基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法
2023-08-13 07:41:11
專利名稱：：基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法
技術領域：
：本發明涉及一種車輛網絡路由方法，特別是指一種基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，屬於自動控制與信息
技術領域：
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背景技術：
：由於全球定位系統和其他定位技術的廣泛應用，地理位置路由方法被越來越多地應用於移動自組織網絡中。所述移動自組織網絡的特點是利用移動節點的地理位置作為地址將數據包傳向目的節點，各節點只需知道鄰居節點的位置，而不需要建立明確的路由，也不需要路由維持過程，仿真和實際應用都表明這種數據傳送具有很好的可擴展性和魯棒性。車輛網絡是一種特定的移動自組織網絡，它是由車輛與車輛組成的移動自組織網絡。車輛網絡中常採用地理位置路由方法進行數據路由，但是車輛節點往往在道路上是高速移動的，這種高速移動帶來的位置誤差會顯著降低路由的性能。譬如當一個數據包想由某個車輛節點轉發的時候，所述車輛節點由於高速移動可能已遠離了原來的位置，從而會造成數據傳輸失敗。作為網絡節點的車輛，大多數情況下都是在預先定義好的道路上行駛，而且往往裝備有GPS接收機和數字地圖，因此，如何利用數字地圖等提高車輛網絡數據包傳送的成功率，實已成為本領域技術人員亟待解決的技術課題。
發明內容本發明的目的在於提供一種基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，以提高車輛網絡數據包發送的準確率。為實現上述目的，本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法包括步驟1)處於車輛網絡中的各節點周期性廣播從各相應GPS接收機上所獲得的自身經絆度、時間信息和自身的身份號，其中，各節點即為所述車輛網絡中的相應各車輛，所述各車輛分別裝載有GPS接收機和數字地圖；2)各節點分別接收所述車輛網絡中自身的各鄰居節點周期性廣播的各信息，並各自保存所接收的各鄰居節點發送至的兩次信息；3)待往目的節點發送數據包的源節點根據自身保存的各鄰居節點的兩次信息、及裝載在自身的數字地圖，採用移動預測算法預測各鄰居節點當前的位置，並根據所預測出的各位置在各鄰居節點中選擇出要將所述數據包發送至的中間節點，再將數據包發送至所述中間節點；4)所述中間節點接收到數據包後判斷其是否為所述目的節點，若否，則所述中間節點依照所述源節點選4奪中間節點的方法在其自身的各鄰居節點中選擇出相應的下一個中間節點，並將所述數據包發送至所述下一個中間節點。其中，所述步驟3)進一步包括步驟(1)所述源節點根據自身保存的各鄰居節點的兩次信息、及裝載在自身的GPS接收機中的數字地圖計算各鄰居節點移動的距離；(2)所述源節點根據計算出的各鄰居節點移動的距離計算相應各鄰居節點的移動速率，並根據所述數字地圖獲取所述各鄰居節點所在道路與坐標軸的夾角；(3)所述源節點根據所計算出的各移動速率及相應的夾角計算出所述各鄰居節點當前的位置。較佳地，在各鄰居節點中選擇出的中間節點為距離所述目的節點最近的節點。較佳地，所述源節點在所述數字地圖按照最短路徑來計算各鄰居節點移動的距離。較佳地，所述源節點採用^&，^來計算各鄰居節點的移動速率，其中，v為移動速率，、，w為相應鄰居節點移動的距離，n為相應鄰居節點兩次信息中的時間信息的差值。較佳地，若所述夾角為道路與x軸的夾角，則所述源節點採用=x2+v*cos(o")*T2和凡.，=少2+v*sin(cr)*T2來計算各鄰居節點當前的位置，其中，(^,D為鄰居節點的當前位置，(",^)為所述源節點接收到的鄰居節點兩次信息中的後一次的經綿度，^為相應夾角，r2為當前時間與兩次信息中的後一次時間信息的差值。由上所述，本發明與現有技術相比，具有如下優點1.車輛節點越來越多的裝有車載終端，都帶有GPS接收機和數字地圖，本發明利用這些信息可有效提高數據路由的效率。2.車輛節點在道路上高速移動，位置不斷變化，本發明採用移動預測技術，可提高位置信息的準確度，從而提高了路由的準確率。圖1是本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法所應用的車輛網絡示意圖。圖2是本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法操作流程示意圖。圖3是本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法的節點移動路線示意圖。圖4是本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法的仿真線路區域示意圖。圖5是本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法的仿真結果示意圖。具體實施例方式以下將結合具體實施例來對本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法進行詳細描述。請參見圖1，其為在本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法所應用的車輛網絡，在所述車輛網絡中，有源節點、節點A、節點B、節點C、節點D、及目的節點，每一節點對應一車輛，每一車輛都裝載有GPS接收機和數字地圖，其中，所述源節點需要在時刻t(t〉t2〉tl)向所述目的節點發送數據包，所述節點A、節點B、及節點C為所述源節點的鄰居節點，所述節點D為所述節點C的鄰居節點o如圖2所示，在本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法中，首先，所述車輛網絡中的源節點、節點A、節點B、節點C、節點D、及目的節點按照預先約定的規則在時刻tl分別廣播從各自的GPS接收機上所獲得的自身經綽度、時間信息和自身的身份號(即ID號)。接著，所述源節點、節點A、節點B、節點C、節點D、及目的節點分別接收各自的各鄰居節點在時刻tl廣播的各信息(即經綿度、時間信息和身份號)，並予以保存。即所述源節點接收所述節點A、節點B、及節點C廣播的各信息，所述節點C接收所述節點D廣播的各信息。接著，所述源節點、節點A、節點B、節點C、節點D、及目的節點按照預先約定的規則再次在時刻t2分別廣播從各自的GPS接收機上所獲得的自身經綿度、時間信息和自身的ID號。接著，所述源節點，節點A、節點B、節點C、節點D、及目的節點再次分別接收各自的各鄰居節點在時刻t2廣播的各信息，並再次予以保存。接著，所述源節點根據保存的各鄰居節點在時刻tl和t2廣播的信息及自身裝載的數字地圖計算各鄰居節點A、B、及C在t2-tl時間段內移動的距離。請參見圖3，其為所述源節點裝載的數字地圖，如圖3所示，在時刻tl，鄰居節點A處於位置M(根據其時刻tl廣播的經綽度信息)，在時刻t2,鄰居節點A處於位置N(根據其時刻t2廣播的經煒度信息)，而所述鄰居節點A從位置M到位置N可選擇不同的道路，例如，鄰居節點A可由位置M經位置1、5、及4到達位置N,也可經位置2、及3到達位置N，還可經位置2、5、及4到達位置N,由於鄰居節點A選擇不同路線則移動的距離並不相同，但通常車輛在行進時都是選擇最短線路，故在本實施例中，所述源節點採用200810201426.8說明書第6/10頁formulaseeoriginaldocumentpage10，來計算鄰居節點A在t2_u時間段內移動的距離。同樣，所述源節點也可計算出鄰居節點B及C在t2-tl時間段內移動的距離。具體的最短路徑算法是在Dijkstra算法基礎上進行擴充，由於移動節點移動的道路拓樸結構信息可以採用加權圖來表示(也可稱之為網絡)，因此計算節點移動的距離可以看成是計算加權圖中一個路徑的長度，具體算法為(算法中用到的符號見下表l):tableseeoriginaldocumentpage10表l算法符號表tableseeoriginaldocumentpage11接著，所述源節點根據計算出的各鄰居節點移動的距離分別計算節點A、B、及C的移動速率，同時，其根據所述數字地圖獲取各鄰居節點在時刻t2所在道5^與坐標軸的夾角。例如，鄰居節點A在t2-tl時間段內移動的距離為A"、相應其移動速率其在時刻t2所在的位置N所處的道路與坐標軸X的夾角為"，採用同樣的方法可計算出鄰居節點B及C的移動速率，同樣通過數字地圖可獲得鄰居節點B及C所在道路與x軸的夾角。接著，所述源節點根據所計算出的各鄰居節點A、B、及C的移動速率及相應的夾角計算各節點當前的位置。例如，鄰居節點的移動速率為v，其在時刻t2所在道路與坐標軸x的夾角為cr,相應計算出其當前位置為formulaseeoriginaldocumentpage11)，其中，(&,，厶)為鄰居節點A的當前位置，"2，^2)為鄰居節點A在時刻t2的經煒度，採用同樣的方法可計算出鄰居節點B及C的當前位置。接著，所述源節點根據計算出的各鄰居節點的當前位置在各鄰居200810201426.8說明書第8/10頁節點中選擇一中間節點，並將數據包發送至所述中間節點。在本實施例中，如圖1所示，所述源節點選擇距離目的節點最近的鄰居節點C作為中間節點。接著，所述節點C接收到數據包後，判斷其自身是否為目的節點，若是則結束，否則，所述節點c按照前述源節點選擇中間節點的方法在其各鄰居節點中選擇出相應的下一個中間節點，並將數據包發送至所述下一個中間節點。如圖l所示，所述節點C選擇鄰居節點D作為其中間節點。接著，所述節點D接收到數據包，判斷其自身是否為目的節點，若是則結束，否則，所述節點D按照前述源節點選4奪中間節點的方法在其各鄰居節點中選擇出相應的下一個中間節點，並將數據包發送至所述下一個中間節點。如圖l所示，所述節點D選擇目的節點作為其中間節點。最後，所述目的節點接收數據包。需注意的是，由於各節點周期性廣播各信息，故一節點在接收到鄰居節點廣播的新的信息後，將以所述新的信息取代保存的最早的信息，例如，當源節點接收到節點C在時刻t3(t3〉t2)廣播的信息後，將以時刻t3的信息取代時刻tl的信息。此外，計算各鄰居節點當前位置時所採用的夾角也為道路與其他坐標軸的夾角，例如與y軸的夾角，如此計算是所採用的算法進行相應的調整，此為本領域技術人員所知悉，在此不再詳述。以下將通過仿真來說明本發明的效果。為了真實的反映本發明的性能，特別是在車輛網絡環境下的路由性能，採用城市交通並行仿真系統產生城市區域車輛微觀運動的場景數據。產生的車輛微觀運動場景數據的城市區域如圖4所示50個車輛節點在這個lSOOmxlOOOw的區域中運動，鏈路層採用802.11無線通信協議，傳輸範圍設定為250。數據流量模型採用常速率(CBR:ConstantBitRate)模式，源目的節點對隨機分布在整個網絡區域。每個CBR流發送速率為2Kbps,使用64位元組大小的數據包。每次仿真持續時間為100秒。為了比較性能，將RH-GPSR協議和下面兩種協議進行了比較實驗GPSR(GreedyPerimeterStatelessRouting)路由協議*NLP-GPSR，改進的GPSR絲-由協i義採用如下的性能指標來評價協議的性能成功傳專lT率(SDR:SuccessfulDeliveryRate):目的節點成功接收到的數據包和總的發送數據包的比值。從圖5中可以清楚看到RH-GPSR協議的性能和RHP移動預測算法的效果。隨著Beacon周期(單位為秒sec)的增加，三種路由協議的SDR性能都有下降的趨勢，但是每種協議下降的程度有所不同。在所有的Beacon周期下，NLP-GPSR和RH-GPSR的性能都優於GPSR,同時RH-GPSR又優於NLP-GPSR。例如在周期5秒和8秒的時候，RH-GPSR的SDR值分別比NLP-GPSR要高7.5%和10.4%。綜上所述，本發明的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法利用數字地圖預測車輛網絡中各節點的位置，從而能準確地將數據包發送至相應的節點，如此可有效降的數據包的發送失敗率。以上所述是本發明實施例的一種，但並非用來限定本發明的實施範圍，即凡是按照本發明專利——權利要求書所述的特徵、構造、精神所做的均等變化和修飾，均屬於本發明的保護範圍。權利要求1、一種基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於包括步驟:1)處於車輛網絡中的各節點周期性廣播從各自的GPS接收機上所獲得的自身經緯度、時間信息和自身的身份號，其中，各節點即為所述車輛網絡中的相應各車輛，各車輛都裝載有GPS接收機和數字地圖；2)各節點分別接收所述車輛網絡中自身的各鄰居節點周期性廣播的各信息，並各自保存所接收的各鄰居節點發送至的兩次信息；3)待往目的節點發送數據包的源節點根據自身保存的各鄰居節點的兩次信息、及裝載在自身的數字地圖，採用移動預測算法預測各鄰居節點當前的位置，並根據所預測出的各位置在各鄰居節點中選擇出要將所述數據包發送至的中間節點，再將數據包發送至所述中間節點；4)所述中間節點接收到數據包後判斷其是否為所述目的節點，若否，則所述中間節點依照所述源節點選擇中間節點的方法在其自身的各鄰居節點中選擇出相應的下一個中間節點，並將所述數據包發送至所述下一個中間節點。2、如權利要求1所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於在各鄰居節點中選擇出的中間節點為距離所述目的節點最近的節點。3、如權利要求1所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於所述步驟3)進一步包括步驟(1)所述源節點根據自身保存的各鄰居節點的兩次信息、及裝載在自身的GPS接收機中的數字地圖計算各鄰居節點移動的距離；(2)所述源節點根據計算出的各鄰居節點移動的距離計算相應各鄰居節點的移動速率，並根據所述數字地圖獲取所述各鄰居節點所在道路與坐標軸的夾角；(3)所述源節點根據所計算出的各移動速率及相應的夾角計算出所述各鄰居節點當前的位置。4、如權利要求3所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於所述源節點在所述數字地圖按照最短路徑來計算各鄰居節點移動的距離。5、如權利要求3所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於所述源節點採用v-Z"，《來計算各鄰居節點的移動速率，其中，v為移動速率，A〃)為相應鄰居節點移動的距離，ri為相應鄰居節點兩次信息中的時間信息的差值。6、如權利要求3所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於所述夾角為道路與x軸的夾角。7、如權利要求6所述的基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其特徵在於所述源節點採用x￡S,=x2+v*cos(o")*T2和=少2+v*sin(cr)*來計算各鄰居節點當前的位置，其中，(乙,，少",)為鄰居節點的當前位置，("J2)為所述源節點接收到的鄰居節點兩次信息中的後一次的經緯度，J為相應夾角，T2為當前時間與兩次信息中的後一次時間信息的差值。全文摘要本發明公開了一種基於數字地圖和移動預測的車輛網絡數據路由方法，其首先由處於車輛網絡中的各節點周期性廣播從各自的GPS接收機上所獲得的自身經緯度、時間信息和自身的身份號，然後各節點分別接收自身的各鄰居節點周期性廣播的各信息，並各自保存各鄰居節點發送至的兩次信息，接著源節點根據自身保存的各鄰居節點的兩次信息及裝載的數字地圖，採用移動預測算法預測各鄰居節點當前的位置，並根據各位置在各鄰居節點中選擇出要將數據包發送至的中間節點，再將數據包予以發送，然後所述中間節點採用同樣的方法選擇出相應的下一個中間節點，並將數據包發送，如此接力發送，直至將數據包發送至目的節點，由此可有效提到數據包發送的準確率。文檔編號G01S5/02GK101383768SQ20081020142公開日2009年3月11日申請日期2008年10月21日優先權日2008年10月21日發明者林陳申請人:上海第二工業大學