具有带宽粘合、无缝移动和基于流量的路由的点对点车载自组织网络的制作方法
【专利摘要】点对点车载自组织网络是以用于覆盖数据/应用的分散模式的手段的分布式P2P模式以及用于减少碰撞的粘合技术实现的，这对于802.11p的接受VANET标准而言是显著优越的。本发明的技术提供了各种异构网络至数据网络的单个抽象层中的虚拟化，在半RTT加上硬件切换时间内在具有不同的链路层特征的各种数据网络之间的快速软和硬切换，在数据网络中和之间的数据通信的完整的负载平衡，数据网络资源如能够为每个互联网会话进行多路径单播的可用带宽（在网络用户之间的可用资源的最佳分配）的优化，利用最短路径算法以进行自组织接入网络路由。
【专利说明】具有带宽粘合、无缝移动和基于流量的路由的点对点车载自组织网络
[0001 ] 相关申请案
[0002]本申请要求于2013年7月30日提交的序列号为61/860,246的美国临时申请的优先权，其整个内容以引用方式并入本申请。
技术领域
[0003]本发明一般涉及车载自组织网络(VANET)、网状W1-Fi网络以及由用户预定设备(CPE)所形成的作为接入网络的网络，且特别涉及信道分配、路由、流量控制、在VANET中促进带宽共享的方法以及用于提供无线数据带宽的业务模式，其中第三方供应商通过手持机提供各种电子服务。
【背景技术】
[0004]本发明的背景的说明开始于不具有路侧单元的VANET。由于路侧单元大多充当至互联网的网关，这种VANET变成巨大的内联网，其为隔离的IP(互联网协议)网络。这种VANET将在本申请中被称之为纯VANET。
[0005]纯VANET的主要问题是其性能。首先，在两个通信端点之间所需的跳数会变得过大。第二，如果在街上的VANET车辆不足，那么纯VANET则会被断开。
[0006]为了理解这个问题，要考虑其中两个VANET车辆彼此进行通信且在其之间具有300km公路距离以使其相分离的情况。使用定向天线，在单跳上在发射和接收车辆之间的距离可高达2-6km。因此，在这两个车辆之间往返行程中的跳数为100至300。如果每跳延迟为5毫秒，在两个车辆之间的总的往返时间可高达1500毫秒，这是不可接受的。因此，对于要实践的纯VANET而言，有必要使每跳延迟最小化。进一步地，另一种处理延迟问题的方式为使在两个通信端点之间的跳数最小化。
[0007]纯VANET的另一种主要的技术问题是缺少集中化基础设施。在纯VANET中，整个网络由被安装在VANET车辆中的VANET装置组成。典型的，VANET为具有有限的计算和通信能力的远程信息处理箱。没有集中化服务器、交换机、路由器或其他重型远程通信器件，其通常是由运营商进行部署的。所面临的挑战是要实现网络控制和管理功能，如路由、连接建立/拆除，而不在集中化基础设施中组织这些器件。
[0008]因此，纯VANET对于提供通常由运营商所提供的远程通信服务，如移动语音、移动互联网等来说是远远不够的。
[0009 ]第二，本发明的背景是关于在VANET中的最佳路由和激励进行说明的。
[0010]无线技术现在已经达到了不可能超越的理论极限(物理学的约束)。唯一的方法则是进一步地增加数据速率以缩短发射范围和使用较小的小区。由于推出了 iPhone手机，智能手机的需求已猛涨。因此，当带宽的供给击中最终瓶颈的时候，对无线移动数据带宽的需求逐步增加。
[0011]对于车辆移动互联网(VMI)的服务而言，该问题是特别严重的。在过年十年内，世界上所有主要汽车制造商都已花费一大笔钱以开发远程信息处理服务。随着无线数据服务的日益普及，对车载数据服务的需求也增加了。VMI服务所面临的一个主要问题是对高数据速率的需要。
[0012]VMI服务不同于用于小的手持装置的数据服务。对于智能手机而言，显示器的大小通常很小(3”-4”的显示器)。然而，对于车载互联网服务而言，实际装置可以是多个手提电脑(10”-20”的显示器)、多个智能手机或各种车载互联网装置。因此，VMI所需的数据速率比智能手机所需的数据速率大得多。
[0013]如果在汽车中使用多媒体和流应用，数据速率则特别的大。对于中等质量的视频流而言，需要最小为800Kbps至1.15Mbps的数据速率。对于直播流HDTV而言，数据速率要求跳至8-lOMbps。因此，当在同一车辆中具有多个手提电脑流高质量视频时，带宽要求可跳到10-20Mbps，这在当今的3G或4G网络中是不可行的。
[0014]源于LTE技术的326Mbps的峰值下载速度是误导性的。这个速度仅能在靠近小区中心处实现。如果终端与小区中心相距中距离或远距离，那么在峰值数据速率中的下降则较大-在数据速率中的下降则是距离的指数。进一步地，随着在每个符号中填充更多的比特，速率更易于受到阻挡物(特别是玻璃建筑物和电梯)的干扰。因此，如果在汽车中不需要HDTV流，那么传统的宏小区架构则不再是可行的。
[0015]因此，尽管运营商都在鼓吹4G(LTE、WiMAX、HSPA+)技术，但VANET架构几乎肯定是需要的。不管将会发生什么，由于物理学施加的基本限制，在车辆中提供HDTV和其他高带宽服务的唯一方法是经小的小区短距离发射基础设施而实现。由于车辆是移动的，基础设施必须是自组织的-这表示VANET架构。
[0016]最常见的VANET架构是基于W1-Fi技术的。目前，IEEE处于基于该架构使802.1 Ip(WAVE)技术标准化的过程中。
[0017]在VANET中，有两种通信:车对车(V2V)和车对路侧(V2R)。对于VANET而言有两个主要的技术问题:(a)在自组织通信中的高MAC(媒体接入控制)层开销，以及(2)低效率的路由。
[0018]在当今的VANET技术中，车辆通过调谐至相同的信道而彼此进行通信。由于W1-Fi是基于CSMAC/A(载波侦听多路访问/冲突避免)控制方案的，如果其感测到信道是未使用的，发射器则被允许进行发送。这可导致包冲突。这种问题被称为隐藏节点问题，其包括两个子问题:隐藏终端问题和隐藏发射器问题。有两种方法以解决这个问题:(I)显式保留，
(2)以及隐式保留。
[0019]在显式保留的方法中，常用的方法是使用RTS(请求发送)和CTS(清除发送)信令以保留包/帧隙。这种方案可能会产生过多的延迟且不适于实时应用。其它显式保留方案使用TDMA(时分复用)方法。一个实例被称为STDMA(自组织TDMA)，其被用于在船舶之间进行通信的被称之为AIS(自动识别系统)的商业系统中。
[0020]在隐式保留方法中，使用了优先排队。这是由IEEE802.1lp所采用的方法。这种方案的问题是延迟是无限制的。
[0021]无论使用哪种方案，在控制信令中均浪费了过多的时间量。对于大多数的数据应用而言，任何大于300ms(毫秒)的RTT(往返时间)则是几乎不能忍受的。对于实时应用，如语音会话而言，大于250ms的RTT是不可能的。现在，MAC层控制可在VANET中使每一跳增加高达20-30ms o如果包必须在VANET中遍历10跳，在VANET中所导致的延迟已为200_300ms，从而使VANET不适于作为高质量的互联网媒体。
[0022]为了使VANET内的跳数最小化，有必要允许更多的发射器以发送至相同的接受器。如果未进行保留，这则会在接收器导致包冲突。这个问题会产生两个问题。如何从一组VANET节点选择合适的接受器以及如何使包冲突最小化呢？
[0023]对于VANET来说，另一个主要的技术问题是路由无效的和不可靠的。传统的最短路径路由在网络拓扑会快速变化的自组织网络中做得不好。通常，为了找到最佳路径的计算花了太多的时间，且路径发现仍是有问题的(例如，具有长潜伏期)。此外，单个或多个故障可轻易地断开节点。
[0024]在VANET部署中的主要商业问题是获得路侧接入点的临界质量。本发明还提供了一种激励路侧商家和居民以经接入点共享其宽带带宽的方法。
[0025]为便于参考，根据本发明构造的VANET将被称为VINET(车辆网络间网络)。
[0026]第三，本发明的背景是关于P2P移动虚拟网络运营商模式和路由而进行解释的。在VANET中，对于V2V(车辆对车辆)和V2R(车辆对路侧)数据通信而言，免费W1-Fi带宽是可用的。VANET的主要应用是VMI (车辆移动互联网)，其中汽车中的用户通过充当对互联网的回程接入点的网关连接至互联网。VANET运营商为回程带宽进行支付，且VANET车主为VANET中的W1-Fi带宽进行支付。在这种情况下，车主共享V2V带宽且车主和VANET运营商共享V2R带宽。运营商在此设置中对带宽负责。
[0027]然而，当在街道上的VANET车辆的数量太少，例如，在夜间或节假日期间，VANEI^营商将使VANET车辆直接连接至网格蜂窝载体。在本发明的编写中，没有商业VANET是可操作的，且通常运营商将向车主提供VMI服务。
[0028]为了解锁V2V和V2R带宽的经济价值，不仅仅需要好的业务模式。更需要的是将使VANET商业上可行的技术。阻碍VANET成为商业可行的两个主要问题为:(a)在自组织通信中的高MAC(媒体接入控制)层开销，以及(2)低效率的路由。
[0029]在当今的VANET技术中，需要彼此进行通信的车辆必需调谐至相同的信道。由于W1-Fi是基于CSMA C/D(载波侦听多路访问/冲突避免)控制方案的，如果其感测到信道是未使用的，所有发射器则被允许进行发送。这可导致包冲突。这种问题被技术性地称为隐藏节点问题，其包括两个子问题:隐藏终端问题和隐藏发射器问题。有两种方法以解决这个问题:(I)显式保留，(2)以及隐式保留。在显式保留的方法中，常用的方法是使用RST(请求发送)和CLS(清除发送)信令以保留包隙。在隐式保留的方法中，普遍使用时分复用或优先级方案来仲裁用于发射包的许可。
[0030]无论使用什么方案，在控制信令中均浪费了过多的时间量。对于大多数的互联网上的数据应用而言，任何大于200ms(毫秒)的RTT(往返时间)则是几乎不能忍受的。对于实时应用，如语音会话而言，大于250ms的任何RTT则是被允许的。现在，MAC层控制可在VANET中使每一跳增加高达20-30ms。如果包必须在VANET中遍历10跳，在VANET中所导致的延迟已为200-300ms，从而使VANET不适于作为高质量的互联网媒体。本发明的一个目的是通过使用使所有同时发生在相同位置上的通信均发生在正交(重叠)信道上的信道分配策略消除这种瓶颈。
[0031]对于VANET来说，另一个主要的技术问题是路由无效的和不可靠的。传统的最短路径路由在网络拓扑会快速变化的自组织网络中做得不好。通常，为了找到最佳路径的计算花了太多的时间，且路径发现仍是有问题的(例如，具有长潜伏期)。此外，单个或多个故障可轻易地断开节点。
[0032]本发明的另一个目的是提供一种在VANET中的有效且可靠的路由机制，从而使路由计算为简单的且使所产生的包输送为可靠且有效的。
[0033]第四，本发明的背景是相关于能用本发明而实现的业务方案进行解释的。Free-Air 的业务模式具有多种使免费服务等货币化的方式，且主要的和本机的为 LBMA。
[0034]由于地理定位，LBMA已被吹捧为广告的圣杯。当消费者实际需要商家的信息时或在他预期的旅途上乐意接受稍带的便利性的位置上给出这些广告。
[0035]对LBMA的CTR(点击率)比非针对性的广告好上约10倍左右。根据Forrester研究，在Chili的使用Navteq的位置点平台的最近一个月的试验中，广告主发布了高达2.49%的点击率-比在线横幅广告的平均为0.19的点击率高出13倍。
[0036]Navteq的试验发现在位置智能广告上点击的消费者中，39%点击是为了获得额外的细节，包括至被广告的商家零售位置的一个个转弯或一步步地方向。在欧洲，类似的试验显示7%的CTR和至“对地图的点击”的39%的转换率。
[0037]Navteq补充:“基于位置的广告的力量是创建虚拟店面。”LBMA实际在该位置周围延伸零售商店面的几英里的半径，特别是邀请广告的接收者进来和进行交易。
【发明内容】
[0038]本发明的一个目的是提供了使在纯VANET中的每跳延迟最小化的虚拟回路路由技术。
[0039]本发明的另一个目的是利用基于分布式算法的DHT(分布式哈希表)在纯VANET中分配IP地址。
[0040]本发明的另一个目的是利用基于DHT的分布式算法以存储和检索用于纯VANET中的节点的IP地址。
[0041]本发明的另一个目的是提供分布式算法以修改在纯VANET中的路由表，其中路由表启用了 IP包的虚拟回路路由。
[0042]本发明的另一个目的是，如果主中继节点无法在预设的时限内转发数据帧块，则启用源于次中继节点的数据帧发射。
[0043]本发明的一个目的是提供将使包在VINET中必须要遍历的跳数最小化的信道分配算法。
[0044]本发明的另一个目的是将TDMA(时分多址)方案用作包保留的选项以使VINET中的包冲突最小化。
[0045]本发明的另一个目的是提供一种方案以从一组潜在的VINET节点选择中继节点。
[0046]本发明的另一个目的是提供基于使包与通信流平行流动的原理的路由算法。
[0047]本发明的另一个目的是提供对路侧商家和居民的激励以在VINET社交网络中共享其宽带带宽。
[0048]本发明的另一个目的是提供用于解锁房主的W1-Fi带宽的经济价值的框架，该房主通过P2P MVNO业务模式为宽带互联网连接进行支付。
[0049]本发明的另一个目的是提供用于解锁VANET运营商和各个通过P2PMVNO业务模式参与VANET的车主的V2V和V2R W1-Fi带宽的经济价值的框架。
[0050]本发明的另一个目的是提供用于解锁一件用户预定设备(CPE)，如智能手机、手提电脑、平板PC、MID(移动互联网装置)、roA或任何可通过P2P MVNO业务模式经无线接口连接至互联网的手持装置的各个拥有者的经济价值的总体框架。
[0051]根据本发明的一个方面，P2PMVNO提供免费的网络内服务以作为激励以使新的用户(也被称为成员或对等体)加入MVNO。免费的网络内服务可包括免费的Vo IP、视频会议和基于位置的服务。
[0052]根据本发明的一个方面，在街道上的出租车被标靶为在P2PMVNO中的初始客户，其中每个参与的出租车将从P2P MVNO获得服务，如呼叫中心服务、mVoIP(IP移动语音)、VMI服务和LBS(基于位置的服务)。
[0053]根据本发明的另一个方面，在街道上的复合W1-Fi网状网络是通过使用自组织模式和基础设施模式连接在街道上的CPE装置、路侧AP(接入点)、毫微微小区AP和微微小区AP而形成的。
[0054]根据本发明的另一个方面，采用带宽粘合、垂直切换和多路径包输送机制以增加总的带宽和复合W 1-F i网状网络的可靠性。
[0055]本发明的另一个目的是为到达同一位置的所有同时发生的V2V和V2R发射分配正交无线电信道。
[0056]本发明的另一个目的是根据位置坐标在VANET中设置虚拟回路。
[0057]本发明的另一个目的是启用源于单个来源至单个目的地的多路径包，其中部分路径驻于VANET或复合W1-Fi网状网络内。
[0058]根据本发明的一个方面，使用分布式算法以在分布式数据库中的复合W1-Fi网状网络中存储节点的IP地址。该算法是基于DHT (分布式哈希表)的。
[0059]根据本发明的另一个方面，复合W1-Fi网状网络基于使用DHT的分布式算法进行自缩放、自修复和自组织。
[0060]Free-Air为虚拟基础设施(VI)服务，这是因为其将全球的大量的免费资源组织成为有用的分布式设施以提供三种免费服务:(a)至街道/商业区域上的互联网的免费W1-Fi接入，(b)对数据的移动性支持，以及(c)对流应用，如IP语音(VoIP)的移动性支持。
[0061]免费资源为个人或商家所拥有的移动终端(智能手机、手提电脑、平板电脑和移动互联网装置)、W1-Fi接入点(AP)和台式电脑和服务器。由于Free-Air的业务模式所提供的强激励，业主很愿意分享这些资源。
[0062]移动终端的业主有着强烈的动机以在公共区域(街道、广场、商场走廊)和在商业场所(店)中获得免费的W1-Fi带宽。今天，很多人将简单地去星巴克或任何提供免费W1-Fi的商店以仅仅进行连接。
[0063]商家通常很乐意提供免费的W1-Fi带宽，这是因为这易于增加销售额。在Free-Air模式中，主要赢利就是所谓的广告流量。这是基于位置的移动广告(LBMA)方案。商家将能够通过使用在启用Free-Air的移动终端上运行的免费应用的移动广告提供电子优惠券和特别优惠。Free-Air的虚拟基础设施将根据规定的一组条件将手持机与商家相匹配。
[0064]移动性支持是用于W1-Fi用户的重要增强。在繁忙的街道或购物广场，将会有许多免费的W1-Fi APo体验停止和再连接的网络接入是件讨厌的事。通过在W1-Fi小区之间的无缝移动性，用户将不会感知到已发生切换。
[0065]如Skype的商业级VoIP服务将享受在两个W1-Fi小区之间的无缝切换。由于这些VoIP服务都是免费或非常便宜的，所以对使手持机拥有者进入Free-Air W1-Fi区中的激励则是非常强的。
[0066]为了获得全部好处，个人和商家均必须成为Free-Air社区的成员。成员将免费提供。为了换取好处，一旦其处于Free-Air区内，手持机拥有者则必须同意在其终端上运行Free-Air应用。同样地，商家必须运行允许其将移动广告发送至匹配的手持机的Free-Air应用。成员的所有设备(手持机、AP和PC)必须允许插入启用Free-Air服务的功能性的轻量型Free-Air软件。
[0067]由于各方(个人和商家)将仅能通过加入Free-Air成员而获得极大的好处，在很短的时间内将获得庞大的顾客群。
[0068]在Free-Air业务模式的第二阶段中，将构造商业VANET(车辆自组织网络)。在该VANET中，将在VANET车辆上安装具有多个天线的远程信息处理箱。此外，也将安装在路侧上使用802.1Ia信道的多天线的W1-Fi AP。将与主要城市或都会区域的当地政府合作设立初始VANET。当地政府将很乐意参与这样的项目，这是因为VANET将提供两个重要的民事服务:(a)用于智能交通系统的远程信息处理服务，(b)用于政府和公众的车辆移动互联网(VMI)服务。最初，仅有的VANET车辆将是公交车和政府车辆。稍后，将增加出租车和私家车。
[0069]在其最终的形式中，Free-Air业务模式将成为MVNO(移动虚拟网络运营商)的新品种。在传统的MVNO模式中，运营商提供语音和数据服务。在Free-Air模式中，将仅提供无线数据带宽(免费和收费的)Tree-Air将能够通过第三方供应商为其成员提供众多且高度多样化的应用，如VoIP、IPTV、头条新闻、电子商务、电子娱乐等。只要其是通过移动终端启用的，通过Free-Air提供的服务和应用的类型则将是无限的。在这个意义上，Free-Air运营商为多元化通信供应商。
[0070]在家里或公司的网站上，Free-Air提供由业主和企业所订购的在宽带连接上稍带的W1-Fi带宽，这类似于由运营商所提供的毫微微小区服务。在街道及商业楼宇上，Free-Air 提供了由商家共享的免费 W1-Fi 带宽。在车辆内 ,Free-Air提供了使用VANET的收费VMI。其仅在乡村地区或非Free-Air的区域中。Free-Air功能通过第三方运营商基础设施提供了收费的带宽。
[0071]为了实现达到上述目的，本发明提供了一种包括多个移动节点和多个固定节点的电子数据通信网络。移动节点包括被安装在人控车辆中的车辆通信装置。人控车辆沿预定路径移动。移动节点包括发送数据的起始节点、中继数据的中继节点以及接收数据的结束节点。沿包括用于数据通信的中继节点的路径形成虚拟回路。虚拟回路是由路径进行识别的;其中数据从起始节点至结束节点的路由是用P2P路由算法进行的。固定节点包括被安装在固定通信结构中的固定通信装置。固定节点被连接至互联网。
[0072]预定路径包括多个用于车辆的道路，且固定节点包括多个沿道路进行安装的路侧单元。固定节点还包括多个商业单位。向商业单位的商家通知移动节点接近商业单位的信息。商家向移动节点的用户提供时间和位置相关的广告。广告是由移动节点的用户进行过滤的。移动节点相对于固定节点的位置形成了用于移动节点的地图。向商家提供用户偏好以及用户在地图中的位置。
[0073]道路包括多个区域。虚拟回路被绑定至区域。虚拟回路在层2运行以作为对层3的服务。数据帧在层2以虚拟回路ID进行识别。节点查找虚拟回路ID、检索下一信道的识别符以使用虚拟回路ID从虚拟回路发射帧，由此处理延迟是由虚拟回路ID的查找时间和用于检索下一信道的识别符的时间所组成的。
[0074]利用广播选择中继节点，从而使在发射节点和接收节点之间的距离增加至提供最小有效带宽的阈值，由此使在两个端点之间的跳数被最小化。
[0075]路由表包括记录。记录包括VCID、节点状态字段和下一信道ID。节点通过分区ID和供节点载有通信的虚拟回路的数量保持对位置的跟踪。
[0076]P2P路由算法进行用于每个节点的当前分区位置的更新，检测在已离开网络的虚拟回路中的节点，在已在其节点中发生改变的虚拟回路中选择新的节点，确定在每个虚拟回路中用于每个节点的信道数量，根据在节点中的变化更新路由表并设置和拆卸虚拟回路，由此反映车辆相对于道路的移动。
[0077]分区的GPS坐标被映射至在分区中节点的IP地址，由此节点的IP地址大致反映了节点的GPS坐标。每个节点维护在其所在的分区中的有效IP地址的表。表使用分布式哈希表算法进行更新，由此可避免IP地址的冲突。
[0078]用于车辆的预定路径包括相对拓扑，其中所有移动节点在具有大致为零的相对速度的相同道路上移动。在相同道路上的所有移动节点的子集形成不及时发生改变的相对拓扑。从和至在相对拓扑内的节点的包被限制以被限于通过在移动节点和毗邻节点的子集中的节点进行路由，由此在网络中的路由被分解成与各个相对拓扑相关联的路由。
[0079]进行路由，从而使从互联网流至移动节点的包处于通信流的反平行方向中，且从移动节点流至互联网的包处于通信流的平行方向中，由此减少了对强制切换的需要。
[0080]在相同道路上的所有移动节点被组织成不相交子集。每个不相交子集被分配有离散的颜色。从一个颜色子集向下一个颜色子集转发包。
[0081]在块中保留数据帧。每个块被分配有块ID。许多中继移动节点被指定为备用中继节点。如果出现超时，进行检测的备用中继节点则重新发射该块。块ID在从源移动节点至目标固定节点的所有发射中是唯一的。
[0082]控制平面维护拓扑表和IP地址表以使移动节点和固定节点根据IP地址找到彼此；分配信道;并计算每个移动节点用于启动预期切换的潜在轨迹。
[0083]在使用多个带宽的相同的TCP连接中发射包，由此带宽粘合增加了吞吐量。
[0084]车辆通信装置的用户设有适于在固定位置上使用的固定通信装置，被包括作为网络的一部分且被认证为用于相同的用户。
【附图说明】
[0085]图1示出在区域设置中的虚拟回路。
[0086]图2示出在公路的方向上在虚拟回路中的信道分配。
[0087]图3示出在与公路相反的方向上在虚拟回路中的信道分配。
[0088]图4示出在用于上传的公路上的红/绿层相对拓扑中的信道分配。
[0089]图5示出在用于下载的公路上的红/绿层相对拓扑中信道分配。
[0090]图6示出具有协作运营商AP的典型的P2P复合网状网络。
[0091]图7示出在大都市区域中的典型的复合P2P网状网络。
[0092]图8示出在农村地区中的典型的复合P2P网状网络。
[0093]图9示出在复合网状运营商网络中的带宽粘合。
[0094]图10示出在复合网状运营商网络中的垂直切换。
[0095]图11示出在复合网状网络中的正交信道分配。
[0096]图12示出在复合网状网络中的基于区域的路由。
[0097]图13示出在C节点上的进出操作。
[0098]图14示出在C节点上的转发操作。
[0099]图15示出在C节点上的组播操作。
[0100]图16示出带宽粘合的实例。
【具体实施方式】
[0101]I ^vanet
[0102]本发明解决了纯VANET的三个问题:长的每跳延迟、在往返中的大量的跳以及不具有集中化基础设施的控制和管理。关键概念是虚拟回路(VC)路由和基于分布式DHT的算法。
[0103]在本节的其余部分中，VANET节点将可与VANET车辆互换使用。为了简化说明，VANET节点将也被称为节点。
[0104]虚拟回路的定义
[0105]在固定网络中的虚拟回路和纯VANET中的虚拟回路之间有着根本的区别。在经典的ATM(异步传输模式)技术中，虚拟回路(VC)是在源节点和目的地节点之间的固定路径。该路径是固定的且从设置时候开始至拆除时候为止从未改变。进一步地，VC被绑定至其源和目的地端点。因此，VC是通过路径和两个端点进行识别的。然而，在IP世界中，连接仅是通过两个端点进行识别的，且没有对该路径的依赖性。
[0106]根据本发明的一个方面，VC仅是由其路径而非端点进行识别的。这是有意义的，这是因为VC现在仅充当路径识别符，而不是连接识别符。为了识别连接，一个人必须在IP世界中前往层3和层4，连接是由源IP地址、源端口号、目的地IP地址和目的地端口号进行识别的。因此，认识到VC是严格的路径概念是很重要的。
[0107]认识到在VANET中，连接的包将在不同的时间在不同的路径中行进也是很重要的。原因是简单的:所有节点是移动的-随着节点移动，路径将发生改变。
[0108]因此，关键是在路径和连接之间进行区分。在本发明中，VC是严格的路径概念。
[0109]根据本发明的一个方面，VC在概念上等同于包的行进路径。本发明的设计原理是包流和通信流是平行的(或反平行的)。因此，VC将被绑定至地理位置，其被称为区域。因此，VC为在两个区域之间的包路径。进一步地，在两个端点之间的完整的包路径可被分成多个子路径。因此，在源和目的地之间的完整的包路径可包括一序列的VC(包的子路径)。
[0110]虚拟回路的路由
[0111]根据本发明的一个方面，虚拟回路被绑定至其中运行纯VANET的街道或公路地图的区划方案。
[0112]在该技术中，在两个区域之间设置虚拟回路。区域的特征在于其限定边界点的设置，其通常是街道路口。可在两个区域的两个边界点之间设置虚拟回路。这在图1中示出。可在两个区域之间设置多个VC。虚拟回路被合适地定义为一个序列的节点-除了起始节点和结束节点之外，其余的节点为中继节点。在图1中，未示出中继节点，但却进行了暗示。要注意的是起始节点可能不是连接的源，且结束节点可能不是连接的目的地。VC的起始节点和结束节点简单地限定了 VC。
[0113]虚拟回路将在层2运行以作为层3的服务-这类似于ATM虚拟回路以作为在层2对IP层3的服务。在层2，所有数据帧将载有虚拟回路ID。
[0114]根据本发明的一个方面，有两种方式用于实现在层2的虚拟回路。第一种方法是在MAC层和层3之间部署ATM层。这是通过在VC的起始和结束节点插入ATM适应层，并在VC的所有节点插入ATM层而实现的。由于ATM是现有技术，未给出进一步的细节。
[0115]第二种方法是基于隐式ATM分层。在这种方法中，未插入显式ATM层。在MAC层的每个数据帧均被作为等同的“ATM帧”进行处理。每个帧将用在层2的VC ID，其被称为VCID进行识别的。在这个方法中，IP包被分成数据帧，其类似于ATM帧或信元。
[0116]在第二种方法中，从一跳至下一跳，无需在传输中修改数据帧。所有属于相同的虚拟回路的数据帧将载有相同的VCID ο在传输中接受数据帧后，VANET节点将立即从帧查找VCID且将使用VCID以从VC路由表检索向外(或下一个)信道的识别符以发射帧。在获得下一个信道的识别符后，所传输的数据帧未经修改被发送至合适的发射器。通过这种方式，则未在传输帧上进行层3的操作。仅有的层2操作为读取VCID并检索合适的输出信道识别符。因此，处理量被最小化。
[0117]要注意的是在常规的W1-Fi层2，数据帧将载有发射节点MAC地址、接收节点MAC地址和SSID(服务集ID)。根据本发明的一个方面，无需为VANET数据帧载有所有这些识别符。路由表将能够告知接收帧的本地节点用于每个VCID的下列内容:(a)如果当前的节点为中继节点或起始节点或结束节点，(b)如果接收的数据帧要在帧应前往的信道的向外信道进行发射。
[0118]应注意的是在常规的VANET服务中，远程信息处理箱也是至在车辆内或周围的手持装置的W1-Fi接入点(AP)。对于在手持装置和车辆内的AP之间的数据帧而言，将需要常规的SSID、源MAC地址和目的地MAC地址。
[0119]返回至VANET数据帧的描述，非传输数据帧将需要更多的处理。通过定义，非传输数据帧是在VC的起始节点的数据帧或在VC的结束节点的数据帧。在起始节点，每跳延迟主要包括发射时间；以结束节点，每跳延迟主要包括接收时间。
[0120]对于传输数据帧而言，每跳延迟是接收时间、层2处理时间和发射时间的总和。要注意的是由于VC设计，没有层3处理延迟。层2处理延迟包括VCID查找时间和用于检索下一个信道识别符的时间。层2处理延迟可通过使用硬件辅助而缩短。发射时间和接收时间可通过具有更小的数据帧(在数据帧的更小的有效载荷)而缩短。在纯VANET中，带宽是相对丰富的-常规的802.1 la/b/g信道的原始带宽为54mbps。因此，用于使每跳延迟最小化的好的方式是减少在数据帧中的有效载荷的大小。这里有一个折衷:由于有效载荷的大小被减小了，作为整个数据帧的百分比的数据帧报头的大小则有所增加。因此，只要带宽是相对丰富的且减少的每跳延迟足够得关键，那么一个人则可选择每个数据帧相对较小的有效载荷。
[0121]总之，用于减少每跳延迟的方法是通过减少在数据帧中的有效载荷的大小并通过使用在层2处理中使用硬件辅助或这两者而实现的。
[0122]通过广播进行跳最小化
[0123]—种用于减少在两个端点之间的跳数的方式是跳过路由包中的一些节点。由于所有无线通信和W1-Fi的广播特性是无例外的，这也是可能的。因此，中继节点(在从源至目的地的路径中的一跳)不一定必须是近邻节点；可跳过一些VANET节点。跳最小化的方法与二次包/帧输送技术相联接。
[0124]在这里的基本思想是在发射节点和接收节点之间的距离(其为VC的中继节点或结束节点)应最大化，这符合最小带宽的要求。随着在发射节点和接收节点之间的距离增加，可用的带宽也下降了。超过某个距离阈值，有效的带宽将下降至最低要求的值之下。因此，在选择中继节点中，距离应被增加至阈值。选择中继节点的详细方法将被涵盖在用于VC建立的描述中。
[0125]VC的建立方法
[0126]这里的问题是通过修改路由表而确定VC的节点(起始、中继和结束)。路由表包括记录，每个记录为指令组:[VCID、节点状态、下一信道的ID]。节点状态字段将告知当前节点是否为具有等同于VCID的ID的VC的中继节点、起始节点或结束节点。
[0127]下一信道的ID字段将指出哪一信道用于发射数据帧。此外，每个节点保持对两个变量的跟踪:以分区ID给出的其位置及其通信量(当前节点所载有通信所用于的所有VC的总和)。
[0128]在VC中选择节点是由节点的GPS位置所辅助的。根据本发明的一个方面，VC是最方便地由沿街道或公路的线性区域(或带)进行限定的。整条带被分成分区1、分区2.......分区k，其中分区k是结束分区，且分区I为起始区域。在街道或公路上的相同侧上移动的分区中的所有节点将为用于VC中节点的候选者。选择可以是(a)随机选择，或(b)依赖于包通信量或(c)依赖于在分区内的GPS位置。
[0129]在VANET中，节点为移动的。一旦建立了VC，其可能因为两个原因而需要修改。首先，在VC中的一些节点可简单地离开VANET。其次，随着节点移动，节点可能已从一个分区移至下一个(然后，节点的VC节点成员则必须改变)。
[0130]路由表的更新
[0131 ]为了确定和更新在每个节点的路由表，所有节点则一起运行分布式算法。该分布式算法实现了下列内容:(a)更新用于每个节点的当前的分区位置，(b)检测已离开VANET的VC中的节点，(C)选择已在其节点中发生改变的VC中的新节点，(d)确定在每个VC中用于每个节点的信道数量，(e)根据在VC节点中的变化更新路由表，且(f)设置或拆除VC。
[0132]进一步地，可具有带有重叠分区的2个或多个VC。在这种情况下，必须要完成在相邻节点之间的重叠发射范围之间的正交信道分配。根据本发明的一个方面，精确的2个VC可在街道或公路的同一侧上具有重叠分区。图2和图3示出正交信道的分配。在图2中，绿色信道I和红色信道I是为一个VC分配的信道；绿色信道2和红色信道2是为另一个VC分配的信道。在图3中，绿色信道3和红色信道3是为一个VC分配的信道;绿色信道4和红色信道4是为另一个VC分配的信道。
[0133]IP地址的纯P2P (点对点)的分配
[0134]为了定位其中的节点位于层3的分区，本发明使用在节点的IP地址和其所在的分区之间建立I对I (一对一)对应的IP地址分配方案。由于整个纯VANET是内联网，这则是可能的。可使用IPv6或IPv4格式分配IP地址。通过这种方式，VANET节点的IP地址将大致反映VANET节点的GPS坐标。
[0135]使用在具有其GPS坐标的分区和在该分区中的IP地址之间的专门的(在本申请中为留下来未进行指定的)映射创建对应。
[0136]为了避免IP地址冲突，已按分布式和一致的方式做出了分配。由于IP地址具有在节点所在的分区和节点的IP地址之间的I对I对应，冲突的检查是通过在彼此进行通信的在相同分区中的节点而实现的。
[0137]每个节点将跟踪在其所在的分区中的有效IP地址。因此，每个节点将维护在其所在的分区中的有效IP地址的表。在该节点的这些表是通过使用分布式哈希表(DHT)算法而更新的。在某种意义上讲，每个节点均是虚拟的DHCP(动态主机配置协议)服务器。作为使用DHT算法的结果，按P2P方式完成分配。
[0138]用于IP地址的纯P2P存储和查找
[0139]为了启用路由，远程节点需要找到其要与其进行通信的目的地节点的IP地址。这可根据基于P2P的SIP(会话发起协议)或基于P2P的IP地址查找方案而完成的。根据本发明的一个方面，基于DHT的算法被用于在纯VANET中存储在节点识别符和节点IP地址之间的映射。
[0140]在该技术中，远程节点将使用节点识别符作为检索被存储在经DHT算法实现的全局(为整个纯VANET的意义)分布式IP地址数据库中的IP地址的关键。
[0141 ] 万一中继节点从VANET断开的情况下的二次包输送
[0142]在该技术中，数据帧块也被分配有块ID。在相同的分区中，VC具有一个主中继节点和至少一个次(备用)中继节点。通过利用无线发射的广播特性，主和次中继节点都将接收所发射的数据帧的相同块。如果主中继节点无法在时限内转发(在接收后发送)所接收的块，次中继节点将再次发射相同的块。
[0143]I1.在VANET中的最优路由和激励
[0144]天线基础设施:
[0145]根据本发明的一个方面，每个VINET节点配备有被安装在车辆屋顶上的多比天线系统。天线系统是多无线电和扩展范围的，而天线则可以是定向的或全向的。每个天线还可以是多输入多输出(MIMO)天线系统的一部分。
[0146]典型的设置可具有4个天线，但这不是本发明的限制。VINET节点在下文将被简称为V节点。在另一方面，在VINET中路侧的固定基站被称为R节点。
[0147]每个无线电可被配置成半双工(仅用于发射或仅用于接收)或全双工(用于发射和接收，但却不是同时进行)。
[0148]根据本发明的一个方面，在典型的设置中，无线电是根据变化的环境用软件进行配置的。三种不同的配置被描述如下。
[0149]第一种配置适于在单个主干路或公路上的车辆。在该配置中，2个天线被用作发射器，且另外2个被用作接收器。因此，每个V节点能同时进行接收和发射。被称为FT(向前/前发射)的第一信道要发送至车辆的前部，且被称为BT(向后/后发射)的第二信道要发送至车辆的后部。被称为FR(向前/前接收)的第三信道要从前部进行接收，且被称为BR(向后/后接收)的第四信道要从后部进行接收。使用这种设计，没有信道被分配用于与在一侧上的车辆进行通信。因此，该配置最适于单个主干路或公路。在该配置中，FT和BT天线优选为定向的，且FR和BR优选为全向的。
[0150]第二种配置适于格网状道路。在该配置中，有4个无线电，且4个无线电中的每一个被配置成进行发射和接收(在不同的时间，由软件进行控制)。在格网状道路上，车辆可经常来到具有彼此交叉的2个或多个道路的路口。因此，车辆可能需要转弯且仍需继续进行连接。在这种情况下，4个无线电被分为与在所有4侧:前、后、右和左上的其他V节点或路侧AP(R节点)进行通信。优选地天线配置包括2个半双工发射天线和2个全双工天线。2个半双工发射天线被用作FT和BT，且另外2个全双工天线被配置为从车辆的周围进行发送和接收。在该配置中，半双工天线优选为定向的，且全双工天线优选为全向的。
[0151]第三种配置是完全对称的。每个天线都是全双工的。水平空间被分成4个四分之一等分:前、后、右和左。每个四分之一等分占有圆周的360度中的90度。负责前四分之一等分发射和接收的天线被称为FTR;负责后四分之一等分发射和接收的天线被称为BTR;负责右四分之一等分发射和接收的天线被称为RTR;且负责左四分之一等分发射和接收的天线被称为LTR。在该配置中，所有天线可以是定向的或全向的。
[0152]接下来，描述了被称为AP(接入点)的路侧基站(R节点)的天线结构。AP通过宽带信道被连接至互联网-通常，宽带信道是固定丝(铜或纤维)。每个AP配备有至少两个天线，且每一个均充当全向扩展范围的无线电。对于AP来说，最适合的位置是在格网状道路系统中的路口。
[0153]移动基站:
[0154]根据定义，VANET是自组织网络，这意味着W1-Fi装置形成了单个服务集，且每个节点(V或R节点)使用相同的信道和彼此进行通信。然而，该设置具有很多问题。首先，由于所有的节点都位于相同的信道上，有很大的可能会产生RF干扰。第二，由于所有节点是对等体，因此网络管理是困难的。例如，在P2P(点对点)网络中很难管理安全性问题。第三，其需要所有节点按自组织模式进行配置。这使得将手持机连接至VANET为不可能的，这是因为所有已知的手持机均被禁止在自组织模式中运行，由于商业原因-这是自组织设置的一个严重缺点。第四，P2P设置假定网络的点对点拓扑。然而，这种假定与无线电通信的特性根本上是矛盾的。在所有RF通信中，所有数据均进行了广播且每个节点可以听到其是否处于发射器的范围之中。在另一方面，基础设施模式开拓了无线电通信的广播性质。因此，根据本发明的一个方面，所有(V和R)节点在基础设施模式中运行。每个V节点被配置为W1-Fi基站(BS)或W1-Fi客户端，或同时为这两者。为了避免混淆，仅V节点被称为BS且仅R节点被称为AP0
[0155]因此，每个V节点为在VINET中的移动基站，而每个AP则是固定基站。
[0156]相对拓扑:
[0157]使用基础设施模式，VINET表现得几乎像固定网络一样，除了拓扑是由两种节点所组成的以外。V节点为移动BS且R节点为固定AP。在任何时刻，整组的V节点和R节点形成互连网络的绝对拓扑，其不再是单个或互联自组织网络。
[0158]在所有V节点在具有相对速度为零的相同道路上移动的条件下，在相同街道上所有V节点的子集形成不随时间变化的相对拓扑。在VINET中，源于和至“固定的”相对拓扑的子集内的节点的包被限制为通过在该V节点子集中的节点和邻近(V或R)节点进行路由。因此，对于这些包而言，唯一相关的拓扑是固定的相对拓扑加上邻近节点。因此，所有V2V包流仅需考虑相对拓扑。通过这种方式，整个VINET的复杂路由问题则被分解成与各个相对拓扑相关联的“独立”的路由问题。要注意的是相对拓扑可具有晶格结构，这是因为其是在相同街道或公路上的V节点的拓扑。
[0159]平行流的原理:
[0160]相对拓扑的这一概念还有着其他优点。要考虑两种情况:下游包流和上游包流。参考方向是相对于互联网而言的。因此，下游流指从互联网至V节点的包流，且上游流指从V节点至互联网的包流。
[0161]对于上游流而言，在与车辆移动的相反方向上发送包是没有意义的。其原因是上游流的目的是为了将包发送至路侧AP。因此，预期AP的自然选择是V节点所接近的一个。将包发送至在向前移动的车辆后的AP是没有意义的。如果在与车辆移动的相反方向上发送包，预期的AP则从发送方移开。因此，在一段时间后，预期的AP变得无法进行连接，且必须进行
[0162]强制切换。因此，对于上游流而言，包流必须与通信流的方向相平行。
[0163]在另一方面，对于下游流而言，情况也是类似的。用于接收包的最好的预期AP仍是V节点移至的那一个。因此，对于下游流而言，包流应与通信流的方向反平行。
[0164]另一考虑为如果在发射器和接收器之间有阻挡物，则会衰减RF信号。包应按清晰的视线方式在跳与跳之间行进。这也意味着包流和通信流应是平行的。
[0165]因此，根据本发明的一个方面，路由是通过下列方针进行设计的:下游流与通信流的方向反平行，且上游流与通信流的方向平行。该方针被称为平行(包-通信)流的原则。
[0166]为了解决完整的路由问题，一个人不得不找到用于V2R(或R2V，其被包含在V2R的情况中)流的路由。在这种情况下，一个人不得不考虑包括具有附近路侧AP的固定的相对拓扑的部分绝对拓扑。只要不违反平行流的原则，这些路由则仍然有效。然而，由于在相对拓扑中的节点将随时间而移动且固定AP永不移动，不可避免的是包流必须改变其路由，这是因为原来预期的AP可能变得无法进行连接。必须进行切换。因此，移动性(从一个预期接收器至新的预期接收器的切换)是在VINET中的根本性问题。事实上，移动性是在所有移动通信网络中，而不仅仅是在VINET或VANET中的根本性问题。平行流原则非常有助于减少对强制切换的需要。
[0167]信道分配:
[0168]本发明的下一个方面涉及信道分配。信道分配的一个目的是使包必须在VINET中遍历的跳数最小化。回想一下，每个节点均被限制于有限数量的天线，且仅有在一个频带上的有限数量的正交信道。例如，802.1la具有8个正交信道。802.1lA具有的优点为其具有更多的非重叠的信道;但其具有较小的范围。然而，由于802.1la频带远没有802.llg/b所使用的频带用得那么多，因此在高速上的实际范围则实际上更大。在802.llb/g中，仅有3个正交(非重叠的)信道。应注意的是，VINET不仅限于使用W1-Fi技术以进行通信。可使用任何短程或中程小基站无线IP技术。例如，也可使用WiMAX、LTE毫微微小区或微微小区技术。
[0169]根据本发明的一个方面，所有路侧AP都配备有扩展范围的全向天线。进行这种安排的原因是这确保了至和源自路侧AP的包流保持在相同的信道中，即使是车辆驶过AP13S注意的是随着车辆驶过AP，包流的方向可从平行变成反平行(或反之亦然)。这种变化会导致V2R路由的效率低下。因此，在已达到某个距离阈值后，必须进行强制切换。
[0170]在双向街道上，按照使信道在相反方向之间为正交的方式进行分配。例如，所有V2V信道被分成两个正交子集:一个子集用于每一个方向。因此，在通信的相反方向中的包流之间将不具有干扰。
[0171]子集相对拓扑:
[0172]根据本发明的一个方面，为了使跳数最小化，在相同街道上的所有V节点被组织成为不相交子集。进一步地，每个不相交子集被分配有离散的颜色。包从一个颜色子集被转发至下一个(源于一组V节点的各个V节点)。如果包在到达路侧AP前遍历2个颜色子集，该包在VINET中遍历的跳数为3 ο此外，每个V节点的子集形成相对拓扑。
[0173]通常，在颜色子集中的每个节点将使用相同的信道分配以进行包发射和接收。然而，这并不是限制。
[0174]要把V节点包括在子集中的标准是基于SNR(信噪比，有时也被称为Eb/No)。其原理是在相同子集(也被称为组)中内的每个V节点能很好地听到彼此，以至于如果其在相同的信道中发送至彼此时，则将发生严重的干扰。另一个组织节点的标准是基于距离。这种节点组织是VINET的控制平面的函数。
[0175]然而，有多种方式在相同的街道上组织子集(组)，基于晶格拓扑的下列方法则是一种可能性。在这种方法中，在一个方向上的在相同街道上的所有V节点被组织为具有两种颜色:绿色或红色。绿色表示一层，且红色表示另一层。因此，在一个方向上的在相同街道上的V节点的整个拓扑形成交织的红和绿层的晶格。
[0176]在图4和图5中示出了这种安排。在图4中，上游包流是与通信流一起绘出的。在图4中，在靠近路侧AP的绿层中有2辆汽车，接着是有3辆汽车的红层。红层汽车使用绿色信道I和绿色信道2以将包发送至前一层，其是绿色的。在红层后是有2辆汽车的第二绿层。在第二绿层中的这两辆汽车使用红色信道I和红色信道2以将包发送至前一层，其是红色的。
[0177]图5是类似的，除了其仅示出了下游包流外。现在，第一绿层汽车使用绿色信道3和绿色信道4以将包发送至后一层，其是红色的。红层汽车使用红色信道3和红色信道4以将包发送至后一层，其是绿色的。
[0178]要注意的是在这个代表性实例(实施例)中，红色信道I和绿色信道I可以是相同的信道。其原因是这两个信道都是上游信道且在上游信道中的包按存储并转发的方式被一层层地发送至预期的AP。因此，由于这些包是沿路径相同的，发送和接收可以是(且应该是)被布置在不同时间发生。类似地，红色信道X可与绿色信道X相同。因此，如果每一层具有2个向前的信道以及2个向后的信道且街道是双向的，那么所需的独立信道的总数仅为4。由于至少有2个为路侧AP所保留的信道，因此在802.1la频带中仍然还有2个未使用的信道。因此，通常，根据V节点密度和带宽要求，每一层的向前信道或向后信道的数量被限制为3。
[0179]因此，包将仅从红色节点行进至绿色节点或从绿色节点行进至红色节点。绿色节点将在绿色信道中发送或接收包，且红色节点将在红色信道中发送或接收包。因此，该相对拓扑具有晶格结构且路由是一直向前的。由于所有路径是从红色至绿色至红色的(且反之亦然)，没有将形成循环的路径。因此，标号纠正算法的经典循环问题完全消失。
[0180]要注意的是这种分层的拓扑方法完全将路由问题从经典的最短路径问题转化为速率分配问题。现在的问题是如何向每一个可用的向前或向后的信道分配速率。该问题是使用晶格结构的特殊的最大流问题。根据本发明的一个方面，VINET的控制平面为通过在相同的街道或公路上的两个单独的AP限定的每个相对拓扑解决该问题。
[0181]在这里的另一个问题是在分解的拓扑方法中分配层(或子集)的问题。很显然，如果唯一的目的是使VINET路由中的跳数最小化，那么则应该有两层，一层是绿色的且一层是红色的。但这可能是不可行的。如果在相同的街道上的两个分离的AP之间的距离非常远，那么V节点则可能从街道的一端至另一端进行通信。进一步地，由于许多V节点可发送至相同的V节点，因此包冲突的机会则将大大增加。因此，层分配问题受到天线功率和在相同街道上的分离的AP之间的距离的限制。该分配还应依赖于在相同街道上的V节点密度。如果V节点的数量很大，为了减少干扰，增加层数则可能是更好的做法。在这种情况下，VINET运营商应该在这种繁忙的街道上安装更多的AP。
[0182]根据本发明的一个方面，层数大致等于在相同的街道上由距离参数所分开的两个分离的AP之间的距离。该距离参数与V节点中的带宽要求成反比。如果V节点中的带宽要求很大，该距离参数则被设置为很小;否则，参数则被设置为很大以使跳数最小化。
[0183]用于避免包冲突的TDMA
[0184]在分解拓扑方法中，可能的是多个发送方可发送至相同的接收方；因此，包冲突则变得极有可能。在分层方法中，绿色节点从未与绿色节点直接进行通信，且红色节点从未与红色节点直接进行通信。这种方法已减少了发生包冲突的机会。
[0185]根据本发明的一个方面，为了进一步地减少包冲突，使用TDMA保留方案。回想一下，在分层拓扑方法中，每一层具有多达3个用于发射的正交信道。因此，充当BS的V节点可具有将其附至客户端的多个V节点。进一步地，根据本发明的一个方面，在被分配至相同信道的相同层中可具有多个V节点。通过相同信道至这些V节点的发射应使用TDMA保留方案进行协调。可使用合理的TDMA方案;其中的一个是TP-TDMA方案。
[0186]然而，由于车辆在移动的事实，在BS和其客户端之间的延迟可随时间变化，试图使吞吐量最大化的外来方案则是不可取的。
[0187]在VINET中，有着为包/帧时隙进行保留的单独的控制平面。由于V2V延迟随着车辆的移动而随时间变化，因此保留方案是基于包(或帧)的组块(或块)，而不是单个包(帧)。进一步地，要在发射的两个相邻的块之间使用足够的保护频带。这样做是为了避免同步误差。
[0188]进行块保留的控制平面可以在带内或在带外。在带内方案中，在作为数据信道的相同信道中发送控制包(或帧)。在带外方案中，在不同于数据信道的信道中发送控制包(或帧)。保留可基于轮询、轮叫或争论。
[0189]控制平面也选择了哪些V节点被用作了中继节点。由于独立信道的数量被限制为3，因此简单的策略是在相同层中随机选择高达3个V节点。
[0190]此外，对于下游包流而言，V节点可从前一层选择哪些中继节点以用于发送下游包。如果V节点具有足够的天线，V节点应使用不同的信道选择2个或多个中继节点(通常，在相同层中的不同的中继节点应具有独立的信道)。在这种情况下，将不需要TDMA媒体接入控制以避免包冲突。这是在图5中所示的情况。
[0191]用于抵消中继V节点的损失的方法
[0192]VINET不同于普通的网格蜂窝基础设施。可能的情况是V节点能在任何时刻停止，或V节点能移动至另一街道或进入车库结构，从而导致在相对拓扑中的变化。因此，在从源至目的地的路径上的中继节点可突然消失。为了解决这个问题，将在VINET中使用多路径路由以进行相同的IP连接(单播、组播或任播)。作者发明的移动性技术(美国专利申请项下)可用于实现在相同IP连接上的多路径包输送。
[0193]根据本发明的另一个方面，也可使用保留和重播方案以恢复丢失的包。该方案可在结合或不结合TDMA链路层控制的情况下实现。
[0194]在这种方案中，经保留迷你帧发射被保留。每个保留迷你帧是占用稍多于几个DIFS(DCF帧间空间)间隔，其中DCF为根据802.11标准中所限定的分布式协调功能。在公共领域中存在大量的保留方案，例如，PCF(点协调功能)、HCF(混合协调功能)等。保留迷你帧可使用优先级排队方案，如DFC或轮询或轮叫或混合而进行仲裁。
[0195]在块中保留数据帧:每个发射器可保留数据帧的固定块。
[0196]然而，固定的尺寸会发生变化:块的实际大小可在保留迷你帧中指出。数据帧的每一块可分配有块ID，其是能听到保留迷你帧和数据帧的所有终端和基站所已知的。在保留迷你帧中，一些中继V节点被指定为备用中继节点。这些备用中继节点将使用定时器以确定在超时阈值内是否未发射了数据帧的特定块。如果超时事件发生时，则数据帧的块被视为丢失，随后进行检测的备用中继节点将重新发射该块。选择备用中继节点，从而使其听到数据块的原始发射;其存储原始发射的数据块并使用其在需要的时候进行重新发射。
[0197]要注意的是块ID被设计成在从源V节点一路至目的地路侧AP(或从源路侧AP至目的地V节点)的所有无线电发射中是唯一的。由于该方案是结合保留方案而使用的，将不会有块发射的重复。为了发送丢失的数据块，备用中继V节点不得不进行指定数据块ID的保留。由于所有中继节点将听到保留迷你帧，仅有一个中继节点将重新发射丢失的数据块。
[0198]控制平面功能
[0199]根据本发明的一个方面，有一个用于VINET管理的单独的控制平面。控制平面的目标包括:(I)维护拓扑表(相对和绝对拓扑)，(2)维护IP地址表以使V节点和R节点以IP地址找到彼此，(3)信道分配，(4)计算每个V节点用于启动预期切换的潜在轨迹。控制平面考虑了通过GPS (全球定位卫星)映射已知的街道拓扑和VINET的拓扑。
[0200]根据本发明的一个方面，基于分布式哈希表的存储和检索算法被用于存储各种表:拓扑表、IP地址表、潜在的未来V节点位置的表等。这些表也可在集中式数据库系统中实现。
[0201]特别地，如果满足下列条件中的任一个，控制平面则将触发预期切换。
[0202](a)V节点移向AP且将要通过AP;
[0203](b)V节点退出当前的道路并转向另一条道路；
[0204](C)V节点突然停止并断开其为其中的一个成员的相对拓扑；
[0205](d)V节点突然停止充当V节点；
[0206](e)V节点大大改变了其速率/位置以使其为其中的一个成员的相对拓扑不再有意义，新的子集成员必须被分配至改变的V节点。
[0207]此外，用于V节点的IP地址分配也将通过控制平面进行。由于V节点通常可改变其附接点，可能不会使用经典的DHCP(动态主机配置协议)。一种方式是将IPv6地址分配至V节点。然而，这不是对本发明的限制。
[0208]用于激励带宽共享的方法
[0209]本发明还提供了刺激在路侧上的商家和居民设置AP以共享其宽带带宽的激励。对于商家而言，一种激励是经用于互联网连接的路侧AP强制使用V节点的互联网装置的所有显示器看到商家的广告。对于居民来说，一种激励是在MVNO(移动虚拟网络运营商)服务中将免费或减少收费的成员提供至居民。例如，该MVNO服务可在许多城市具有很大的覆盖范围。免费或减少收费的移动VoIP(IP语音)服务也可被用作对商家和居民的激励。
[0210]II1.P2P移动虚拟网络运营商模式和路由
[0211]获得临界质量是建立基于社会网络的MVNO中的关键的第一步。由于出租车司机为个人小商人且其在街道上花费了其大部分的时间，其代表了用于最适合于P2P MVNO模式的用户。
[0212]根据本发明的一个方面，P2PMVNO向出租车司机提供了四种类型的服务:(I)呼叫中心；(2)车辆内Vo IP;(3)基于位置的辅助；(4) VMI。在呼叫中心服务中，MVNO将自动搜索和匹配出租车呼叫方和出租车司机。对出租车的呼叫可按两种方式完成:基于文本的或基于语音的。在基于文本的出租车呼叫中，文本消息是经互联网发送的，其被直接路由至MVN0。在基于语音的呼叫中，语音识别系统将接收到电话并直接为呼叫方接洽在街道上的出租车司机。
[0213]对出租车的基于位置的辅助包括:(a)交通拥堵信息；(b)估计的行程时间；(C)路由辅助；(C)在位置上的辅助信息:在商店中特别促销中销售的物品、在目的地查询的电话号码等。
[0214]根据本发明的一个方面，免费的网络中基于IP的服务被用作激励以将新的用户招募至P2P MVN0。这种网络内服务可包括VoIP、IP视频会议和基于选择位置的服务等。
[0215]根据本发明的一个方面，选择CPE装置也是按成本或低价卖给了用户。这些消费类装置预装有启用免费的网络内服务的软件。例如，具有IP视频会议能力的消费类CPE装置将启用用于用户的免费的IP网络内视频会议。这种激励是用于为P2P MVNO产生病毒式增长或使社交网络业务模式的效果滚雪球式增长的有效工具。
[0216]用于P2PMVNO的收入模式包括用于下列内容的每月或定期订阅费:(a)VMI，(b)增值服务(例如，呼叫出租车服务)，(C)远程信息处理服务(基于位置的、与安全相关的、与通信相关的等)或(d)固定或移动的VoIP、固定或移动的HDTV/IPTV、固定或移动的互联网服务。
[0217]P2P MVNO还可为移动终端，如智能手机、手提电脑和MID等中的专业软件收取技术许可费。此外，可为被安装在车辆中的AP、网关服务器、VMI箱中的专业软件收取技术许可费。专业软件可使这些装置提供无缝切换或带宽粘合和其他功能。
[0218]进一步地，过量的移动带宽可被重新销售给运营商。P2PMVNO还可通过在通过MVNO连接的CPE装置中的广告获得收入。这种装置可包括
[0219]被安装在能够提供IP视频或语音会议的车辆或家庭/办公室盒内的远程信息处理箱。
[0220]根据本发明的一个方面，P2P MVNO是通过将3种类型的W1-Fi网状网络拼合在一起而形成的:(1)VANET，(2)在街道上的固定网状网络以及(3)在街道上的自组织网状网络。这种网络被称为复合网状网络。可添加的各个网络的可能的类型包括:(a)家庭/办公室W1-Fi网络，(b)家庭/办公室毫微微小区网络，(c)家庭/办公室微微小区网络，(d)VANET’(e)家庭/办公室自组织W1-Fi网络，(f)在街道上的自组织W1-Fi网络。
[0221]根据本发明的一个方面，可被添加至复合网状网络的各个PCE的类型包括:手提电脑、智能手机、PDA(个人数字助理)、台式PC、MID、游戏机、MPM(便携式媒体播放器)、服务器、W1-Fi AP等。所有这些装置的唯一且共同的要求是它们是IP装置:它们可被连接至IP网络。
[0222]在复合网状网络中的装置可在基础设施模式中运行或具有自组织模式，如在W1-Fi 标准或毫微微小区标准中所规定的。
[0223]根据本发明的一个方面，复合网状网络还通过垂直切换被连接至运营商网络，包括3G、4G(WiMAX/WiBro)、LTE、HSPA+以及任何未来的运营商级的移动数据网络。
[0224]组合的运营商网络和复合网状网络被称之为复合P2P网络。图6中示出了复合网络。在图7中示出了用于大都市区域的复合网状网络;而在图8中示出了在农村地区中的复合网状网络。
[0225]在复合P2P网络中，移动装置可能必须进行两种切换:垂直的(在不同种类的带宽之间)和水平的(在同种带宽之间)。在图10中示出了这些切换。
[0226]在复合P2P网络中，装置可利用由复合P2P网络中的不同子网络提供的多个带宽。这在图4中示出，其中汽车经4条路径被连接至网关:路径I和路径2经W1-Fi AP进行连接，路径3经3G/HSPA网格蜂窝塔进行连接;且路径4通过WiBro网格蜂窝塔进行连接。由于单播的另一端点将仅把包发送至单个目的地，因此需要使用网关以实现带宽粘合。网关将充当代理:另一端点将把尽可能多的包栗送至网关，且网关将把包分布至通往移动装置，在图9中的汽车的4个路径上。
[0227]根据本发明的一个方面，在相同位置上的无碰撞的同时发射是通过将正交信道分配至每一对通信而实现的。重要的是要先明确地定义用于该多无线电技术的术语。首先，假定所有通信都是直接的且是双向的。因此，发射器也是接收器，且接收器也是发射器。每个车辆被假定为配备有多无线电定向天线。典型的设置是每个车辆具有在车辆屋顶的4个无线电定向天线。每个发射器-接收器对被称为通信对。
[0228]在一个双向街道上，在一个方向上可允许的信道与在另一方向上可允许的信道正交。例如，在东-西向公路上，所有向东的车辆被允许使用奇数信道进行通信，而向西的车辆则仅被允许使用偶数信道进行通信。在图11中示出了正交信道分配的一个实例。
[0229]适应于街道交通和拓扑的简单启发法被用于分配信道。这些信道是位置受限的。例如，为了与在向北的街道上前部或后部的车辆进行通信，所允许的信道可被设置为在集合{2，4}中；但为了与在一侧上的车辆进行通信，所允许的信道可被设置为在集合{6，8}中。这些启发法可使用机器学习或模糊逻辑来进行设计。
[0230]此外，如果在横截面上，如果有可用的固定路侧AP，那么对于在与该横截面相距短的预定义距离范围内的所有车辆而言，在车辆之间的通信可下降以有利于与路侧AP进行直接通信。
[0231]根据本发明的一个方面，随着街道上的拓扑改变，用于通信对的信道分配将进行适配。该过程被称为信道适配算法。该算法考虑了街道拓扑(通过GPS映射而已知的)以及VANET拓扑。
[0232]根据本发明的一个方面，当信道分配算法已认为非冲突信道分配是不可能的时，还使用了显式保留方案。显式保留方案可能涉及IP-TDMA保留方案或RTS-CTS方案。
[0233]根据本发明的一个方面，周期性地启用拓扑扫描算法以扫描和存储相邻的网状装置。这些装置可以是VANET节点或简单地为CPE装置。如果断开了在复合网状网络中的任何装置，缓存的拓扑被用作对所存储的网络拓扑进行初始化。
[0234]根据本发明的一个方面，基于DHT的分布式存储和检索算法被用于在复合网状网络中存储节点的IP地址。基于DHT的分布式存储和检索系统实际上实现了分布式数据库，其中装置ID可用于作为存储和检索IP地址以及其他相关联信息的钥匙。
[0235]根据本发明的一个方面，在VANET中的路由是基于GPS坐标或其他地理坐标的。VANET地图被分面区域且路由被分成区域至区域(Z2Z)、车辆对区域(V2Z)、车辆对车辆(V2V)和车辆对路侧(V2R)。
[0236]根据本发明的一个方面，虚拟回路(VC)进行设置，从而使被分配至特定VC的IP包必须在覆盖网络的特定序列的节点中行进，该特定序列的节点构成了覆盖网络中VC的路径。
[0237]根据本发明的一个方面，在源和目的地之间的包输送是通过一个序列的VC完成的，其通过了路由的V2Z、Z2Z和Z2V段。这在图12中示出。
[0238]根据本发明的一个方面，从任何车辆至任何区域的VC数量被限制为4。
[0239]根据本发明的一个方面，要选择用于路由的VC强烈且主要依赖于街道拓扑和当前的VANET拓扑，且仅微弱地依赖于VC的拥塞。特别地，在VC中的包流是通过路由算法而进行选择的，从而确保包流平行于通信流。例如，如果车辆要确定VC要到达位于车辆北部的路侧AP，那么则应选择VC，从而使当前的车辆路由平行于包流。理想地，车辆应向北方行进。如果在另一方面，车辆在向南的方向行进，那么路由算法将选择朝向南方的路侧AP。
[0240]IV.Free-Air
[0241 ]获得作为消费者的手持机拥有者和商家的强激励
[0242]最终，随着消费者在车辆或通过步行接近一个位置，源于接近其最终目的地的附近商家的广告应按有吸收力的方式被馈送至其移动装置。其关键是创建激励，从而使消费者和商家都觉得有必要去做。
[0243]在Free-Air模式中，经两个强激励将消费者吸引至平台:(I)自由带宽以及(2)附近商家的特价商品和优惠。
[0244]由于在无线数据定价中的最近变化，手持机用户的第一和最重要的关注问题是免费带宽。如今，随着智能手机的使用的激增，无线数据率达到了理论极限，运营商无法满足带宽需求。因此，许多运营商已从吃到饱的固定定价切换至分级定价。预计所有的运营商都将纷纷效仿。
[0245]今天，手持机用户可能被引诱至巴克店而只是为了获得免费的W1-Fi。按照类似且更具吸引力的方式，Free-Air用户甚至不必去专门的商店以获得免费的W1-Fi。在路侧或商场的走廊上的Free-Air的成员商家将提供免费的W1-Fi以换取向用户的手持机发送广告的权利。
[0246]对手持机拥有者的第二个激励还涉及货币价值。任何消费者主要关注的问题是价格。由于LBMA具有高得多的点击率，将强烈地刺激商家以提供特价和诱人的折扣。在韩国，一些超级特卖是时间敏感的。在这种情况中，LBMA的及时性对于消费者来说是特别重要的:相对于其他消费者而言，移动的广告接收方对这些特价具有不公平的优势。
[0247]从商家的角度来看，最关注的问题是获得手持机拥有者的同意以发送广告。该同意很容易通过对手持机拥有者进行强激励以获得免费的W1-Fi而建立起来。对于商家而言，由于免费的W1-Fi将共享商家现有的宽带连接，免费的W1-Fi实际上产生了零经营成本。在一个版本的业务模式中，Free-Air的运营商将给商家免费的W1-Fi接入点(AP)以作为加入Free-Air成员的激励。W1-Fi AP的成本将从通过移动广告完成的每个销售的百分比削减中请求扣除。
[0248]在道路上对即将到来的商家的预期中的广告流
[0249]在Free-AirVANET中，在道路上的车辆被简单地链接为与道路相平行的虚拟回路。广告流机制将把关于即将遇到的商店和服务站的广告转发至车内手持机。
[0250]这类广告对于在远离城市的公路上的旅客来说是关键性的。考虑坐在行驶在农村的公路上的车辆内的Free-Air用户的情况。人们非常希望获得关于在其不熟悉的区域中的可用商店和服务站的详细信息。如果手持机用户选择他想通过Free-Air应用获得食品服务信息，那么食品服务商家将把特殊的电子优惠券和其他促销与行驶方向一起进行转发。由于这些广告被电子性地进行发送和显示，其可获得除了路侧广告牌以外的更丰富的信息集合。路侧广告牌具有许多缺点:他们会被错过，他们难于改变且他们不提供优惠券。
[0251]货币化方案
[0252]Free-Air的主要货币化方案有两种:(a)广告流(LBMA)机制所产生的任何交易业务的固定百分比的削减(b)VMI服务的月租费。
[0253]其他方案也是可能的且如下所述:
[0254]设备销售
[0255]Free-Air还将销售专用于Free-Air应用的手持机。这些手持机可能或可能不被绑定至其他运营商。如果其未被绑定至其他运营商，这些手持机将仅是能通过由Free-Air所提供的免费带宽进行通信的手持机。因此，这些手持机将非常适于旅客和低收入用户。如果他们未被绑定至其他运营商，那么仅手持机所需的天线将是W1-Fi的。
[0256]此外，也可销售配备有两个W1-Fi天线的专门的手持机。这些手持机将适于通过粘合源于两个附近的W1-Fi AP的带宽而获得更高的带宽。对于想要高带宽应用的用户来说，这种手持机将是非常有吸引力的。例如，想要HD视频流的人们将发现这些手持机是非常有吸引力的。
[0257]给第三方供应商的许可费用
[°258] Free-Air还将对使用嵌入Free-Air中的专有技术收取许可费用例如，Skype和其他VoIP提供商可能需要Free-Air所提供的无缝移动性。移动IPTV提供商还可能需要在车辆内的无缝移动性。HD视频流应用可能需要Fr ee-Air所提供的带宽粘合。
[0259]MNVO的新品种:具有VANET的虚拟基础设施提供商
[0260]在Free-Air业务模式的第二阶段中，将添加新的激励:(I)数据移动性，(2)车辆内的广告流，(3)具有语音移动性的VoIP，以及(4)车辆移动互联网(VMI)服务。在这四个服务中，前两个，数据移动性和车辆内的广告流对于Free-Air手持机用户来说是免费的。
[0261 ] VANET
[0262]尽管有许多用于VANET的建议，但其中的大多数都是有缺陷的，这是因为他们使用了纯自组织网络的形式:所有通信共享一个公共信道。该设置导致大量的无线电干扰并限制了可用的带宽。由于这个原因，大多数的VANET被设计为仅用于远程信息处理应用。对于要求大量带宽的VMI应用来说，空间由4G(WiMAX和LTE)支配的。
[0263]通过对公共交通服务，如城市公交车和出租车应用专有VANET技术，可构造出与其他MVNO相比几乎免费的全新宽带基础设施。此外，由于P2P架构，它是强大的、可扩展的、具有成本效益的，而且甚至具有滚雪球效应;附接越多的节点，其则能表现得更好。VANET基础设施在长期过程中是一步步建立的。我们第一个目标是公共交通。城市公交车是用于在启始阶段建立VANET的完美目标，接下来配备所有的出租车并随后销售售后市场的VANET盒。在最后阶段，Free-Air VANET将是事实上的标准且汽车制造商OEM我们要嵌入的VANET盒。
[0264]用于Free-Air的社交网络
[0265]在第二阶段中，Free-Air应用软件也将具有社交网络服务(SNS)功能。使用这种SNS功能，Free-Air成员将向其朋友和家庭推荐产品或服务。病毒性营销方案可通过建立Free-Air服务的SNS功能而实现。
[0266]不具有第三方的P2P社交网络
[0267]在Free-Air SNS和已知提供商所提供的传统SNS，如Facebook和Twitter之间的关键差异是Free-Air在不具有第三方的情况下启用了 SNS。
[0268]在社交联系人之间的富媒体通信是不通过第三方网站而直接进行的。
[0269]与第三方网服务相比，P2P设置具有多个优点。首先，基于P2P位置的SNS不需要GPS信息。因此，即使联系人坐在不具有GPS调制解调器的台式计算机前面，其仍可参与基于位置的SNS。其次，在P2P SNS中，没有被存储在云中某个地方的集中式数据中心中的私人信息。参与P2P SNS的人们将具有对私人信息的更好的保护。第三，很容易设置和拆除P2P社交网络。在不运行专门为例如，Facebook编写的应用的情况下可很容易地设置和拆除私人倶乐部。
[0270]仅仅因为这三个原因，P2PSNS将最终成为第三方基于网的SNS的显著竞争对手。
[0271]强大的技术壁皇
[0272]不过，技术壁皇已防止了实现LBMA的终极形式。
[0273]LBMA的主要技术壁皇是根据规定的一组条件将商家与手持机匹配所需的数据库的操作。每个单独的手持机必须基于手持机和商家的位置、手持机的移动方向等而与一组商家相匹配。由于这些搜索涉及仅围绕某个位置的手持机和商家，使用集中化基础设施进行这些搜索和匹配操作是高度非生产性的。分布式基础设施不仅是自然的，而且比集中化对应物更具有成本效益。
[0274]使用P2P技术，Free-Air基础设施非常简单和精简。在商家和消费者之间没有中间人实体。不需要专门的服务器:只有轻量级的软件被插入商家现有的W1-Fi AP和服务器中。不需要充当后端的专用数据中心基础设施。因此，Free-Air基础设施的经营成本极低。Free-Air运营商将享受到与需要集中化基础设施的运营商不匹配的利润率。
[0275]不使用GPS的基于位置的服务
[0276]在广告流的初始部署中，不需要获得手持机的GPS坐标。因为广告流是按P2P方式实现的，因此这也是可能的。每个Free-Air AP被自动链接至在一定距离范围内的其他局部Free-Air AP。在Free-Air AP之间的P2P链接形成了与被附接至Free-Air AP的手持机相关的AP的自然地图。一旦手持机被附接至特定的Free-AirAP，所有代表所有局部商家的附近的AP将接到通知并将广告转发至手持机。在手持机上的Free-Air应用将根据手持机用户所设定的偏好滤除不想要的广告。Free-Air(因此为广告流)的AP也将以P2P的方式进行匹配过程以根据基于地理定位的规定条件转发广告。使用P2P过程在Free-Air AP之间中继移动广告。
[0277]使用该技术，不需要存储商家或手持机的位置信息的数据库。这大大降低了在LBMA中搜索和匹配过程中的开销。
[0278]此外，不需要不断更新手持机的移动位置。相反地，对于集中化LBMA服务提供商，如Google或Navteq而言，其必须不断地基于GPS信息更新手持机的位置。这些频繁的更新占用了带宽且处于对带宽进行分级定价的新时代中，集中化解决方案对于用户来说具有高度的吸引力。
[0279]P2P技术的其他好处
[0280]Free-Air虚拟基础设施继承了P2P技术的所有好处这些包括好像基础设施为平的一样时的完美的可扩展性。基础设施还有机地增长，且不需要需求预测。由于设备的任何分解将仅产生局部影响且基础设施是自修复的，因此基础设施还是稳健的。此外，由于P2P通信非常难于进行跟踪，在Free-Air基础设施内的所有通信都是非常可确保安全的。所有数据均进行存储;对于任何获得敏感信息的攻击者或黑客而言，这将是一个噩梦。
[0281 ] Free-Air 应用特性
[0282]非侵入式广告
[0283]一旦在Free-Air区域中连接了Free-Air手持机，附近的Free-Air AP将把广告推送至新附接的手持机上。当手持机通电时，Free-Air应用将作为消耗手持机的最小资源的后台进程运行。
[0284]Free-Air 广告过滤
[0285]Free-Air应用将允许用户过滤从附近商家获得的可用广告。过滤功能将允许按结构方式对广告进行分类。用户能设置开启和关闭广告的特殊特性和子类别。
[0286]依赖于地点和时间的销售
[0287]由于广告流的特性是P2P和局部的，商家可在最后一分钟做出进行自发的依赖于地点和时间的销售的决定。例如，面包店可以决定在接近停止营业时间时打折卖出剩余的面包店的库存，这是因为这些食品过夜则仅值低得多的价格。可用的商品取决于接近一天快要结束时的销售。因此，这类最后一分钟的局部地点的销售可仅使用P2P广告流机制进行设置。
[0288]这类地点销售可进行确定和广告并在30分钟内结束。广告的内容可以是简单的，但要能在短距离内专业地显示和中继给Free-Air的成员。
[0289]高级Free-Air应用特性
[0290]顾客指南
[0291]在该应用中，电子顾客指南将对顾客提供下列帮助:
[0292].用于局部区域中可用商品的价格比较
[0293].用于耐用品的消费者指南
[0294]?产品回顾
[0295].对精密设备(家庭影院、尚科技广品等)的指南
[0296].对销售和特别折扣优惠的分类指南
[0297]?在商圈内的地图、目录服务和路由辅助
[0298].直接链接至商家的POS(销售点)终端的电子优惠券或折扣
[0299].朋友和家庭(社交网络)的推荐
[0300].用于购买各种商品和服务的奖励积分系统[0301 ].用于上述所有的个性化设置
[0302]一些服务是收费的。例如，许多消费者指南和产品回顾甚至在互联网上都不是免费的。奖励积分系统也可能是收费的。
[0303]用于商家的现货(即时)销售的确定
[0304]Free-Air的独特优势在于成员购买概况是局部可用的。该信息对于当地商家而言是非常有价值的。例如，在Free-Air应用中，请求手持机拥有者输入其购买偏好。商家可使用在局部区域内的所有手持机拥有者的这些偏好以确定现货销售是否会有利可图。
[0305]例如，基于在商场内或周围观察到的Free-Air成员的购买偏好的长期平均值，商家发现对打印机的潜在需求足够得高。接着，商家可通过总额折扣购买打印机的库存并将促销销售提供至在商场周围的手持机拥有者。该信息还可帮助商计划其地面空间以囤积最需要的商品。这些偏好可很容易地通过Free-Air虚拟基础设施收集并按一定费用出售给当地商家。
[0306]Free-Air成员可能想去一个不错的咖啡馆。然而，购物中心太大了，以至于无法步行找到最好的一个。但是顾客指南服务可帮助成员。在Free-Air应用上使用选择的过滤功能，成员可在门口获得在这个商场里关于咖啡馆的所有可用信息。一旦该特性已被使用一次，成员将重复使用其以将其保存在大型设施中的购物中。顾客指南服务不仅在大型商场中，而且在成员不熟悉其位置的任何商业场所中都将成为必要的电子指南。例如，使用顾客指南，寻找休息室、到达车库并找到特定的商店或百货店都将是很容易的事情。
[0307]在百货公司中，丈夫可留在大堂椅子上并等待他的妻子完成她的购物。如果其都被连接至Free-Air AP，妻子可获得用于购物的所有有用的信息且丈夫可在等待时上网。此夕卜，他们两个可使用源于Free-Air区域的免费W1-Fi带宽在购物的整个过程中与彼此聊天。
[0308]当成员到了一个电子市场中心时，许多商店以不同的价格销售相同或类似的产品。在这样一个地方，对于顾客而言，综合性的本地价格比较将是特别有用的！步行检查所有价格简直是不可能的；这将会太疲劳了。但是，使用顾客指南服务，成员可快速地比较所有价格并对准他最感兴趣的店以进行购买。
[0309]在远离城市的公路上的驾驶途中，成员可能需要找到一个地方休息并获取一些食物。再一次地，这会花费时间并要驾驶在当地城镇或服务区周围四处查看。
[0310]然而，广告流将把可用的食物服务设施以及价格和位置信息直接按结构方式馈送给成员。例如，如果一个成员仅对特定种类的食物或特定连锁餐厅感兴趣，广告流则将按电子方式提供无价的指南。
[0311]使用Free-Air VANET，成员可用配备VANET的公交车上的无线宽带连接接入互联网。成员可在公交车上在到目的地之前确定用于进行购物或其他活动的计划。这是可能的，这是因为广告流将把本地商家的信息和其他相关信息转发至在配备有Free-Air的公交车上的成员。
[0312]用于本发明的基本技术总结如下。本发明的移动性技术被命名为P2P移动性或PPM。这么命名的原因是强调PPM的主要特性是启用纯移动性的形式:点对点的。在传统意义上，这也被称为端至端的移动性。
[0313]这么命名的另一个原因是PPM使控制和数据平面操作的工作量以非常灵活的方式被分布至端(点)节点。PPM技术本质上是一种灵活的覆盖解决方案。由于其灵活性，PPM技术不一定意味着纯P2P控制形式。PPM还可在分层(集中-分布式)架构中实现。
[0314]从技术上讲，PPM技术拥有以下功能:
[0315]1.在单个IP连接中的多路径包输送
[0316]2.在IP带宽的所有组合之间的无疑移动性
[0317]3.NAT(网络地址转换)穿越
[0318]通过多路径包输送意味着包能在不同和相同的网络中的不同路径上行进。因此，使用PPM技术，IP应用可同时利用多个网络带宽。当然，特殊情况为包在相同IP网络中的不同路径上行进。
[0319]通过无缝移动性意味着会话不会随着装置从一个附接点移至另一个(改变IP地址和端口号)而中断。这包括了当一个或两个端装置发生物理移动或其简单地在不移动的情况下改变网络附接点时的情况。很显然，这一定义涵盖了所有IP移动性的情况:一侧移动和两侧移动，水平和垂直切换。
[0320]通过NAT穿越意味着正当其在其路径中穿越NAT或防火墙(或更一般地为中间盒)时包将到达正确的目的地端点。应注意的是PPM特别适于动态NAT穿越的最困难的情况:正当一个或两个端装置改变其IP附接点时包穿越NAT或中间盒。
[0321]PPM技术是通过攻击IP刚性的基本问题而开发出来的。IP刚性是具有三个子问题的问题。第一个子问题是IP无法区分位置身份和主机身份。在IP中，单个IP地址被用于主机及其附接点。该设计假定主机从未移动。然而，一旦主机要改变其附接点，将断开至主机的连接。今天，由于NAT穿越的移动性，IP地址始终不发生改变。第二个IP刚性的子问题是IP并不显式指定路径。在IP中，路径是隐式识别的且在相同连接中的包在单个路径中行进。这迫使在相同应用中的所有包仅使用一个网络以及仅使用一个路径。与此相反，在多路径包输送下，主机可同时使用多个无线带宽。在图16中示出了带宽粘合的实例。
[0322]第三个IP刚性的子问题是NAT穿越，其可被理解为由于在穿越NAT或中间盒的IP地址和端口号所发生的变化，包未到达目的地。
[0323]该IP刚性问题是路由问题。攻击该问题的最简单且直接的方法是使IP区分流。在PPM中，流区分是通过原子操作而完成的:添加和删除流身份、在流中转发包、将源于单个流的包复制至多个流并将源于流的包分至多个流。这在图13-15中示出。
[0324]符号T表示四分体，其被定义为〈源AP、目的地AP>对，其中AP(地址端口号)被定义为〈IP地址、端口号〉对。在IP中，四分体唯一地识别会话及其路径(通过源和目的地IP地址)。在PPM中，插入MTEG(移动性四分体增强组)层以识别流，其被称为CID(连接ID)。在每个C节点，其是进行信号处理的软件模块，保持CID和四分体的表。这便于进行映射以将CID映射至四分体中以及将四分体映射至CID中。整套操作被称为C转发(连接-转发)。
[0325]在PPM中，C转发概念仅仅是核心概念，其被进一步开发成特定算法和协议以完成NAT穿越、移动性和多路径包输送。由于PPM是层3技术，必须在内核空间内完成这些工作。在用户空间中，必须要完成切换和移动性管理。这些管理功能类似于由公知的MIH(媒体独立切换)协议套件所实现的那些。应注意的是PPM还包括用户空间移动性管理技术。
[0326]在移动性管理中，PPM还包括快速切换技术。快速切换是利用接入点(AP)或网关以便将可用IP地址快速关联至需要通过接入点或网关接入IP网络的移动装置的技术。
[0327]美国专利申请公开号US2008/0253373(用于在IP通信和计算机网络中支持灵活覆盖和移动性的系统和方法)、US2009/0119393(用于在IP网络堆栈中支持移动性和多路径包输送的系统和架构)、US2008/0107124(用于在越过NAT和防火墙盒的IP通信和计算机网络中支持移动性和多路径包输送的系统和方法)、US2008/0107080(用于在IP网络中进行快速切换的快速信道扫描和IP地址获取的系统和方法)、US2011/0299554(用于动态NAT和防火墙穿越的解决方案)均通过引用并入本申请。
【主权项】
1.一种电子数据通信网络，其包括: 多个移动节点;和 多个固定节点； 其中所述移动节点包括被安装在人控车辆中的车辆通信装置;其中所述人控车辆沿预定路径移动；其中所述移动节点包括发送数据的起始节点、中继所述数据的中继节点以及接收数据的结束节点；其中沿包括用于数据通信的所述中继节点的路径形成虚拟回路;其中所述虚拟回路由所述路径进行识别;其中数据从所述起始节点至所述结束节点的路由是用P2P路由算法进行的;其中所述固定节点包括被安装在固定通信结构中的固定通信装置；其中所述固定节点被连接至互联网。2.根据权利要求1所述的电子数据通信网络，其中所述预定路径包括多个用于车辆的道路，其中所述固定节点包括多个沿所述道路进行安装的路侧单元。3.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中所述固定节点还包括多个商业单位，其中向所述商业单位的商家通知移动节点接近所述商业单位的信息，其中所述商家向所述移动节点的用户提供与时间和位置相关的广告，其中所述广告是由所述移动节点的所述用户进行过滤的。4.根据权利要求3所述的电子数据通信网络，其中移动节点相对于所述固定节点的位置形成了用于所述移动节点的地图，其中向所述商家提供用户偏好以及所述用户在所述地图中的位置。5.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中所述道路包括多个区域，其中所述虚拟回路被绑定至所述区域，其中所述虚拟回路在层2运行以作为对层3的服务，其中数据帧在层2以虚拟回路ID进行识别，其中所述节点查找所述虚拟回路ID、检索下一信道的识别符以使用所述虚拟回路ID从虚拟回路发射所述帧，由此处理延迟是由所述虚拟回路ID的查找时间和用于检索所述下一信道的识别符的时间所组成的。6.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中利用广播选择所述中继节点，从而使在发射节点和接收节点之间的距离增加至提供最小有效带宽的阈值，由此使在两个端点之间的跳数被最小化。7.根据权利要求5所述的电子数据通信网络，其中路由表包括记录，其中所述记录包括VCID、节点状态字段和下一信道ID，其中所述节点通过所述分区ID和供所述节点载有通信的虚拟回路的数量保持对位置的跟踪。8.根据权利要求7所述的电子数据通信网络，其中所述P2P路由算法进行用于每个节点的当前分区位置的更新，检测在已离开网络的虚拟回路中的节点，在其节点已发生改变的所述虚拟回路中选择新的节点，确定在每个虚拟回路中用于每个节点的信道数量，根据在所述节点中的变化更新所述路由表并设置和拆卸虚拟回路，由此反映所述车辆相对于所述道路的移动。9.根据权利要求8所述的电子数据通信网络，其中分区的GPS坐标被映射至在所述分区中节点的IP地址，由此所述节点的所述IP地址大致反映了所述节点的所述GPS坐标，其中每个节点维护其所在的所述分区中的有效IP地址的表，其中所述表使用分布式哈希表算法进行更新，由此可避免IP地址的冲突。10.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中用于所述车辆的所述预定路径包括相对拓扑，其中所有移动节点在具有大致为零的相对速度的相同道路上移动，其中在所述相同道路上的所有移动节点的子集形成不及时发生改变的相对拓扑，其中来自和到达所述相对拓扑内的所述节点的包被限制以被限于通过在移动节点和毗邻节点的子集中的所述节点进行路由，由此在所述网络中的所述路由被分解成与各个相对拓扑相关联的路由。11.根据权利要求10所述的电子数据通信网络，其中进行路由，从而使从所述互联网流至移动节点的所述包处于所述通信流的反平行方向中，且从所述移动节点流至所述互联网的所述包处于所述通信流的平行方向中，由此减少了对强制切换的需要。12.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中在所述相同道路上的所有移动节点被组织成不相交子集，其中每个不相交子集被分配有离散的颜色，其中从一个颜色子集向下一个颜色子集转发包。13.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中在块中保留数据帧，其中每个块被分配有块ID，其中许多中继移动节点被指定为备用中继节点，其中如果出现超时，进行检测的备用中继节点则重新发射所述块，其中所述块ID在从源移动节点至目标固定节点的所有发射中是唯一的。14.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中控制平面维护拓扑表和IP地址表以使移动节点和固定节点根据IP地址找到彼此;分配信道;并计算每个移动节点用于启动预期切换的潜在轨迹。15.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中在使用多个带宽的相同的TCP连接中发射包，由此带宽粘合增加了吞吐量。16.根据权利要求2所述的电子数据通信网络，其中所述车辆通信装置的所述用户设有适于在固定位置上使用的固定通信装置，被包括作为所述网络一部分且被认证为用于相同的用户。
【文档编号】H04W84/22GK105850223SQ201480053911
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年7月30日
【发明人】阿尔伯特·李, 卫·K·蔡
【申请人】国际Ist责任有限公司