一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，该方法首先在两个通讯车载节点之间交换摘要集和相遇概率集，然后利用车辆协作进行数据块的分发，最后计算出数据包的传输优先级，实现传输任务的调度。本发明方法利用擦除编码对传输的数据包做分块编码，使用擦除编码降低了网络对车辆通信时间的要求，并通过增加中继节点转发次数，提高了传输的鲁棒性；利用相遇车辆的摘要信息交换与协作，优化数据块在相遇车辆之间的分配；车辆间传输行为选择BSPM策略进行数据块的传输，避免了不必要的数据块的传输，从而提高数据传输率、降低传输时延和传输开销。
【专利说明】一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种车载网络数据传输控制方法，更特别地说，是指在两车相遇场景中的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法。
【背景技术】
[0002]车载网络是由装载在车辆上的大量具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的传感器节点构成的移动自组织网络。车载网络旨在通过车车通信(vehicle to vehicle,V2V)以及车辆与路边基础设施通信(vehicle to infrastructure, V2I),在车辆间协作地感知、处理和传输城市区域内的各种信息(既交互信息)。所述交互信息包括有实时路况、停车位、加油站、学校、医院、超市、商业大厦等信息。车载网络的交互信息传输优势体现在车辆的移动性而达到较高的广泛覆盖，拓展了交互信息获取的范围和深度，同时简化了大规模的网络部署。车载网络具有车载节点高速移动、存储空间有限、车辆运动有规律性等特点，其应用范围广泛，可用于安全预警、协助驾驶、分布式交通信息发布、车辆信息共享与娱乐等多种智慧服务，从而极大地改善了驾驶安全性和交通运输的效率。
[0003]车车通信(V2V)是车载网络中一种重要的通信模式，V2V是利用车辆与车辆之间传输交互信息，从而将交互信息从源节点传输到目的节点。举例说明，当车辆A请求在地理位置P下的路况信息T (交互信息)时，在地理位置P处的车辆B携带有该路况信息T ;车辆B首先将路况信息T封装成一数据包M,然后通过V2V传输给车辆A。在此传输数据包M的过程中，车辆B为数据包M的源节点，车辆A为数据包M的目的节点。所述数据包M是指将交互信息按照车载网络的协议进行通信传输的对象，一个交互信息可以划分为多个数据包M。对任意一个数据包M进行擦除编码处理得到多个数据块。所述的擦除编码处理参考文献I。
[0004]由于车辆行驶导致车载网络拓扑的快速变化，车辆间通信时间短、通信链路不稳定，致使高效的数据传输协议在车载网络中利用不够充分。车辆间的交互信息传输未能充分利用邻居信息进行车辆协作，降低了网络数据传输的效率、增加了传输开销。因此，如何充分利用车辆协作来优化传输控制决策，进而提升车载网络数据传输的效率，成为研究的重点和难点。
【发明内容】
[0005]为了提高车载网络的数据传输率、降低传输时延和传输开销，本发明采用面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，即COTS方法。该COTS方法利用擦除编码对传输的数据包做分块编码，使用擦除编码降低了网络对车辆通信时间的要求，并通过增加中继节点转发次数，提高了传输的鲁棒性；利用相遇车辆的摘要信息交换与协作，优化数据块在相遇车辆之间的分配；车辆间传输行为选择BSPM策略进行数据块的传输，避免了不必要的数据块的传输，从而提高数据传输率、降低传输时延和传输开销。
[0006]本发明的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，该车载网络传输控制方法包括有下列步骤:
[0007]步骤1:车载节点A与车载节点B交换各自的摘要集和相遇概率集；
[0008]步骤2:车辆协作车载节点A的数据块分发；
[0009]步骤3:车辆协作车载节点B的数据块分发；
[0010]步骤4:车辆协作车载节点A的传输任务调度；
[0011]步骤5:车辆协作车载节点B的传输任务调度；
[0012]所述车载节点A与车载节点B以车车通信V2V进行数据块传输。
[0013]本发明COTS方法有如下优点: [0014]1.本发明利用本地信息和邻居信息优化了数据块在相遇车辆之间的分配。
[0015]2.本发明利用车辆协作优化了数据传输优先级的计算，保证了在两相遇车辆之中最重要的数据包优先传输，不论其在哪一个车辆中。
[0016]3.本发明利用擦除编码的特点，对节点传输行为进行控制，对符合特定条件的数据包，采用本地的创建和删除行为来取代数据发送和接收行为，有效降低了网络的传输开销。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是多个车载节点形成的车载网络示意图。
[0018]图2是本发明的传输控制的结构图。
[0019]图3A是数据传输率对比图。
[0020]图3B是平均传输时延对比图。
[0021 ] 图3C是数据传输开销对比图。
[0022]图3D是平均传输跳数对比图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0024]参见图1所示，在车载网络中车载节点A与车载节点B能够以V2V进行通信，车载节点B与车载节点C能够以V2V进行通信，车载节点A与车载节点C不能以V2V进行通信，车载节点A、车载节点B和车载节点C与车载节点D都不能以V2V进行通信。
[0025]在车载网络中，以V2V进行通信时,任意一车载节点依据《Probabilistic routingin intermittently connected networks》中的 “ II1.PROBABILISTIC ROUTING” 节公开的内容，计算得到任意一车载节点与车载网络中除自身以外的其他车载节点相遇的相遇概率。该相遇概率的计算参考文献2。
[0026]如图1所示，在本发明中，在进行V2V通信时，车载节点A与车载节点B、车载节点C和车载节点D相遇的相遇概率分别记为(ig、Gf!:n (认^则车载节点A在整个车载网
络中的相遇概率集记为?>
[0027]在本发明中，在进行V2V通信时，任意一车载节点(标识号记为ID)携带的一个数据包被拆分成若干数据块，数据传输控制针对每个数据块进行。所述的一个数据包Mid ={MD，DT, Count, PBK, TTL}，且 PBK = (K1, K2,…，KcounJ ;其中，Mid 表示车载节点 ID 携带的一个数据包；ID表示车载节点的标识号，如图1中的车载节点A、车载节点B、车载节点C和车载节点D ；MD表示数据包的标识号；DT表示数据包Mid需要传输到达的目的节点标识号(简称为包-目的节点^;Count表示实际携带Mid的数据块个数(简称为实际携带数('OUtnxiJ ；pbk表示实际携带Mid的数据块集(简称为实际携带数据块集) ^表示Mid的第一个数据块；Κ2表示Mid的第二个数据块表示Mid的最后一个数据块，不失一般性，也称为Mid的任意一个数据块，TTL表示数据包Mid的剩余有效时长(简称为数据包有效期'/77、)。
[0028]在本发明中，￡C0IIWIMjd表示预期携带的属于数据包Mm的数据块个数，简称为预期携带数据块个数。
[0029]在本发明中表示实际携带的属于数据包Mid的数据块个数，简称为实际携带数。
[0030]在本发明中，MD、Count和TTL构成了数据包Mid的摘要信息，记为IMUm f IMMm = {MD, Count, WL} α
[0031]在车载网络中，以V2V进行通信时，任意一车载节点(标识号记为ID)携带的所有数据包以集合形式表达为*-- =…Mi}，<表示任意一车载节点携带的第
一个数据包，Mi表示任意一车载节点携带的第二个数据包，表示任意一车载节点携带的第ζ个数据包，也是最后一个数据包，不失一般性，也称为任意一车载节点携带的任意
一个数据包。提取出所述的数据包集5^M^,…，中的每个数据包的摘要信
息，构成摘要集{厦々/Μλ4，…譚μ+其中，/Mj4表示第一个数据包A4白勺
摘要信息JmMi,表示第二个数据包的摘要信息Mii表示第Z个数据包Μ&的摘
要信息。在本发明中，在传输控制中所指代的节点间是指在车载网络中能够进行相互通信的节点，为了方便说明，对相遇的两个节点分别记为车载节点A和车载节点B，其中车载节点A和车载节点B是任意车载节点标识号ID的具体指代。为了方便区别说明，将车载节点A的摘要集称为第一摘要集ΙΑ，将车载节点A的相遇概率集称为第一相遇概率集GLa ;将车载节点B的摘要集称为第十一摘要集Ib，将车载节点B的相遇概率集称为第十一相遇概率集 GLbo
[0032]如图1所示，车载节点六携带的数据包集记为^=|於^^^,"%从:；，],财1表示车载节点A携带的第一个数据包，M24表示车载节点A携带的第二个数据包,表示车载节点A携带的任意一个数据包。对于数据包集& =中所有数据包
需要传输到的目的节点分别记为,dtM^、lJi\rA ； 记为数据包的包-目
的节点P7M纟记为数据包遍1的包-目的节点记为数据包ACJ的包-目的节点。在本发明中，车载节点A与车载节点B之间进行数据块分发时，若车载节点B承载有与数据包Mi相同的标识号(即)的数据包，则记为对称数据包D若车载节点B承载有与数据包AT】:相同的标识号(即丨)的数据包，则记为对称数据包2ο若车载节点B承载有与数据包相同的标识号(即的数据包，则记为对称数据包Mfae
[0033]车载节点B携带的数据包集记为=[M1iiMl,Mbs )，Mi表示车载节点B携带的第一个数据包，iV/g 表示车载节点B携带的第二个数据包，表示车载节点B携带的任意一个数据包。对于数据包集Sb =.[μΚ，...，Μ】，…丨中所有数据包需要传输到的目的节点分别记为、DT*4 A1Mi记为数据包Μ;的包-目的节点记为数据包λ4的包-目的节点记为数据包的包-目的节点。在本发明中，车载节点A与车载节点B之间进行数据块分发时，若车载节点A承载有与数据包相同的标识号(即MDa4 )的数据包，则记为对称数据包J#fl a若车载节点A承载有与数据包14丨相同的标识号的数据包,则记为对称数据包Μ:_2。若车载节点A承载有与数据包Mg -相同的标识号(即mdMJ)的数据包，则记为对称数据包
[0034]车载节点C携带的数据包集记为Se= [Mic,M?,-M-,-} ,Af1..表示车载节点
C携带的第一个数据包，表示车载节点C携带的第二个数据包，.Mic.表示车载节点C携带的任意一个数据包。
[0035]车载节点0携带的数据包集记为&)=1财1),/1^),"%从1"*[，财^表示车载节点
D携带的第一个数据包，Mi表示车载节点D携带的第二个数据包，Mg.表示车载节点D携带的任意一个数据包。
[0036]在本发明中，在进行V2V通信时，任意一车载节点(标识号记为ID)的携带信息XDid包括有数据包集S ? D和相遇概率集GLid,即XDid = {SID，GL1J。
[0037]对于车载节点A的任意一个数据包AT ；；,若含的数据块能够通过擦除编码恢复成完整的数据包，则称Λ#=.为车载节点A的完整包。对于车载节点A所有的完整包
记为 FMa，KFMa c Sa ο
[0038]对于车载节点B的任意一个数据包A#】 PB K y J -包含的数据块能够通过擦除编码恢复成完整的数据包，则称Mg为车载节点B的完整包。对于车载节点B所有的完整包记为 FMb, ?#ΜΛ c Sb ο
[0039]参见图2所示，在采用擦除编码和车辆协作来进行高效数据传输的车载网络中，车载节点A与车载节点B相遇时的传输控制方法执行下列步骤:
[0040]步骤1:交换摘要集和相遇概率集
[0041 ] 步骤11:车载节点A将第一摘要集Ia和第一相遇概率集GLa发送给车载节点B，所述车载节点B接收到Ia和GLa后，执行步骤3 ；[0042]步骤12:车载节点B将第i^一摘要集Ib和第i^一相遇概率集GLb发送给车载节点A，所述车载节点A接收到Ib和GLb后，执行步骤2 ；
[0043]步骤2:车辆协作车载节点A的数据块分发
[0044]步骤21:对于第一摘要集Ia中的数据包的摘要信息,通过车载节点A来
判断第十一摘要集I Β中是否存在数据包Ai i1的对称数据包的摘要信息；
[0045]若存在，记第十一摘要集I Β中的对称数据包的摘要信息为1ΜΚ-'，则计算数据包在车载节点A上的预期携带数据块个数为
【权利要求】
1.一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于:该车载网络传输控制方法包括有下列步骤: 步骤1:车载节点A与车载节点B交换各自的摘要集和相遇概率集； 步骤2:车辆协作车载节点A的数据块分发； 步骤3:车辆协作车载节点B的数据块分发； 步骤4:车辆协作车载节点A的传输任务调度； 步骤5:车辆协作车载节点B的传输任务调度； 所述车载节点A与车载节点B以车车通信V2V进行数据块传输。
2.根据权利要求1所述的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于所述步骤一的处理为: 步骤11:车载节点A将第一摘要集Ia和第一相遇概率集GLa发送给车载节点B，所述车载节点B接收到Ia和GLa后，执行步骤3 ； 步骤12:车载节点B将第i^一摘要集Ib和第i^一相遇概率集GLb发送给车载节点A，所述车载节点A接收到Ib和GLb后，执行步骤2。
3.根据权利要求1所述的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于所述步骤二的处理为: 步骤21:对于第一摘要集Ia中的数据包M1j的摘要信息,通过车载节点A来判断第十一摘要集Ib中是否存在数据包Μ〗的对称数据包的摘要信息；若存在，记第十一摘要集Ib中的对称数据包的摘要信息为,则计算数据包在车载节点A上的预期携带数据块个数为
4.根据权利要求1所述的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于所述步骤三的处理为: 步骤31:对于第十一摘要集Ib中的数据包Mi的摘要信息;通过车载节点B来判断第一摘要集Ia中是否存在数据包Ml的对称数据包的摘要信息； 若存在，记第一摘要集Ia中的对称数据包的摘要信息为1mMT1，则计算数据包在车载节点B上的预期携带数据块个数为
5.根据权利要求1所述的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于所述步骤四的处理为: 步骤401:对于ASTa — b中的第一数据包JM11M ,车载节点A计算的传输优先级记为，所述H’n/1 = 0.5 X 777., + 0.5 x ACount ,.步骤402:对于ASTa^b中的第二数据包,车载节点A计算J的传输优先级记为IT+时讀,所述从7:Wii>e = 0.5 X TTLamuk + 0.5 χ ΔΟ層/篇—Us; 步骤403:对于ASTa — b中的第η数据包，车载节点A计算」的传输优先级记为盧—7"，所述』O’ =OJxTTL , +0.5 χ M'mtn/ , - >HFm JΛλ1 Λ >HJ r 步骤404:对于ASTb^a中的第一数据包吣，车载节点A计算』的传输优先级记为?所述 ACT.=0.5xTTLt.+0.5 χ M "'ount fW1./0.4 ,.,AM1b >λJMi ， 步骤405:对于ASTB —A中的第二数据包,车载节点A计算的传输优先级记为廣了叫“，所述夏?:叫(=0.5 χ TTLmi1 t + 0.5 K ΔΓ.," _ “.步骤406:对于ASTb — a中的第m数据包,车载节点A计算的传输优先级记为水
6.根据权利要求1所述的一种面向擦除编码和车辆协作的车载网络传输控制方法，其特征在于所述步骤五的处理为: 步骤501:对于BSTb —A中的第一数据包i?M,车载节点B计算的传输优先^ι?ΨιΒ(?= 0.5 χ TTL , + 0.5 x ACcmnioi ,.步骤502:对于BSTb —A中的第二数据包,车载节点B计算的传输优先级记为ΒΟ；?t = 0.5 X TTLbm1 “ + 0,5 χ M:_t_ ^ ; 步骤503:对于BSTb — a中的第m数据包,车载节点B计算的传输优先级记为规7細^ ，所述射—了服|^ = °.5 - TT^d + 0.5 χ Δ(.麵； 步骤504:对于BSTa —B中的第一数据包,车载节点B计算的传输优先级记为B(h 澌述Hawu = 0-5 X TTL 步骤505:对于BSTpB中的第二数据包,车载节点B计算/iAf 的传输优先级记为獸_，所述=0.5X TTlmiua + 0.5X ΔΓ_/腿L ; 步骤506:对于BSTA —Β中的第η数据包，车载节点B计算的传输优先级记为规’7輪β ,所述此7則‘ =°.5 x ttl^m + °.5 χ給細舰U I 步骤507:依据步骤501至步骤506得到的传输优先级的大小，由大至小对数据包集BST = {BSTb.a, BSTa^bI进行排序，得到排序后的数据包集似7: ={，燃7^」; 步骤508:车载节点B條
【文档编号】H04L29/08GK103428289SQ201310360218
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2013年8月16日
【发明者】唐晓岚, 蒲菊华, 马坤, 陈佳, 谢彧, 熊璋 申请人:北京航空航天大学深圳研究院