一種基於跨層的車載網移動切換方法
2023-10-09 22:17:49
專利名稱：一種基於跨層的車載網移動切換方法
技術領域：
本發明涉及一種移動切換方法，尤其涉及的是一種基於跨層的車載網移動切換方法。
背景技術：
車載網由於其實用性已經受到廣泛關注，成為研究的熱點。車載網的主要特點之一為車輛節點沿路進行高速移動，因此，如何實現車輛節點的無縫移動轉交成為研究的熱點之一 O目前現有的移動協議(如HMIPv6，FMIPv6及MIPv6)應用到車載網絡中還存在一些問題，主要原因如下:I)現有移動協議中，移動節點需要發送和接收大量的控制信息來確保移動過程中的通信暢通，減少數據包的丟失，而傳輸控制信息會消耗大量的能量，這會大幅度縮減移動節點的壽命；2)現有移動協議的控制信息數據包開銷較大，移動轉交延遲較長從而提高了數據包丟失率。因此需要提出一種移動轉交延遲短，數據不包丟失率低的車載網移動轉交的實現方法。
發明內容
發明目的:本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種基於跨層的車載網移動切換方法。技術方案:本發明公開了一種基於跨層的車載網移動切換方法，所述車載網包括接入路由器、基站，以及行駛在道路上的車輛節點共三類節點；接入路由器與網際網路的骨幹網相連，基站與一個接入路由器相連，通過接入路由器接入網際網路，車輛節點通過基站實現與網際網路的通信；所述車載網中所有基站覆蓋整個車載網區域；將與一個接入路由器相連的所有基站所覆蓋的區域設置為一個路域，將一個基站覆蓋的區域設置為路段。車輛節點包括三類:簇首節點、簇內節點和孤立節點；簇首節點具有路由轉發功能，簇內節點不具有路由轉發功能；簇首節點與基站直接通信，簇內節點通過簇首節點實現與網際網路的通信，孤立節點是沒有加入任何簇的車輛節點；一個簇包含一個簇首節點和一個以上簇內節點。一個路域包括一個以上路段，一個路段包括一個以上簇；基站和簇首節點之間通信的鏈路協議米用Wimax(Worldwide Interoperability for Microwave Access,全球微波互聯接入)協議，簇首節點與簇內節點之間通信的鏈路協議採用Wifi ;簇首節點具有兩個通信接口(此接口為軟體接口)，分別接收Wimax和Wifi的消息；車輛節點在移動過程中，由家鄉地址唯一標識，無需配置轉交地址； 簇首節點一般由公共大型汽車構成，例如公交車。車載網採用上述層次體系結構，可以有效增強車載網的穩定性，從而降低移動切換次數。車載網節點的IPv6地址由三部分組成:第一部分是作為全局路由前綴唯一標識一個路域的路域ID，一個路域中所有基站的路域ID都相同，車輛節點從同一個路域內獲取的地址的路域ID都相同，基站和車輛節點路域ID的值等於相同路域中接入路由器的路域ID ;第二部分為唯一標識一個路段的路段ID，車輛節點從同一個路段獲取的地址的路段ID都相同，車輛節點路段ID值等於該路段中基站的路段ID ;第三部分為車輛ID，它唯一標識一個路段中的車輛節點；接入路由器的路段ID和車輛ID為0，基站的車輛ID為O。簇首節點設置在車載網內的公共大型汽車上，公共大型汽車啟動後，將簇首節點啟動，簇首節點定期廣播消息，消息負載包括節點類型、速度、移動角度、地理坐標、工作信道以及所在路段的基站的IPv6地址。設置在非公共大型汽車節點上的孤立節點在非公共大型汽車節點啟動後，掃描所有信道，通過接收簇首節點廣播的消息選擇鏈路關聯時間最長的簇首節點，並加入由該簇首節點所在的簇，然後將自己標記為簇內節點，同時定期廣播消息，消息負載包括自身節點類型，移動速度、移動角度和地址坐標，以及其簇首節點的速度、移動角度、地理坐標和工作信道。每個車輛節點都配有全球定位系統，用於獲取自己的地址坐標；如果車輛節點Vi的地理坐標為(Xi, Yi)，車輛節點Vj的地理坐標為(Xj，Yj)，車輛節點Vi的速度Vi,車輛節點Vj的速度為車輛節點Vi的移動角度為Θ i，車輛節點 ' 的移動角度為Θ j,車輛節點的傳輸半徑為r，那麼，車輛節點Vi和 ' 的鏈路連接時間Tu為:
權利要求
1.一種基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，所述車載網包括接入路由器、基站，以及行駛在道路上的車輛節點共三類節點；接入路由器與網際網路的骨幹網相連；一個基站僅與一個接入路由器相連，並通過相連的接入路由器接入網際網路；車輛節點通過基站實現與網際網路的通信；所述車載網中所有基站覆蓋整個車載網區域；將與一個接入路由器相連的所有基站所覆蓋的區域設置為一個路域，將一個基站覆蓋的區域設置為路段； 車輛節點包括三類:簇首節點、簇內節點和孤立節點；簇首節點具有路由轉發功能，簇內節點不具有路由轉發功能；簇首節點與基站直接通信，簇內節點通過簇首節點實現與網際網路的通信，孤立節點是沒有加入任何簇的車輛節點；一個簇包含一個簇首節點和一個以上簇內節點； 一個路域包括一個以上路段，一個路段包括一個以上簇；基站和簇首節點之間通信的鏈路協議為Wimax協議，簇首節點與簇內節點之間通信的鏈路協議為Wifi ;簇首節點具有兩個通信接口，分別接收Wimax和Wifi的消息；車輛節點在移動過程中，由家鄉地址唯一標識，無需配置轉交地址； 車載網節點的IPv6地址由三部分組成:第一部分是作為全局路由前綴唯一標識一個路域的路域ID，一個路域中所有基站的路域ID都相同，車輛節點從同一個路域內獲取的地址的路域ID都相同，基站和車輛節點路域ID的值等於相同路域中接入路由器的路域ID ；第二部分為唯一標識一個路段的路段ID，車輛節點從同一個路段獲取的地址的路段ID都相同，車輛節點路段ID 值等於該路段中基站的路段ID ;第三部分為車輛ID，它唯一標識一個路段中的車輛節點；接入路由器的路段ID和車輛ID為O，基站的車輛ID為O ; 簇首節點設置在車載網內的公共大型汽車上，公共大型汽車啟動後，將簇首節點啟動，簇首節點定期廣播消息，消息負載包括節點類型、速度、移動角度、地理坐標、工作信道以及所在路段的基站的IPv6地址； 設置在非公共大型汽車節點上的孤立節點在非公共大型汽車節點啟動後，掃描所有信道，通過接收簇首節點廣播的消息選擇鏈路關聯時間最長的簇首節點，並加入由該簇首節點所在的簇，然後將自己標記為簇內節點，同時定期廣播消息，消息負載包括自身節點類型，移動速度、移動角度和地址坐標，以及其簇首節點的速度、移動角度、地理坐標和工作信道； 每個車輛節點都配有全球定位系統，用於獲取自己的地址坐標；如果車輛節點Vi的地理坐標為(Xi, Yi)，車輛節點Vj的地理坐標為(Xj，Yj)，車輛節點Vi的速度vi，車輛節點Vj的速度為車輛節點Vi的移動角度為Θ i，車輛節點 ' 的移動角度為Θ P車輛節點的傳輸半徑為r，那麼，車輛節點Vi和 ' 的鏈路連接時間Tu為:
2.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，當簇首節點Cl在由基站BI所確定的路段SI內移動時，基站BI通過接收簇首節點Cl廣播的消息確定其地理坐標；如果基站BI檢測到簇首節點Cl即將離開自己的通信範圍，則將與簇首節點Cl所在地理坐標最接近的鄰居基站B2所確定的路段作為簇首節點Cl即將進入的路段，如果基站BI和基站B2同屬於同一個路域且路域的接入路由器為R1，那麼基站BI執行以下步驟: 步驟101:開始； 步驟102:基站BI向接入路由器Rl發送切換消息，消息負載為簇首節點Cl和基站B2的IPv6地址； 步驟103:接入路由器Rl收到切換消息後，將簇首節點Cl關聯的基站更新為基站B2，同時向基站BI返回切換確認消息； 步驟104:基站BI收到切換確認消息後，向簇首節點Cl發送切換消息，消息負載為基站B2的工作信道； 步驟105:簇首節點Cl收到切換消息後，採用基站B2工作信道直接實現鏈路切換，並開始從基站B2接收數據；步驟106:結束。
3.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，當簇首節點Cl在由基站BI所確定的路段SI內移動時，基站BI通過接收簇首節點Cl廣播的消息確定其地理坐標；如果基站BI檢測到簇首節點Cl即將離開自己的通信範圍，基站BI則將與簇首節點Cl所在地理坐標最接近的鄰居基站B2所確定的路段作為簇首節點Cl即將進入的路段，如果基站BI和基站B2屬於不同路域且基站BI所在路域的接入路由器為R1，基站B2所在路域的接入路由器為R2，那麼基站BI執行以下步驟: 步驟201:開始； 步驟202:基站BI向接入路由器R2發送切換消息，消息負載為簇首節點Cl和基站B2的IPv6地址； 步驟203:接入路由器R2收到切換消息後，通過基站BI的IPv6地址判定基站BI屬於不同的路域，接入路由器R2建立簇首節點Cl與基站B2的關聯關係，同時向簇首節點Cl獲取家鄉地址所在路域的接入路由器HR發送切換消息，消息負載為簇首節點Cl的IPv6地址； 步驟204:接入路由器HR收到切換消息後，將簇首節點Cl關聯的接入路由器更新為接入路由器R2，同時向接入路由器R2返回切換確認消息； 步驟205:接入路由器R2收到切換確認消息後，向基站BI發送切換確認消息，基站BI收到切換確認消息後，向簇首節點Cl發送切換消息，消息負載為基站B2的工作信道； 步驟206:簇首節點Cl收到切換消息後，採用基站B2的工作信道直接實現與基站B2的鏈路切換，並開始從基站B2接收數據； 步驟207:結束。
4.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，在簇內節點Ml所在簇的簇首節點為簇首節點Cl，簇首節點Cl所在路段的基站為基站BI，簇首節點Cl所在路域的接入路由器為R1，IPv6節點NI所在子網的接入路由器為接入路由器R的情況下，簇內節點Ml與IPv6節點NI的通信過程為: 步驟301:開始； 步驟302:簇內節點Ml將目的地址為IPv6節點NI的數據包發送到簇首節點Cl，簇首節點Cl收到數據包後，將數據包轉發到基站BI，基站BI收到數據包後，記錄簇內節點Ml和簇首節點Cl的關聯關係同時將數據包轉發到接入路由器Rl ； 步驟303:接入路由器Rl收到數據包後，記錄簇內節點Ml與簇首節點Cl的關聯關係，同時建立與接入路由器R的隧道，並通過隧道將數據包發送到接入路由器R，接入路由器R收到數據包後，將數據包轉發給IPv6節點NI ； 步驟304:IPv6節點NI返回的數據包首先到達接入路由器R，接入路由器R通過隧道將數據包路由到接入路由器R1，接入路由器Rl根據記錄的簇內節點Ml與簇首節點Cl的關聯關係以及簇首節點Cl與基站BI的關聯關係，將數據包轉發基站BI，基站BI根據記錄的簇內節點Ml和簇首節點Cl的關聯關係將數據包轉發給簇內節點Ml ； 步驟305:結束； 族內節點Ml和族首節點Cl的關聯關係的生存時間到期後，自動從基站BI和接入路由器Rl刪除。
5.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，當簇內節點Ml所在簇的簇首節點為簇首節點Cl，簇首節點Cl所在路段的基站為基站BI，簇首節點Cl所在路域的接入路由器 為接入路由器Rl的情況下，簇首節點Cl通過接收簇內節點Ml廣播的消息獲取簇內節點Ml的地理坐標；如果簇首節點Cl檢測到簇內節點Ml即將離開自己的通信範圍，則將與簇內節點Ml所在地理坐標最接近的鄰居簇首節點C2所在的簇作為簇內節點Ml即將進入的簇； 如果簇首節點Cl和簇首節點C2屬於同一個路段且簇內節點Ml正在與IPv6節點進行通信，那麼簇首節點Cl執行以下步驟: 步驟401:開始； 步驟402:簇首節點Cl向基站BI發送切換消息，消息負載為簇內節點Ml和簇首節點C2的IPv6地址； 步驟403:基站BI收到切換消息後，將簇內節點Ml關聯的簇首節點更新為簇首節點C2，同時向簇首節點Cl返回切換確認消息； 步驟404:簇首節點Cl收到切換確認消息後，向簇內節點Ml發送切換消息，消息負載為簇首節點C2的工作信道； 步驟405:簇內節點Ml收到切換消息後，通過簇首節點C2的工作信道直接實現與簇首節點C2的鏈路切換，並開始從簇首節點C2接收數據； 步驟406:結束； 簇首節點C2在收到簇內節點Ml的數據包後，如果簇內節點Ml沒有鏈路接入到簇首節點C2，簇首節點C2則保存簇內節點Ml的數據包，等到簇內節點Ml鏈路接入到簇首節點C2之後，再將緩存的數據包轉發到簇內節點Ml。
6.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，當簇內節點Ml所在簇的簇首節點為簇首節點Cl，簇首節點Cl所在路段的基站為基站BI，簇首節點Cl所在路域的接入路由器為接入路由器Rl的情況下，簇首節點Cl通過接收簇內節點Ml廣播的消息獲取簇內節點Ml的地理坐標；如果簇首節點Cl檢測到簇內節點Ml即將離開自己的通信範圍，則將與簇內節點Ml所在地理坐標最接近的鄰居簇首節點C2所在的簇作為Ml即將進入的族； 簇首節點Cl和簇首節點C2屬於相同的路域但是不同的路段，簇首節點C2所在路段的基站為B2，如果簇內節點Ml正在與IPv6節點進行通信，那麼簇首節點Cl執行以下步驟:步驟501:開始； 步驟502:簇首節點Cl向基站B2發送切換消息，消息負載為簇內節點Ml和簇首節點C2的IPv6地址； 步驟503:基站BI收到切換消息後，建立簇內節點Ml和簇首節點C2的關聯關係，同時向接入路由器Rl發送切換消息； 步驟504:接入路由器Rl收到切換消息後，將簇內節點Ml關聯的簇首節點更新為簇首節點C2，同時向基站B2返回切換確認消息，基站B2收到切換確認消息後，向簇首節點Cl發送切換確認消息； 步驟505:簇首節點Cl收到切換確認消息後，向簇內節點Ml發送切換消息，消息負載為簇首節點C2的工作信道； 步驟506:簇內節點Ml收到切換消息後，採用簇首節點C2的工作信道直接實現與簇首節點C2的鏈路切換，並開始從簇首節點C2接收數據包； 步驟507:結束； 簇首節點C2在收到簇 內節點Ml的數據包後，如果簇內節點Ml沒有鏈路接入到簇首節點C2，簇首節點C2則保存簇內節點Ml的數據包，等到簇內節點Ml鏈路接入到簇首節點C2之後，再將緩存的數據包轉發到簇內節點Ml。
7.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，當簇內節點Ml所在簇的簇首節點為簇首節點Cl，簇首節點Cl所在路段的基站為基站BI，簇首節點Cl所在路域的接入路由器為Rl的情況下，簇首節點Cl通過接收簇內節點Ml廣播的消息獲取簇內節點Ml的地理坐標；如果簇首節點Cl檢測到簇內節點Ml即將離開自己的通信範圍，則將與簇內節點Ml所在地理坐標最接近的鄰居簇首節點C2所在的簇作為Ml即將進入的簇； 如果簇首節點Cl和簇首節點C2屬於不同的路域，簇首節點C2所在路段的基站為基站B2，所在路域的接入路由器為接入路由器R2，簇內節點Ml正在與IPv6節點進行通信且該IPv6節點所在子網的接入路由器為接入路由器R3，那麼簇首節點Cl執行以下步驟: 步驟601:開始； 步驟602:簇首節點Cl向基站B2發送切換消息，消息負載為簇內節點Ml、簇首節點C2以及接入路由器R3的IPv6地址； 步驟603:基站B2收到切換消息後，建立簇內節點Ml和簇首節點C2的關聯關係，同時向接入路由器R2發送切換消息，接入路由器R2收到切換消息後，建立簇內節點Ml和簇首節點C2的關聯關係，同時向接入路由器R3發送切換消息； 步驟604:接入路由器R3收到切換消息後，建立與接入路由器R2的隧道並通過該隧道將目的地址為簇內節點Ml的數據包發送到接入路由器R2，然後向接入路由器R2返回切換確認消息，接入路由器R2收到切換確認消息後，向基站B2發送切換確認消息，基站B2收到切換確認消息後，向簇首節點Cl發送切換確認消息； 步驟605:簇首節點Cl收到切換確認消息後，向簇內節點Ml發送切換消息，消息負載為簇首節點C2的工作信道； 步驟606:簇內節點Ml收到切換消息後，採用簇首節點C2的工作信道直接實現與簇首節點C2的鏈路切換，並開始從簇首節點C2接收數據包； 步驟607:結束； 簇首節點C2在收到簇內節點Ml的數據包後，如果簇內節點Ml沒有鏈路接入到簇首節點C2，簇首節點C2則保存簇內節點Ml的數據包，等到簇內節點Ml鏈路接入到簇首節點C2之後，再將緩存的數據包轉發到簇內節點Ml。
8.根據權利要求1所述的基於跨層的車載網移動切換方法，其特徵在於，簇內節點離開其所在簇的簇首節點通信範圍後，如果它的鄰居節點沒有簇首節點，簇內節點則轉換為孤立節點，然後通過接收鄰居簇內節點廣播的消息，選擇一個距離自己最近的簇首節點H1，並將工作信道轉換為 簇首節點Hl的工作信道，當進入簇首節點Hl的通信範圍之後，直接實現與簇首節點Hl的鏈路切換，加入簇首節點Hl所在的簇，同時將自己轉換為簇內節點。
全文摘要
本發明公開了一種基於跨層的車載網移動切換方法，所述車載網包括接入路由器、基站，以及行駛在道路上的車輛節點共三類節點；接入路由器與網際網路的骨幹網相連，基站與一個接入路由器相連，通過接入路由器接入網際網路，車輛節點通過基站實現與網際網路的通信。所述車載網中所有基站覆蓋整個車載網區域；將與一個接入路由器相連的所有基站所覆蓋的區域設置為一個路域，將一個基站覆蓋的區域設置為路段。本發明可保持移動過程中通信的連續性，縮短移動切換延遲，降低數據包丟失率，從而提高了車載網的服務質量，本發明可應用於道路路況監測、車輛管理等領域，具有廣泛的應用前景。
文檔編號H04W36/08GK103237326SQ20131011753
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者王曉喃 申請人:常熟理工學院