一种城市VANETs分布式文件传输方法技术

本发明专利技术公开了一种城市VANETs分布式文件传输方法，该方法基于信息预测和节点合作，能够有效提高传输成功率，减少带宽浪费。本发明专利技术首先根据车辆在城市中运动模型和通信模型得到最长通信时间、实时距离和数据传输率。然后计算车辆传输容量，根据传输容量选择直接传输还是合作传输。在合作传输中，传输车辆邀请接收车辆及合适的邻居车辆加入簇，计算簇头与簇成员节点之间的传输容量，直到传输容量总和大于传输的文件大小。然后传输车辆按照传输容量分割文件，将片段传输给相应的车辆。传输完毕后，接收车辆与其他簇成员组成链簇，帮助接收车辆收集拼接片段得到完整的文件。本发明专利技术适用于城市环境下，车辆之间大尺寸文件的传输以及对于文件完整性要求较高的文件传输场景。

A Distributed File Transfer Method for Urban VANETs

【技术实现步骤摘要】
一种城市VANETs分布式文件传输方法
本专利技术属于车载自组网通信
，特别是涉及一种在城市VANETs环境下基于信息预测和节点合作的以文件完整性为导向的分布式文件传输方法。
技术介绍
近年来，车辆自组织网络(VANETs,Vehicleadhocnetworks)的迅猛发展使其成为了智慧交通系统不可或缺的一部分。VANETs拥有组网灵活、移动通信有迹可循、有丰富的辅助信息、能源充足等特点，使其在辅助自动驾驶服务、车载娱乐应用服务、道路交通服务和Internet接入服务等方面拥有广泛的应用前景。随着智慧城市的建设，上述应用服务对于高清图片、短视频、音频等大文件的传输需求越来越迫切。但是由于VANETs固有的网络拓扑变化迅速、无线通信链路易中断等问题，在文件传输过程中会因传输失败产生大量的不完整的文件。这些不完整的文件不能被上层应用利用，还会浪费大量的带宽，造成文件传输效率低下。因此，如何保证文件完整地从传输节点发送到接受节点成为一件亟待解决的问题。本专利技术提出的方法主要解决这一问题。与高速公路场景相比，城市环境更为复杂。城市中不仅有像十字路口、高架桥这样复杂的道路结构，道路两边还常常有高楼大厦等遮挡物，会对无线电信号造成严重的阴影效应和多径效应。由于道路的复杂性，车辆之间的距离和拓扑结构经常发生剧烈变化。当车辆处于建筑物遮挡中时，无线电信号衰减非常快，研究表明在建筑物遮挡的情况下，两辆车距离50米数据接受率就下降到了50％，因此当车辆处于非可视区域(NLOS,NonLineOfSight)时不能保证文件的可靠传输。上述问题使得城市环境下可靠的V2V(VehicletoVehicle)文件传输面临巨大的挑战。现有的VANETs文件传输方法有一部分从路由层面协调整个系统的文件传输，使得系统文件传输效率达到最大化。但是忽略了链路微观通信性能对于单个文件传输的影响，特别是大文件传输过程中，链路性能通常是决定性的，仅从路由层面着手不能满足实际需求。有的方法仅从链路层面入手，研究丢包率、吞吐率和时延等因素对于文件传输的影响。但是在实际场景中，文件传输过程一般长达数十秒，因此用户对于丢包率、吞吐率和时延等因素的敏感性不高，但是文件完整性直接决定了上层应用能否使用该文件，对用户的直观体验更大。有少部分方法考虑了文件传输完整性的问题，但是他们的应用场景大多应用在高速公路上，或者极度依赖路边通信单元(RSU，RoadsideUnite)。人们在城市中对于文件传输的需求明显比高速公路更高，并且问题更为复杂。依赖RSU则会导致实际应用场景有所局限。最后，现有大多数VANETs文件传输方法不能满足城市环境下文件完整传输的要求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种以完整性为导向的城市VANETs分布式文件传输方法，以实现多媒体文件、安全信息等长数据在城市VANETs中完整可靠地传输。本专利技术主要采用如下技术方案：一种城市VANETs分布式文件传输方法，其特征在于，将车辆定义为：发送文件的车辆，记为发送车辆VT，接收文件的车辆，记为接收车辆VR，中继节点传输车辆，作为中继节点将文件片段传输到VR的车辆，由于传输过程中组成簇所以记为簇成员节点VC；传输方法包含以下步骤：S1:收集并记录每个车辆的自身位置、速度信息，通过导航系统记录自身的当前运动方向以及将来一段设定时间的运动方向；S2:接收车辆VR需要某个文件F时，向拥有该文件的发送车辆VT发送文件请求消息，并在消息中放入自身的位置、速度、当前运动方向及将来运动方向运动信息；发送车辆VT接收到接收车辆VR的请求消息后，通过预测算法得到两辆车的最长通信时间TC及实时距离{Dij}，再根据城市通信模型得到数据传输率{Rk}；最后根据传输量计算公式得到两车最大传输容量Cr；S3:定义要传输文件F的尺寸为Fs，根据传输文件尺寸的不同，发送车辆VT选择执行传输方式：最大传输容量Cr大于Fs，选择直接进行文件传输；最大传输容量Cr小于Fs，则执行S4采用文件合作传输方式；S4:发送车辆VT和接收车辆VR首先组成以发送车辆VT为簇头，接收车辆VR为簇成员的簇，发送车辆然后VT向邻居广播组成簇的请求消息，消息中包括接收车辆VR的将来运动方向，然后发送车辆VT进入等待状态，执行步骤S6；S5:邻居节点接收到请求消息后，根据自身将来运动方向选择执行：如果邻居节点自身的将来运动方向与接收车辆VR的将来运动方向一致则向发送车辆VT返回带有自身运动信息的确认消息；如果邻居节点自身的将来运动方向与接收车辆VR的将来运动方向不一致，则丢弃该消息；S6:发送车辆VT收到某个邻居节点的确认消息后，返回同意加入簇消息，并将该邻居节点加入簇成为簇成员节点VC；然后发送车辆VT根据簇成员节点VC的运动信息计算二者之间的最大传输容量Ci，并将Ci累加得到传输容量总和CS，并根据传输容量总和CS和传输文件的尺寸Fs的判断结果选择执行：如果等待T时间内CS始终小于Fs，则VT向VR发送放弃消息，放弃本次文件传输，VR寻找新的资源节点如果等待T时间内，出现CS大于Fs，则当CS大于Fs时进入步骤S6；S7:进入文件传输阶段，发送车辆VT和簇成员节点VC建立文件传输通道，然后根据S5中得到的传输容量Ci将文件分割为设定大小的文件片段Fi，并通过文件传输通道将Fi传输给对应的簇成员节点VC；S8:当发送车辆VT向簇成员节点VC传输文件片段完毕后，在簇内广播转让簇头的消息，接收车辆VR成为簇头，进入步骤S8的文件恢复阶段；由于接收车辆VR与其他簇成员VC的未来运动方向相同，他们会组成拓扑结构为链状的簇；由于链簇的特性，簇头和簇成员之间可以通过多跳广播交换数据；S9:在文件恢复阶段，接收车辆VR定时发送确认消息同步自己及所有簇成员节点VC的运动信息，某个簇成员节点VC收到确认消息后返回自己的运动信息，以便接收车辆VR能及时更新簇的运动信息；S10:如果簇成员节点VC与接收车辆VR不在通信范围内，则选择离接收车辆VR最近的簇成员节点VC转发文件片段Fi，重复步骤S10，经过多跳转发后Fi到达目的地VR；S11:重复步骤S8到S9，直到VR收到所有的文件片段Fi或者等待超时；如果等待超时，VR放弃本次文件传输，重新寻找资源节点请求文件F；如果收到所有的Fi，则将Fi按照编号顺序拼接起来，恢复成完整的文件F，完成本次文件传输。在上述的一种城市VANETs分布式文件传输方法，所述步骤S2中车辆运动预测算法和城市通信模型包含以下步骤：S2.1:通过对城市道路中车辆运动的研究得到车辆在路口路段和非路口路段的运动公式，建立城市车辆运动模型；传输车辆Vi建立直角坐标系，根据车辆运动模型得到传输车辆Vi和接收车辆Vj实时位置(xi,yi)和(xj,yj)，则车辆之间实时距离S2.2:当车辆之间距离超过通信范围或者通信链路被建筑物遮挡时都会导致链路中断，因此最长通信时间TC＝min{Td,Tl}，其中距离超过通信范围的时间Td＝{t|Dij(t)＝R}，通信链路被建筑物遮挡的时间S2.3:使用Nakagami-m分布对信道快速损失进行建模，得到在快速损失环境下接收信号包络的概率分布函数，将噪声带入得到信噪比的概率分布函数；每个车辆的无线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市VANETs分布式文件传输方法，其特征在于，将车辆定义为：发送文件的车辆，记为发送车辆VT，接收文件的车辆，记为接收车辆VR，中继节点传输车辆，作为中继节点将文件片段传输到VR的车辆，由于传输过程中组成簇所以记为簇成员节点VC；传输方法包含以下步骤：S1:收集并记录每个车辆的自身位置、速度信息，通过导航系统记录自身的当前运动方向以及将来一段设定时间的运动方向；S2:接收车辆VR需要某个文件F时，向拥有该文件的发送车辆VT发送文件请求消息，并在消息中放入自身的位置、速度、当前运动方向及将来运动方向运动信息；发送车辆VT接收到接收车辆VR的请求消息后，通过预测算法得到两辆车的最长通信时间TC及实时距离{Dij}，再根据城市通信模型得到数据传输率{Rk}；最后根据传输量计算公式

【技术特征摘要】
1.一种城市VANETs分布式文件传输方法，其特征在于，将车辆定义为：发送文件的车辆，记为发送车辆VT，接收文件的车辆，记为接收车辆VR，中继节点传输车辆，作为中继节点将文件片段传输到VR的车辆，由于传输过程中组成簇所以记为簇成员节点VC；传输方法包含以下步骤：S1:收集并记录每个车辆的自身位置、速度信息，通过导航系统记录自身的当前运动方向以及将来一段设定时间的运动方向；S2:接收车辆VR需要某个文件F时，向拥有该文件的发送车辆VT发送文件请求消息，并在消息中放入自身的位置、速度、当前运动方向及将来运动方向运动信息；发送车辆VT接收到接收车辆VR的请求消息后，通过预测算法得到两辆车的最长通信时间TC及实时距离{Dij}，再根据城市通信模型得到数据传输率{Rk}；最后根据传输量计算公式得到两车最大传输容量Cr；S3:定义要传输文件F的尺寸为Fs，根据传输文件尺寸的不同，发送车辆VT选择执行传输方式：最大传输容量Cr大于Fs，选择直接进行文件传输；最大传输容量Cr小于Fs，则执行S4采用文件合作传输方式；S4:发送车辆VT和接收车辆VR首先组成以发送车辆VT为簇头，接收车辆VR为簇成员的簇，发送车辆然后VT向邻居广播组成簇的请求消息，消息中包括接收车辆VR的将来运动方向，然后发送车辆VT进入等待状态，执行步骤S6；S5:邻居节点接收到请求消息后，根据自身将来运动方向选择执行：如果邻居节点自身的将来运动方向与接收车辆VR的将来运动方向一致则向发送车辆VT返回带有自身运动信息的确认消息；如果邻居节点自身的将来运动方向与接收车辆VR的将来运动方向不一致，则丢弃该消息；S6:发送车辆VT收到某个邻居节点的确认消息后，返回同意加入簇消息，并将该邻居节点加入簇成为簇成员节点VC；然后发送车辆VT根据簇成员节点VC的运动信息计算二者之间的最大传输容量Ci，并将Ci累加得到传输容量总和CS，并根据传输容量总和CS和传输文件的尺寸Fs的判断结果选择执行：如果等待T时间内CS始终小于Fs，则VT向VR发送放弃消息，放弃本次文件传输，VR寻找新的资源节点如果等待T时间内，出现CS大于Fs，则当CS大于Fs时进入步骤S6；S7:进入文件传输阶段，发送车辆VT和簇成员节点VC建立文件传输通道，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄传河，卢玥锟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42