无间隙的车联网协助下载方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车联网车间协作领域，具体的为一种无间隙的车联网协助下载方法。
【背景技术】
[0002] 车联网已被看成下一代移动互联网络的重要组成部分。车联网中， V2I(Vehicle-to-Infrastructure)以及V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信已在一些重要应 用中发挥作用，如交通拥塞避免与危险警告等。人们对Internet的依赖越来越高，希望车 辆（装配了WiMAX/LTE或Wi-Fi接口）能够如同在室内一样连接Internet，可随时随地地 通过Internet进行工作、学习或者娱乐。目前，车辆与Internet连接的方法主要有两类， 通过3G/4G基站和通过路边Wi-Fi接入点（AccessPoint,AP)。与3G/4G接入相比，通过 AP接入具有低费用、高带宽以及低时延的特点，因而AP接入网络更具有发展潜力。然而，AP 的通信范围与部署数量是有限的，同时车辆的高速运动使得车辆在AP通信覆盖区的时间 有限。车辆行驶在AP间的通信盲区（DarkArea，DA)时与网络失去了联系，造成了车辆只能 间歇性接入网络。因而，车联网用户只能在AP通信范围内使用一些轻量级的网络服务，如 浏览网页，电子邮件等，对于资源密集型服务，如大文件下载，视频服务等则受到很大限制。
[0003] 为了使车联网用户能够随时随地使用资源密集型服务，研宄者开始深入研宄车联 网接入Internet的优化策略，提出了一些解决方案，如在车联网中建立P2P架构提供相似 资源发现与共享机制来增加数据接收机会，通过多副本转发的时延容忍路由协议提高数据 传输可靠性，以及建立车辆间的协助机制等。
[0004] 然而现有的协助下载模型都存在着局限性，有的模型中目标车辆所得到的协助数 据绝大部分是行驶在DA区的后半程才接收到的，而在DA前半程时却很少能接收到数据，资 源未能充分利用；有的模型未考虑协助车辆从高速出口驶出造成协助下载数据丢失等意外 情况；有的模型系统稳定性和吞吐量低。
【发明内容】
[0005] 本发明为了解决上述技术问题，提出了一种无间隙的车联网协助下载方法，包括 如下步骤：高速路上每相隔XKM设置一个互联网接入点AP，每一个AP都有一个可直接与车 辆通信的范围CR;两个AP间存在一段距离的通信盲区DA;每一辆车都配备有与AP通信以 及与其它车辆通信的无线接口Wi-Fi，并且有唯一的ID标识；
[0006] 设目标车辆当前所入的AP定义为AP1，目标车辆行驶方向上的第一个AP定义为 AP2，目标车辆行驶方向的第二个AP定义为AP3;APpAP^AP3的通信范围长度分别为CRp 0?2与CR3;AP占AP2间的通信盲区长度为DAi，AP#AP3的通信盲区长度为DA2;
[0007] 步骤A:当目标车辆进入AP通信范围内时，向当前AP注册并提出下载请求，AP^ 到目标车辆所需的下载任务；若在AP1B完成下载任务，则无需协助下载，转步骤G，否则进 入步骤B;
[0008] 步骤B=AP1将未能完成的下载任务进行分解，然后通过有线网络通信将分解后的 子任务交付给目标车辆行驶方向上的最近两个AP，并通知八匕与AP3为目标车辆协助下载；
[0009] 步骤C:收到协助下载任务请求的AP，从其通信范围内与目标车辆对向行驶的车 辆中，选取车辆作为协助下载的车辆，并将协助数据下载到协助车辆上；
[0010] 步骤D:协助车辆在进入到通信盲区后，依据协助数据副本创建策略，选择其它车 辆存储协助数据的副本；
[0011] 步骤E:在车辆行驶过程中，当协助车辆与目标车辆相遇，将协助数据转交付给目 标车辆；若相遇时发生冲突，则由D步骤的副本载体车辆将数据交付给目标车辆；
[0012] 步骤F:判断下载任务是否完成，若未完成，目标车辆进入下一个AP通信区时，重 复A-E的步骤，若完成进入步骤G;
[0013] 步骤G:下载完成，结束任务。
[0014] 进一步的所述的步骤B包括如下步骤：
[0015] 步骤B-I:依据目标车辆向AP1提交注册信息
【主权项】
1. 一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于，包括如下步骤： 高速路上每相隔xKM设置一个互联网接入点AP，每一个AP都有一个可直接与车辆通信 的范围CR巧个AP间存在一段距离的通信盲区DA ;每一辆车都配备有与AP通信W及与其 它车辆通信的无线接口 Wi-Fi,并且有唯一的ID标识； 设目标车辆当前所入的AP定义为APi，目标车辆行驶方向上的第一个AP定义为AP2,目 标车辆行驶方向的第二个AP定义为AP3;AP 1、AP2与AP 3的通信范围长度分别为CR 1、CR2与 CR3;AP 1与AP 2间的通信盲区长度为DA 1，AP2与AP 3的通信盲区长度为DA 2; 步骤A ;当目标车辆进入AP通信范围内时，向当前AP注册并提出下载请求，APi收到目 标车辆所需的下载任务；若在APi已完成下载任务，则无需协助下载，转步骤G，否则进入步 骤B ; 步骤B;APi将未能完成的下载任务进行分解，然后通过有线网络通信将分解后的子任 务交付给目标车辆行驶方向上的最近两个AP，并通知AP2与AP 3为目标车辆协助下载； 步骤C ;收到协助下载任务请求的AP，从其通信范围内与目标车辆对向行驶的车辆中， 选取车辆作为协助下载的车辆，并将协助数据下载到协助车辆上； 步骤D ;协助车辆在进入到通信盲区后，依据协助数据副本创建策略，选择其它车辆存 储协助数据的副本； 步骤E ;在车辆行驶过程中，当协助车辆与目标车辆相遇，将协助数据转交付给目标车 辆；若相遇时发生冲突，则由D步骤的副本载体车辆将数据交付给目标车辆； 步骤F ;判断下载任务是否完成，若未完成，目标车辆进入下一个AP通信区时，重复A-E 的步骤，若完成进入步骤G; 步骤G;下载完成，结束任务。
2. 根据权利要求1所述的一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于，所述的步 骤B包括如下步骤： 步骤B-1 ;依据目标车辆向APi提交注册信息黑il'Mr?气，计算出目标车辆 通过DAi区下半程LDAi的起止时间；其中各参数依次是；ID 表示目标车辆ID、fS表示目 标车辆注册时间、vt。t表示平均速度，^表示行驶方向，设预计起始时刻为^許\结束时刻为 分别用^下两个公式计算：
其中，t驚:为车辆在APi注册的开始时间，CR 1表示AP 1区的通信范围长度； 同样计算出目标车辆通过DA2区的上半程抑A 2的起止时间；则目标车辆通过DA 2区上 半程FDA2的预计起始时间f严与结束时间t严为；
其中，每==为进入DA2区上半程抑As的起始时刻，皆2为离开DA2区上半程抑As的结束 时刻，囑r.为车辆在AP注册的开始时间，CR2表示AP 2区的通信范围长度； 步骤B-2 ;依据通过DAi区下半程LDA 1的起止时间，计算出目标车辆通过该区域可获得 的最大数据量；目标车辆通过与对向行驶的协助车辆进行V2V通信来获得协助下载数据， 设V2V通信半径为定值R。，对向通信的数据交付速率为W，已选为目标车辆的协助车辆的集 合为Q，第k辆协助车辆与目标车辆通信时间的起止区间为馬=[t心fy，其中4^:表示协助 车辆k与目标车辆通信开始时刻，嗦为通信结束时刻，也表示时长嗦-嗟，则在区间内的 最大数据交付量满足：
其中（5)式中，11巧C表示第k辆车可为目标车辆协助下载的数据量；5(a)中，J：表示车 辆I与目标车辆通信时间段，睾^车辆J与目标车辆通信时间段，石表示两辆协助车辆与 目标车辆通信时间的交集，WJ e 0:表示任意属于车辆集合Q中车辆I与车辆J，0表示空 集，5化）中，％:表示车辆k与目标车辆通信时间段，表示目标车辆行驶在DA区的 时间；5(c)中，VtdM。表示车辆速度范围，< 衆示协助车辆k的速度，7^。表示协助车辆与目 标车辆进行数据交付最短时间的阔值； 目标车辆在DAi区下半程LDA 1可获最大数据量- tf ^)，将该最大数据量 ITOf S 的下载任务交给AP2协助下载；目标车辆在DA2区上半程抑A河获最大数据 量- tf 2)，将该最大数据量冻的。2 -皆:）的下载任务交给APs协助下载。
3. 根据权利要求1所述的一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于：所述的步 骤C中选取协助下载车辆，并将协助数据下载到协助车辆上的方法为；收到协助下载任务 请求的AP，从其通信范围内与目标车辆对向行驶的协助车辆选取车辆，AP依据其通信范围 内的协助车辆提交注册信息卿。.皆.1 心-)，其中ID。表示协助车辆ID，皆表示协助车 辆在当前AP的注册时间，V。是平均车速，^表示行驶方向，计算出协助车辆与目标车辆预计 相遇的位置，若相遇位置在DAi区的下半程LDA 1，则将协助数据下载到该协助车辆，若不在， 则该车不作为协助车辆；同理，APs将协助数据下载到相应的协助车辆上。
4. 根据权利要求1所述的一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于，所述的步 骤D中，所述的协助数据副本创建策略是为了使副本有能效的解决与目标车辆通信冲突问 题，使用一种N-副本规则，具体如下； 当一个协助车辆Ai下载协助数据离开AP通信区后，Ai则开始N-副本的创建流程；设置
n = 0,在Ai周边是否存在A j，若有，则检查Aj是否满足载体选择的Rules,若满足则创建副 本并且n = n+1，然后若副本数据n<N，继续寻找下一个Aj，若n = N，则副本创建过程结束； 当Ai周边无可做备份载体的车辆A J且n<N时，此时A i向其对向行驶的车辆R请求协助，通 过R在Ai之后的同向行驶的车辆中，选择满足Rules的车辆创建副本，直到n = N; 其中，规则表示如下： 规则1.若副本备选载体中已有目标车辆的协助数据，则不再作为该目标车辆的数据 备份载体； 规则2.若副本备选载体中已有协助数据的预测交付时间与目标车辆的协助数据交付 时间有交集，则不再作为该目标车辆的数据备份载体； 规则3.若副本备选载体与目标车辆的相遇机率小于阔值5。，则不再作为该目标车辆 的数据备份载体。
5. 根据权利要求4所述的一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于；所述的N 值为1、2、4。
6. 根据权利要求1所述的一种无间隙的车联网协助下载方法，其特征在于：所述的高 速路上每相隔xKM设置一个互联网接入点AP，X为8。
【专利摘要】本发明公开了一种无间隙的车联网协助下载方法，本方法使用数据下载服务的目标车辆在高速公路行驶过程中，当入一个AP通信范围内，AP将目标车辆未能完成的下载任务，依据车速、任务大小以及DA距离等信息进行分解，并分别委托行驶方向上的最近两个AP协助下载；一组经过优化选择的协助车辆从协助AP获得数据，并在DA区转交给相遇的目标车辆；本方法实现了目标车辆在整个DA区无间隙地获得数据，解决了间歇式接入Internet所带来的QoS难以保障的问题，提高了系统的吞吐量。
【IPC分类】H04W4-04, H04L29-08
【公开号】CN104601667
【申请号】CN201410809903
【发明人】吴黎兵, 谢永, 彭红梅, 聂雷, 吴煜
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月23日