一种带停车节点的城域车载通信系统.pdf

本发明涉及一种带停车节点的城域车载通信系统，该系统基于网络仿真器NS2-2.29和交通流生成软件VanetMobiSim-1.1平台，利用VC6.0++、Tcl脚本语言、ask分析语言联合编写而成，其特征在于：该系统是以建立高效车载通信平台为目的的一种带停车节点的车载自组网连通策略，克服了传统VANET间歇连通性的不足，从增加网络有效节点和判断支路可用度两个方面增强城域VANET连通性能，为城域范围内实现高效车载通信提供了一个拓扑稳定、快速收敛的网络连通机制，降低了由车辆节点的随机加入或退出行为造成的高丢包率问题。

权利要求书1.  一种带停车节点的城域车载通信系统，该系统基于网络仿真器NS2-2.29和交通流生成软件VanetMobiSim-1.1平台，利用VC6.0++、Tcl脚本语言、ask分析语言联合编写而成，其特征在于: 该系统是以建立高效车载通信平台为目的的一种带停车节点的车载自组网连通策略，克服了传统VANET间歇连通性的不足，从增加网络有效节点和判断支路可用度两个方面增强城域VANET连通性能。2.  根据权利要求1所述的一种带停车节点的城域车载通信系统，其特征在于：带停车节点的城域车载通信系统以贪婪算法建立模型，提出了一种基于角度优先的地理位置算法，该算法中通过引入中心固定节点，来增加网络中有效节点，增强了支路的连通性和可用度。3.  根据权利要求1所述的一种带停车节点的城域车载通信系统，其特征在于：交通流生成软件Vanet-MobiSim-1.1用于完成对整个城域间歇VANET的组网、节点类型、拓扑生成、图形化显示。4.  根据权利要求1所述的一种带停车节点的城域车载通信系统，其特征在于：将停车节点引入间歇VANET，使停车节点、移动节点和固定节点共同实现VANET的信息接收、处理、广播和转发，较大提升VANET在端到端延时、归一化路由开销和投包率。5.  根据权利要求1或4所述的一种带停车节点的城域车载通信系统，其特征在于：在带停车转发机制的VANET链路上提出基于上一跳固定节点的路由恢复机制，从而避免了源节点路由重新发起机制，解决了间歇VANET中链路断裂频繁问题。6.  根据权要求1所述的一种带停车节点的城域车载通信系统的工作方法，其特征在于，包括以下几个步奏：步奏1：当源车辆节点S需要向目的车辆节点D发送数据包时，源节点S首先在邻居列表中搜索是否存在目的节点的IP，如果存在则直接发送，整个过程结束；否则，转步骤2：步奏2：若邻居节点表中不存在目的节点，先搜索其邻居列表中是否存在到目的节点方向上的中心节点。7.  如果有，则将数据包发送至中心节点，转步骤3，否则根据贪婪算法，将数据包发送至适当的邻居节点，重复步骤1、2；步奏3：当数据包转发到一个中心节点Ii（Xi，Yi）后，先搜索该中心节点的邻居节点表是否存在目的节点。8.  若存在，则直接转发；否则执行如下步骤：首先按照以下公式计算目标节点与该中心节点的连线角度：根据中心节点的道路角度表中记录的该路口道路角度i，计算?=|－i |，由?θ的值决定将数据包发往哪条道路：a、若某条道路的=0o，选择该道路，转步骤4；b、若没有=0o的道路，选择在（0o,90o）区间中的道路，这样的道路可能大于1条，如何选取道路取决于深远探测法。9.  中心节点应用中心探测法获取各支路延时信息，确定链路通畅性最好的支路，转步骤4；步奏4：道路方向选定后，按照贪婪转发和周边转发方式发送数据包，直至数据包转发到目的节点，整个转发过程结束。

说明书一种带停车节点的城域车载通信系统
技术领域
本发明涉及一种带停车节点的城域车载通信系统，适用于城市交通行车，属于智能交通系统（ITS）领域。
背景技术
车载自组网（Vehicular Ad hoc Network，VANET）技术研究是在假定网络环境全连通的情况下进行的，但实际上VANET连通状况通常具有不稳定性，特别是在低密度区域内，通信连接具有偶然性和随机性。具体表现为两个极端特征：当车辆密度大时VANET表现为全连通网络；当区域车辆密度小时VANET表现为间歇连通的网络。某些道路中可能没有足够的车辆支持多跳转发，导致部分节点被分割成孤立网络或者孤立节点。且车辆节点无需事先通知频繁地、动态地接入和离开网络，此时网络连接具有高度的不可靠性。
在现有技术中，典型的代表是军事自组网、野外跟踪传感器网络以及星际网络，他们对延时容忍网络(Delay Tolerant Network, DTN）和机会网络(Opportunistic Networking, ON) 两种网络形态的提出一定程度上缓解了VANET的间歇连通性，但其节点之间也存在不稳定的端到端连接；而实验证明：当节点速度达到100km/h时，链路能够维持15s的可能性仅有57%。
造成间歇连通网络环境的原因是多方面的。首先，车辆节点的移动具有规律性和高速移动性，这导致了VANET拓扑结构频繁变化，链路状况不稳定以及无线信道的不对称性等问题；再次，城市高密度建筑群、城市道路规划、车辆相对速度和司机随机行为等都是影响连通性的环境因素。
针对传统VANET的不足，要求设计一种城域连通可保障的车载通信系统。
发明内容
本发明针对传统VANET在存在城市道路十字路口定位不准、路由空洞的情况，提供一种带停车节点的城域连通可保障的车载通信系统。对于车载自组网仿真而言，车辆移动模型(vehicular mobility model)模拟车辆运动过程中需要同时兼顾宏观移动性和微观移动性。
本发明一种带停车节点的城域车载通信系统是基于网络仿真器NS2-2.29和交通流生成软件VanetMobiSim-1.1平台，利用VC6.0++、Tcl脚本语言、ask分析语言联合编写而成，其特征在于: 该系统是以建立高效车载通信平台为目的的一种带停车节点的车载自组网连通策略，克服了传统VANET间歇连通性的不足，从增加网络有效节点和判断支路可用度两个方面增强城域VANET连通性能。
带停车节点的城域车载通信系统以贪婪算法建立模型，提出了一种基于角度优先的地理位置算法，该算法中通过引入中心固定节点，来增加网络中有效节点，增强了支路的连通性和可用度。
交通流生成软件Vanet-MobiSim-1.1用于完成对整个城域间歇VANET的组网、节点类型、拓扑生成、图形化显示。
将停车节点引入间歇VANET，使停车节点、移动节点和固定节点共同实现VANET的信息接收、处理、广播和转发，较大提升VANET在端到端延时、归一化路由开销和投包率。
在带停车转发机制的VANET链路上提出基于上一跳固定节点的路由恢复机制，从而避免了源节点路由重新发起机制，解决了间歇VANET中链路断裂频繁问题。
一种带停车节点的城域车载通信系统的工作方法，包括以下几个步骤：
步骤1：当源车辆节点S需要向目的车辆节点D发送数据包时，源节点S首先在邻居列表中搜索是否存在目的节点的IP，如果存在则直接发送，整个过程结束；否则，转步骤2：
步骤2：若邻居节点表中不存在目的节点，先搜索其邻居列表中是否存在到目的节点方向上的中心节点。如果有，则将数据包发送至中心节点，转步骤3，否则根据贪婪算法，将数据包发送至适当的邻居节点，重复步骤1、2；
步骤3：当数据包转发到一个中心节点Ii（Xi，Yi）后，先搜索该中心节点的邻居节点表是否存在目的节点。若存在，则直接转发；否则执行如下步骤：首先按照以下公式计算目标节点与该中心节点的连线角度：

根据中心节点的道路角度表中记录的该路口道路角度i，计算?=|－i |，由?θ的值决定将数据包发往哪条道路：
a、若某条道路的=0o，选择该道路，转步骤4；
b、若没有=0o的道路，选择在（0o,90o）区间中的道路，这样的道路可能大于1条，如何选取道路取决于深远探测法。中心节点应用中心探测法获取各支路延时信息，确定链路通畅性最好的支路，转步骤4；
步奏4：道路方向选定后，按照贪婪转发和周边转发方式发送数据包，直至数据包转发到目的节点，整个转发过程结束。
本发明在VANET中加入停车节点参与多跳转发，加入停车节点的VANET一方面缓解了VANET的间歇连通性，保证了路由和数据的正常传递；另一方面可减少或者脱离耗资建设的V2I通信模型中的固定路边单元。
附图说明
图1是本发明VANET示意图。
图2是本发明深远探测法示意图。
图3是本发明带/无停车转发机制的VANET示意图。
具体实施方式
针对传统VANET在存在城市道路十字路口定位不准、路由空洞的情况，在每个十字路口引入固定节点，如图1所示。该固定节点的核心部分是具有存储、转发、结算能力的无线收发器。固定节点首先利用事先保存中心邻居表中的角度信息确定备选转发路径；
在备选的转发路径中，根据本发明提出深远探测算法（Far-reachingDetection Method, FDM），如图2所示。固定节点Ii通过周期发送握手报文获得并实时更新Ii到Ii+x的延时信息，选择出时延性能较好的最终转发路径；
如图3所示的带/无停车转发机制的VANET，S、M、D为移动节点，A、B、C、F为停放节点，S为源节点，D为目的节点。带停车转发机制的VANET中移动节点M的一跳通信范围内无任何移动节点，仅存在四个停放车辆的静止节点，停放节点A、F辅助完成节点S、D之间的多跳通信。而右图所示的无停车机制的VANET中道路连通性较差，最终无法完成节点S、D之间的通信。当源车辆节点S需要向目的车辆节点D发送数据包时，其转发工作步骤为：
（1）源节点S首先在邻居列表中搜索是否存在目的节点的IP，如果存在则直接发送，整个过程结束；否则，转步骤2。
（2）若邻居节点表中不存在目的节点，先搜索其邻居列表中是否存在到目的节点方向上的中心节点。如果有，则将数据包发送至中心节点，转步骤（3）；否则根据贪婪算法，将数据包发送至适当的邻居节点，重复步骤1、2。
（3）当数据包转发到一个中心节点Ii（Xi，Yi）后，先搜索该中心节点的邻居节点表是否存在目的节点。若存在，则直接转发；否则执行如下步骤：首先按照以下公式计算目标节点与该中心节点的连线角度：

根据中心节点的道路角度表中记录的该路口道路角度i，计算?=|－i |，由?θ的值决定将数据包发往哪条道路：
a、若某条道路的=0o，选择该道路，转步骤4；
b、若没有=0o的道路，选择在（0o,90o）区间中的道路，这样的道路可能大于1条，如何选取道路取决于深远探测法。中心节点应用中心探测法获取各支路延时信息，确定链路通畅性最好的支路，转步骤4。
（4）道路方向选定后，按照贪婪转发和周边转发方式发送数据包，直至数据包转发到目的节点，整个转发过程结束。
本发明还提供了一种基于网络仿真器NS2-2.29和交通流生成软件VanetMobiSim-1.1平台，利用VC6.0++、Tcl脚本语言、ask分析语言联合编写而成，再结合Awk分析语言能够有效验证城域车载通信系统的稳定性和鲁棒性，克服了传统VANET间歇连通性的不足，从增加网络有效节点和判断支路可用度两个方面增强城域VANET连通性能，针对间歇VANET中链路断裂频繁问题，提出基于上一跳固定节点的路由恢复机制，从而避免了源节点路由重新发起机制。