车联网下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法技术

本发明专利技术公开了一种车联网环境下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，包括步骤1：对道路上车辆进行分群和进行群维护；步骤2：采用请求回传的方式获取缓存；步骤3：采用LRU缓存替换更新策略。本发明专利技术利用V2V通信方式与具有缓存能力的车辆结合，并且采取分群协作的传输方式，并定期的对节点缓存进行数据更新，能够提高传输过程的稳定性和减少网络服务成本，明显减少冗余的网络转发，减少网络延时，使得数据在转发过程中更加高效，同时也保证了本地缓存数据的时效性和有用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车联网环境下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，属于车载通信领域。
技术介绍
随着移动网络和专用短程通信技术(DSRC，是一种在IEEE 802.11p的标准下工作在授权的5.9GHz频段的短程通信，一般在100～500米)的快速发展，车载自组织网络(VANETs)已经成为无线通信中一个很有前途的领域，车辆现在能直接以车到车(V2V)的方式或者以车到现存的路侧单元RSUs(V2R)的方式或者路侧单元到车(R2V)的方式进行通信。并且随着信息科技的飞速发展，人们的日常生活越来越离不开网络，看娱乐视频、看热门电影或者听流行歌曲已经成为大众的生活方式，甚至在汽车公交上，乘客希望行驶在路上也能享受网络的服务。未来车辆有两种数据通信的方式：1、长距离的蜂窝通信2、短距离的DSRC通信。然而在支持大规模的高速率数据内容传输时，蜂窝网络和V2R的通信都存在很多限制。对于蜂窝网络：1、现在现有的蜂窝网络不支持广播或组播，而带宽密集型的视频流通过按需单播模式传递，由于小区的数据容量相对较低，当某一小区内许多用户同时点播同一视频内容时会导致频繁的网络拥堵，虽然4G-LTE可为移动终端提供高速率的服务，但可同时服务的用户数量依然不高。2、再有对于高速移动的车辆内用户来说，蜂窝网络的吞吐量明显下降，难以保证视频流的服务质量和传输延时。对于V2R通信网络：1、RSU的部署非常稀缺，数量不够多。2、RSUs的覆盖距离很短，一辆车与RSUs的连接经常间歇被打断，一旦中断后需要花很长时间等待到达下一个RSU，视频才能从互联网传送到车辆节点。基于V2V的VANET更为灵活并且不依赖于路边环境，并且避免能由高速移动的车辆和静止的基站之间的相对速度导致的快衰落和短暂的连接时间，高频率的切换等。由于V2V中的VANET具有高频率的通信中断和恶劣的信道条件等特点，所以找到一种合适的分群算法来解决这些难题是很必要的。一个群集是包括至少一个群首和多个群成员的虚拟的组，传统的分群方法有基于移动速度、运动方向、位置和目的地考虑的，如在高速路场景一个特定的方向选择第一车辆节点作为群首，在十字路口基于方向选择第一车辆节点作为群首，还有通过计算车辆节点对周围事物的稳定性以及用Lowest-ID作为群首的分群方法等等。这些方法通常只适用于单一路况，缺少群稳定性和伴有高频率的群更新次数。并且在一跳V2V通信中，每一次转播阶段可看作为广播，数据请求和传递的过程中，请求节点不知道数据拥有节点的位置，很容易造成在节点转发策略过程中将请求广播到整个网络中，这也将导致广播风暴问题的出现。
技术实现思路
本专利技术采用V2V通信进行数据文件的传输，利用DSRC通信技术提供非常高的数据转移速率，在通信链路中最小化延时，支持RSU对车和车对车通信的优点。由于缓存机制可以减少端到端延时和降低蜂窝网络的负载，以及高效的分群机制对于车辆节点可以克服高速移动的车辆节点造成的通信中断，保证群的稳定性和低开销的特点，本专利技术提出一种车联网环境下具有缓存能力的车辆分群协作传输的方法。为了更有效的解决兴趣包和数据包转发过程中充斥整个网络的问题，本专利技术考虑在传统基于车辆位置、移动速度和方向的分群基础上增添基于兴趣的分群算法，这样不仅能解决高速移动的车辆节点通信间歇中断的问题，还能使兴趣爱好相同的节点组成一个群组，这些节点大多储存的相似类型的数据文件(热门电影或者流行音乐等类型)，使得群组内的缓存数据在群内转播更具目的性，减少冗余的网络转播，而且群组内的节点在群首的协调下，避免缓存数据的多次重复的复制。车联网环境下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，包括以下几个步骤：步骤1：对道路上车辆进行分群和进行群维护；步骤2：采用请求回传的方式获取缓存；步骤3：采用LRU缓存替换更新策略；本专利技术的优点在于：(1)采用V2V通信能够减少网络服务成本和提高传输的有效性，减少网络延时，并且本专利技术的分群算法具有好的群稳定性和低开销，适合多种路况。(2)本专利技术的转发策略使得缓存数据在转法过程中更具有目的性，明显减少冗余的网络转播次数。(3)定期将车辆节点缓存内容进行更新，保证缓存的时效性和有用性，避免无用的缓存占用空间。附图说明图1是本专利技术的应用场景；图2是本专利技术的方法流程图；图3是本专利技术的网关示意图；图4是本专利技术的分群过程示意图；图5是本专利技术的A节点、B节点示意图；图6是本专利技术的B节点获取数据的过程示意图；图7是本专利技术的LRU方法过程示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种车联网环境下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，如图1所示为本专利技术的应用场景，下面结合图2所示，包含以下几个步骤：步骤1：对道路上车辆进行分群和进行群维护；本专利技术考虑在一条双向直行道路上的场景，如图1，所有的车辆都配有GPS或者传感器等采集设备可以完成自身环境和状态信息(车辆行驶速度和行驶方向)的采集。并且每个车辆节点都能够计算出它和周围节点的相对移动速度以及距离。本专利技术考虑到不同密度的道路车辆情况中分群的标准不严格一致，比如在车辆密集的城市街区，分群的标准可能严格一些，比如加入导航目的地以及兴趣类型，来控制群内成员数量，使数量不宜过多。而在高速公路等车辆稀疏的环境分群宽松一些，只比较位置和相对移动速度来保证群的稳定性。设一个群里面的节点状态分为：无群(UN)、群首(CH)、普通群成员(CM)和临时群首(CHt)。为了增大群的传输距离，减少信息的转播次数，本专利技术考虑将同一兴趣类型的节点中相对移动性最小、靠近群中间的位置选为群首，这样一个群的传输范围可以达到两跳的传输距离(一跳距离指V2V节点的传输距离)。如图3中，黄色车辆代表CH，其他车辆代表UN或者CM。绿色车辆为CM的一种特殊形式，称为网关，是可以同时可以和至少两个CH的通信的CM，群与群之间的数据传输需要经过网关。一个群中CH的通信距离为连接向前一跳传输范围的节点和向后一跳传输范围的节点。每个CH管理着一个自己群内成员信息的列表(MT)并不断进行更新。如图4，分群过程如下：一旦一辆车进入某条路，它即为UN状态，并且在每个信标时间段(设为Tb)都广播一个信标信息，包含它的位置、速度、移动方向以及兴趣类型(分为电影、音乐或者最新资讯等)。此时设置一个时间阈值Te，当某一节点保持UN状态超过Te的时间后，它变宣称自己为一个新群CHt状态。如果未超过Te时间，当这一UN节点接收到来自CH或者CHt的信标信息。它检查是否被允许加入到这个群内，如果是，它变成为这个群的成员，变成CM状态，并且设置自己的在群中的ID号(用群名称+数字的形式)，本专利技术将群名称也以兴趣类型来命名不同的群，用兴趣类型+群昵称的形式。如果被拒绝，它将继续发送信标信息等待。当CH接收到一个信标信息时，它计算出和信标源节点的相对距离，相对速度和兴趣类型来决定是否接受这个节点入群。这里首先查看兴趣类型，如果符合，则根据本专利技术设置的一个时间阈值Tr，在大于Tr的时间内，源节点都与CH保持在一跳通信范围内，则接受源节点为本群CM，并更新群MT，如果不符合则发送拒绝信息。群管理过程如下：设置一个距离Dm和时间段Tm，当两个类型的CH在大于Tm的时间距离都保持小于Dm时，导致两个群有很大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车联网下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，包括以下几个步骤：步骤1：对道路上车辆进行分群和进行群维护；设道路为双向直行道路，所有车辆配有采集设备，采集自身环境和状态信息，包括车辆行驶速度和行驶方向，每个车辆节点计算它和周围节点的相对移动速度以及距离，针对不同密度的道路车辆，进行分群，设一个群里面的节点状态分为：无群UN、群首CH、普通群成员CM和临时群首CHt，CH的通信距离为连接向前一跳传输范围的节点和向后一跳传输范围的节点，每个CH管理自己群内成员信息的列表MT并不断进行更新；步骤2：采用请求回传的方式获取缓存；使用基于命名的数据存储方式，在每一个车辆节点缓存器中将数据内容以名字+数据的方式存储，在VANETs网络中存在两种类型的数据包：兴趣请求包和数据包，兴趣请求包是由请求节点发送出的包含数据名称的包，数据包是由缓存数据提供节点发送出的包含缓存数据的名称和数据本身；每一个节点管理一个收发请求列表，用来记录节点接收到的请求以及发出去的请求；设置累计请求数阈值Nt，当节点中的收发请求列表中的请求次数超过阈值Nt时才进行缓存，否则只是转发该数据；设电影1群中，B节点想请求某数据文件，此时A节点中缓存有该数据文件，B获取该数据的过程为：首先B发送一个兴趣包给CH1，CH1首先检查自己的缓存器中是否存有该数据，如果有，则直接由CH1通过V2V通信链路传送给B，如果没有，则检查自己的收发请求表中是否转发过该数据，如果有，则CH1将B发送的兴趣包转发到源数据节点A，节点A再将包含该数据的数据包转发到CH1，CH1再转发到B，按逆向路径完成数据转发；如果CH1收发请求表中没有转发过该数据，则向群内其他成员广播该兴趣包，如果有节点收到兴趣包后，如果缓存有该数据，则按逆向路径转发到B；如果CH1发现本群内都没有发现该数据后，则将该兴趣包转发到连接其他群的网关G1，G1节点再将兴趣包转发到CH2，再检查CH2所在群是否有该文件，如果有，则按逆向路径将数据包转发到B，如果没有，CH1将发送消息告知B暂时没有该数据缓存；步骤3：采用LRU缓存替换更新策略；设置时间阈值TL和数据缓存使用次数阈值NL，包括本节点访问次数和转发到其他节点的次数，如果在TL时间段内，某缓存数据文件被使用的次数小于NL，则将该数据文件从缓存器中删除；设车辆节点缓存容量为Q，缓存文件所占缓存空间为Qc，需满足令：Qc≤β·Q其中：β为可调系数，用于调节缓存文件所占比例，当缓存文件达到β·Q，触发LRU缓存更新策略。...

【技术特征摘要】
1.一种车联网下具有缓存能力的车辆分群协作传输方法，包括以下几个步骤：步骤1：对道路上车辆进行分群和进行群维护；设道路为双向直行道路，所有车辆配有采集设备，采集自身环境和状态信息，包括车辆行驶速度和行驶方向，每个车辆节点计算它和周围节点的相对移动速度以及距离，针对不同密度的道路车辆，进行分群，设一个群里面的节点状态分为：无群UN、群首CH、普通群成员CM和临时群首CHt，CH的通信距离为连接向前一跳传输范围的节点和向后一跳传输范围的节点，每个CH管理自己群内成员信息的列表MT并不断进行更新；步骤2：采用请求回传的方式获取缓存；使用基于命名的数据存储方式，在每一个车辆节点缓存器中将数据内容以名字+数据的方式存储，在VANETs网络中存在两种类型的数据包：兴趣请求包和数据包，兴趣请求包是由请求节点发送出的包含数据名称的包，数据包是由缓存数据提供节点发送出的包含缓存数据的名称和数据本身；每一个节点管理一个收发请求列表，用来记录节点接收到的请求以及发出去的请求；设置累计请求数阈值Nt，当节点中的收发请求列表中的请求次数超过阈值Nt时才进行缓存，否则只是转发该数据；设电影1群中，B节点想请求某数据文件，此时A节点中缓存有该数据文件，B获取该数据的过程为：首先B发送一个兴趣包给CH1，CH1首先检查自己的缓存器中是否存有该数据，如果有，则直接由CH1通过V2V通信链路传送给B，如果没有，则检查自己的收发请求表中是否转发过该数据，如果有，则CH1将B发送的兴趣包转发到源数据节点A，节点A再将包含该数据的数据包转发到CH1，CH1再转发到B，按逆向路径完成数据转发；如果CH1收发请求表中没有转发过该数据，则向群内其他成员广播该兴趣包，如果有节点收到兴趣包后，如果缓存有该数据，则按逆向路径转发到B；如果CH1发现本群内都没有发现该数据后，则将该兴趣包转发到连接其他群的网关G1，G1节点再将兴趣包转发到CH2，再检查CH2所在群是否有该文件，如果有，则按逆向路径将数...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，杨钊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11