[发明专利]车联网环境下基于机会通信的自适应服务数据分发方法

摘要

车联网环境下基于机会通信的自适应服务数据分发方法，相邻车辆或RSU接收Beacon消息判断消息的有效性，若满足转发条件则计算预期转发时延并添加预期转发时延值到字段中，返回RREP，上一跳车辆或RSU收到来自其相邻对象的RREP后，执行RREP响应处理过程，向候选对象集合中选出的最优下一跳返回RREQ，候选对象接收到RREQ后判断是否所有数据包都到达目标位置，若没有全部到达目标位置，则转发车辆或RSU将重新启动新一轮的广播，直到所有数据包都到达目标车辆。本发明实现了车联网环境下服务数据能够有效地分发，在保证其他指标性能无损的情况下，改善丢包率，减少重传次数，延迟以及网络开销等网络性能。

主权项

1.一种车联网环境下基于机会通信的自适应服务数据分发方法，应用于运动线路固定、可预测运动轨迹的车辆间数据分发；其特征在于，路由请求RREQ消息中包括“TTL”字段、“nextHop”字段、“in”字段，路由请求回复RREP消息中包括“in“字段、“sameroad”字段、“passDes”字段、“ΔT”字段和“nType”字段；“TTL”字段：标明了对象的操作状态，“TTL＝1”表明需要收集相邻对象信息选出候选对象；“TTL＝0”表明已经选出下一跳转发对象，需要匹配下一跳转发对象；“nextHop”字段：存放下一跳转发车辆ID或RSU的ID；“in”字段：定义目标对象与RSU的位置关系，in＝1表明目标对象在RSU通信范围内；“ΔT”字段：存放预期转发时延值；“sameroad”字段：定义当前车辆与目标车辆的位置关系，“sameroad＝1”说明两者在同一路段，“sameroad＝0”说明两者不同路段；“passDes”字段：指示相邻对象是否经过目标车辆，“passDes＝1”说明经过目标车辆，“passDes＝0”说明不经过目标车辆；“nType”字段：定义车辆位置类型，若为交叉路口车辆则“nType＝‘+’”；否则“nType＝null”；其中，包括以下步骤：步骤1)请求车辆发出请求数据包，根据请求数据包大小动态选择不同的数据分发模式：步骤2)请求车辆在请求数据包和Beacon消息中添加相关字段信息，并在其通信范围内发送Beacon消息；相关字段信息包括车辆标识信息和位置信息，具体为车辆ID、目标车辆ID、消息ID、车辆所在位置信息、路段号以及速度；步骤3)接收Beacon消息的相邻车辆或交通路侧设施RSU判断消息的有效性，对消息ID进行识别，判断是否接收过该消息，若未接收执行步骤4)，否则丢弃该Beacon消息和请求数据包；其中，Beacon消息的接收包括以下步骤：a.更新邻居表；b.估计邻居节点位置；c.计算通信链路的生命周期；d.根据是同向、反向、前方或后方进行分类；步骤4)执行转发策略处理过程，计算预期转发时延，具体过程为：步骤4.1)接收路由请求RREQ消息的对象确定RREQ消息中的“TTL”字段，若“TTL＝0”，执行步骤4.2)～4.5)，若“TTL＝1”，执行步骤4.6)～4.11)；步骤4.2)判断RREQ消息中“nextHop”字段与该接收RREQ消息的对象的ID是否相同，若相同，执行步骤4.3)；否则丢弃该路由请求RREQ消息；步骤4.3)接收请求数据包并存储数据，然后判断该接收RREQ消息的对象是否为交叉路口车辆，若是交叉路口车辆则执行步骤4.4)；否则启动新一轮广播，并置“TTL＝1”；步骤4.4)判断该接收RREQ消息的对象存储RREQ消息的时间是否超过定时器时间timer，若超过则丢弃RREQ消息，删除关于此消息的相关字段和数据包；否则执行步骤4.5)；步骤4.5)直接转发请求数据包给RSU，启动发起新一轮的广播，并置“TTL＝1”；步骤4.6)判断该接收RREQ消息的对象是否是RSU，若是，则执行步骤4.7)；否则执行步骤4.8)；步骤4.7)进一步判断目标车辆是否在该RSU通信范围内，若在则置“in＝1”，执行步骤4.11)；否则丢弃路由请求RREQ消息；步骤4.8)判断该接收RREQ消息的对象是否与目标车辆同路段，若处于同一路段则置“sameroad＝1”，计算预期转发时延ΔT，然后执行步骤4.11)；若否，则置“sameroad＝0”，执行步骤4.9)；步骤4.9)判断该接收RREQ消息的对象是否经过目标车辆位置，若经过目标车辆所在位置或路段，则置“passDes＝1”，计算预期转发时延ΔT，然后执行步骤4.11)；若否，则置“passDes＝0”，执行步骤4.10)；步骤4.10)判断该接收RREQ消息的对象是否是交叉口车辆，若是位于交叉路口的车辆则置“nType＝+”，“ΔT＝0”，并设置定时器时间timer，约束存储该RREQ消息时延同时存储消息时延，并执行步骤4.11)；否则删除此消息；步骤4.11)向上一跳车辆或RSU返回路由请求回复RREP消息；其中，步骤4.8)中处于同一路段时，计算预期转发时延ΔT的过程为ΔT＝Dxi/speedc其中，转发车辆i的实时位置坐标为(Xi,Yi)，目标车辆d的位置坐标为(Xd,Yd)，speedc是转发车辆的瞬时速度，Dxi是转发车辆与目标车辆的距离，ΔT是转发时延；步骤4.9)中经过目标车辆所在位置或路段时，计算预期转发时延ΔT的过程为Dxi＝D+LΔT＝Dxi/speedc其中，lk是路段长度，L是经过的历史路段长度总和，k是路段标号，n是车辆所经过的路段数目，并且n≤城市路段数目总和，叉路口中心位置坐标为(Xc,Yc)，公式中D的含义为目标车辆与叉路口的距离；步骤5)上一跳车辆或RSU收到来自其相邻对象的RREP后，执行RREP响应处理过程，具体过程如下：步骤5.1)车辆或RSU接收到RREP请求后，判断“in“字段；若“in＝1”，则nextHop置为发送该RREP消息的对象ID，执行步骤5.6)；否则执行步骤5.2)；步骤5.2)判断“sameroad”字段：若“sameroad＝1”，则执行步骤5.3)；否则执行步骤5.4)；步骤5.3)判断该RREP消息中的预期转发时延ΔT的字段值是否小于最小转发时延MFD，若是则选择候选转发对象：(1)上一跳车辆收到来自多个处于相同地理位置的候选车辆的回复，选择转发时延最小的RREP消息的对象ID；(2)上一跳车辆只接收到来自一个候选对象的回复，选择该RREP消息的对象ID；nextHop置为发送该RREP消息的对象ID，执行步骤5.6)；否则丢弃RREP消息；步骤5.4)判断“passDes”字段，若“passDes＝1”，则执行步骤5.3)；否则执行步骤5.5)；步骤5.5)判断“nType”字段，若“nType＝+”，则nextHop置为发送该RREP消息的对象ID，执行步骤5.6)；否则丢弃RREP消息；步骤5.6)TTL置为0，返回RREQ消息；步骤6)执行转发策略处理过程，匹配下一跳转发车辆并转发请求数据包：候选对象接收到RREQ后匹配nextHop字段值、转发请求数据包并执行步骤7)；步骤7)判断是否所有请求数据包都到达目标位置，若没有全部到达目标位置，则转发车辆或RSU将重新启动新一轮的广播，重复步骤1)，启动一次数据分发过程，通过多次转发请求数据包，直到所有请求数据包都到达目标车辆，数据分发结束。