[发明专利]车联网社区内通达性方法

权利要求书

1.车联网社区内通达性方法，具体包括如下步骤：

步骤1.定义步骤，包括：

定义1社区头节点集(CHSet)：社区C_i的头节点(CH)为该社区中社区向心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3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(2)：

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；

步骤2.车联网社区内通达性方法

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社区头节点筛选

当前时刻的社区结构确定后，每个社区的社区邻接表通过得到节点邻接表一样的广播方式来获得；社区头节点的筛选参照步骤1中定义1的内容来实现；

步骤2.3普通节点到头节点的消息转发

对于车联网较大的社区内节点间通信，若目标节点在源节点的直接通信范围内，则根据邻接表中的信息直接建立通信；若目标节点不在源节点的直接通信范围内，普通节点先选择向CHSet中的某一头节点转发消息；所述选择过程中，社区内的每个普通节点都有一组转发行为概率向量表，节点v_i的转发行为概率PF_r是对于一个转发事件，是v_i需要向同社区的v_p发送信息时选择头节点为v_chs且下一跳节点为v_nextq的概率；

步骤2.4头节点到普通节点的消息转发当普通节点将消息转发到头节点上后，头节点需要从其维护的到普通节点的多条路由中选择最优的一条；选择过程中，社区头节点上也都有一组转发行为向量表，头节点v_chr的社区内转发行为概率PF_r表示v_chs向同社区的节点v_p发送信息时，下一跳节点为v_nextq的概率；

步骤2.5社区内通达性路由算法:

社区内节点LA转发行为概率调整具体步骤如算法2:

算法2描述：

输入：社区Ci的网络拓扑结构Ci(V,E,W),社区头节点集合CHSet；

输出：空

step1:若社区Ci中存在未访问的节点u,则跳到step2,否则算法结束；

step2:若u为普通节点且有转发任务，则到step3,否则到step5；

step3:对普通节点u每个转发行计算其下一跳到头节点机会转发评判因子；

step4:如果第i行机会转发评判因子大于平均机会转发评判因子，则用奖励函数；调整其i行转发概率PF，否则用惩罚函数调整其i行转发概率PF；

step5:如果u为头节点，且有转发任务，则跳到step6；

step6:计算头节点u每个转发行计算其下一跳到头节点机会转发评判因子；

step7:如果第i行机会转发评判因子大于平均机会转发评判因子，则用奖励函数；调整其i行转发概率PF，否则用惩罚函数调整其i行转发概率PF；

step8:回到step1；

运行算法3，是在社区内节点LA转发行为概率调整算法2的基础上，将得到社区内通达性路由方法:

算法3描述：

输入：源节点Vori,目标节点Vdes,社区头节点集合CHSet，社区的节点邻接表NAL

输出：空

step1:判断，若Vori与Vdes是邻接节点，则直接通信，否则转到step2；

step2:节点变量u赋初始值为Vori，跳数K赋初始值为0；

step3:若u不是头节点且跳数K小于最大跳数HOPmax，进入step4，否则转到step5；

step4:则选择最大转发概率PF转发消息，用算法2更新u的转发表，将下一跳Vnext赋给u，K值加1，转到step3；

step5:若K值大于或等于最大跳数HOPmax，则转到step6，否则转到step7；

step6:将u的值赋为Vori，跳到step1；

step7:节点变量v赋值为u，K赋值为0；

step8:若v不是目标节点，并且跳数K小于最大跳数HOPmax，则转到step9，否则到step10；

step9:则选择最大转发概率PF转发消息，用算法2更新u的转发表，将下一跳Vnext赋给u，K值加1，转到step8；

step10:若K值大于或等于最大跳数HOPmax，则转到step11，否则转到step12；

step11:节点变量v赋值为u，转到step8；

step12:算法结束。