一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法制造技术

本申请提供一种基于细胞吸引子选择机制的车辆间视频传输路由算法。该方法包括生成数据包，基于理想解法TOPSIS构建候选节点集，基于细胞吸引子选择模型选择下一跳节点。该算法能够综合考虑车辆的运动性能和通信性能，并且高效实时的反馈机制能大大提高路由对高速变化的车联网状态的自适应性，从而提升车联网中视频传输的效率和性能。

An Inter-vehicle Video Transmission Routing Algorithm Based on Cellular Attractor Selection Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法
本专利技术涉及车联网通信
，尤其涉及一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法。
技术介绍
随着通信技术和计算机技术的发展，车联网(InternetofVehicles，IoVs)近年来发展迅速。车辆自组织网络(VehicleAdHocNetworks，VANETs)作为车联网的重要组成部分，已成为通信和交通领域的研究热点之一。VANETs中文本消息的传输实现了多种功能，如协同避撞、车道变换辅助、交通事故信息广播等。然而如今越来越多的司机不满足于仅仅基于文本消息的应用，他们更倾向于基于视频的生动的应用，例如获得实时的交通警示视频、远程访问道路视频以及车辆之间的视频共享。因此，车联网中的车辆间视频传输方法成为当今交通领域和通信领域的研究热点。在车联网中，源节点通常远离目的节点，且在数据传输过程中存在许多中间节点。因此，多跳路由协议的性能直接影响到数据传输的效率和质量。VANETs作为一种特殊的移动自组织网络(MobileAdHocNetworks，MANETs)，由于车辆的快速移动，VANETs较普通的MANETs具有更高的动态变化性。此外，当交通密度较低时，VANETs并不是每时每刻都处于完全连接状态。由于VANETs的高动态性、连接频繁断开性以及承载数据量海量性，MANETs中一些依赖于维护端到端传输路径的路由协议在无法适用于VANETs。此外，车联网中每个车辆的状态不同，其位置、速度和携带数据包数量都会对传输性能产生影响。因此，VANETs中的一些仅依靠车辆位置信息选择下一跳节点的路由协议并不适用于车联网中的视频传输。因此，如何找到一种适用于车联网中的视频传输的路由协议已成了急需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供一种基于细胞吸引子选择模型(CellularAttractorSelectionModel，CASM)的车辆间视频传输路由算法。该算法能够综合考虑车辆的运动性能和通信性能，并且高效实时的反馈机制能大大提高路由对高速变化的车联网状态的自适应性，从而提升车联网中车辆间视频传输的效率和性能。VANETs与细胞所处的环境有一定程度的相似性，例如两者都处于高速变化的状态、VANETs中的路由算法及环境中的细胞都需要根据外界的变化改变自身的状态从而适应该变化等。本专利技术将当前节点及通信范围内的邻居节点集视为一个细胞，邻居节点集中不同车辆被选中为下一跳节点的状态被视为细胞中不同信使RNA(mRNA)的表达情况。通过上述过程，本专利技术将车联网中视频传输路由协议的下一跳节点选择规则映射到细胞吸引子选择模型中，借助细胞对环境变化的高度自适应性来提高车联网中视频传输算法的性能。本申请是通过如下技术方案实现的：一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法，其特征在于，该方法包括：步骤1，生成数据包，所生成的数据包包括视频需求数据包VDDP和视频数据包VDP两种；步骤2，基于理想解法TOPSIS构建候选节点集；步骤3，基于细胞吸引子选择模型选择下一跳节点。进一步的，所述视频需求数据包VDDP的生成流程包括如下步骤：步骤1001，设置数据包格式DPT、VDDP包头VDDP.H以及路由信息RI；步骤1002，设置控制命令CC；步骤1003，发送数据包，完成视频需求数据包VDDP的生成；所述视频数据包VDP的生成流程包括如下步骤：步骤1101，设置数据包格式DPT、VDDP包头VDDP.H以及路由信息RI；步骤1102，寻找网络适配层单元NALU的起始编码，并判断是否含有网络适配层单元NALU结束编码，若否，则将网络适配层单元NALU数据存储入缓冲区，并继续执行步骤1102，若是，则执行步骤1103；步骤1103，计算缓冲区长度，判断当前帧的大小是否小于1400B，若是，则执行步骤1104，若否，则执行步骤1105；步骤1104，将缓冲区数据打包成单个数据包，设置RTP包头RTP.H、NALU包头NALU.H以及NALU数据NALU.D，其中NALU.H包括错误指示码F和类型Type，执行步骤1106；步骤1105，将缓冲区数据打包成多个FU数据包，对每一个FU数据包分别设置RTP包头RTP.H、NALU包头NALU.H以及NALU数据NALU.D，其中NALU.H包括错误指示码F、类型Type、起始指示码S以及结束指示码E，执行步骤1106；步骤1106，发送数据包；步骤1107，判断通信是否中断，若否，返回继续执行步骤1102，若是，完成视频数据包VDP的生成。进一步的，所述基于理想解法TOPSIS构建候选节点集具体包括如下步骤：步骤201，计算邻居车辆节点数量；步骤202，判断邻居车辆节点数量是否大于10，若大于，则执行步骤203，若否，则执行步骤204；步骤203，进行基于TOPSIS的多参数决策，完成后执行步骤205；步骤204，选择所有邻居车辆节点；步骤205，生成下一跳节点候选节点集；其中，所述基于TOPSIS的多参数决策具体包括如下步骤：步骤2031，构造初始决策矩阵DMi；步骤2032，构造归一化决策矩阵NDMi；步骤2033，构造加权决策矩阵WDMi；步骤2034，计算最优解Z+及最劣解Z-；步骤2035，计算每一辆车辆节点的得分；步骤2036，选择得分最高的十个车辆生成VCi；其中，所述构造初始决策矩阵DMi具体包括如下步骤：Vi中的车辆数量是n，每个车辆具有四个属性DNc、vcd、Discd和NVc，使用公式(1)计算v'cd和NV′c，并使用计算出的v'cd和NV′c替换vcd和NVc；由每个车辆的四个属性数据形成大小为n*4的初始决策矩阵DMi，其中，DNc为c携带数据包的数量，vcd为c相对于需求节点的相对速度，Discd为c相对于需求节点的相对距离，NVc为c通信范围内的邻居节点数量；其中，所述构造归一化决策矩阵NDMi具体包括如下步骤：使用公式(2)进行数据归一化，并构造归一化决策矩阵NDMi；其中，attr＝1,2,3,4，表示四个参数。c＝1,2,…,n，表示Vi中的车辆，xc,attr为DMi中坐标(c,attr)的元素数值。yc,attr为xc,attr对应的标准化后的数值。进一步的，所述构造加权决策矩阵WDMi具体包括如下步骤：设置每个参数的权值ωattr，计算过程采用如下公式(3)上述公式中fc,attr为中间变量，Hattr为每个属性的熵，Noa为参数个数，即Noa＝4；zc,attr＝yc,attr·ωattr(4)采用公式(4)计算加权决策矩阵WDMi对应的数值zc,attr；其中，所述计算最优解Z+及最劣解Z-具体包括如下步骤：对于每一个参数，最优解Z+及最劣解Z-由如下公式(5)计算，最优解向量为最劣解向量为其中，所述计算每一辆车辆节点的得分具体包括如下步骤：使用如下公式(6)计算WDMi中对应的每行车辆节点距离最优解的欧氏距离和与最劣解的欧式距离使用如下公式(7)计算每个车辆c的最终得分Sc：该得分为与最优解的接近程度，其中，所述选择得分最高的十个车辆生成VCi具体包括如下步骤：选取Vi中得分最高的十辆车生成VCi，若Vi中的车辆数量小于十，则直接令VCi＝Vi。进一步的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法，其特征在于，该方法包括：步骤1，生成数据包，所生成的数据包包括视频需求数据包VDDP和视频数据包VDP两种；步骤2，基于理想解法TOPSIS构建候选节点集；步骤3，基于细胞吸引子选择模型选择下一跳节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于细胞吸引子选择模型的车辆间视频传输路由算法，其特征在于，该方法包括：步骤1，生成数据包，所生成的数据包包括视频需求数据包VDDP和视频数据包VDP两种；步骤2，基于理想解法TOPSIS构建候选节点集；步骤3，基于细胞吸引子选择模型选择下一跳节点。2.根据权利要求1所述的车联网视频传输路由算法，其特征在于：所述视频需求数据包VDDP的生成流程包括如下步骤：步骤1001，设置数据包格式DPT、VDDP包头VDDP.H以及路由信息RI；步骤1002，设置控制命令CC；步骤1003，发送数据包，完成视频需求数据包VDDP的生成；所述视频数据包VDP的生成流程包括如下步骤：步骤1101，设置数据包格式DPT、VDDP包头VDDP.H以及路由信息RI；步骤1102，寻找网络适配层单元NALU的起始编码，并判断是否含有网络适配层单元NALU结束编码，若否，则将网络适配层单元NALU数据存储入缓冲区，并继续执行步骤1102，若是，则执行步骤1103；步骤1103，计算缓冲区长度，判断当前帧的大小是否小于1400B，若是，则执行步骤1104，若否，则执行步骤1105；步骤1104，将缓冲区数据打包成单个数据包，设置RTP包头RTP.H、NALU包头NALU.H以及NALU数据NALU.D，其中NALU.H包括错误指示码F和类型Type，执行步骤1106；步骤1105，将缓冲区数据打包成多个FU数据包，对每一个FU数据包分别设置RTP包头RTP.H、NALU包头NALU.H以及NALU数据NALU.D，其中NALU.H包括错误指示码F、类型Type、起始指示码S以及结束指示码E，执行步骤1106；步骤1106，发送数据包；步骤1107，判断通信是否中断，若否，返回继续执行步骤1102，若是，完成视频数据包VDP的生成。3.根据权利要求1所述的车辆间视频传输路由算法，其特征在于，所述基于理想解法TOPSIS构建候选节点集具体包括如下步骤：步骤201，计算邻居车辆节点数量；步骤202，判断邻居车辆节点数量是否大于10，若大于，则执行步骤203，若否，则执行步骤204；步骤203，进行基于TOPSIS的多参数决策，完成后执行步骤205；步骤204，选择所有邻居车辆节点；步骤205，生成下一跳节点候选节点集；其中，所述基于TOPSIS的多参数决策具体包括如下步骤：步骤2031，构造初始决策矩阵DMi；步骤2032，构造归一化决策矩阵NDMi；步骤2033，构造加权决策矩阵WDMi；步骤2034，计算最优解Z+及最劣解Z-；步骤2035，计算每一辆车辆节点的得分；步骤2036，选择得分最高的十个车辆生成VCi；其中，所述构造初始决策矩阵DMi具体包括如下步骤：Vi中的车辆数量是n，每个车辆具有四个属性DNc、vcd、Discd和NVc，使用公式(1)计算v'cd和NV′c，并使用计算出的v'cd和NV′c替换vcd和NVc；由每个车辆的四个属性数据形成大小为n*4的初始决策矩阵DMi，其中，DNc为c携带数据包的数量，vcd为c相对于需求节点的相对速度，Discd为c相对于需求节点的相对距离，NVc为c通信范围内的邻居节点数量；其中，所述构造归一化决策矩阵NDMi具体包括如下步骤：使用公式(2)进行数据归一化，并构造归一化决策矩阵NDMi；其中，attr＝1,2,3,4，表示四个参数。c＝1,2,…,n，表示Vi中的车辆，xc,attr为DMi中坐标(c,attr)的元素数值。yc,attr为xc,attr对应的标准化后的数值。4.根据权利要求3所述的车辆间视频传输路由算法，其特征在于，所述构造加权决策矩阵WDMi具体包括如下步骤：设置每个参数的权值ωattr，计算过程采用如下公式(3)上述公式中fc,attr为中间变量，Hattr为每个属性的熵，Noa为参数个数，即Noa＝4；zc,attr＝yc,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云鹏，田大新，张创，段续庭，周建山，郑坤贤，赵元昊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11