专利名称：一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法
技术领域：
本发明申请涉及车载自组织网络(Vehicular Ad-hoc Networks, VANETs,简称车载网)中数据分发的方法，尤其涉及一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法。本发明有助于提高车载网中数据的分发速率。本发明通过对分发数据进行符号位编码，结合优化行程长度编码，动态规划，模糊平均秩等技术，使用基于编码、数据有效性的协同数据广播分发机制，来完成车载网中数据的分发，满足了在车载网中高效的数据分发需求，从而为交通安全和车辆间的娱乐等应用提供分发支持，属于网络通信技术领域。
背景技术：
车载网已经成为一种非常具有应用前景的新型无线数据分发网络，如果能够在车载网中快速、高效地将数据广播给车辆，那么将有效地提高网络吞吐量、降低时延，从而可以快速发送关于交通状况的信息，或者音频、视频等，对提高交通安全和车辆间的娱乐等都具有决定性的作用。由此可见车载自组织网络中基于符号位编码的数据分发方法可以帮助改善道路驾驶情况和提高驾车过程中的娱乐体验。网络编码是一种对数据包进行编码后再分发的方法，目前在车载网中已有一些应用，但是不同的编码技术用在车载网数据分发中的效果是不同的。目前存在的车载网中的数据分发技术可以分为两大类:1)传统的数据分发机制，主要采用泛洪广播、区域广播、超集广播和自裁减广播等；2)基于网络编码的数据分发机制，具有代表性的有基于车辆发送请求的协同分发机制SPAWN、基于半请求的车辆协同分发机制AdTorrent、基于车辆发送请求的紧急视频分发流、基于退避时延的启发式中继选择VC-MAC机制、通过调整控制信道和服务信道的时间比来提高数据分发的性能的信道划分机制、无线Mesh网络中一种基于网络编码的可靠广播机制等。现有的基于网络编码的车载网数据分发技术，例如，Codetorrent，通常将较大的数据文件分为多个数据块，对数据块中同一位置的数据包进行编码。在被编码后的数据编码片的分发中，任何位的传输错误都会导致数据片失效，因而大大降低了编码分发的性能。各种基于网络编码的数据分发机制基本原理相似，可以参见如
图1所示的示例。该图以车载网中车辆与基站交互路况信息为例，其中S表示交通信息资源发布点，负责监控路口 1，路口 2的交通状况信息，信息文件用集合{A，B}表示，AP1, AP2, AP3通过有线宽带与S连接，负责信息广播。Vl，V2为主干道上相向行驶的两车，当两车到达AP2的广播范围时，若AP2对文件A，B进行XOR异或编码，在理想情况下，仅一次分发就可分别告知两车其前方路口路况信息。网络编码应用在车载网中，不仅可以提高网络多播的分发容量，达到网络多播理论的分发上限，还有提高网络吞吐量，平衡网络链路的负载，减小数据分发的路径时延等优势，并且，随着车载网应用的增多，网络编码在该领域的应用已得到了日益广泛的关注。但是，用于车载网的网络编码，只有在收到正确的数据包时才存储编码转发该数据包，这样数据分发的效率将会很低，特别是发送大数据文件时，缺点将尤为突出。
发明人在研究过程中发现以上方案均存在着以下不足:一方面，目前应用在车载网中的网络编码技术，在一定程度上影响编码效率和编码速度；另一方面，目前用于车载网的中继选择策略基于信道质量，而没有考虑到车辆拥有的数据的有效性，导致节点每次广播数据可能会分发大量的冗余数据；再者，目前车载网的数据分发机制有较大的局限性，只能用来分发较小的文件。
发明内容
本发明要解决的问题是:网络编码有益于车载网数据分发，但目前应用于车载网的网络编码方法编码效率和编码速度不理想，可能会产生大量的冗余数据，并且智能用来分发较小的文件。本发明的技术方案为:一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，数据分发中心通过设置的基 站将数据以广播的方式对选定区域内的车辆节点进行数据分发，每个车辆节点都装备单射频无线接收器，即支持802.1lp协议的无线网络接口设备，用于数据发送和接收，每一个基站都有从数据分发中心获得的相同的源文件F，其大小为IfI，划分成M个大小相等的数据块D1, D2,…，Dm ;每一个数据块包含N个大小相等的数据片Pe11Pe2,…，PeN，其大小为J ;每一个数据片中又包含个数据包Pa1, Pa2, - ,Pafjijr1，其中K为数据包的大小，即|F|=M*N*J ;每一个数据块都应用符号位编码，当车辆节点处于基站的广播范围内时，基站以循环的方式将数据广播到车辆节点；当车辆节点处于基站的广播范围外时，车辆节点相互之间自组织形成一个移动网络，通过在车辆节点间选定一组中继节点，协同在车辆节点间分发数据，实现基于编码的数据协同广播分发，其中对车载网信道设置时间片周期用于所有车辆和基站的数据同步，在一个时间片周期内车载网信道分别作为控制信道或服务信道，控制信道时分发车辆安全信息，服务信道时分发基站要发送的源文件，所述基于编码的数据协同广播分发包括以下步骤:I)邻居车辆间信息的交互，处于控制信道时，车辆节点广播附带HELLO报文的安全消息，邻居车辆节点收到该HELLO报文后，只对收到的HELLO报文进行分析，不再对其进行转发；每个时间片周期，车辆节点都广播附带HELLO报文的安全信息，保持每个车辆节点邻居信息表的更新；2)计算车辆节点的有效性，切换为服务信道时，每个车辆节点根据邻居车辆节点数据下载状况，计算自己拥有数据对邻居车辆节点的有效性，有效性是指该车辆节点广播数据能为其所有邻居车辆节点提供有效数据的数量总和，表示该车辆节点在选择中继时的优先级；定义U(Di，u)为车辆节点u中数据块01的有效性，如式(3)所示:
权利要求
1.一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是数据分发中心通过设置的基站将数据以广播的方式对选定区域内的车辆节点进行数据分发，每个车辆节点都装备单射频无线接收器，即支持802.1lp协议的无线网络接口设备，用于数据发送和接收，每一个基站都有从数据分发中心获得的相同的源文件F，其大小为IFI，划分成M个大小相等的数据块D1, D2,…，Dm ;每一个数据块包含N个大小相等的数据片Pe1, Pe2,…，PeN，其大小为J ;每一个数据片中又包含「1//[1个数据包？31，？82，- ,Pa。u，其中K为数据包的大小，即IFI =M*N*J ;每一个数据块都应用符号位编码，当车辆节点处于基站的广播范围内时，基站以循环的方式将数据广播到车辆节点；当车辆节点处于基站的广播范围外时，车辆节点相互之间自组织形成一个移动网络，通过在车辆节点间选定一组中继节点，协同在车辆节点间分发数据，实现基于编码的数据协同广播分发，其中对车载网信道设置时间片周期用于所有车辆和基站的数据同步，在一个时间片周期内车载网信道分别作为控制信道或服务信道，控制信道时分发车辆安全信息，服务信道时分发基站要发送的源文件，所述基于编码的数据协同广播分发包括以下步骤: 1)邻居车辆间信息的交互，处于控制信道时，车辆节点广播附带HELLO报文的安全消息，邻居车辆节点收到该HELLO报文后，只对收到的HELLO报文进行分析，不再对其进行转发；每个时间片周期，车辆节点都广播附带HELLO报文的安全信息，保持每个车辆节点邻居信息表的更新； 2)计算车辆节点的有效性，切换为服务信道时，每个车辆节点根据邻居车辆节点数据下载状况，计算自己拥有数据对邻居车辆节点的有效性，有效性是指该车辆节点广播数据能为其所有邻居车辆节点提供有效数据的数量总和，表示该车辆节点在选择中继时的优先级； 定义U(Di，u)为车辆节点u中数据块Di的有效性，如式(3)所示:
2.根据权利要求1所述的一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是对车辆节点的HELLO报文进行扩展，在HELLO报文中，Type字段表示该数据为HELLO报文；Length表示该HELLO报文长度；Check Sum字段表示数据包的校验和；Neigh_Num字段表示该节点邻居节点的数量；E s t i _Max_Ne i gh_Num字段表示该节点估计的其可能的最大邻居数；Data Rec_Sta字段表示该车辆节点的数据接收状态，采用一种模糊平均秩的方法；Reserved表示HELLO报文头部的预留字段；VehicleAddress字段表示发出该HELLO报文的车辆节点地址； 采用模糊平均秩的方法来表述车辆节点数据的接收状态，设车辆节点为U，数据块为Di,每个数据块Di接收状况用该数据块中各符号位对应解码矩阵秩的平均值来表示，需要iog/位:
3.根据权利要求1或2所述的一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是源文件F划分时，对同一数据块中N个不同的数据片同一位置符号位进行编码，则 数据分发的消耗
4.根据权利要求1或2所述的一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是车载网信道在一个时间片周期内，按照1:1的比例来分配作为控制信道和服务信道的数据分发时间。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是对符号位编码进行优化行程长度编码:当传送一个编码的数据片时，数据片以数据包的形式传送；仅数据片的第一个数据包的头部附带编码系数向量，而该数据片中其余的数据包仅包含正常的数据包头部。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是车辆节点通过载波检测来判断当前车载网信道的状态是空闲或繁忙，检测到信道空闲时，车辆节点访问信道广播其广播的数据；检测到信道繁忙时，车辆节点退出该时间片周期内的信道的 竞争。
全文摘要
一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，数据分发中心通过设置的基站将数据以广播的方式对选定区域内的车辆节点进行数据分发，每个车辆节点都装备单射频无线接收器，每一个基站都有从数据分发中心获得的相同的源文件F；应用符号位编码对分发数据进行编码，当车辆节点处于基站的广播范围内时，基站以循环的方式将数据广播到车辆节点；当车辆节点处于基站的广播范围外时，车辆节点相互之间自组织形成一个移动网络，在车辆节点间选定一组中继节点，协同在车辆节点间分发数据，实现基于编码的数据协同广播分发。本发明方法能够更灵活地适用车载网动态的环境，相比传统的网络编码方式，编码速率高，网络吞吐量大，分发时延短。
文档编号H04L29/12GK103078934SQ201210590430
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者陶军, 刘莹, 杜涛, 陈文强, 刘智杰 申请人:东南大学