一种基于预取的文件协作下载方法技术

本发明专利技术公开了一种基于预取的文件协作下载方法，包括步骤1：数据预取，发生在目标车辆刚驶入路设的通信范围时；步骤2：数据下载，发生在目标车辆和反向协作车辆在路设的覆盖范围内时；步骤3：数据转发，发生在目标车辆和簇成员在盲区相遇时；本发明专利技术结合数据预取和携带‑转发机制，可以进一步减少盲区，间接扩展RSU的覆盖范围，以满足大规模内容下载的需要，提高文件下载质量，满足用户需求，可用于车辆与路设、车辆与车辆之间的通信，解决高速公路上由于RSU分布稀疏和车辆的快速移动带来的通信覆盖范围小，通信盲区大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预取的文件协作下载方法
本专利技术属于通信
，主要涉及车辆自组织网络中的文件下载方法，可用于车辆与路设、车辆与车辆之间的通信。
技术介绍
车辆自组织网络是智能交通系统发展的基础，旨在为驾驶人和乘客提供大量的安全和娱乐应用。对于任意类型的应用，有效的数据传输是基础。特别地，许多应用里含有图片、音乐和视频等类型的多媒体内容。这些内容能提供数据可视化，进一步增强用户的驾驶体验。因此，它的下载和分发就变得日渐重要且值得研究。多媒体文件通常比较大，文件的下载可以通过车辆和车辆以及车辆(V2V)与基础设施(V2I)之间的通信被取得。对V2V而言，车辆的高速移动性，严峻的信道衰落以及强烈的相互干扰造成了通信的不稳定性，使得它只能提供小容量的文件下载。而V2I通信同样不能满足大文件的下载要求，原因主要表现在以下两个方面：一方面是，路设的高维护成本使得它的分布变得稀疏，因此，路上存在着许多没有信号的区域。另一方面是，车辆的高速移动性使得它能在路设的覆盖范围内停留的时间变得非常短。因此，一个合理的车辆与路设、车辆与车辆通信中的大文件下载机制对于提高用户体验是非常重要的。在现有的文件下载机制中，大多数只考虑了车辆之间进行合作来协作文件下载。典型的机制有协助式数据分发机制CCDSV和基于合作博弈理论的多个路设之间内容协同分发策略。CCDSV机制通过考虑车辆的移动性预测、AP站点的资源存储和内容共享分布，以更高的效率将数据分发给移动目标车辆，增加了车辆自组织网络中内容流动方式的多样性。基于合作博弈理论的多个路设之间内容协同分发策略首先考虑了底层V2V网络，不同区域内车辆节点的密度、速度等因素差异导致的数据流通共享率的不同，并以此为依据为网络中的大量数据进行级别划分。在此基础上，将多个路设协同分发数据问题看作一个合作博弈问题，并提出了一个分布式算法来实现。然而，上述基于V2V通信技术的内容分发机制均不能应对Drive-thru网络中车辆对路设的间歇性接入、频繁的网络接入问题，所以近年来的研究热点主要放在了车辆与车辆、车辆与路设的联合通信上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了车辆与路设、车辆与车辆通信中的大文件下载方法，以提高文件下载质量，满足用户需求。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种基于预取的文件协作下载方法，包括如下步骤：步骤1、数据预取阶段：发生在目标车辆刚驶入路设的通信范围时；1a)注册车辆的特征信息，随机选择目标车辆进入距离最近的路设的通信范围；1b)目标车辆给远程数据服务器发送下载请求；1c)目标车辆给下两个相邻的路设别发出适当预取剩余部分文件的请求；步骤2、数据下载阶段：发生在目标车辆和反向协作车辆在路设的覆盖范围内时；2a)采用优先机制，目标车辆通过V2I通信直接从距离最近的路设处下载数据；2b)下两个相邻的路设分别选择一些车辆形成簇，簇成员同样采用2a)中的方式为目标车辆从相邻路设处协作下载部分文件；步骤3、数据转发阶段：发生在目标车辆和簇成员在盲区相遇时；3a)目标车辆通过V2V通信从多个簇中接收数据。作为本专利技术进一步的方案，其中步骤2a)中计算目标车辆在一个周期里可以从路设接收到的数据量E[DI]，其计算公式如下：其中：M是根据通信速率划分的区间个数，这M个区间的通信速率可以表示为：W＝{W1,W2,...,WM}，τi表示目标车辆在第i个区域逗留的时间。作为本专利技术进一步的方案，其中所述步骤2b)中计算目标车辆在[0,t]内可以下载的平均数据量Dave，其计算公式如下：其中：p0表示在路设的覆盖范围里至少存在一个协作车辆的概率；pc表示在路设的覆盖范围里同时存在c个协作车辆的概率；M表示路设覆盖范围被分成了M个区域；Wi表示路设覆盖范围内的第i个区域的传输速率；λw是反向车辆以泊松到达时的参数；Ti是目标车辆在第i个区域的逗留时间；T是目标车辆匀速驶过两个相邻路设所需要的时间，也是周期时间。作为本专利技术进一步的方案，其中所述步骤3a)中计算目标车辆通过盲区时可以获得的数据量E[DV]，其计算公式如下：其中：E[Lc]是理想的簇的长度，E[Linter]是两个簇之间的理想间隔，r是车辆之间的通信距离，ve,vw分别是正向车辆和反向车辆的行驶速度，w是车与车之间的通信速率。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了一种对下载文件吞吐量的简单分析框架，本专利技术结合数据预取和携带-转发机制，可以进一步减少盲区，间接扩展RSU的覆盖范围，以满足大规模内容下载的需要，提高文件下载质量，满足用户需求，可用于车辆与路设、车辆与车辆之间的通信，解决高速公路上由于RSU分布稀疏和车辆的快速移动带来的通信覆盖范围小，通信盲区大的问题。附图说明图1是本专利技术使用的场景图；图2是本专利技术的实现流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术整体设计是：随机选择一个目标车辆进入距离车辆最近的路设RSUi的通信范围，它给远程数据服务器发出下载数据的请求，给多个选定的RSU发出预取数据的请求，然后选择反向车辆形成线性簇，当簇成员依次驶过选定的RSU时，分别下载部分文件内容。最后，当目标车辆和簇成员在盲区相遇时，簇成员将下载的数据转发给目标车辆，从而减少了盲区，增加了数据下载量。参照图1，本专利技术使用的场景是在一段分布有两种逆向行驶车辆的双车道，且路设以距离d规律地分布在双车道一侧的道路上。其中，R是某个路设的无线通信范围，2R是车辆能够直接与某个路设通信的道路长度，均是路设未覆盖到的区域(盲区)，其中是盲区的前半部分，是盲区的后半部分，的长度和相等。参照图2，本专利技术的详细实施步骤如下：步骤1：数据预取。1a)注册车辆的特征信息特征信息可以用一个三维数组＜idi,vi,ti＞表示，其中idi是车辆的标识符，vi是车辆的速度，ti是当前的时间；1a)随机选择目标车辆进入RSUi的通信范围假设车辆以近似泊松过程到达，且单方向的交通流密度均为常数ρ，则车辆的到达率λ为：其中：vf是车辆允许的最大速度，ρjam是交通流趋向于停止时的交通堵塞密度；1b)目标车辆给远程数据服务器发送下载请求当路设服务完了一个请求时，广播自己的空闲状态信息；当有下载需求的节点侦听到该空闲状态信息时，给路设发送请求信息；1c)目标车辆给下两个相邻的路设(RSUi+1,RSUi+2)分别发出适当预取剩余部分文件的请求。步骤2：数据下载。2a)采用优先机制，目标车辆通过V2I通信直接从RSUi处下载数据假设车辆与路设之间通信的优先级高于车辆与车辆之间通信的优先级，即目标车辆在从路设下载数据时不能与其他的车辆进行通信。同时假设车辆与路设之间的通信速率唯一取决于目标车辆与相应路设的距离，则目标车辆在一个周期里可以从路设接收到的数据量E[DI]为：其中：M是根据通信速率划分的区间个数，这M个区间的通信速率可以表示为：W＝{W1,W2,...,WM}，τi表示目标车辆在第i个区域逗留的时间；2b)RSUi+1和RSUi+2分别选择一些车辆形成簇，簇成员同样采用2a)中的方式为目标车辆从RSUi+1或RSUi+2处协作下载部分文件高速公路上的VANET网络容易出现间歇性连接，所以有必要将合作车辆组装成一个线性簇。目标车辆在[0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于预取的文件协作下载方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：数据预取，发生在目标车辆刚驶入路设的通信范围时；1a)注册车辆的特征信息，随机选择目标车辆进入距离最近的路设的通信范围；1b)目标车辆给远程数据服务器发送下载请求；1c)目标车辆给下两个相邻的路设别发出适当预取剩余部分文件的请求；步骤2：数据下载，发生在目标车辆和反向协作车辆在路设的覆盖范围内时；2a)采用优先机制，目标车辆通过V2I通信直接从距离最近的路设处下载数据；2b)下两个相邻的路设分别选择一些车辆形成簇，簇成员同样采用2a)中的方式为目标车辆从相邻路设处协作下载部分文件；步骤3：数据转发，发生在目标车辆和簇成员在盲区相遇时；3a)目标车辆通过V2V通信从多个簇中接收数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于预取的文件协作下载方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：数据预取，发生在目标车辆刚驶入路设的通信范围时；1a)注册车辆的特征信息，随机选择目标车辆进入距离最近的路设的通信范围；1b)目标车辆给远程数据服务器发送下载请求；1c)目标车辆给下两个相邻的路设别发出适当预取剩余部分文件的请求；步骤2：数据下载，发生在目标车辆和反向协作车辆在路设的覆盖范围内时；2a)采用优先机制，目标车辆通过V2I通信直接从距离最近的路设处下载数据；2b)下两个相邻的路设分别选择一些车辆形成簇，簇成员同样采用2a)中的方式为目标车辆从相邻路设处协作下载部分文件；步骤3：数据转发，发生在目标车辆和簇成员在盲区相遇时；3a)目标车辆通过V2V通信从多个簇中接收数据。2.根据权利要求1所述的基于预取的文件协作下载方法，其特征在于，其中步骤2a)中计算目标车辆在一个周期里可以从路设接收到的数据量E[DI]，其计算公式如下：其中：M是根据通信速率划分的区间个数，这M个区间的通信速率可以表示为：W＝{W1,W2,...,WM}，τi表示目标车辆在第i个区域逗留的时间。3.根据权利要求1中所述的基于预取的文件协作下载方法，其特征在于，其中所述步骤2b)中计算目标车辆在[0,t]内可以下载的平均数据量Dave，其计算公式如下：其中：p0表示在路设的覆盖范围里至少存在一个协作车辆的概率；pc表示在路设的覆盖范围里同时存在c个协作车辆的概率；M表示路设覆盖范围被分成了M个区域；Wi表示路设覆盖范围内...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡雪莲，汪素，郭涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61