一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，該方法首先對分布式存儲問題進行建模，利用二部圖匹配，實現(xiàn)了每個車載節(jié)點發(fā)送的車載請求標識信息在不相同的條件下、最優(yōu)的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，保證了車載網(wǎng)絡能夠響應最多車載請求標識信息；然后對路邊單元存儲的重復網(wǎng)絡信息進行清理，避免了多個路邊單元響應同一車載請求標識信息帶來的資源浪費，同時不影響已經(jīng)滿足的車載請求標識信息；最后收集尚未滿足的車載請求標識信息，對于清理路邊單元獲得的空余存儲空間，進行二次分配，直到每個路邊單元沒有空余存儲空間，或者該路邊單元收到的全部車載請求標識信息都已響應，或者剩下的車載請求標識信息已無法滿足。本發(fā)明方法提升了存儲資源利用率和數(shù)據(jù)響應率，保證了車載網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)服務質(zhì)量。
【專利說明】—種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，更特別地說，是指在路邊基礎設施和移動車輛構成的場景中的一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法。
【背景技術】
[0002]2010年5月第I版，董東，周丙寅編著《計算機算法與程序設計實踐》，第334頁。如果圖G的頂點集可以劃分為兩部分X和Y，使得G中每條邊的兩個端點一個在X中，而另一個在Y中，則稱G是二部圖。X和Y稱為G的二部劃分，記為G = (X，Y，E)，E為邊。
[0003]車載網(wǎng)絡是由移動的車輛、固定的路邊基礎設施及信息中心構成的，在路邊基礎設施上部署了能夠與信息中心通信的、大存儲容量的智能設備(稱之為路邊單元)，在車輛上部署了具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲和無線通信能力的傳感器節(jié)點(稱之為車載節(jié)點)。車載網(wǎng)絡通過車載節(jié)點與路邊單元的通信(vehicle to infrastructure,V2I)以及車載節(jié)點之間的通信(vehicle to vehicle, V2V),實現(xiàn)了信息傳輸?shù)膹V泛覆蓋,拓展了信息傳輸?shù)姆秶蜕疃?，同時簡化了大規(guī)模的網(wǎng)絡部署。車載網(wǎng)絡具有車載節(jié)點高速移動、車輛運動有規(guī)律性、路邊單元支持網(wǎng)絡接入等特點，其應用范圍廣泛，可用于安全預警、協(xié)助駕駛、分布式交通信息發(fā)布、多媒體信息共享與娛樂等多種智慧服務，從而極大地改善了駕駛安全性和交通運輸?shù)男省ｊP于V2V以及V2I通信模式請參考文獻6。
[0004]車載節(jié)點與路邊單元的通信(V2I)是車載網(wǎng)絡中一種重要的通信模式，在V2I通信模式中，路邊單元能夠從信息中心獲取網(wǎng)絡信息，并將網(wǎng)絡信息存儲在本地設備中，車載節(jié)點能夠向路邊單元發(fā)送車載請求標識信息，并接收路邊單元發(fā)送的網(wǎng)絡信息。在此過程中，信息中心如何決定將哪些網(wǎng)絡信息分發(fā)到哪些路邊單元中，以響應盡可能多的車載請求標識信息，是一個關鍵問題。
[0005]由于車輛行駛導致車載網(wǎng)絡拓撲的快速變化，路邊單元的存儲空間有限，同一網(wǎng)絡信息可能被多個車載節(jié)點請求，致使最優(yōu)的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法成為NPC(non-deterministic polynomial complete)問題，無法在多項式時間內(nèi)求解，不具有實用價值。因此，如何設計高效的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，在多項式時間內(nèi)計算出網(wǎng)絡信息在路邊單元中的存儲情況，并保證較高的數(shù)據(jù)響應率，提升車載網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務的質(zhì)量，成為研究的重點和難點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了提高車載網(wǎng)絡分布式存儲的數(shù)據(jù)響應率，同時降低存儲方案計算的時間開銷，本發(fā)明采用一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法。該方法首先對分布式存儲問題進行建模，利用二部圖匹配，實現(xiàn)了每個車載節(jié)點發(fā)送的車載請求標識信息在不相同的條件下、最優(yōu)的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，保證了車載網(wǎng)絡能夠響應最多車載請求標識信息；然后對路邊單元存儲的重復網(wǎng)絡信息進行清理，避免了多個路邊單元響應同一車載請求標識信息帶來的資源浪費，同時不影響已經(jīng)滿足的車載請求標識信息；最后收集尚未滿足的車載請求標識信息，對于清理路邊單元獲得的空余存儲空間，進行二次分配，直到每個路邊單元沒有空余存儲空間，或者該路邊單元收到的全部車載請求標識信息都已響應，或者剩下的車載請求標識信息已無法滿足。本發(fā)明方法提升了存儲資源利用率和數(shù)據(jù)響應率，保證了車載網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)服務質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明是一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，其包括有下列步驟:
[0008]步驟一:構造二部圖
[0009]先設置一個空的二部圖G= (X，Y, Ε) ,X表示左邊頂點,Y表示右邊頂點,E表示邊；然后向所述空的二部圖G= (X, Y, E)的X中填入元素，形成具有左頂點的二部圖Gx;然后構造一個具有存儲容量的存儲位置，并將存儲位置填入所述具有左頂點的二部圖Gx的Y中，
形成具有左右頂點集的~ 部圖Gx+Y;最后以頂點匹配條件e ? ε Ur且g ABv
來判斷所述具有左右頂點集的二部圖Gx+Y中的X與Y是否連邊，得到具有頂點和邊的二部
圖Gf %
[0010]步驟二:求出二部圖最大匹配子圖
[0011]若具有頂點和邊的二部圖Gf rf的邊集E不為空，則采用匈牙利算法獲取最大匹
配子圖GB =〈(X，Y), EB> ;若具有頂點和邊的二部圖Gf y的邊集E為空，則結(jié)束分布式存
儲，且輸出車載分配結(jié)果DI;
[0012]步驟三:分配、清理網(wǎng)絡信息
[0013]對所述最大匹配子圖GB =〈(X，Y)，EB>進行網(wǎng)絡信息分配，獲得車載分配結(jié)果為
W=PwUi2sI;然后逐個判斷所述D/=…嚴I中的各個元素中路邊
單元個數(shù)是否大于I;若路邊單元個數(shù)大于1，則進行不同路邊單元的同一網(wǎng)絡信息對應的車載節(jié)點的清理；若路邊單元個數(shù)小于等于1，則放棄對路邊單元分配到的網(wǎng)絡信息的清理；然后對于清理后的路邊單元按照存在車載節(jié)點的個數(shù)進行排序，排序后的路邊單元分為首位和其他位的分別處理；對于首位的路邊單元要保留其的存儲位置，對于首位之后的其他位置的路邊單元要進行是否為空的判斷，空為記錄存儲位置，不為空則放棄清理；然后對清理得到的中間結(jié)果進行所屬車載節(jié)點的賦值；
[0014]步驟四:二次分配、更新二部圖頂點集
[0015]去除車載請求標識信息=.{/、/廣…，中與連邊的左頂點相關的數(shù)字標識
號，得到二次分配的車載請求標識信息=={Z(,并將元素Z加入空的
二部圖的左頂點的標識中；然后對已經(jīng)分配有網(wǎng)絡信息的存儲位置進行去除全網(wǎng)存儲位置的并集處理，得到二次分配的全網(wǎng)存儲位置，最后將二次分配的全網(wǎng)存儲位置中的元素加入加入二部圖的右頂點，從而實現(xiàn)了干次的分配。
[0016]本發(fā)明基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法有如下優(yōu)點:
[0017]1.本發(fā)明基于二部圖，將車載網(wǎng)絡分布式存儲問題轉(zhuǎn)化為二部圖最大匹配問題，降低了求解的計算復雜度，能夠在多項式時間內(nèi)計算出分配方案。[0018]2.本發(fā)明將車載節(jié)點、路邊單元映射到二部圖的左右頂點上，以左右頂點連邊表示車載請求標識信息與路邊單元存儲位置之間的對應關系，使得信息中心的網(wǎng)絡信息分配更加直觀，使得問題的描述和展示更加明晰。
[0019]3.本發(fā)明方法通過清理冗余分配避免了不同路邊單元響應相同車載請求標識信息所造成的資源浪費，提升了車載網(wǎng)絡存儲空間的利用率。
[0020]4.本發(fā)明方法對清理路邊單元產(chǎn)生的空余存儲空間進行二次分配，直到每個路邊單元沒有空余存儲空間，或者該路邊單元的全部車載請求標識信息都已響應，或者剩下的車載請求標識信息已無法滿足，提升了數(shù)據(jù)請求的響應率，保證了車載網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)服務質(zhì)量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡的分布式存儲的處理流程圖。
[0022]圖2是本發(fā)明基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲的流程圖。
[0023]圖3是在當前存儲周期里多個車載節(jié)點和路邊單元構成的車載網(wǎng)絡示意圖。
[0024]圖3A是在下一個存儲周期里多個車載節(jié)點和路邊單元構成的車載網(wǎng)絡示意圖。
[0025]圖4A是本發(fā)明基于二部圖的左右頂點與邊的關系示意圖。
[0026]圖4B是圖4A的最大匹配子圖示意圖。
[0027]圖4C是對圖4B執(zhí)行清理后的二部圖示意圖。
[0028]圖4D是執(zhí)行二次分配時的二部圖的左右頂點的示意圖。
[0029]圖5是本發(fā)明方法與其它方法進行車載網(wǎng)絡分布式存儲的數(shù)據(jù)響應率對比圖。
[0030]圖6是本發(fā)明方法與其它方法進行車載網(wǎng)絡分布式存儲的平均響應時延對比圖。
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0032]參見圖1所示，一個常規(guī)車載網(wǎng)絡系統(tǒng)中包括有多個路邊單元、多個車載節(jié)點和一個信息中心IC ;車載節(jié)點與路邊單元的通信為V2I，車載節(jié)點之間的通信為V2V，信息中心IC與路邊單元的通信為Internet網(wǎng)絡。信息中心IC中存儲的網(wǎng)絡信息為兩部分,一部分是車載網(wǎng)絡信息內(nèi)容content,另一部分是所述車載網(wǎng)絡信息內(nèi)容content對應的數(shù)字標識號ID，ID = I, 2，…，Z，Z表示數(shù)字標識號的個數(shù)，為了方便下文說明，Z也代表任意一個數(shù)字標識號，同時也可以是最后一個車載網(wǎng)絡信息內(nèi)容content對應的數(shù)字標識號。若用表格形式表達網(wǎng)絡信息如下表。
[0033]
【權利要求】
1.一種基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，任意一所述車載網(wǎng)絡中包括有多個路邊單元、多個車載節(jié)點和一個信息中心IC ;車載節(jié)點與路邊單元的通信為V2I，車載節(jié)點之間的通信為V2V,信息中心IC與路邊單元的通信為Internet網(wǎng)絡； 路邊單元采用集合形式表達為RD = {R1，R2, -,RrI ； 車載節(jié)點采用集合形式表達為VD = {V1, V2，…，VnI ；
2.根據(jù)權利要 求1所述的基于二部圖的車載網(wǎng)絡分布式存儲方法，其特征在于:數(shù)據(jù)響應率提高了 10%。
【文檔編號】H04L29/08GK103812933SQ201410038091
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權日:2014年1月26日
【發(fā)明者】唐曉嵐, 蒲菊華, 謝彧, 陳佳, 韓曉輝, 熊璋 申請人:北京航空航天大學深圳研究院