面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法技术

本发明专利技术公开了一种面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，解决了现有技术中存在的缺乏对异构网络实时状态和车载终端对网络系统影响的考虑的问题，以提高车载异构网络系统的整体效用与工作能力；与现有车载异构网络垂直切换算法相比，本发明专利技术能够提高车载异构网络中，车载自组织网络的利用率，降低应用面端到端传输时延和丢包率，提高异构网络整体通信性能。

Vertical handover method for vehicular heterogeneous network for maximum delivery capability

The invention discloses a method for the maximum delivery capacity of vehicle vertical handoff method in heterogeneous networks, solves the existing lack of heterogeneous network real-time status and to consider the problem of vehicle terminal network system influence, in order to improve the overall effectiveness and ability to work on heterogeneous network system; compared with the existing vertical handoff algorithm in heterogeneous vehicle the network, the invention can improve vehicle utilization in heterogeneous networks, VANET application rate, reduce the end-to-end transmission delay and packet loss rate, improve the overall performance of heterogeneous network communication.

【技术实现步骤摘要】
面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法
本专利技术属于车联网
，涉及面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，用于车联网下车载设备选择不同承载网络完成通信传输业务。
技术介绍
随着车联网技术的迅速发展，车联网即将迅速的从科学研究转向实际应用。相较于实验室场景，真实交通场景下车辆密度更高，车联网的信道争用等相关技术将成为车联网技术的瓶颈。由于时频资源的紧张，我们无法为单一车联网承载网络分配大量的频域资源，以保证车联网能够在高密度交通场景正常运行。为此，学术界提出了车载异构网络的概念，即将多种适用于车辆接入的承载网络共同组织成异构网络，供车辆完成网络接入，实现车联网应用。目前，包括4G-LTE在内的蜂窝网络、DSRC在内的车载自组织网络以及WiMAX等先进无线通信技术都被引入到车载通信系统中。目前关于车载异构网络垂直切换方法的研究，主要以最低通信成本、通信时延和QoS为目的，仅针对如何提高切换效率，或针对不同数据服务进行研究，没有面向整个车载异构网络系统的最大承载能力。且考虑的网络性能参数较为单一，没有考虑车载终端和网络他拓扑动态变化对网络性能的动态影响，忽视了车载异构网络工作环境的复杂性和网络结构的特殊性，并不能全面的根据网络状态和环境做出切换决策，无法发挥车载异构网络的最大性能。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于，提供一种面向最大交付能力的车载异构网络切换方法，解决了现有技术中存在的缺乏对异构网络实时状态和车载终端对网络系统影响的考虑的问题，以提高车载异构网络系统的整体效用与工作能力。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，包括以下步骤：步骤1，引入初始值为0的切换计数器switch_counter1；步骤2,某一车载终端以专用短程通信为初始通信方式，发布自身运动信息；所述车载终端同时在不同网络上接收其他车辆的运动信息，并根据接收到的运动信息得到不同网络上的车辆数目，并分别计算不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；步骤3，利用步骤2得到的专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若满足需求，则执行步骤4；若不满足需求，则切换计数器switch_counter1加1，并生成随机数j，当j小于switch_counter1/50时，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤4，利用步骤2中所述的车载终端接收到的来自专用短程通信的运动信息进行实时处理，若在一个广播周期内通过所述车载终端感知到的车用短程通信网络上的车辆数大于影响网络性能的阈值，执行切换判断流程；否则，返回步骤2；所述切换判断流程：计算车载终端切换至非专用短程通信网络的概率，生成随机数j，若j小于切换概率，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤5，针对步骤2得到的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，进行归一化处理，得到归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；利用归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动采用层次分析法构造比较矩阵W；步骤6，求比较矩阵W的最大特征值，根据最大特征值计算时延权重、丢包率权重和时延抖动权重；步骤7，根据时延权重、丢包率权重和时延抖动权重选择切换的目标网络；步骤8，将当前网络切换至目标网络；步骤9，引入初始值为0的切换计数器switch_counter2；步骤10，计算专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若不满足需求且switch_counter2不为0，switch_counter2减1，进入步骤11，若switch_counter2为0则直接进入步骤11；若满足需求，则switch_counter2加1，车载终端生成随机数r，若r<(switch_counter2/50),则切换至专用短程通信，并返回步骤1，否则进入步骤11；步骤11，计算当前网络上的传输时延和丢包率，判断当前网络性能是否满足需求，若满足，则返回步骤5，否则执行步骤10。具体地，所述步骤2中的计算不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，采用的公式如下：其中，t0为车载终端收到的信标的本地时间；tj为第i个网络内第j辆车的信标内包含的时间戳；niamount为最近1s内车载终端通过信标感知到第i个网络内的车辆总数；ni为当前0.1s周期内载终端通过信标感知到第i个网络内的车辆数；fjtRTT为当前周期内车载终端与第i个网络内第j辆车的通信时延，fj(t-1)RTT为上一个beacon周期车载终端与第i个网络内第j辆车的通信时延；fiRTT为第i个网络上的传输时延，fiPLR为第i个网络上的丢包率，fi(jit)为第i个网络上的时延抖动。具体地，所述步骤3中的利用步骤2得到的专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，具体方法如下：若专用短程通信上的传输时延大于车载异构网络所能接受的最大RTT时延且专用短程通信上的丢包率大于车载异构网络所能接受的最大丢包率，则专用短程通信性能不满足需求；否则，专用短程通信性能满足需求。具体地，所述步骤5中的针对步骤2得到的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，进行归一化处理，得到归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；采用公式如下：其中，FRTT为车载异构网络所能接受的最大RTT时延；FPLR为车载异构网络所能接受的最大丢包率；和分别为归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动。具体地，所述步骤7中的根据时延权重、丢包率权重和时延抖动权重选择切换的目标网络；具体包括以下步骤：计算各个网络对应的效用值：其中W1为时延权重，W2为丢包率权重，W3为时延抖动权重。选取最大的效用值对应的网络，作为目标网络。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1)本专利技术利用车联网中车载终端广播包含车辆运动数据的Beacon信息，对车载异构网络状态进行实时跟踪，判断异构网络中不同承载网络真实条件下的网络性能，而不是利用网络的固有特性和性能，依据经验对网络进行评价。车联网承载网络的实时状态不仅是承载网络性能的反映，也是车辆运动状态和网络环境的体现。通过本专利技术的车载异构网络切换方法，车联网消息能够在不同场景、环境下选择性能更佳的承载网络进行传输，同时兼顾其他车载异构网络终端，以达到异构网络条件下不同网络的负载均衡。2)本专利技术所采用的异构网络切换方式中，每个车载设备自主选择承载网络接入车载异构网络系统，完成车联网应用。不同车载设备由于所处环境和自身状态的不同，将会选择不同的接入网络，从而降低了单一网络接入导致的网络拥堵，提高系统性能。3)本专利技术为了尽可能的减少由于网络垂直切换造成的不必要损失，设计了一种网络切换概率函数，减少切换次数，提升终端附着承载网络的准确性，减少多次切换造成的乒乓效应对承载网络的压力。4)本专利技术切换函数等条件均可通过车载异构网络beacon信息获得，相较于其他异构网络垂直切换方法，不增加网络的额外开销，有更强的可行性和实用性。与现有车载异构网络垂直切换算法相比，本专利技术能够提高车载异构网络中，车载自组织网络的利用率，降低应用面端到端传输时延和丢包率，提高异构网络整体通信性能。附图说明图1是本专利技术适用的基本车载异构本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，引入初始值为0的切换计数器switch_counter1；步骤2,某一车载终端以专用短程通信为初始通信方式，发布自身运动信息；所述车载终端同时在不同网络上接收其他车辆的运动信息，并根据接收到的运动信息得到不同网络上的车辆数目，并分别计算不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；步骤3，利用步骤2得到的专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若满足需求，则执行步骤4；若不满足需求，则切换计数器switch_counter1加1，并生成随机数j，当j小于switch_counter1/50时，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤4，利用步骤2中所述的车载终端接收到的来自专用短程通信的运动信息进行实时处理，若在一个广播周期内通过所述车载终端感知到的车用短程通信网络上的车辆数大于影响网络性能的阈值，执行切换判断流程；否则，返回步骤2；所述切换判断流程：计算车载终端切换至非专用短程通信网络的概率，生成随机数j，若j小于切换概率，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤5，针对步骤2得到的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，进行归一化处理，得到归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；利用归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动采用层次分析法构造比较矩阵W；步骤6，求比较矩阵W的最大特征值，根据最大特征值计算时延权重、丢包率权重和时延抖动权重；步骤7，根据时延权重、丢包率权重和时延抖动权重选择切换的目标网络；步骤8，将当前网络切换至目标网络；步骤9，引入初始值为0的切换计数器switch_counter2；步骤10，计算专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若不满足需求且switch_counter2不为0，switch_counter2减1，进入步骤11，若switch_counter2为0则直接进入步骤11；若满足需求，则switch_counter2加1，车载终端生成随机数r，若r<(switch_counter2/50),则切换至专用短程通信，并返回步骤1，否则进入步骤11；步骤11，计算当前网络上的传输时延和丢包率，判断当前网络性能是否满足需求，若满足，则返回步骤5，否则执行步骤10。...

【技术特征摘要】
1.面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，引入初始值为0的切换计数器switch_counter1；步骤2,某一车载终端以专用短程通信为初始通信方式，发布自身运动信息；所述车载终端同时在不同网络上接收其他车辆的运动信息，并根据接收到的运动信息得到不同网络上的车辆数目，并分别计算不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；步骤3，利用步骤2得到的专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若满足需求，则执行步骤4；若不满足需求，则切换计数器switch_counter1加1，并生成随机数j，当j小于switch_counter1/50时，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤4，利用步骤2中所述的车载终端接收到的来自专用短程通信的运动信息进行实时处理，若在一个广播周期内通过所述车载终端感知到的车用短程通信网络上的车辆数大于影响网络性能的阈值，执行切换判断流程；否则，返回步骤2；所述切换判断流程：计算车载终端切换至非专用短程通信网络的概率，生成随机数j，若j小于切换概率，执行步骤5，否则返回步骤2；步骤5，针对步骤2得到的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，进行归一化处理，得到归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动；利用归一化后的不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动采用层次分析法构造比较矩阵W；步骤6，求比较矩阵W的最大特征值，根据最大特征值计算时延权重、丢包率权重和时延抖动权重；步骤7，根据时延权重、丢包率权重和时延抖动权重选择切换的目标网络；步骤8，将当前网络切换至目标网络；步骤9，引入初始值为0的切换计数器switch_counter2；步骤10，计算专用短程通信上的传输时延和丢包率，判断专用短程通信性能是否满足需求，若不满足需求且switch_counter2不为0，switch_counter2减1，进入步骤11，若switch_counter2为0则直接进入步骤11；若满足需求，则switch_counter2加1，车载终端生成随机数r，若r<(switch_counter2/50),则切换至专用短程通信，并返回步骤1，否则进入步骤11；步骤11，计算当前网络上的传输时延和丢包率，判断当前网络性能是否满足需求，若满足，则返回步骤5，否则执行步骤10。2.如权利要求1所述的面向最大交付能力的车载异构网络垂直切换方法，其特征在于，所述步骤2中的计算不同网络上的传输时延、丢包率以及时延抖动，采用的公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：赵祥模，李骁驰，徐志刚，王润民，张立成，闵海根，孙朋朋，王振，李楠，胡锦超，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61