节点，目的节点，邻居节点。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种面向车队自组网的多信道多径路由协议，具体包括以下步骤：

(1)车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，根据服务信道的使用率动态地切换工作信道；同时使用相同工作信道的车辆节点在车队内组成一条信道传输路径；

(2)车辆节点通过自适应分布式位置服务获取车队内其它车辆节点的位置、速度及运动方向信息；

(3)采用多信道贪婪转发算法：车辆节点发送或转发数据报文时，结合目的节点位置与邻居节点的工作信道使用率，使用贪婪转发算法选择下一跳邻居节点，或者由车辆节点携带数据报文移动，直至数据报文到达目的节点。

进一步的，步骤(1)所述的车辆节点各自选择一个网络中可用的服务信道作为工作信道，根据服务信道的使用率动态地切换工作信道的具体内容为：

每个车辆节点配备两个网络接口，网络接口一工作在控制信道，用于数据报文广播和控制报文传输，网络接口二工作在服务信道，用于数据报文单播和多播。

车辆节点在初始化过程随机选择一个服务信道作为工作信道，并周期地计算该工作信道的使用率，工作信道的使用率由工作信道用于发送、接收和碰撞状态的时间T_busy占周期时间T的比值得到；工作信道使用率采用平滑加权处理，计算方式如下：