基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法技术

本发明专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，包括：利用全球定位系统获取当前车辆的位置信息并获取当前车辆的邻居车辆集合；若邻居车辆集合中有目的车辆则直接转发；否则根据SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型，构建分组接受概率模型，将路由选择问题转换为链路可靠性问题；采用基于多目标决策的粒子群算法求解链路可靠性问题，选择链路可靠性最高的链路车辆作为下一中继车辆；本发明专利技术联合考虑车辆的动态性与三维车联网场景的网络特性，提高了路由过程的分组传输率和吞吐量，降低端到端时延。

【技术实现步骤摘要】
基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法
本专利技术涉及无线通信领域，特别涉及一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络(VANET)路由选择方法。
技术介绍
智能交通系统中的车辆协作通信用于交换路况以及车辆信息以提高道路交通系统的安全性和效率。车载自组织网络是移动自组织网络的变体，是智能交通系统的核心组件。智能交通系统的优越性能主要归功于车载自组织网络中高效路由选择方法的设计。车辆的高动态性，节点的复杂分布以及路径损耗使得信息路由的中断概率增加，导致网络吞吐量和分组递送率急剧恶化，开发高效的路由协议刻不容缓。近年来，由于各种高架桥、隧道和立交桥等结构的实施，许多现实中的VANET出现了三维特性。越来越多的工作也开始致力于研究三维VANET场景带来的挑战，但是针对三维VANET场景的路由方法研究仍然较少。在三维场景中，高动态的车辆、复杂的节点分布和严重的阴影衰落造成高度脆弱的无线链路和极其复杂的网络环境，这使得三维VANET中路由方法的设计比一般VANET场景更具挑战性。并且，最近的研究表明三维场景中跨层通信的车辆通信范围比同层通信的车辆通信范围小，一般VANET中的路由方法不能直接应用于三维场景。因此，设计一种适用于三维场景的VANET高效和可靠的路由方法以提高路由性能具有重要意义。目前针对三维场景的VANET路由方法有：通过简单室外传输实验和利用数学随机分析地理路由方法在三维场景下存在跳数增大、数据包传送率降低、连通性计算出错等问题，并提出面向三维场景的贪婪机会路由方法，考虑三维场景特征估计车辆节点间连通性概率，以用于辅助交叉路口方向的选择，然后设计贪婪机会转发方法提升同层邻居节点的转发概率，以此来应对三维直行道路上的分组转发造成的跳数增大和分组传送率降低问题。一种基于空间分布的连通性感知路由方法被提出以解决三维场景中节点连通性问题。该方法将街道分为多个路段，并利用控制包来收集每个路段的网络特征，再基于每个路段收集到的车辆数量和位置分布计算路段的连通性，最后根据计算得到的连通性来确定转发路径，改进路由性能。然而，现有的三维VANET的路由方法存在以下问题：现有路由方法主要基于贪婪转发策略，不适用于高动态场景，当邻居车辆快速移动离开车辆通信范围时，导致链路中断，丢包率增大。现有路由方法仅仅根据车辆数量和位置来确定转发中继，没有考虑网络动态性对信道跳间和缓冲队列的影响，无法准确刻画车辆间链路性能，影响路由方法的有效性和自适应性。
技术实现思路
针对三维车载自组织网络中，由于三维场景中节点的复杂性高以及严重的路径损耗造成的链路中断的问题，本专利技术提出一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，如图1，具体包括以下步骤：S1、利用全球定位系统获取当前车辆的位置信息并通过发送hello数据包获取当前车辆的邻居车辆集合；S2、若临近车辆中包含目标车辆，直接发送数据包到目标车辆，否则执行S3；S3、选择SINR、链路可用性和缓冲队列作为无线链路性能的评估属性，并构建SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型；S4、根据SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型，构建分组接受概率模型，将路由选择问题转换为链路可靠性问题；S5、采用基于多目标决策的粒子群算法求解链路可靠性问题，选择链路可靠性最高的链路车辆作为下一中继车辆。进一步的，分组接受概率模型表示为：其中，为车辆j处SINR大于接收阈值γ0的概率；为链路可用性；为接收车辆缓冲队列长度小于最大可用值的概率；表示车辆i的邻居中继的数量，表示车辆i与车辆j的关联关系；M为车辆i在t时刻的邻居车辆集；N为车辆i在t时刻的中继车辆集；dj,des表示车辆j到目的节点的距离。进一步的，车辆j处SINR大于接收阈值γ0的概率表示为：其中，表示传播损耗；Pt表示车辆的发射功率；表示△t后的路径损耗。进一步的，传播损耗表示为：其中，βi∈{0,1}表示相邻车辆的属性，βi＝0表示层内相邻，βi＝1表示层间相邻；θ>0，为传播参数；2<α<4是路径损耗指数；ρ表示阴影衰落因子。进一步的，链路可用性表示为：其中，Tp表示两节点间链路的可用持续时间，取决于两节点之间的当前位置和相对速度，f(T)为持续时间服从高斯分布的概率密度函数。进一步的，接收车辆缓冲队列长度小于最大可用值的概率表示为：其中，a为剩余可用缓冲队列长度；b为接收车辆当前缓冲区队列长度，x,y表示接收车辆j在△t期间接收x分组并发送y个分组，fx，fy为泊松分布函数和二项分布函数。进一步的，采用基于多目标决策的粒子群算法求解链路可靠性问题包括：S41、输入最大迭代次数maxgen、群落大小pop、惯性因子ω、以及两个学习因子C1，C2；S42、初始化粒子群，包括群体规模N＝{n1,n2,...,npop}T，车辆的位置P＝{x1,x2,...,xpop}T和速度V＝{v1,v2，...,vpop}T；S43、初始化个体极值P＝{pbest1,pbest2,...,pbestpop}T，全局极值Gbest＝{gbest1,gbest2,...,gbestpop}T；S44、计算每个粒子的适应度值，即计算分组接收概率；S45、对每个车辆粒子，用它的适应度值和个体极值比较，若适应度值大于个体极值，则用适应度值替换个体极值；S46、对每个车辆粒子，用它的适应度值和全局极值比较，若适应度值大于全局极值，则用适应度值代替全局极值；S47、利用当前时刻速度信息与位置信息更新下一时刻粒子速度信息和位置信息；S48、若当前迭代的误差小于设置的误差阈值或者达到最大迭代次数，则结束迭代，输出路由路径，否则返回步骤S44。进一步的，利用当前时刻速度信息与位置信息更新下一时刻粒子速度信息和位置信息包括：vi(t+1)＝ωvi(t)+r1C1[pbesti(t)-xi(t)]+r2C2[gbesti(t)-xi(t)]，r1,r2∈{0,1}；其中，vi(t+1)为t+1时刻的速度信息；xi(t+1)为t+1时刻的位置信息。本专利技术对数据包的分组接收概率进行分析并建模，将数据包的路径选择问题转化为分组接受概率的最优问题，利用粒子群算法对模型进行求解，缩短了端到端时延，提升了网络性能，提高了数据包的投递率以及吞吐量。附图说明图1为本专利技术一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法流程示意图；图2为本专利技术三维车载场景示意图；图3为本专利技术一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法优选实施例流程示意图；图4为本专利技术一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法中采用的粒子群算法流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、利用全球定位系统获取当前车辆的位置信息并获取当前车辆的邻居车辆集合；/nS2、若临近车辆中包含目标车辆，直接发送数据包到目标车辆，否则执行S3；/nS3、选择SINR、链路可用性和缓冲队列作为无线链路性能的评估属性，并构建SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型；/nS4、根据SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型，构建分组接受概率模型，将路由选择问题转换为链路可靠性问题；/nS5、采用基于多目标决策的粒子群算法求解链路可靠性问题，选择链路可靠性最高的链路车辆作为下一中继车辆。/n

【技术特征摘要】
1.基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用全球定位系统获取当前车辆的位置信息并获取当前车辆的邻居车辆集合；
S2、若临近车辆中包含目标车辆，直接发送数据包到目标车辆，否则执行S3；
S3、选择SINR、链路可用性和缓冲队列作为无线链路性能的评估属性，并构建SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型；
S4、根据SINR模型、链路可用性模型、缓冲区队列模型，构建分组接受概率模型，将路由选择问题转换为链路可靠性问题；
S5、采用基于多目标决策的粒子群算法求解链路可靠性问题，选择链路可靠性最高的链路车辆作为下一中继车辆。


2.根据权利要求1所述的一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，分组接受概率模型表示为：















其中，为车辆j处SINR大于接收阈值γ0的概率；为链路可用性；为接收车辆缓冲队列长度小于最大可用值的概率；表示车辆i的邻居中继的数量，表示车辆i与车辆j的关联关系；M为车辆i在t时刻的邻居车辆集；N为车辆i在t时刻的中继车辆集；dj,des表示车辆j到目的节点的距离。


3.根据权利要求2所述的一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，车辆j处SINR大于接收阈值γ0的概率表示为：



其中，表示传播损耗；Pt表示车辆的发射功率；表示△t后的路径损耗。


4.根据权利要求3所述的一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，传播损耗表示为：



其中，βi∈{0,1}表示相邻车辆的属性，βi＝0表示层内相邻，βi＝1表示层间相邻；θ>0，为传播参数；2<α<4是路径损耗指数；ρ表示阴影衰落因子。


5.根据权利要求2所述的一种基于分组接收概率的三维车载自组织网络路由选择方法，其特征在于，链路可用性表示为：



其中，Tp表示两节点间链路的可用持续时间，取决于两节点之间的当前位置和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐川，刘恩慧，韩珍珍，熊郑英，赵国锋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50