專利名稱：一種基于車輛協(xié)作的車載網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，尤其涉及一種基于 車輛協(xié)作的車載網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，
背景技術(shù)：
車載網(wǎng)絡(luò)(VANET)利用部署在車輛上的無線通信設(shè)備組網(wǎng)，利用車輛間相遇產(chǎn)生 的通信機(jī)會(huì)通信，在車輛行駛過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，提供一系列與交通安全、娛樂、商業(yè)等 相關(guān)的信息收集與發(fā)布服務(wù)。圍繞車載網(wǎng)絡(luò)，國內(nèi)外已有大量的研究成果，涉及到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、路由轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)安 全等諸多方面，也已有多個(gè)能成功運(yùn)行的實(shí)際系統(tǒng)。路由轉(zhuǎn)發(fā)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的核心，也 是最為熱門的研究話題，但是由于車載網(wǎng)絡(luò)中存在太多不確定的因素，現(xiàn)有的路由算法往 往對(duì)于節(jié)點(diǎn)能力或通信環(huán)境做出過多假設(shè)，從而在實(shí)際系統(tǒng)中仍然難以取得理想的性能表 現(xiàn)。在車載網(wǎng)絡(luò)中，存在很大一類應(yīng)用將車輛作為信息的載體，將車載網(wǎng)絡(luò)作為一種 與互聯(lián)網(wǎng)通信的廉價(jià)手段，如利用車輛收集城市環(huán)境感知數(shù)據(jù)并上傳、通過其他車輛向 Internet查詢網(wǎng)頁等。大量的來自于行人或信息采集設(shè)備數(shù)據(jù)都將通過少量的位于城市中 某個(gè)固定位置的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)上傳至hternet。在這類應(yīng)用中，如何在保證一定傳輸成功率 的前提下盡量縮短消息傳輸延時(shí)，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者們所關(guān)心的核心問題。由于城市環(huán)境下車輛的運(yùn)動(dòng)受道路限制，車載網(wǎng)絡(luò)中的消息傳播軌跡必然由多個(gè) 路口與連接這些路口的路段組成。現(xiàn)有的路由機(jī)制大多假設(shè)車輛間的通信帶寬不受限制， 但是在真實(shí)環(huán)境下，車輛間有限的相遇時(shí)間與惡劣的通信環(huán)境會(huì)使得在關(guān)鍵路口處難以實(shí) 現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的成功轉(zhuǎn)發(fā)，部分?jǐn)?shù)據(jù)包的傳輸不得不偏離其本來的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò) 的總體傳輸延時(shí)增加，網(wǎng)絡(luò)性能也因此而下降。在早期針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的研究工作中，主要將車載網(wǎng)絡(luò)看成是MANET 的一種特例，并通過修改經(jīng)典的MANET路由(如GPSR)使其適用。這些路由機(jī)制大都利用 車輛節(jié)點(diǎn)的位置信息，結(jié)合路面交通信息選擇合適的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，以“貪婪”的方式使數(shù)據(jù)包 不斷逼近目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，典型的例子有GSR錯(cuò)誤！未找到引用源。、SAR、GPCR、STAR路由等，這些 研究工作大都圍繞如何使MANET路由在經(jīng)常性斷開的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲羞\(yùn)行而展開，如GSR、SAR 重點(diǎn)解決了當(dāng)“拓?fù)淇斩础背霈F(xiàn)時(shí)的路由恢復(fù)問題。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓俣容^快時(shí)，路 由恢復(fù)機(jī)制的頻繁啟用將給消息轉(zhuǎn)發(fā)過程帶來大量的不確定因素，嚴(yán)重降低消息傳輸?shù)目?靠性；另一方面，若車輛密度較低，發(fā)送端與接收端之間甚至可能根本不存在一條實(shí)時(shí)連通 的傳輸路徑，多次發(fā)起新的尋路過程，會(huì)使數(shù)據(jù)包的累積跳數(shù)迅速上升，從而提前丟失。相 應(yīng)的解決方案是當(dāng)消息無法向前傳輸時(shí)，則將其緩存在節(jié)點(diǎn)本地一段時(shí)間，以等待新的通 信機(jī)會(huì)。這種做法的關(guān)鍵在于當(dāng)通信機(jī)會(huì)出現(xiàn)時(shí)如何選擇合適的下一跳節(jié)點(diǎn)。MOVE路由選 擇預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)方向更接近目標(biāo)位置的節(jié)點(diǎn)為下一跳節(jié)點(diǎn)；MV和MaxProp路由則以節(jié)點(diǎn)與目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)近期的相遇頻率作為選擇依據(jù)；VADD和MDDV則將行駛的路段相比現(xiàn)有路段有更小的期望傳輸延時(shí)的車輛選作為下一跳節(jié)點(diǎn)，類似的還有TBD和GeOpps，所不同的是他們對(duì)車 輛的運(yùn)行軌跡做了更加精確的預(yù)測(cè)。在利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)相遇進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的路由協(xié)議中，大都假設(shè)車輛間的傳輸帶寬無 限，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)能瞬間完成，然而在實(shí)際系統(tǒng)里，這種假設(shè)往往并不成立。已有研究證明， 即使是對(duì)于行駛的車輛與路旁靜止的開放式AP，其平均相遇時(shí)間小于15秒，有效通信時(shí)間 不足10秒，鏈路的丟包率維持在20%左右，車輛在有限的相遇時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量極其 有限。為解決這一問題，Eriksson等人提出通過縮短連接建立過程延長有效通信時(shí)間(參 考Eriksson J,Balakrishnan H,and Madden S. Cabernet :Vehicular content delivery using WiFi. In Proc. of ACM M0BIC0MO8. ACM Press 2008. 199-210)，Zhao Jing等人則提 出利用車輛間的多跳轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)展AP接入的覆蓋范圍(參考Zhao Jing,Arnold Τ,Zhang Yang et al. Extending drive-thru data access by vehicle-to-vehicle relay. In :Proc.of VANET'08. ACMPress 2008. 66-75)。但是，這些工作均針對(duì)車輛節(jié)點(diǎn)向固定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最后 一跳傳輸進(jìn)行擴(kuò)展，而針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的中間過程的增強(qiáng)卻至今尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)的是車載網(wǎng)絡(luò)中的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，提出一種基于同向行駛穩(wěn)定車流中車 輛協(xié)作的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)增強(qiáng)機(jī)制，通過提高關(guān)鍵交叉路口處大數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)成功率，降低數(shù)據(jù) 在車載網(wǎng)絡(luò)中的端到端傳輸延時(shí)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于車輛協(xié)作的車載網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，用于在路口處進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，具 體包括以下步驟1)進(jìn)入一個(gè)路段，發(fā)送方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)的M字節(jié)數(shù)據(jù)包向前發(fā)送至當(dāng)前路段中最 前方車輛；2)最前方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)的M字節(jié)數(shù)據(jù)按照碼片大小b進(jìn)行分片并編碼，得到N個(gè) 碼片，按照如下規(guī)則分發(fā)碼片最前方車輛保留所有碼片，從中任意選取一個(gè)做為主碼片，其余N-I個(gè)碼片復(fù)制 給后方車輛；依次類推，最后方的車輛保存得到的所有碼片；3)進(jìn)入路口區(qū)域，發(fā)送方車輛優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)主碼片，接受方車輛回復(fù)ACK確認(rèn)，聽到確 認(rèn)消息的其他車輛不對(duì)收到的相同碼片作重復(fù)確認(rèn)；4)駛出路口區(qū)域的發(fā)送方車輛統(tǒng)計(jì)收到的ACK數(shù)，接收方車輛統(tǒng)計(jì)接收到的碼片 數(shù)，若發(fā)送方車輛收到的ACK數(shù)小于M/b,則轉(zhuǎn)發(fā)不成功，發(fā)送方車輛繼續(xù)持有數(shù)據(jù)等 待下次轉(zhuǎn)發(fā)，接收方車輛刪除接收到的碼片；若發(fā)送方車輛收到的ACK數(shù)大于等于M/b，則轉(zhuǎn)發(fā)成功，發(fā)送方車輛刪除持有數(shù) 據(jù)，而接收方車輛解碼出原有數(shù)據(jù)，并進(jìn)入下一次的轉(zhuǎn)發(fā)流程。所述步驟1)發(fā)送方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)通過多跳無線鏈路向前發(fā)送至當(dāng)前路段中 最前方的車輛。所述步驟幻采用擦除編碼機(jī)制進(jìn)行編碼，碼片數(shù)N= (MX (l+r))/b，r為冗余率， b為編碼得到的碼片大小。
碼片大小b 的取值，b = β X (I-Ploss) XT1XDsend，其中T1 車輛位于路口區(qū)域的時(shí)間；Dsend 路口處車輛的實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送速率；Ploss 傳輸丟包率；β 概率因子。所述車輛位于路口區(qū)域的時(shí)間由路口區(qū)域半徑計(jì)算得出~，，其中民為路口 區(qū)域半徑，V1 發(fā)送方車輛行駛平均速度。所述路口處車輛的實(shí)際發(fā)送速率= mini^W)^為發(fā)送方車輛的數(shù)目，C 無線通信信道容量上界，W 車載無線通信模塊的理想傳輸帶寬。所述概率因子β為發(fā)送方車輛在路口區(qū)域的時(shí)間內(nèi)至少遇到一個(gè)接收方車輛的 概率β = ρ (Nj(T1) >1)、。Pltjss為在路口處進(jìn)行消息發(fā)送的數(shù)據(jù)丟包率，根據(jù)線下測(cè)量統(tǒng)計(jì)得到。所述步驟幻若發(fā)送方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則停止在最前方的車輛發(fā)送本地持有 的所有碼片。所述步驟幻若接收方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則由停止的最前方車輛接收碼片的接 收并確認(rèn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，著重解決車載網(wǎng)絡(luò)中由 于非同向行駛車輛間相遇時(shí)間短而帶來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)不完全問題。通過利用同向行駛車輛協(xié) 作的實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能在不帶入太多額外開銷的前提下有效提高真實(shí)公路交通環(huán)境下沿 不同向行駛車輛間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功率，并降低端到端的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，對(duì)推進(jìn)車載網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)傳輸應(yīng)用實(shí)用化具有重要意義。


圖1為路口處轉(zhuǎn)發(fā)示意圖；圖2為本發(fā)明方法轉(zhuǎn)發(fā)流程圖；圖加為發(fā)送方消息轉(zhuǎn)發(fā)流程圖；圖2b為接收方消息接收流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法在路口處的轉(zhuǎn)發(fā)如圖1所示，待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包P被劃分 為4個(gè)分片P-l、P-2、P-3和P-4，分別在tl、t2、t3、t4時(shí)刻由不同的車輛依次轉(zhuǎn)發(fā)，圖中 實(shí)線箭頭表示正在發(fā)生的通信，虛線箭頭則表示已經(jīng)發(fā)生或尚未發(fā)生的通信。本發(fā)明方法的核心在于道路交叉處的消息轉(zhuǎn)發(fā)，下文將簡稱為路口轉(zhuǎn)發(fā)，為提高 消息轉(zhuǎn)發(fā)的成功率，本發(fā)明的轉(zhuǎn)發(fā)方法在路口轉(zhuǎn)發(fā)過程中使用了擦除編碼機(jī)制。
在基于擦除編碼機(jī)制的消息轉(zhuǎn)發(fā)過程中，源節(jié)點(diǎn)(即發(fā)送方車輛)對(duì)待轉(zhuǎn)發(fā)的共 M字節(jié)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，按冗余率r將其編碼為N= (MX(l+r))/b個(gè)碼片。而目標(biāo)節(jié)點(diǎn) (即接收方車輛)只需要能成功接收到其中任意M/b個(gè)碼片即能成功解碼出原有所有的數(shù) 據(jù)包。路口轉(zhuǎn)發(fā)包括三個(gè)主要步驟，分別為消息分片、消息轉(zhuǎn)發(fā)與消息重組，每一次的路 口轉(zhuǎn)發(fā)均需重復(fù)這三個(gè)過程。消息分片發(fā)生在持有消息的車輛到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)路口之前，該車輛 需要將待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，而后將分片分散至后續(xù)車輛上；消息轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)生在車輛進(jìn)入 轉(zhuǎn)發(fā)路口之后，持有數(shù)據(jù)碼片的車輛依次的將消息發(fā)送給沿目標(biāo)方向行駛的車流；消息重 組發(fā)生在車輛駛出轉(zhuǎn)發(fā)路口范圍之后，發(fā)送方需要判斷消息是否轉(zhuǎn)發(fā)成功，從而決定是否 刪除緩存中消息的拷貝，而接收方則需要對(duì)收到的碼片進(jìn)行重組，試圖恢復(fù)出接收到的數(shù) 據(jù)包。消息分片過程消息分片過程的目的在于將消息按照一定的冗余度分配給當(dāng)前車流中的其他車 輛，以確保路口處的可靠傳輸。本發(fā)明使用了擦除編碼機(jī)制，其涉及參數(shù)如下M 待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量，以字節(jié)(byte)為單位；b 編碼得到的碼片大小，以字節(jié)為單位；r 冗余率，r大于0 ；N:編碼得到的碼片數(shù)目。上述幾個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系為N = (MX (l+r))/b。在消息分片機(jī)制的設(shè)計(jì)中，假設(shè)車輛知道自己在下一路口處的行駛方向(可根據(jù) 導(dǎo)航設(shè)備或是當(dāng)前行駛車道得出)，當(dāng)前車流頭部車輛將消息編碼并按如下規(guī)則分發(fā)給后 續(xù)車輛頭部車輛即車輛1根據(jù)道路交通情況計(jì)算得到碼片大小b的取值，對(duì)待轉(zhuǎn)發(fā)的消息 進(jìn)行編碼，得到N個(gè)碼片。車輛1保留所有碼片，從中任意選取一個(gè)主碼片，將剩余的N-I 個(gè)碼片復(fù)制給后方車輛2 ；車輛i保存收到的Ν-i+l個(gè)碼片，從中選取一個(gè)主碼片，將剩余 的N-i個(gè)碼片復(fù)制給車輛i+Ι ；最后方的車輛保存得到的的所有碼片，留待繼續(xù)分配給可能 新出現(xiàn)的后方車輛，或負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)所有剩余碼片。在擦除編碼機(jī)制的多個(gè)相關(guān)參數(shù)中，碼片大小b可根據(jù)需要而調(diào)整，是決定轉(zhuǎn)發(fā) 效率的重要因素；體積過大的碼片會(huì)在有限的相遇時(shí)間內(nèi)無法完全傳輸，體積過小的碼片 則需要更多的車輛參與轉(zhuǎn)發(fā)，一方面加強(qiáng)了對(duì)車流穩(wěn)定拓?fù)涞囊?，另一方面浪費(fèi)了可用 帶寬，從而帶來更大的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)。本部分將以路段i向路段j的轉(zhuǎn)發(fā)為例，計(jì)算實(shí)際情況下 擦除編碼所應(yīng)該采用的碼片大小。本部分約定采用如下參數(shù)表示T1 車輛位于路口區(qū)域的時(shí)間，即相遇時(shí)間；民路口區(qū)域半徑，即通信模塊的有效通信距離；W 車載無線通信模塊的理想傳輸帶寬；Dsend 路口處車輛的實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送速率；C 無線通信信道容量上界；Ploss 傳輸丟包率；N./Nj 路口處發(fā)送方/接收方的車輛數(shù)目；dth:車輛行駛安全間距；
υ k 路段k(k = i，j)上的車輛行駛平均速度；Pk:路段k上的車輛密度；λ k 路段k上的車輛到達(dá)速率。碼片大小的選擇需要考慮發(fā)送車輛在路口區(qū)域的停留時(shí)間、車輛間的實(shí)際通信帶 寬、與目標(biāo)車輛的相遇概率以及傳輸丟包率等多個(gè)因素，其計(jì)算方法表示如下b= ^X(I-Ploss)XT1XDsend(1)其中T1為發(fā)送方車輛處于路口區(qū)域的時(shí)間，取乃 ^ (2)
V1Dsend為車輛的實(shí)際傳輸速率，由無線通信設(shè)備理想傳輸帶寬、路口處同時(shí)發(fā)送消 息的車輛數(shù)目以及無線通信容量上界共同決定。假設(shè)路口處發(fā)送方車輛的數(shù)目分別為Ni,則路口處車輛的實(shí)際發(fā)送速率 DSend = min(§-,W)⑶為計(jì)算路口處同時(shí)發(fā)送消息的車輛數(shù)目，需要考慮兩種情況。第一種情況是當(dāng)路 面車輛較為稀疏時(shí)，我們認(rèn)為車輛的移動(dòng)相互獨(dú)立，此時(shí)我們假設(shè)路段k(k = i，j)上車輛 的到達(dá)過程為參數(shù)為Xk的泊松過程；第二種情況是當(dāng)路面車輛較為密集時(shí)，車輛的移動(dòng)會(huì) 相互影響。我們將車輛行駛安全距離dth作為判斷路面車輛分布疏密的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)車輛平均間 距大于安全行駛距離時(shí)，認(rèn)為車輛獨(dú)立行駛，反之則認(rèn)為車輛行駛相互影響。具體的路口處 車輛到達(dá)率計(jì)算方式如下\ =f“ Pl ^ Y (4)
lit for ^ ^ -L··其中，第一種情況是車輛平均間距大于安全行駛距離時(shí)；第二種情況是車輛平均 間距小于等于安全行駛距離時(shí)。當(dāng)車輛密度改變時(shí)，Ni有不同取值，具體計(jì)算如下
iff 虹~>盤；N1= —ψ for ^ < Λ, < ^； (5)
、1for A1 <其中，第一種情況為車輛平均間距等于安全行駛距離時(shí)；第二種情況為車輛平均 間距大于安全行駛距離且有多個(gè)發(fā)送車輛時(shí)；第三種情況為路口處只有一個(gè)發(fā)送車輛時(shí)。由公式O) (5)帶入公式(1)中，可以計(jì)算得到需要?jiǎng)澐值拇a片大小。在上式中，β作為一個(gè)概率因子，用來表示車輛間的機(jī)會(huì)性相遇給轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的設(shè) 計(jì)帶來的影響，我們將其近似表示為發(fā)送方車輛在處于路口區(qū)域的時(shí)間內(nèi)至少遇到一個(gè)接 收方車輛的概率β = ρ (Nj(Ti)>1) =l-e、Pltjss為在路口處進(jìn)行消息發(fā)送的數(shù)據(jù)丟包率，可以根據(jù)線下測(cè)量統(tǒng)計(jì)得到。消息轉(zhuǎn)發(fā)過程由于使用了擦除編碼機(jī)制，因此消息是否轉(zhuǎn)發(fā)成功的判斷成為路口轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制設(shè)計(jì) 的難點(diǎn)。消息轉(zhuǎn)發(fā)過程需要在不造成消息丟失的前提下保障雙方車流能準(zhǔn)確獲取消息是否 成功轉(zhuǎn)發(fā)的信息。消息轉(zhuǎn)發(fā)過程包括源車流的消息發(fā)送機(jī)制以及目標(biāo)車流的消息確認(rèn)機(jī)制。a)消息發(fā)送機(jī)制若發(fā)送方車輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則該車輛在進(jìn)入路口區(qū)域后即開始廣播自己持有的 分片，優(yōu)先廣播本節(jié)點(diǎn)的主碼片；若發(fā)送方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則停止在最前方的車輛會(huì)嘗 試發(fā)送本地持有的所有碼片。b)消息確認(rèn)機(jī)制若接收方車輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則其所屬車流中的任意車輛都會(huì)在成功接收一碼片 之后向發(fā)送方車流回復(fù)ACK作為該碼片的接收確認(rèn)，所有聽到這條確認(rèn)消息的其他車輛均 不會(huì)對(duì)收到的相同碼片作重復(fù)確認(rèn)；若接收方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則由停止的頭部車輛負(fù) 責(zé)消息碼片的接收與確認(rèn)。消息重組過程對(duì)于源車流上的車輛，當(dāng)其駛出起始處路口范圍以后，統(tǒng)計(jì)收到的ACK數(shù)目Na。k， 若Na。k <M/b，則在頭部車輛上保留碼片拷貝，在剩余車輛上刪除碼片拷貝，等待下一次的 轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)會(huì)；若Na。k ^ M/b，則刪除所有本地存有碼片的拷貝。消息重組過程對(duì)于目標(biāo)車流上的車輛，當(dāng)其駛出路口范圍后，即嘗試將收到的碼片向前轉(zhuǎn)發(fā)，直 至遇到持有第一個(gè)碼片的頭部車輛，在其上完成消息重組，若收到的碼片數(shù)量不足以恢復(fù) 出原有消息，則在本地緩存中刪除所有收到的碼片。在真實(shí)環(huán)境下的路面交通中，可能存在這樣一種情況，即運(yùn)行中的車流被紅綠燈 截?cái)喑蔀榍昂髢蓚€(gè)部分，此時(shí)若采用本發(fā)明的消息重組機(jī)制，雖然可能會(huì)由于消息碼片接 收情況的誤判造成路口轉(zhuǎn)發(fā)的失敗，但是卻不會(huì)因此帶來數(shù)據(jù)包的丟失。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清晰明了，以下結(jié)合具體實(shí)例，以及轉(zhuǎn)發(fā) 流程圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。消息轉(zhuǎn)發(fā)流程以進(jìn)入新的路段為開始，以駛出路口范圍為結(jié)束，圖2是消息轉(zhuǎn)發(fā) 流程圖，其中圖加是發(fā)送方消息轉(zhuǎn)發(fā)流程圖，圖2b是接收方消息轉(zhuǎn)發(fā)流程圖，具體的轉(zhuǎn)發(fā) 步驟如下1、發(fā)送方的車輛將持有數(shù)據(jù)通過多跳無線鏈路向前發(fā)送至當(dāng)前方向車流中最前 方的車輛；2、最前方的車輛將接收到消息進(jìn)行分類，將需要在下一路口處沿相同方向轉(zhuǎn)發(fā)的 消息共M字節(jié)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，按冗余率r將其編碼為N = (MX (1+r)) /b個(gè)碼片；3、頭部車輛保留所有碼片，從中任意選取一個(gè)主碼片，將剩余的N-I個(gè)碼片復(fù)制 給后方車輛；后方車輛保存收到的N-I個(gè)碼片，從中選取一個(gè)主碼片，將剩余的N-2個(gè)碼片 復(fù)制給下一車輛；最后方的車輛保存得到的的所有碼片，留待繼續(xù)分配給可能新出現(xiàn)的后 方車輛，或負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)所有剩余碼片；4、進(jìn)入路口區(qū)域后，發(fā)送方車輛開始串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，接收方車輛回復(fù)ACK。車輛 首先廣播當(dāng)前持有的主分片，而其他參與轉(zhuǎn)發(fā)的車輛則偵聽當(dāng)前發(fā)送行為以及ACK狀態(tài)， 決策自己的發(fā)送內(nèi)容以避免重復(fù)發(fā)送；5、駛出路口區(qū)域的發(fā)送方車輛統(tǒng)計(jì)收到的ACK數(shù)目，接收方車輛統(tǒng)計(jì)接收到的碼 片，以判斷轉(zhuǎn)發(fā)是否成功。若收到的ACK數(shù)目Na。k，且Na。k < M/b,則轉(zhuǎn)發(fā)不成功，發(fā)送方車輛繼續(xù)持有數(shù)據(jù)等待下次轉(zhuǎn)發(fā)，接收方車輛刪除接收到的碼片；若Na。k ^ M/b，則轉(zhuǎn)發(fā)成功，發(fā) 送方車輛刪除持有數(shù)據(jù)，而接收方車輛則解碼出原有數(shù)據(jù)，并進(jìn)入下一次的轉(zhuǎn)發(fā)流程。
權(quán)利要求
1.一種基于車輛協(xié)作的車載網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，用于在路口處進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，具體 包括以下步驟1)進(jìn)入一個(gè)路段，發(fā)送方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)的M字節(jié)數(shù)據(jù)包向前發(fā)送至當(dāng)前路段中最前方 車輛；2)最前方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)的M字節(jié)數(shù)據(jù)按照碼片大小b進(jìn)行分片并編碼，得到N個(gè)碼片， 按照如下規(guī)則分發(fā)碼片最前方車輛保留所有碼片，從中任意選取一個(gè)做為主碼片，其余N-I個(gè)碼片復(fù)制給后 方車輛；依次類推，最后方的車輛保存得到的所有碼片；3)進(jìn)入路口區(qū)域，發(fā)送方車輛優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)主碼片，接受方車輛回復(fù)ACK確認(rèn)，聽到確認(rèn)消 息的其他車輛不對(duì)收到的相同碼片作重復(fù)確認(rèn)；4)駛出路口區(qū)域的發(fā)送方車輛統(tǒng)計(jì)收到的ACK數(shù)，接收方車輛統(tǒng)計(jì)接收到的碼片數(shù)， 若發(fā)送方車輛收到的ACK數(shù)小于M/b,則轉(zhuǎn)發(fā)不成功，發(fā)送方車輛繼續(xù)持有數(shù)據(jù)等待下次轉(zhuǎn)發(fā)，接收方車輛刪除接收到的碼片；若發(fā)送方車輛收到的ACK數(shù)大于等于M/b，則轉(zhuǎn)發(fā)成功，發(fā)送方車輛刪除持有數(shù)據(jù)，而 接收方車輛解碼出原有數(shù)據(jù)，并進(jìn)入下一次的轉(zhuǎn)發(fā)流程。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1)發(fā)送方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)通過 多跳無線鏈路向前發(fā)送至當(dāng)前路段中最前方的車輛。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)采用擦除編碼機(jī)制進(jìn)行編碼，碼 片數(shù)N = (MX (l+r))/b, r為冗余率，b為編碼得到的碼片大小。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，碼片大小b的取值，b= β X (I-P1J XT1XDsend,其中T1:車輛位于路口區(qū)域的時(shí)間； Dsend 路口處車輛的實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)送速率； Ploss 傳輸丟包率； β 概率因子。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述車輛位于路口區(qū)域的時(shí)間由路口區(qū)域 _ 2Ri半徑計(jì)算得出 ；其中R1為路口區(qū)域半徑，Vi 發(fā)送方車輛行駛平均速度。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述路口處車輛的實(shí)際發(fā)送速率 Dsend = mm(是，W)，Ni為發(fā)送方車輛的數(shù)目，C 無線通信信道容量上界，W 車載無線通信 模塊的理想傳輸帶寬
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述概率因子β為發(fā)送方車輛在路口區(qū)域 的時(shí)間內(nèi)至少遇到一個(gè)接收方車輛的概率β = Ρ (NXX)^1) =1—e jT Pltjss為在路口處進(jìn)行消息發(fā)送的數(shù)據(jù)丟包率，根據(jù)線下測(cè)量統(tǒng)計(jì)得到。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)若發(fā)送方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則 停止在最前方的車輛發(fā)送本地持有的所有碼片。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)若接收方車輛處于停止?fàn)顟B(tài)，則 由停止的最前方車輛接收碼片的接收并確認(rèn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于車輛協(xié)作的車載網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方法，用于在路口處進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，到達(dá)路口前，發(fā)送方車輛將待轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行分片并編碼，得到N個(gè)碼片，最前方車輛保留所有碼片，從中任意選取一個(gè)主碼片，將剩余的N-1個(gè)碼片復(fù)制給后方車輛，依次類推；進(jìn)入路口區(qū)域，發(fā)送方車輛優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)持有的主碼片，接受方車輛回復(fù)ACK確認(rèn)；駛出路口區(qū)域，發(fā)送方車輛統(tǒng)計(jì)收到的ACK數(shù)目，接收方車輛統(tǒng)計(jì)接收到的碼片，判斷出是否轉(zhuǎn)發(fā)成功。本發(fā)明通過利用同向行駛車輛協(xié)作的方法實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能在不帶入太多額外開銷的前提下有效提高真實(shí)公路交通環(huán)境下沿不同向行駛車輛間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)成功率，并降低端到端的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)。
文檔編號(hào)H04W40/20GK102118822SQ200910244480
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者周新運(yùn), 孫利民, 牛建偉, 田銳 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院軟件研究所