基于异构车联网的合作式数据分发系统及数据分发方法与流程

本发明属于交通通信领域，涉及一种基于异构车联网的合作式数据分发系统及数据分发方法。

背景技术：

车联网(internetofvehicles)是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。通过gps、rfid、传感器、摄像头图像处理等装置，车辆可以完成自身环境和状态信息的采集；通过互联网技术，所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器；通过计算机技术，这些大量车辆的信息可以被分析和处理，从而计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况和安排信号灯周期。

异构网络(heterogeneousnetwork)是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机，网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。不同类型的网络，通过网关连接到核心网，最后连接到internet网络上，最终融合成为一个整体。在车联网中，不同通信场景采用同种通信技术往往保证不了通信效果,需要将wi-fi、wave/802.11p、3g等多种通信技术应用在车联网的不同场景中组成异构车联网。

由于车辆的移动特性，导致车辆提交的服务无法在单个无线接口下完成，需要多个无线接口的合作式数据分发才能完成服务，但是目前没有一种较好的合作式数据分发系统和数据分发方法，以达到较高系统服务率(即完成的服务数量除以系统提交的服务数量)。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数据分发系统和数据分发方法，以协调不同的无线接口的无线资源，自适应地调整无线接口的数据广播策略，以提高系统服务率。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种基于异构车联网的合作式数据分发系统，该系统包括：

中央调度器，用于根据接收信息进行数据分发策略优化，将优化后的控制信息输出；

多个无线基础设施，排布于车辆行驶的道路侧旁，用于与移动车辆无线通信连接；

所述中央调度器通过骨干网络与无线基础设施通信连接。

进一步的是，所述无线基础设施用于与骨干网络通信连接的无线接口为wifi或蜂窝或dsrc的路侧单元中的任意多种组合。

进一步的是，所述无线基础设施通过有线连接与中央调度器通信连接。

由于车辆的移动特性，导致车辆提交的服务无法在单个无线接口下完成，需要多个无线接口的合作式数据分发才能完成服务。通过设置本系统，可以较好的对移动车辆进行分发数据工作。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种数据分发方法，用于根据接收信息进行数据分发策略优化，将优化后的控制信息输出，包括以下操作步骤：

s1:构建可调度服务请求集合；所述可调度服务请求集合内的服务请求可以在其截止日期前通过无线接口接收完所有请求数据项；每个所述服务请求均属于当前无线接口的服务范围内；

s2:获取每个属于可调度服务请求集合的服务请求优先级；

s3:根据服务请求优先级，选择广播的数据项集合，分发数据。

进一步的是，所述构建可调度服务请求集合包括以下操作：

1)根据服务请求在当前无线接口的停留时间和服务截止日期，获取最迟完成时间；

2)获取服务请求在截止日期前能为服务请求服务的无线接口集合；

3)获取所述服务请求在截止日期之间能够从无线接口集合中接收到的最大数据量；

4)比较所述服务请求未接受的数据量和所述最大数据量，判断所述服务请求是否属于截止日期前会被服务完成的请求集合；

当所述服务请求是属于截止日期前会被服务完成的请求，则该请求集合为可调度集合。

进一步的是，所述获取每个属于可调度服务请求集合的服务请求优先级包括以下操作步骤：

1)获取服务请求在无线接口下需要接收数据量占未接收数据量的比例；

2)获取广播服务请求未接收数据项所能受益的平均服务数量；

3)根据所述平均服务数量和所述需要接收数据量占未接收数据量的比例，得到服务请求的优先级。

进一步的是，所述选择广播的数据项集合包括以下操作：

1)按照优先级从高到低顺序，选择待广播的服务请求；

2)计算每个服务请求接收的广播数据项；

3)根据未完成数据项的可受益服务请求数，从高到低选择直至填满整个调度区间。

进一步的是，根据服务比率越高、截止服务时间越短、广播数据项服务请求越多，从高到低排列广播的服务请求优先级。

进一步的是，所述服务请求信息包括，未收到的数据集合、服务截至时间、能为其提供服务的无线接口集合及在每个无线接口中的停留时间区间。

本一种基于异构车联网的合作式数据分发系统及方法可协调不同的无线接口的无线资源，自适应地调整无线接口的数据广播策略，以提高系统服务率。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的基于异构车联网的合作式数据分发系统的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本发明提供了一种基于异构车联网的合作式数据分发系统，该系统包括：

中央调度器1，用于根据接收信息进行数据分发策略优化，将优化后的控制信息输出；

多个无线基础设施2，排布于车辆行驶的道路侧旁，用于与移动车辆3无线通信连接；

所述中央调度器1通过骨干网络4与无线基础设施2通信连接。

图1显示了基于异构车联网的数据分发系统的服务架构。在该架构下，路网上分布着各种无线基础设施2，装备着不同的无线接口，包括wifi、蜂窝、dsrc的路侧单元等，为在其服务范围内的移动车辆3提供数据服务。所有的无线接口都与后备骨干网络4相连，进行数据交互。无线基础设置可以将自身状态，包括等待的服务状况，数据传输速率等通过有线连接发送给中央调度器1。而基于这些状态信息，中央调度器1进行数据分发策略优化，将优化后的控制信息通过有线连接发送给无线基础设施2，以达到无线接口的数据分发策略集中控制。

车辆在无线基础设施2的覆盖范围内可以接受其广播的数据，但由于车辆的移动特性，导致车辆提交的服务无法在单个无线接口下完成，需要多个无线接口的合作式数据分发才能完成服务。

在本系统的服务架构下，无线接口集合n＝{n1,n2,...}，每个无线接口的异构特性用传输速率tr(nj)表征。在t时刻，每个无线接口覆盖范围内的等待服务集合为rj(t)。具体地，每个服务rk的截至日期为sdk，且未接收的数据集合为每个服务rk会请求多个数据，即中有多个数据项。且不同的服务数据集合可能存在交集，即请求相同的数据,即另外，提交该服务的车辆未来轨迹所覆盖的无线接口集合为ik，且其在每个无线接口nj∈ik的停留区间为[etjk,ltjk]。若服务rk可以在服务截至日期sdk之前接收所有请求的数据，则视为服务完成。否则该服务视为失效。本发明提出的合作式数据分发方法目的在于协调不同的无线接口的无线资源，自适应地调整无线接口的数据广播策略，以提高系统服务率，即完成的服务数量除以系统提交的服务数量。

步骤1，构建可调度的服务请求集合srj(t)，该集合内的服务请求可以在其截止日期前通过无线接口接收完所有请求数据项。目的在于排除不可调度的服务请求，以提高带宽利用效率。

输入参数为：

①单个无线接口的传输速率为；

②t时刻，无线接口覆盖范围内等待的服务请求集合；

③每个请求相关的三个属性，包括未收到的数据集合，服务截至时间和能为其提供服务的无线接口集合及包括在每个无线接口中的停留时间区间。

操作过程：

对于每个服务请求，属于当前无线接口的服务范围；

第一，根据服务请求在当前无线接口的停留时间和服务截止日期，计算最迟完成时间；

第二，计算服务请求在截止日期前能为其服务的无线接口集合；

第三，计算该服务请求在截止日期之间能够从无线接口集合中接收到的最大数据量；

第四，比较服务请求未接受的数据量和第三步中的可接收最大数据量，来判断该服务请求是否属于在截止日期前有潜力被服务完成的请求；

输出：在当前无线接口服务范围内在截止日期前有潜力完成的服务请求集合，称之为可调度集合。

具体算法如下：

算法输入：

①t时刻，单个无线接口nj的传输速率为tr(nj)和等待服务的集合rj(t)；

②每个rk∈rj(t)有三个属性其中为未收到的数据集合，sdk为服务截至时间和ik为车辆vk未来轨迹被其服务范围覆盖的无线接口集合。具体地，[etjk,ltjk]为vk在无线接口nj服务范围内的停留时间区间；

③在nj服务范围内请求di的服务数量，即

④l为单个时间片内可广播的最大数据量；

算法输出：无线接口nj在单位时间片内的数据广播集合bj(t)。

步骤1:产生可调度请求集合srj(t)；

1)for每个服务rk∈rj(t)do；

2)计算服务rk的最迟完成时间

3)计算服务rk的可用无线接口集合

4)计算rk的最大可能接受数据量

5)if服务rk的未接收数据量小于它的最大可能接收数据量,即

6)rk则被认为是可调度的服务,即srj(t)←srj(t)∪rk；

7)endif；

8)endfo；

步骤2，计算每个属于可调度请求集合的服务请求优先级。该步骤的目的在于确定每个服务请求被无线接口服务的先后顺序，为第三步的广播数据项选择提供最适合的服务请求。

输入参数：可调度请求集合。

操作过程：

第一，计算服务请求在该无线接口下需要接收数据量占未接收数据量的比例；

第二，计算广播服务请求未接收数据项所能受益的平均服务数量；

第三，根据上述情况，计算服务请求的优先级；

输出参数：每个服务请求的优先级；

该优先级的设计原则有三条：

①服务比率越高，说明服务请求被当前无线接口服务的需求越高，因此优先级越高；

②截止服务时间越短，说明服务请求越紧急，因此优先级越高；

③广播效应越好，说明一次广播数据项可以服务更多的请求，因此优先级越高；

具体算法如下：

计算服务rk∈srj(t)的优先级；

1)for每个服务rk∈srj(t)do；

2)计算需要无线接口nj广播的数据量比例,即

3)计算广播中的数据所能受益的平均服务数量,即广播效应

4)计算优先级函数

5)endfor；

步骤3，选择广播的数据项集合。该步骤的目的在于确定每个被选中的服务请求需要进行广播的数据项。通过该步骤，可以使更多的服务请求接受到所需要的数据项，以提高广播效应和满足更多服务请求数量，提高带宽利用效率。

输入参数：

①每个服务请求的优先级；

②每个服务请求的未完成数据项可受益服务请求数；

操作过程：

按照优先级从高到低顺序，选择待广播的服务请求；

计算每个服务请求该接收的广播数据项；

根据未完成数据项的可受益服务请求数，从高到低选择直至填满整个调度区间。

输出：单位时间内无线接口的数据项广播集合。

具体算法如下：

计算无线接口nj待广播的数据集合bj(t)；

1)累计广播数据量ct＝0；

2)待广播的数据集合

3)whilect＜l；

4)选择srj(t)中优先级最高的服务,即

5)计算rk待广播的数据量

6)在集合中选择α(di)值前lj高的数据项放入广播集合bj(t)；

7)srj(t)←srj(t)\rk；

8)ct＝ct+lj；

9)endwhile；

10)输出无线接口nj待广播的数据集合bj(t)；

本一种基于异构车联网的合作式数据分发系统及方法可协调不同的无线接口的无线资源，自适应地调整无线接口的数据广播策略，以提高系统服务率。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。