本發(fā)明方法涉及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域以及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于傳染病算法的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)廣播方法。

背景技術(shù)：

車輛自組織網(wǎng)絡(luò)是傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)在交通道路上的應(yīng)用，可用于提供交通安全服務(wù)以及車內(nèi)娛樂服務(wù)。車輛之間通過交換安全相關(guān)的信息來實(shí)現(xiàn)交通安全預(yù)警，避免發(fā)生交通事故。安全相關(guān)的數(shù)據(jù)包需要及時(shí)地發(fā)送給周邊車輛，對(duì)延遲及可達(dá)性有較高的要求。由于車輛自組織網(wǎng)絡(luò)具有自治性、無固定結(jié)構(gòu)、多跳路由以及由車輛高速移動(dòng)引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)，使得車輛之間的通信連接具有高度隨機(jī)性，通信連接中斷問題暴露。研究表明，在車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中使用傳統(tǒng)的傳輸層協(xié)議(如tcp,udp)和路由協(xié)議(如aodv,olsr)，數(shù)據(jù)包的傳輸可達(dá)性差，延遲大且延遲抖動(dòng)劇烈，難以滿足車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中安全相關(guān)數(shù)據(jù)包的傳輸要求。

基于“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制的傳染病路由算法是延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中最重要的路由算法之一，其核心思想是在彼此通信范圍內(nèi)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)互換對(duì)方?jīng)]有的數(shù)據(jù)包，經(jīng)過多次互換數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)中非孤立的節(jié)點(diǎn)最終會(huì)收到所以數(shù)據(jù)包，這使得傳染病路由算法在理論上可以實(shí)現(xiàn)延遲最小而可達(dá)性最好。因此，在車輛自組織網(wǎng)絡(luò)中，傳染病路由算法比傳統(tǒng)路由協(xié)議更有優(yōu)勢(shì)。但是，純粹的傳染病路由算法本質(zhì)上是一種無限制洪泛算法，其會(huì)嘗試所有可能的路徑去發(fā)送數(shù)據(jù)包，尤其是車流密度較高時(shí)，會(huì)使得大量網(wǎng)絡(luò)資源被占用，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包泛濫，競爭激烈，從而導(dǎo)致傳輸延遲增大，可達(dá)率降低，同樣難以滿足安全相關(guān)數(shù)據(jù)包的傳輸要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服純粹的傳染病路由算法引起網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包泛濫，從而導(dǎo)致傳輸延遲增大而可達(dá)率降低的缺陷，提出一種基于傳染病算法的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)廣播方法，讓車輛能夠根據(jù)其所處的路段的車輛密度以及數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的滲透情況，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)自身發(fā)信標(biāo)的頻率，使傳染病路由算法延遲小而可達(dá)率高的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。

一種基于傳染病算法的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)廣播方法，車輛能夠根據(jù)所處環(huán)境調(diào)節(jié)自身發(fā)信標(biāo)的頻率：當(dāng)車輛較稀疏或者數(shù)據(jù)包滲透率較小時(shí)，車輛提高發(fā)信標(biāo)的頻率，從而提高車輛之間的通信連接概率，提高數(shù)據(jù)包的可達(dá)率，降低延遲；當(dāng)車輛較密集或者數(shù)據(jù)包滲透率較大時(shí)，車輛降低發(fā)信標(biāo)的頻率，從而避免網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包泛濫，大量網(wǎng)絡(luò)資源被占用，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)包的可達(dá)率，降低延遲。方法如下：

在t0時(shí)刻，車輛i產(chǎn)生一個(gè)壽命為t的安全相關(guān)的源數(shù)據(jù)包p(為了方便描述，把源數(shù)據(jù)包p的復(fù)制包也稱為數(shù)據(jù)包p)，數(shù)據(jù)包p存儲(chǔ)在車輛i的緩沖區(qū)，隨著車輛i移動(dòng)，當(dāng)車輛i與車輛j進(jìn)入彼此的通信范圍內(nèi)時(shí)，進(jìn)行通信連接，如果連接成功，則兩車復(fù)制并向?qū)Ψ桨l(fā)送自身攜帶而對(duì)方?jīng)]有的數(shù)據(jù)包(該過程稱為數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā))，從而車輛j也攜帶了數(shù)據(jù)包p。攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛重復(fù)上述過程，繼續(xù)將數(shù)據(jù)包p轉(zhuǎn)發(fā)給還沒有收到數(shù)據(jù)包p的其他車輛，直至t0+t時(shí)刻，全部數(shù)據(jù)包p被拋棄。假設(shè)所有車輛通信設(shè)備的通信半徑均為r，飽和交通流條件下的車流密度為ρ0，f為t時(shí)刻車輛發(fā)信標(biāo)的頻率，車輛發(fā)信標(biāo)的頻率不受控制時(shí)為f0。具體步驟如下：

步驟1：路側(cè)單元把檢測(cè)的車輛信息發(fā)送給區(qū)域內(nèi)的基站，基站廣播整合后的信息，車輛接收基站廣播的信息。設(shè)基站廣播t時(shí)刻區(qū)域內(nèi)的車輛數(shù)為n(t)、車流密度為ρ(t)、車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域a的到達(dá)率為a(t)及車輛離開區(qū)域a的離去率為b(t)，基站廣播信息的時(shí)間間隔為δt。車流密度由(1)計(jì)算：

(1)中，nm(t)為t時(shí)刻區(qū)域a內(nèi)第m個(gè)路側(cè)單元檢測(cè)到的車輛數(shù)，m為區(qū)域a內(nèi)路側(cè)單元的總數(shù)，lm為第m個(gè)路側(cè)單元所覆蓋的路段長度，l為區(qū)域a內(nèi)所有路側(cè)單元所覆蓋路段長度的總和。

步驟2：如果車輛i在某時(shí)刻產(chǎn)生數(shù)據(jù)包p，則進(jìn)入步驟3；否則進(jìn)入步驟4。

步驟3：t0時(shí)刻區(qū)域內(nèi)某車輛i產(chǎn)生一個(gè)安全相關(guān)的信息，由步驟1可得到t0時(shí)刻的車輛數(shù)為n(t0)、車流密度為ρ(t0)，確定其初始滲透率為根據(jù)計(jì)算出f(t0)，其中k1,k2為常數(shù)，ρ0為飽和交通流條件下的車流密度。車輛i生成包含內(nèi)容為：信息產(chǎn)生時(shí)刻t0，數(shù)據(jù)包壽命t，車輛i收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻t0，由車輛i計(jì)算的t0時(shí)刻數(shù)據(jù)包p的滲透率i(t0)及安全相關(guān)信息的數(shù)據(jù)包p，并以頻率f(t0)發(fā)送信標(biāo)。

步驟4：攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛發(fā)送數(shù)據(jù)包。t(t＞t0)時(shí)刻車輛x(x≠i)接收到數(shù)據(jù)包p。

步驟5：如果t＞＝t0+t，則攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛刪除數(shù)據(jù)包p，數(shù)據(jù)包廣播過程結(jié)束；否則進(jìn)去步驟6。

步驟6：如果t＜t0+t，那么攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛根據(jù)步驟1得到的車輛數(shù)為n(t)、車流密度為ρ(t)，由計(jì)算車輛發(fā)信標(biāo)的頻率f(t)；然后根據(jù)計(jì)算區(qū)域內(nèi)(t,t+δt)時(shí)段車輛之間的平均連接率λ(t)；再由步驟1得到車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域a的到達(dá)率為a(t)及車輛離開區(qū)域a的離去率為b(t)，根據(jù)計(jì)算出其中i(t)為數(shù)據(jù)包p在區(qū)域a內(nèi)的滲透率，i1(t)為離開區(qū)域a的車輛中攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛比例，假設(shè)有h條路段與區(qū)域a的邊界相交，車輛可從這些交點(diǎn)進(jìn)出區(qū)域a，t時(shí)刻有h(h＝0,1,…,h)個(gè)交點(diǎn)處出現(xiàn)數(shù)據(jù)包p，則取最后根據(jù)計(jì)算t+δt時(shí)刻的滲透率i(t+δt)。車輛把數(shù)據(jù)包p的內(nèi)容更新為：信息產(chǎn)生時(shí)刻t0，數(shù)據(jù)包壽命t，車輛i收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻t，由車輛i計(jì)算的t+δt時(shí)刻數(shù)據(jù)包p的滲透率i(t+δt)及安全相關(guān)的數(shù)據(jù)(例如車輛追尾碰撞的信息,具體所指內(nèi)容為車載傳感器檢測(cè)到的信息)，并以頻率f(t)發(fā)送信標(biāo)。

步驟7：令t＝t+δt，返回步驟1。

為了實(shí)現(xiàn)以上幾個(gè)步驟，要求車載通信設(shè)備、路側(cè)單元及基站之間能夠相互通信，區(qū)域a內(nèi)的路側(cè)單元檢測(cè)的車輛信息需要上傳到基站處理，再由基站廣播，車輛通信設(shè)備接收。由車輛j轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包p應(yīng)當(dāng)包含如下內(nèi)容：數(shù)據(jù)包p的產(chǎn)生時(shí)刻t0、數(shù)據(jù)包p的壽命t、車輛j接收到數(shù)據(jù)包p的時(shí)刻t1、由車輛j計(jì)算的t1時(shí)刻數(shù)據(jù)包p的滲透率i(t1)及安全相關(guān)的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明結(jié)合車流密度及數(shù)據(jù)包的滲透情況，讓車輛能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)自身發(fā)信標(biāo)的頻率，避免泛洪，高效地利用信道資源，保證數(shù)據(jù)包具有較高的可達(dá)率及較低的延遲。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法的應(yīng)用場景示意圖。

圖2為本發(fā)明方法整體流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明是一種基于傳染病算法的車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)廣播方法，在一定區(qū)域內(nèi)(如圖1所示的a區(qū)域)，車輛之間可通過車載無線通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，車輛也可接收基站廣播的消息。本發(fā)明方法包括以下幾個(gè)步驟(圖2為本發(fā)明方法的流程圖)：

步驟1：路側(cè)單元把檢測(cè)的車輛信息發(fā)送給區(qū)域內(nèi)的基站，基站廣播整合后的信息，車輛接收基站廣播的信息。設(shè)基站廣播t時(shí)刻區(qū)域內(nèi)的車輛數(shù)為n(t)、車流密度為ρ(t)、車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域a的到達(dá)率為a(t)及車輛離開區(qū)域a的離去率為b(t)，基站廣播信息的時(shí)間間隔為δt。車流密度由(1)計(jì)算：

(1)中，nm(t)為t時(shí)刻區(qū)域a內(nèi)第m個(gè)路側(cè)單元檢測(cè)到的車輛數(shù)，m為區(qū)域a內(nèi)路側(cè)單元的總數(shù)，lm為第m個(gè)路側(cè)單元所覆蓋的路段長度，l為區(qū)域a內(nèi)所有路側(cè)單元所覆蓋路段長度的總和。

步驟2：如果車輛i在某時(shí)刻產(chǎn)生數(shù)據(jù)包p，則進(jìn)入步驟3；否則進(jìn)入步驟4。

步驟3：t0時(shí)刻區(qū)域內(nèi)某車輛i產(chǎn)生一個(gè)安全相關(guān)的信息，由步驟1可得到t0時(shí)刻的車輛數(shù)為n(t0)、車流密度為ρ(t0)，確定其初始滲透率為根據(jù)計(jì)算出f(t0)。車輛i生成包含內(nèi)容為：信息產(chǎn)生時(shí)刻t0，數(shù)據(jù)包壽命t，車輛i收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻t0，由車輛i計(jì)算的t0時(shí)刻數(shù)據(jù)包p的滲透率i(t0)及安全相關(guān)信息的數(shù)據(jù)包p，并以頻率f(t0)發(fā)送信標(biāo)。

步驟4：攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛發(fā)送數(shù)據(jù)包。t(t＞t0)時(shí)刻車輛x(x≠i)接收到數(shù)據(jù)包p。

步驟5：如果t＞＝t0+t，則攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛刪除數(shù)據(jù)包p；否則進(jìn)去步驟6。

步驟6：如果t＜t0+t，那么攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛根據(jù)步驟1得到的車輛數(shù)為n(t)、車流密度為ρ(t)，由計(jì)算車輛發(fā)信標(biāo)的頻率f(t)；然后根據(jù)計(jì)算區(qū)域內(nèi)(t,t+δt)時(shí)段車輛之間的平均連接率λ(t)；再由步驟1得到車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域a的到達(dá)率為a(t)及車輛離開區(qū)域a的離去率為b(t)，根據(jù)計(jì)算出其中i1(t)為離開區(qū)域a的車輛中攜帶數(shù)據(jù)包p的車輛比例，假設(shè)有h條路段與區(qū)域a的邊界相交，車輛可從這些交點(diǎn)進(jìn)出區(qū)域a，t時(shí)刻有h(h＝0,1,…,h)個(gè)交點(diǎn)處出現(xiàn)數(shù)據(jù)包p，則取最后根據(jù)計(jì)算t+δt時(shí)刻的滲透率i(t+δt)。車輛把數(shù)據(jù)包p的內(nèi)容更新為：信息產(chǎn)生時(shí)刻t0，數(shù)據(jù)包壽命t，車輛i收到數(shù)據(jù)包的時(shí)刻t，由車輛i計(jì)算的t+δt時(shí)刻數(shù)據(jù)包p的滲透率i(t+δt)及安全相關(guān)信息，并以頻率f(t)發(fā)送信標(biāo)。

步驟7：令t＝t+δt，返回步驟1。

最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案并且不限于此，而是在應(yīng)用上可以延伸到其他的修改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，并且因此認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。