一种基于二部图的车载网络分布式存储方法技术

本发明专利技术公开了一种基于二部图的车载网络分布式存储方法，该方法首先对分布式存储问题进行建模，利用二部图匹配，实现了每个车载节点发送的车载请求标识信息在不相同的条件下、最优的车载网络分布式存储方法，保证了车载网络能够响应最多车载请求标识信息；然后对路边单元存储的重复网络信息进行清理，避免了多个路边单元响应同一车载请求标识信息带来的资源浪费，同时不影响已经满足的车载请求标识信息；最后收集尚未满足的车载请求标识信息，对于清理路边单元获得的空余存储空间，进行二次分配，直到每个路边单元没有空余存储空间，或者该路边单元收到的全部车载请求标识信息都已响应，或者剩下的车载请求标识信息已无法满足。本发明专利技术方法提升了存储资源利用率和数据响应率，保证了车载网络的数据服务质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二部图的车载网络分布式存储方法
本专利技术涉及一种基于二部图的车载网络分布式存储方法，更特别地说，是指在路边基础设施和移动车辆构成的场景中的一种基于二部图的车载网络分布式存储方法。
技术介绍
2010年5月第1版，董东，周丙寅编著《计算机算法与程序设计实践》，第334页。如果图G的顶点集可以划分为两部分X和Y，使得G中每条边的两个端点一个在X中，而另一个在Y中，则称G是二部图。X和Y称为G的二部划分，记为G＝(X,Y,E)，E为边。车载网络是由移动的车辆、固定的路边基础设施及信息中心构成的，在路边基础设施上部署了能够与信息中心通信的、大存储容量的智能设备（称之为路边单元），在车辆上部署了具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的传感器节点（称之为车载节点）。车载网络通过车载节点与路边单元的通信（vehicletoinfrastructure，V2I）以及车载节点之间的通信（vehicletovehicle，V2V），实现了信息传输的广泛覆盖，拓展了信息传输的范围和深度，同时简化了大规模的网络部署。车载网络具有车载节点高速移动、车辆运动有规律性、路边单元支持网络接入等特点，其应用范围广泛，可用于安全预警、协助驾驶、分布式交通信息发布、多媒体信息共享与娱乐等多种智慧服务，从而极大地改善了驾驶安全性和交通运输的效率。关于V2V以及V2I通信模式请参考文献6。车载节点与路边单元的通信（V2I）是车载网络中一种重要的通信模式，在V2I通信模式中，路边单元能够从信息中心获取网络信息，并将网络信息存储在本地设备中，车载节点能够向路边单元发送车载请求标识信息，并接收路边单元发送的网络信息。在此过程中，信息中心如何决定将哪些网络信息分发到哪些路边单元中，以响应尽可能多的车载请求标识信息，是一个关键问题。由于车辆行驶导致车载网络拓扑的快速变化，路边单元的存储空间有限，同一网络信息可能被多个车载节点请求，致使最优的车载网络分布式存储方法成为NPC（non-deterministicpolynomialcomplete）问题，无法在多项式时间内求解，不具有实用价值。因此，如何设计高效的车载网络分布式存储方法，在多项式时间内计算出网络信息在路边单元中的存储情况，并保证较高的数据响应率，提升车载网络数据服务的质量，成为研究的重点和难点。
技术实现思路
为了提高车载网络分布式存储的数据响应率，同时降低存储方案计算的时间开销，本专利技术采用一种基于二部图的车载网络分布式存储方法。该方法首先对分布式存储问题进行建模，利用二部图匹配，实现了每个车载节点发送的车载请求标识信息在不相同的条件下、最优的车载网络分布式存储方法，保证了车载网络能够响应最多车载请求标识信息；然后对路边单元存储的重复网络信息进行清理，避免了多个路边单元响应同一车载请求标识信息带来的资源浪费，同时不影响已经满足的车载请求标识信息；最后收集尚未满足的车载请求标识信息，对于清理路边单元获得的空余存储空间，进行二次分配，直到每个路边单元没有空余存储空间，或者该路边单元收到的全部车载请求标识信息都已响应，或者剩下的车载请求标识信息已无法满足。本专利技术方法提升了存储资源利用率和数据响应率，保证了车载网络的数据服务质量。本专利技术是一种基于二部图的车载网络分布式存储方法，其包括有下列步骤：步骤一：构造二部图先设置一个空的二部图G＝(X,Y,E)，X表示左边顶点，Y表示右边顶点，E表示边；然后向所述空的二部图G＝(X,Y,E)的X中填入元素，形成具有左顶点的二部图GX；然后构造一个具有存储容量的存储位置，并将存储位置填入所述具有左顶点的二部图GX的Y中，形成具有左右顶点集的二部图GX+Y；最后以顶点匹配条件且且来判断所述具有左右顶点集的二部图GX+Y中的X与Y是否连边，得到具有顶点和边的二部图步骤二：求出二部图最大匹配子图若具有顶点和边的二部图的边集E不为空，则采用匈牙利算法获取最大匹配子图GB＝<(X,Y),EB>；若具有顶点和边的二部图的边集E为空，则结束分布式存储，且输出车载分配结果DI；步骤三：分配、清理网络信息对所述最大匹配子图GB＝<(X,Y),EB>进行网络信息分配，获得车载分配结果为然后逐个判断所述中的各个元素中路边单元个数是否大于1；若路边单元个数大于1，则进行不同路边单元的同一网络信息对应的车载节点的清理；若路边单元个数小于等于1，则放弃对路边单元分配到的网络信息的清理；然后对于清理后的路边单元按照存在车载节点的个数进行排序，排序后的路边单元分为首位和其他位的分别处理；对于首位的路边单元要保留其的存储位置，对于首位之后的其他位置的路边单元要进行是否为空的判断，空为记录存储位置，不为空则放弃清理；然后对清理得到的中间结果进行所属车载节点的赋值；步骤四：二次分配、更新二部图顶点集去除车载请求标识信息中与连边的左顶点相关的数字标识号，得到二次分配的车载请求标识信息其中并将元素Z加入空的二部图的左顶点的标识中；然后对已经分配有网络信息的存储位置进行去除全网存储位置的并集处理，得到二次分配的全网存储位置，最后将二次分配的全网存储位置中的元素加入加入二部图的右顶点，从而实现了干次的分配。本专利技术基于二部图的车载网络分布式存储方法有如下优点：1.本专利技术基于二部图，将车载网络分布式存储问题转化为二部图最大匹配问题，降低了求解的计算复杂度，能够在多项式时间内计算出分配方案。2.本专利技术将车载节点、路边单元映射到二部图的左右顶点上，以左右顶点连边表示车载请求标识信息与路边单元存储位置之间的对应关系，使得信息中心的网络信息分配更加直观，使得问题的描述和展示更加明晰。3.本专利技术方法通过清理冗余分配避免了不同路边单元响应相同车载请求标识信息所造成的资源浪费，提升了车载网络存储空间的利用率。4.本专利技术方法对清理路边单元产生的空余存储空间进行二次分配，直到每个路边单元没有空余存储空间，或者该路边单元的全部车载请求标识信息都已响应，或者剩下的车载请求标识信息已无法满足，提升了数据请求的响应率，保证了车载网络的数据服务质量。附图说明图1是传统车载网络的分布式存储的处理流程图。图2是本专利技术基于二部图的车载网络分布式存储的流程图。图3是在当前存储周期里多个车载节点和路边单元构成的车载网络示意图。图3A是在下一个存储周期里多个车载节点和路边单元构成的车载网络示意图。图4A是本专利技术基于二部图的左右顶点与边的关系示意图。图4B是图4A的最大匹配子图示意图。图4C是对图4B执行清理后的二部图示意图。图4D是执行二次分配时的二部图的左右顶点的示意图。图5是本专利技术方法与其它方法进行车载网络分布式存储的数据响应率对比图。图6是本专利技术方法与其它方法进行车载网络分布式存储的平均响应时延对比图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，一个常规车载网络系统中包括有多个路边单元、多个车载节点和一个信息中心IC；车载节点与路边单元的通信为V2I，车载节点之间的通信为V2V，信息中心IC与路边单元的通信为Internet网络。信息中心IC中存储的网络信息为两部分，一部分是车载网络信息内容content，另一部分是所述车载网络信息内容content对应的数字标识号ID，I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二部图的车载网络分布式存储方法，任意一所述车载网络中包括有多个路边单元、多个车载节点和一个信息中心IC；车载节点与路边单元的通信为V2I，车载节点之间的通信为V2V，信息中心IC与路边单元的通信为Internet网络；路边单元采用集合形式表达为RD＝{R1,R2,…,Rr}；车载节点采用集合形式表达为VD＝{V1,V2,…,Vn}；网络信息采用集合形式表达为Fτ=Rf1(content1,1),Rf2(content2,2),Rf3(content3,3),Rf4(content4,4),Rf5(content5,5)···,RfZ-1(contentZ-1,Z-1),RfZ(contentZ,Z),;]]>其特征在于信息中心IC对网络信息的分布式存储包括有下列步骤：步骤一：构造二部图步骤11：设置一个空的二部图记为G＝(X,Y,E)，X表示左边顶点，Y表示右边顶点，E表示边；执行步骤12；步骤12：将当前存储周期τ中信息中心IC采集到的中的元素加入到空的二部图G＝(X,Y,E)的X中，得到具有左顶点的二部图GX，执行步骤13；所述具有左顶点的二部图GX的左顶点中包含的元素为X＝{a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,…,ai‑1,ai}，其中：a1表示第一个左顶点，a1记录的内容是中包含的数字标识号1；a2表示第二个左顶点，a2记录的内容是中包含的数字标识号2；a3表示第三个左顶点，a3记录的内容是中包含的数字标识号1；a4表示第四个左顶点，a4记录的内容是中包含的数字标识号3；a5表示第五个左顶点，a5记录的内容是中包含的数字标识号4；a6表示第六个左顶点，a6记录的内容是中包含的数字标识号5；a7表示第七个左顶点，a7记录的内容是中包含的数字标识号Z‑1；ai‑1表示第i‑1个左顶点，ai‑1记录的内容是中包含的数字标识号1；ai表示最后一个左顶点，ai记录的内容是中包含的数字标识号Z；步骤13：针对车载网络中任意一个路边单元Rr，构造一个大小为存储容量的存储位置集合，记为其中，表示Rr的第一个存储位置，表示Rr的第二个存储位置，表示Rr的最后一个存储位置，执行步骤14；步骤14：遍历所有RD＝{R1,R2,…,Rr}中的路边单元，获得全网存储位置集合UDRD={UR1∪UR2∪···∪URr};]]>并将UDRD={UR1∪UR2∪···∪URr}]]>中的元素加入到具有左顶点的二部图GX的Y中，得到具有左右顶点集的二部图GX+Y，执行步骤15；所述具有左右顶点集的二部图GX+Y的Y＝{b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,…,bj‑1,bj}，其中：b1表示第一个右顶点，b1记录的内容是R1的第一个存储位置b2表示第二个右顶点，b2记录的内容是R2的第一个存储位置b3表示第三个右顶点，b3记录的内容是R3的第一个存储位置b4表示第四个右顶点，b4记录的内容是R4的第一个存储位置b5表示第五个右顶点，b5记录的内容是R5的第一个存储位置b6表示第六个右顶点，b6记录的内容是R5的第二个存储位置b7表示第七个右顶点，b7记录的内容是R5的第三个存储位置b8表示第八个右顶点，b8记录的内容是Rr‑1的第一个存储位置bj‑1表示第j‑1个右顶点，bj‑1记录的内容是Rr的第一个存储位置bj表示最后一个右顶点，bj记录的内容是Rr的第二个存储位置步骤15：以顶点匹配条件且且来判断所述具有左右顶点集的二部图GX+Y中的X与Y是否连边，从而构建得到具有顶点和边的二部图执行步骤21；a1与b2满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a1,b2>；a2与b3满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a2,b3>；a2与b4满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a2,b4>；a3与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b5>；a3与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b6>；a3与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b7>；a4与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b5>；a4与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b6>；a4与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b7>；a5与b8满足顶点匹配条件且且则在GX...

【技术特征摘要】
1.一种基于二部图的车载网络分布式存储方法，任意一所述车载网络中包括有多个路边单元、多个车载节点和一个信息中心IC；车载节点与路边单元的通信为V2I，车载节点之间的通信为V2V，信息中心IC与路边单元的通信为Internet网络；路边单元采用集合形式表达为RD＝{R1,R2,…,Rr}；R1表示第一个路边单元，R2表示第二个路边单元，Rr表示最后一个路边单元；车载节点采用集合形式表达为VD＝{V1,V2,…,Vn}；V1表示第一个车载节点，V2表示第二个车载节点，Vn表示最后一个车载节点；网络信息采用集合形式表达为第一个网络信息记为Rf1(content1,1)，content1表示数字标识号为1的车载网络信息内容，1表示第一个车载网络信息内容对应的数字标识号；第二个网络信息记为Rf2(content2,2)，content2表示数字标识号为2的车载网络信息内容，2表示第二个车载网络信息内容对应的数字标识号；第三个网络信息记为Rf3(content3,3)，content3表示数字标识号为3的车载网络信息内容，3表示第三个车载网络信息内容对应的数字标识号；第四个网络信息记为Rf4(content4,4)，content4表示数字标识号为4的车载网络信息内容，4表示第四个车载网络信息内容对应的数字标识号；第五个网络信息记为Rf5(content5,5)，content5表示数字标识号为5的车载网络信息内容，5表示第五个车载网络信息内容对应的数字标识号；第Z-1个网络信息记为RfZ-1(contentZ-1,Z-1)，contentZ-1表示数字标识号为Z-1的车载网络信息内容，Z-1表示第Z-1个车载网络信息内容对应的数字标识号；最后一个网络信息记为RfZ(contentZ,Z)，contentZ表示数字标识号为Z的车载网络信息内容，Z表示最后一个车载网络信息内容对应的数字标识号；其特征在于信息中心IC对网络信息的分布式存储包括有下列步骤：步骤一：构造二部图步骤11：设置一个空的二部图记为G＝(X,Y,E)，X表示左边顶点，Y表示右边顶点，E表示边；执行步骤12；步骤12：将当前存储周期τ中信息中心IC采集到的中的元素加入到空的二部图G＝(X,Y,E)的X中，得到具有左顶点的二部图GX，执行步骤13；所述车载请求标识信息是指Fτ中被第一个车载节点V1请求到的车载网络信息内容content对应的数字标识号ID；所述车载请求标识信息是指Fτ中被第二个车载节点V2请求到的车载网络信息内容content对应的数字标识号ID；所述车载请求标识信息是指Fτ中被最后一个车载节点Vn请求到的车载网络信息内容content对应的数字标识号ID；所述具有左顶点的二部图GX的左顶点中包含的元素为X＝{a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,…,ai-1,ai}，其中：a1表示第一个左顶点，a1记录的内容是中包含的数字标识号1；a2表示第二个左顶点，a2记录的内容是中包含的数字标识号2；a3表示第三个左顶点，a3记录的内容是中包含的数字标识号1；a4表示第四个左顶点，a4记录的内容是中包含的数字标识号3；a5表示第五个左顶点，a5记录的内容是中包含的数字标识号4；a6表示第六个左顶点，a6记录的内容是中包含的数字标识号5；a7表示第七个左顶点，a7记录的内容是中包含的数字标识号Z-1；ai-1表示第i-1个左顶点，ai-1记录的内容是中包含的数字标识号1；ai表示最后一个左顶点，ai记录的内容是中包含的数字标识号Z；步骤13：针对车载网络中任意一个路边单元Rr，构造一个大小为存储容量的存储位置集合，记为其中，表示Rr的第一个存储位置，表示Rr的第二个存储位置，表示Rr的最后一个存储位置，执行步骤14；步骤14：遍历所有RD＝{R1,R2,…,Rr}中的路边单元，获得全网存储位置集合并将中的元素加入到具有左顶点的二部图GX的Y中，得到具有左右顶点集的二部图GX+Y，执行步骤15；所述具有左右顶点集的二部图GX+Y的Y＝{b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,…,bj-1,bj}，其中：b1表示第一个右顶点，b1记录的内容是R1的第一个存储位置b2表示第二个右顶点，b2记录的内容是R2的第一个存储位置b3表示第三个右顶点，b3记录的内容是R3的第一个存储位置b4表示第四个右顶点，b4记录的内容是R4的第一个存储位置b5表示第五个右顶点，b5记录的内容是R5的第一个存储位置b6表示第六个右顶点，b6记录的内容是R5的第二个存储位置b7表示第七个右顶点，b7记录的内容是R5的第三个存储位置b8表示第八个右顶点，b8记录的内容是Rr-1的第一个存储位置bj-1表示第j-1个右顶点，bj-1记录的内容是Rr的第一个存储位置bj表示最后一个右顶点，bj记录的内容是Rr的第二个存储位置步骤15：以顶点匹配条件且且来判断所述具有左右顶点集的二部图GX+Y中的X与Y是否连边，从而构建得到具有顶点和边的二部图执行步骤21；为车载节点Vn在下一个存储周期τ+1将要遇到的路边单元集合；a1与b2满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a1,b2>；a2与b3满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a2,b3>；a2与b4满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a2,b4>；a3与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b5>；a3与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b6>；a3与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a3,b7>；a4与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b5>；a4与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b6>；a4与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a4,b7>；a5与b8满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a5,b8>；a5与bj-1满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a5,bj-1>；a5与bj满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a5,bj>；a6与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a6,b5>；a6与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a6,b6>；a6与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a6,b7>；a7与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a7,b5>；a7与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a7,b6>；a7与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a7,b7>；a7与bj-1满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a7,bj-1>；a7与bj满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<a7,bj>；ai-1与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai-1,b5>；ai-1与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai-1,b6>；ai-1与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai-1,b7>；ai-1与bj-1满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai-1,bj-1>；ai-1与bj满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai-1,bj>；ai与b5满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai,b5>；ai与b6满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai,b6>；ai与b7满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai,b7>；ai与bj-1满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai,bj-1>；ai与bj满足顶点匹配条件且且则在GX+Y的边集E中添加边<ai,bj>；统计边集E中的边包括有<...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓岚，蒲菊华，谢彧，陈佳，韩晓辉，熊璋，
申请(专利权)人：北京航空航天大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44