[发明专利]大规模车联网多社区间通达性方法

权利要求书

1.一种大规模车联网多社区间通达性方法，具体包括如下步骤：

步骤1定义步骤：

定义1社区头节点集(CHSet)：社区C_i的头节点(CH)为该社区中社区吸引力较大的节点的集合，若在社区C_i存在节点u满足数学表达式为(1)：

其中，η为头节点选择因子，η取(0.75,1]中的一个值，社区C_i中符合上述条件的节点u被加入到C_i的CHSet中；CHSet中的节点是当前社区C_i内通信质量较好的节点，社区内的通信选择CHSet的节点作为中继节点；

定义2社区网关节点集(GWSet)：社区C_i的网关节点是指该社区与分别其邻接社区吸引力最大的节点，即：若社区C_i与C_j相邻，则C_i相对于C_j的网关节点u满足数学表达式为(2)：

ζ为网关节点选择因子，一般ζ取(0.9,1]中的一个值，社区C_i中符合上述条件的节点u被加入C_i相对于C_j的GWSet中；若社区C_i存在多个邻接社区，则C_i一定存在多个网关节点，将这些网关节点均加入到C_i的GWSet中；每个网关节点将被用于与其对应的邻接社区进行通信；

定义3社区普通节点(CM)：一个社区内除头节点之外的都可称为社区普通节点；

每个节点的角色会随着自身的移动与拓扑以及通信情况的变化而改变，普通节点、头节点的角色会根据网络连通的需求而互换；

定义4节点连通概率(Node Connectivity Probability,NCP)是指车联网中节点连通的可信程度；

若节点u与节点v相邻且在各自的无线通信范围内，则它们直接连通概率(Direct NodeConnectivity Probability,DNCP)为数学表达式(3)：

其中，dist(u,v)表示节点u和v之间的距离，TR表示节点的最大通信半径；当节点之间的距离大于节点最大通信半径时，节点之间的连通概率为0；否则，节点之间的连通概率会随节点之间距离的减小而增大；

定义5社区连通概率(Community Connectivity Probability,CCP)是指两车联网社区之间连通的可信程度；

若两车联网社区C_i与C_j相邻且都具有网关节点能保持与对方社区的通信，则它们直接连通概率(Direct Community Connectivity Probability,DCCP)数学表达式(4)：

其中，u和v分别为社区C_i和C_j的网关节点，两邻接社区C_i和C_j直接连通概率等于它们网关节点的节点连通概率的最大值；

步骤2.大规模车联网多社区间通达性方法

步骤2.1节点信息表初始化与更新：

在车联网的网络通信层中，每个节点上都有一个节点信息表，该表包含的字段包括节点自身ID、当前时间、速度、加速度、位置经纬度、社区归属、节点角色、所属社区头节点的ID以及网关节点的ID；

节点ID是车联网中该节点的唯一标识；

时间戳代表当前时间；

速度、加速度、位置经纬度通过传感器获得；

对于节点社区归属，计算过程如下：初始时刻，每个节点需要向其无线信号传播范围内的节点广播NNDM(邻居节点探测报文Neighbor node detection message)，收到NNDM的节点需要回复确认报文，通过这个过程判断节点与邻居节点是否存在边，由此明确邻居信息及网络拓扑结构，此后采用已知的车联网社区动态演化方法来确定节点社区归属；

节点角色包括普通节点，头节点，网关节点；

在NNDM报文中，不仅包括节点自身的基本信息，还包括该节点所在社区的节点邻接表(Node Adjacency List,NAL)，NAL是一个二维数组；若社区C_i节点个数是m，它的NAL为：

其中，nei_p,q＝0时表示社区C_i中的节点v_p与v_q之间不存在边，反之则表示v_p与v_q的直接连通概率，在基于节点相似度的社区归并过程与基于增量的演化过程中，节点之间交换NAL，使得每个节点都知道自身所属社区的节点邻接信息；

当前时刻的社区结构确定后，每个社区的社区邻接表(Community Adjacency List，CAL)，即社区的邻接社区信息，可通过类似得到节点邻接表的广播方式来获得；

步骤2.2社区头节点与网关节点筛选

当前时刻的社区结构确定后，每个社区的社区邻接表(Community Adjacency List，CAL)，即社区的邻接社区信息，可通过类似得到节点邻接表的广播方式来获得；社区头节点和社区网关节点的筛选可参照步骤1所述的定义1和定义2的内容来实现；

步骤2.3社区间转发LA上的转发行为概率调整方法

对于车联网社区间通信，即源节点v_ori和目标节点v_des分别位于不同的车联网社区，通信过程大致可分为三个步骤：

(1)v_ori经社区内通信将信息转发至源节点所在社区的网关节点GW_ori；

(2)网关节点GW_ori将信息通过社区间通信转发至目标节点所在社区的网关节点GW_des；

(3)GW_des经社区内通信将信息转发至目标节点v_des；

其中，步骤(1)和(3)属于社区内通信；在步骤(1)中，若社区网关节点GW在普通节点v的通信范围内，则普通节点直接将信息转发至网关节点；若不能直接通信，由于社区头节点CH拥有社区内所有节点的路由，因此普通节点先将信息发送给头节点CH，再由CH转发给GWSet中合适的网关节点；步骤(3)是步骤(1)的逆过程，两者处于不同的社区；步骤(2)属于社区间通信，网关节点是社区间通信的承载单元，起到联系相邻社区的作用；

源社区C_ori与目标社区C_des建立通信时，C_ori中的头节点需要判断接下来向哪个社区转发消息，并将消息转发至与该社区对应的网关节点；

社区间转发LA上的转发行为概率调整过程，为算法2：

输入：社区集合CS

输出：空

step 1:对于社区集合CS中的某一社区Ci,判断其是否有转发任务，如有则step2,否则访问社区集合中的其他社区；

step 2:对社区Ci计算其关于每个转发行到目标社区的社区机会转发评判因子；

step 3:如果该社区机会转发评判因子大于平均社区机会转发评判因子，如果满足则到step4，否则到step5；

step 4:用奖励函数调整转发概率CPF；

step 5:用惩罚函数调整转发概率CPF；

step 6:判断是否有其它未访问的社区，有就到step1，否则算法结束；

步骤2.4多社区间通达性路由算法

多社区间通达性路由算法，为算法3：

该算法3描述：

输入：社区集合CS；社区间的一次通信请求，包括源社区Cori、目标社区Cdes；社区间邻接表CAL；

输出：空

step 1:如果Cori与Cdes是相邻社区，则直接通信，否则到step2；

step2:将Cori赋值给临时社区Ctemp，跳转次数K的值赋为0；

step3:如果Ctemp不是目标社区Cdes，并且K小于最大跳转次数CHOPmax，则到step4，否则到step8；

step4:选择转发概率最大的CPF转发消息；

step5:用算法2来更新社区Ctemp的各转发行概率CPF；

step6:K值加一，并且将转发消息的下一跳Cnext赋给Ctemp；

step7:跳转到step3；

step8:若K值大于CHOPmax，则跳到step2，否则消息转发到了Cdes，算法结束。