面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法
专利名称：面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法
技术领域：
本发明属于车联网高效广播策略领域，具体涉及ー种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法。
背景技术：
车联网(Vehicular Ad-hoc Network, VANET)是专门为车辆间通信而设计的车辆自组织网络，主要用于辅助驾驶、 区域警告以及应用服务。与传统的移动自组网(Mobile Ad-hoc Network，MANET)不同，它有着网络拓扑高度动态变化和运行轨迹可预测等特点，其网络结构主要分为车与车(Vehicle-to-vehicle，V2V)和车与基础设施(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)两类。本发明主要考虑V2V的情况,但是也适用于V2I的结构。在现有的消息广播方法中，往往只将车节点的位置信息、运动信息以及链路状态信息中的某一两个因素作为路由的主要判据。例如文献(Ozan K. Tonguz and F.Bai，“DV-CAST A Distributed Vehicular Broadcast Protocol for Vehicular Ad HocNetworks，” IEEE Wireless Communications, 2010)仅依据节点位置信息以及单跳区域链接状态信息进行广播。由于该方法是基于存储-转发机制的，因此该协议并不满足行车安全应用中的实时性要求。然而，由于VANET网络的高动态性及环境的复杂性，以及具体的行车安全应用对消息广播及时、可靠性的要求。仅仅考虑某ー两方面因素并不能满足既有效抑制广播风暴又及时、可靠广播消息的需求，本发明因此而来。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明的目的是提供ー种面向行车安全应用的车联网高效广播方法，主要致カ于解决突发事件消息的高效广播问题。通过对源节点和目的节点间运动方向(同向或反向)、位置关系(目的节点位于源节点的前方或者后方)以及节点间相对距离信息(相对距离是否在给定阈值以内)进行判断，从而决定是否转发突发事件消息。该广播方法利用车载GPS (全球卫星定位系统)获取的车节点间实时的位置信息来选择性转发消息，使得消息仅传递给需要的节点，不仅使消息的传递更加高效，而且有助于抑制广播风暴，提高信道的利用率。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法，所述车联网中车载节点不仅周期地向邻居车载节点发送位置更新消息，当产生突发事件时车载节点还向邻居车载节点发送突发事件消息，其特征在于所述方法包括以下步骤(I)源节点开始向作为其邻居车载节点的目的节点广播信息；(2)目的节点接收到该消息后，判断接收到的消息是否为位置更新消息；如果接收到的消息为位置更新消息则更新邻居节点信息表；否则判定该消息是突发事件消息，并至少进行以下之一的判断
i)根据两车载节点方向角之差判断目的节点与源节点运动方向是否一致；ii)根据节点方向角和坐标比较判断目的节点是否位于源节点后方；iii)根据车载节点的 GPS数据计算两车载节点间相对距离，判断目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内；(3)当且仅当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点才向自身的邻居车载节点转发该消息；否则该目的节点直接丢弃该消息。优选的，所述方法步骤(2)中当目的节点接收到源节点广播的消息后，先根据消息包判断源节点与目的节点是否相同；当源节点与目的节点相同吋，该目的节点直接丢弃该消息；否则该目的节点进行接收到的消息是否为位置更新消息的判断步骤。优选的，所述方法步骤(2)中当判定该消息是突发事件消息后，先判断目的节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当广播消息序列表中存在该消息的记录吋，该目的节点丢弃该消息；否则该目的节点更新广播消息序列表，然后进行目的节点与源节点运动方向是否一致、目的节点是否位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内的判断。优选的，所述方法步骤(3)中当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立吋，该目的节点先执行延迟函数进行延迟时间处理，然后延迟时间届满后判断目标节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当目标节点中广播消息序列表中没有该消息的记录时，将该消息的消息生存跳数递减后，向自身的邻居车载节点转发该消息。优选的，所述方法中当延迟时间届满后目标节点中广播消息序列表中存在该消息的记录，该目标节点丢弃该消息。优选的，所述方法中延迟函数为
权利要求
1.一种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法，所述车联网中车载节点不仅周期地向邻居车载节点发送位置更新消息，当产生突发事件时车载节点还向邻居车载节点发送突发事件消息，其特征在于所述方法包括以下步骤 (1)源节点开始向作为其邻居车载节点的目的节点广播信息； (2)目的节点接收到该消息后，判断接收到的消息是否为位置更新消息；如果接收到的消息为位置更新消息则更新邻居节点信息表；否则判定该消息是突发事件消息，并至少进行以下之一的判断 i)根据两车载节点方向角之差判断目的节点与源节点运动方向是否一致； ii)根据节点方向角和坐标比较判断目的节点是否位于源节点后方； iii)根据车载节点的GPS数据计算两车载节点间相对距离,判断目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内； (3)当且仅当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点才向自身的邻居车载节点转发该消息；否则该目的节点直接丢弃该消息。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中当目的节点接收到源节点广播的消息后，先根据消息包判断源节点与目的节点是否相同；当源节点与目的节点相同吋，该目的节点直接丢弃该消息；否则该目的节点进行接收到的消息是否为位置更新消息的判断步骤。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中当判定该消息是突发事件消息后，先判断目的节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当广播消息序列表中存在该消息的记录吋，该目的节点丢弃该消息；否则该目的节点更新广播消息序列表，然后进行目的节点与源节点运动方向是否一致、目的节点是否位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内的判断。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(3)中当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点先执行延迟函数进行延迟时间处理，然后延迟时间届满后判断目标节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当目标节点中广播消息序列表中没有该消息的记录时，将该消息的消息生存跳数递减后，向自身的邻居车载节点转发该消息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中当延迟时间届满后目标节点中广播消息序列表中存在该消息的记录，该目标节点丢弃该消息。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中延迟函数为 t=k/d+ 6(II)； 其中k为一正常数，并且取k使得t〈2 S，d为目的节点与源节点间的相对距离，6为单个数据包的发射时延，该函数输出为延时时间t，时间单位为ms。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点与源节点运动方向是否一致的判断包括 Al)若源节点、目的节点的地面航向角之差a落在区间(-45°，45° )或(315°，359.9° )或(-359. 9° , -315° )中时，表示二者同向；A2)当源节点、目的节点的地面航向角之差a落在区间(-225°，-135° )或(135°，225° )中时,表示二者反向； 其中假设源节点A (Lngl，Latl)和目的节点B (Lng2，Lat2)的地面航向角分别为a I和a 2,且源节点、目的节点的地面航向角之差a =| a 1-a 2|。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点是否位于源节点后方的判断包括 BI)当 O。<al〈90。或 270。<a 1<359. 9° 时，Lat2_ Latl > 0 表示 B 位于 A 的前方，当Lat2- Latl< 0表示B位于A的后方； B2)当a 1=90°时，Lng2- Lngl< 0表示B位于A的前方,Lng2- Lngl>0表示B位于A的后方； B3)当a 1=270°时，Lng2_ Lngl >0表示B位于A的前方，Lng2- LngKO表示B位于A的后方； B4)当 90。く a 1〈270。时，Lat2- LatKO 表示 B 位于 A 的前方，Lat2_ Latl>0 表示 B位于A的后方； 其中假设源节点A (Lngl, Latl)和目的节点B (Lng2，Lat2)的地面航向角分别为a I和a 2。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内的判断包括 设目的节点B与源节点A经纟韦度数据(弧度制)分别是(rLngl, rLatl)、(rLng2,rLat2)，则A、B的相对距离D为
全文摘要
本发明公开了一种面向行车实时安全应用的车联网高效广播方法，以车载GPS定位信息作为参考，通过对车节点间相对运动方向、相对位置进行判断，并且计算相对距离判断是否在给定距离阈值以内来确定合适的消息广播域，实现了消息的高效广播，为车联网信息传递提供了一种有效的方法。
文档编号H04W4/06GK102665168SQ20121011613
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者徐宏力, 李春杰, 郭帆, 黄刘生 申请人:中国科学技术大学苏州研究院
技术领域：
本发明属于车联网高效广播策略领域，具体涉及ー种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法。
背景技术：
车联网(Vehicular Ad-hoc Network, VANET)是专门为车辆间通信而设计的车辆自组织网络，主要用于辅助驾驶、 区域警告以及应用服务。与传统的移动自组网(Mobile Ad-hoc Network，MANET)不同，它有着网络拓扑高度动态变化和运行轨迹可预测等特点，其网络结构主要分为车与车(Vehicle-to-vehicle，V2V)和车与基础设施(Vehicle-to-Infrastructure, V2I)两类。本发明主要考虑V2V的情况,但是也适用于V2I的结构。在现有的消息广播方法中，往往只将车节点的位置信息、运动信息以及链路状态信息中的某一两个因素作为路由的主要判据。例如文献(Ozan K. Tonguz and F.Bai，“DV-CAST A Distributed Vehicular Broadcast Protocol for Vehicular Ad HocNetworks，” IEEE Wireless Communications, 2010)仅依据节点位置信息以及单跳区域链接状态信息进行广播。由于该方法是基于存储-转发机制的，因此该协议并不满足行车安全应用中的实时性要求。然而，由于VANET网络的高动态性及环境的复杂性，以及具体的行车安全应用对消息广播及时、可靠性的要求。仅仅考虑某ー两方面因素并不能满足既有效抑制广播风暴又及时、可靠广播消息的需求，本发明因此而来。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明的目的是提供ー种面向行车安全应用的车联网高效广播方法，主要致カ于解决突发事件消息的高效广播问题。通过对源节点和目的节点间运动方向(同向或反向)、位置关系(目的节点位于源节点的前方或者后方)以及节点间相对距离信息(相对距离是否在给定阈值以内)进行判断，从而决定是否转发突发事件消息。该广播方法利用车载GPS (全球卫星定位系统)获取的车节点间实时的位置信息来选择性转发消息，使得消息仅传递给需要的节点，不仅使消息的传递更加高效，而且有助于抑制广播风暴，提高信道的利用率。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是一种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法，所述车联网中车载节点不仅周期地向邻居车载节点发送位置更新消息，当产生突发事件时车载节点还向邻居车载节点发送突发事件消息，其特征在于所述方法包括以下步骤(I)源节点开始向作为其邻居车载节点的目的节点广播信息；(2)目的节点接收到该消息后，判断接收到的消息是否为位置更新消息；如果接收到的消息为位置更新消息则更新邻居节点信息表；否则判定该消息是突发事件消息，并至少进行以下之一的判断
i)根据两车载节点方向角之差判断目的节点与源节点运动方向是否一致；ii)根据节点方向角和坐标比较判断目的节点是否位于源节点后方；iii)根据车载节点的 GPS数据计算两车载节点间相对距离，判断目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内；(3)当且仅当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点才向自身的邻居车载节点转发该消息；否则该目的节点直接丢弃该消息。优选的，所述方法步骤(2)中当目的节点接收到源节点广播的消息后，先根据消息包判断源节点与目的节点是否相同；当源节点与目的节点相同吋，该目的节点直接丢弃该消息；否则该目的节点进行接收到的消息是否为位置更新消息的判断步骤。优选的，所述方法步骤(2)中当判定该消息是突发事件消息后，先判断目的节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当广播消息序列表中存在该消息的记录吋，该目的节点丢弃该消息；否则该目的节点更新广播消息序列表，然后进行目的节点与源节点运动方向是否一致、目的节点是否位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内的判断。优选的，所述方法步骤(3)中当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立吋，该目的节点先执行延迟函数进行延迟时间处理，然后延迟时间届满后判断目标节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当目标节点中广播消息序列表中没有该消息的记录时，将该消息的消息生存跳数递减后，向自身的邻居车载节点转发该消息。优选的，所述方法中当延迟时间届满后目标节点中广播消息序列表中存在该消息的记录，该目标节点丢弃该消息。优选的，所述方法中延迟函数为
权利要求
1.一种面向行车实际安全应用的车联网高效广播方法，所述车联网中车载节点不仅周期地向邻居车载节点发送位置更新消息，当产生突发事件时车载节点还向邻居车载节点发送突发事件消息，其特征在于所述方法包括以下步骤 (1)源节点开始向作为其邻居车载节点的目的节点广播信息； (2)目的节点接收到该消息后，判断接收到的消息是否为位置更新消息；如果接收到的消息为位置更新消息则更新邻居节点信息表；否则判定该消息是突发事件消息，并至少进行以下之一的判断 i)根据两车载节点方向角之差判断目的节点与源节点运动方向是否一致； ii)根据节点方向角和坐标比较判断目的节点是否位于源节点后方； iii)根据车载节点的GPS数据计算两车载节点间相对距离,判断目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内； (3)当且仅当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点才向自身的邻居车载节点转发该消息；否则该目的节点直接丢弃该消息。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中当目的节点接收到源节点广播的消息后，先根据消息包判断源节点与目的节点是否相同；当源节点与目的节点相同吋，该目的节点直接丢弃该消息；否则该目的节点进行接收到的消息是否为位置更新消息的判断步骤。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中当判定该消息是突发事件消息后，先判断目的节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当广播消息序列表中存在该消息的记录吋，该目的节点丢弃该消息；否则该目的节点更新广播消息序列表，然后进行目的节点与源节点运动方向是否一致、目的节点是否位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离是否在给定距离阈值以内的判断。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(3)中当目的节点与源节点运动方向一致、目的节点位于源节点后方以及目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内三个条件同时成立时，该目的节点先执行延迟函数进行延迟时间处理，然后延迟时间届满后判断目标节点中广播消息序列表中是否存在该消息的记录；当目标节点中广播消息序列表中没有该消息的记录时，将该消息的消息生存跳数递减后，向自身的邻居车载节点转发该消息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中当延迟时间届满后目标节点中广播消息序列表中存在该消息的记录，该目标节点丢弃该消息。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法中延迟函数为 t=k/d+ 6(II)； 其中k为一正常数，并且取k使得t〈2 S，d为目的节点与源节点间的相对距离，6为单个数据包的发射时延，该函数输出为延时时间t，时间单位为ms。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点与源节点运动方向是否一致的判断包括 Al)若源节点、目的节点的地面航向角之差a落在区间(-45°，45° )或(315°，359.9° )或(-359. 9° , -315° )中时，表示二者同向；A2)当源节点、目的节点的地面航向角之差a落在区间(-225°，-135° )或(135°，225° )中时,表示二者反向； 其中假设源节点A (Lngl，Latl)和目的节点B (Lng2，Lat2)的地面航向角分别为a I和a 2,且源节点、目的节点的地面航向角之差a =| a 1-a 2|。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点是否位于源节点后方的判断包括 BI)当 O。<al〈90。或 270。<a 1<359. 9° 时，Lat2_ Latl > 0 表示 B 位于 A 的前方，当Lat2- Latl< 0表示B位于A的后方； B2)当a 1=90°时，Lng2- Lngl< 0表示B位于A的前方,Lng2- Lngl>0表示B位于A的后方； B3)当a 1=270°时，Lng2_ Lngl >0表示B位于A的前方，Lng2- LngKO表示B位于A的后方； B4)当 90。く a 1〈270。时，Lat2- LatKO 表示 B 位于 A 的前方，Lat2_ Latl>0 表示 B位于A的后方； 其中假设源节点A (Lngl, Latl)和目的节点B (Lng2，Lat2)的地面航向角分别为a I和a 2。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法步骤(2)中目的节点与源节点的相对距离在给定距离阈值以内的判断包括 设目的节点B与源节点A经纟韦度数据(弧度制)分别是(rLngl, rLatl)、(rLng2,rLat2)，则A、B的相对距离D为
全文摘要
本发明公开了一种面向行车实时安全应用的车联网高效广播方法，以车载GPS定位信息作为参考，通过对车节点间相对运动方向、相对位置进行判断，并且计算相对距离判断是否在给定距离阈值以内来确定合适的消息广播域，实现了消息的高效广播，为车联网信息传递提供了一种有效的方法。
文档编号H04W4/06GK102665168SQ20121011613
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者徐宏力, 李春杰, 郭帆, 黄刘生 申请人:中国科学技术大学苏州研究院
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