一种基于软件定义车联网的自适应路由方法技术

本发明专利技术公开了一种基于软件定义车联网的自适应路由方法，通过本地控制器可以获取车辆节点的ID、位置和速度信息，上述信息结合本地的电子地图可以提取出用于表征实时交通状况的特征数据，通过中央控制器和本地控制器的协同，可以构建用于选择路由策略的决策模型并实时对决策模型进行更新，进而实现为特定交通场景选择最优的路由策略。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件定义车联网的自适应路由方法
本专利技术涉及车联网无线通信
，特别提供了一种基于软件定义车联网的自适应路由方法。
技术介绍
车辆通信对于实现智能交通至关重要。V2X是车辆与一切可能影响车辆的实体实现信息交互，目的是减少事故发生，减缓交通拥堵以及提供其他的信息服务。车辆自组织网络(VANET)是过去20年的研究热点，基于车载设备和路边单元等硬件设备，通过一定的路由策略，实现车辆通信。软件定义网络(SDN)最初被用于有线网络，由于SDN架构将控制平面和数据转发平面分离，可以实现网络的灵活控制和管理，所以近些年被逐渐应用于无线网络。软件定义车联网(SDVN)成为实现车辆通信的一种更优的解决方案。在本领域的公知技术中，研究人员一般是基于传统的车辆自组织网络架构并且针对特定的场景进行路由策略的制定。部分研究人员针对路由策略的自适应能力做了改进，主要分为以下几类：⑴考虑了几种交通场景，根据一些参数的变化进行路由策略的转换，提出混合式的自适应路由方案；⑵应用了智能优化算法优化路由度量的选择；⑶使用机器学习算法对路由算法进行改进，提高自适应能力。另外，还有研究人员基于软件定义网络架构提出集中式的路由方案。由于拓扑的高动态性，有效地预测拓扑的变化是一个难点。在公知技术中，M.Al-Rabayah等人在《ANewScalableHybridRoutingProtocolforVANETs》提出了一种混合式路由方案，结合了反应式路由以及基于地理位置的路由协议，当位置信息无法有效获取时则切换到反应式路由协议。D.Tian等人在《AMicrobialInspiredRoutingProtocolforVANETs》中提出了使用细胞吸引子的选择机制来选择路由中的下一跳节点，通过路由反馈数据包，它可以自我调整以适应动态变化的环境。J.Wu等人在《ReinforcementLearningBasedMobilityAdaptiveRoutingforVehicularAd-HocNetworks》中提出了一种基于强化学习的自适应路由协议，该路由协议使用分布式Q-learning，以Q表更新的形式，通过周期性的HELLO数据包，主动学习并获得网络链路最新状态。这种方式提高了路由策略的自适应能力。另外，在公知的技术中，HumaGhafoor等人在《CR-SDVN:ACognitiveRoutingProtocolforSoftware-DefinedVehicularNetworks》中提出了一种基于混合式软件定义车联网架构的认知路由协议，主控制器和本地控制器分别用于构建全局网络拓扑结构和本地网络拓扑结构，分别考虑了源节点在本地控制器通信范围内和不在本地控制器通信范围内的两种情况。X.Ji等人在《SDGR:AnSDN-BasedGeographicRoutingProtocolforVANET》中提出了一种基于软件定义车联网架构的地理位置路由协议(SDGR)。SDGR在控制器全局视图的基础上，利用电子地图、节点位置、车辆密度等信息计算出最优路径，减少了车辆通信出现拥塞的情况。SB.Dong等人在《SoftwareDefinedNetworkingBasedOn-DemandRoutingProtocolinVehicleAdHocNetworks》中提出了一种基于软件定义网络架构的按需路由协议(SVAO)。SVAO采用了两级结构，全局模式是本地控制器之间的数据包转发，本地模式是本地车辆之间的数据包转发。刘凯等人提出了一种基于软件定义车联网的路由方法，车辆节点周期地向控制器上传位置信息、运动信息以及邻居节点信息，控制器由此生成全局路由表，车辆节点向控制器请求其通往目标节点的路由信息，控制器根据请求并向该节点发送路由信息，车辆节点根据路由信息与下一跳节点通过短程无线通信技术连接并传输数据报文。现有的公知技术大致可以分为基于传统车辆自组织网络的自适应路由和基于软件定义网络架构的路由策略。基于传统VANET的自适应路由的适应能力具有一定的局限性，不能够很好的应对网络拓扑的快速变化，而现有的基于软件定义网络的路由策略则大都采用集中式的路由策略，会给中央控制器带来极大的开销，而且在控制平面预测网络拓扑的变化会导致较大的端到端时延。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于软件定义车联网的自适应路由方法，以解决现有的车联网由于单一路由策略不能适应快速变化的车辆网络拓扑及中央处理器开销大的问题。本专利技术提供的技术方案是：一种基于软件定义车联网的自适应路由方法，包括如下步骤：S1：车辆节点定期向管理其所在区域的本地控制器发送车辆ID、位置和速度信息；S2：本地控制器根据车辆节点上传的数据及本地电子地图，提取用于表征实时交通情况的特征数据，接着，根据一段时间内收集的节点位置信息以及本地电子地图构建车辆节点移动轨迹，并据此构建仿真模型，之后，对多种待评价的路由策略进行性能测试，选出最优路由策略作为该特征数据的标签并存储；S3：本地控制器定期将已经打好标签的特征数据传送至中央控制器，中央控制器将各个本地控制器传来的数据融合并进行在线训练，之后，将训练好的决策模型分发给各个本地控制器；S4：本地控制器结合当前时刻表征实时交通情况的特征数据及接收到的决策模型选择本地最优的路由策略，并以广播的形式分发至本地车辆节点。优选，本地控制器分别部署在由Geohash划分的区域的中心。进一步优选，S2中，所述用于表征实时交通情况的特征数据包括RNt，Ni，Ntl，Nv，Ras，Rtl，Nrl，Sm，Dc，Dr，其中，RNt表示路网的类型，Ni为本地控制器管理区域内的路口数量，Nv表示本地控制器管理区域内车辆节点的数量，Ras表示本地控制器管理区域内路段的平均速度，Rtl表示本地控制器管理区域内道路的总长度，Nrl表示本地控制器管理区域内平均的车道数，Sm表示本地控制器管理区域的面积，Dc表示本地控制器管理区域内的车辆密度。进一步优选，S2中，对路由策略进行测试时考虑的性能指标包括平均端到端时延和丢包率。进一步优选，S3中，本地控制器将已经打好标签的特征数据传送至中央控制器的时间间隔大于收集一条本地特征数据并完成打标签的时间间隔。进一步优选，S4中，本地控制器选择最优路由策略后，若选择的路由策略与前一时段相同，则不向本地车辆节点分发路由策略消息，若路由策略发生变化，则本地控制器通过广播的形式将表征路由策略的数据包发送给本地车辆节点。本专利技术提供的基于软件定义车联网的自适应路由方法通过本地控制器可以获取车辆节点的ID、位置和速度信息，上述信息结合本地的电子地图可以提取出用于表征实时交通状况的特征数据，通过中央控制器和本地控制器的协同，可以构建用于选择路由策略的决策模型并实时对决策模型进行更新，进而实现为特定交通场景选择最优的路由策略。本专利技术将传统的车辆自组织网络和软件定义网路架构结合，地理上分布而逻辑上集中的控制平面减少了中央控制器的开销，不同于全集中式的基于软件定义车联网的路由协议，与传统车辆自组织网络的结合也减少了中央控制器的开销。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为本专利技术提供的基于软件定义车联网的自适应路由方法的流程图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软件定义车联网的自适应路由方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：车辆节点定期向管理其所在区域的本地控制器发送车辆ID、位置和速度信息；S2：本地控制器根据车辆节点上传的数据及本地电子地图，提取用于表征实时交通情况的特征数据，接着，根据一段时间内收集的节点位置信息以及本地电子地图构建车辆节点移动轨迹，并据此构建仿真模型，之后，对多种待评价的路由策略进行性能测试，选出最优路由策略作为该特征数据的标签并存储；S3：本地控制器定期将已经打好标签的特征数据传送至中央控制器，中央控制器将各个本地控制器传来的数据融合并进行在线训练，之后，将训练好的决策模型分发给各个本地控制器；S4：本地控制器结合当前时刻表征实时交通情况的特征数据及接收到的决策模型选择本地最优的路由策略，并以广播的形式分发至本地车辆节点。

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义车联网的自适应路由方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：车辆节点定期向管理其所在区域的本地控制器发送车辆ID、位置和速度信息；S2：本地控制器根据车辆节点上传的数据及本地电子地图，提取用于表征实时交通情况的特征数据，接着，根据一段时间内收集的节点位置信息以及本地电子地图构建车辆节点移动轨迹，并据此构建仿真模型，之后，对多种待评价的路由策略进行性能测试，选出最优路由策略作为该特征数据的标签并存储；S3：本地控制器定期将已经打好标签的特征数据传送至中央控制器，中央控制器将各个本地控制器传来的数据融合并进行在线训练，之后，将训练好的决策模型分发给各个本地控制器；S4：本地控制器结合当前时刻表征实时交通情况的特征数据及接收到的决策模型选择本地最优的路由策略，并以广播的形式分发至本地车辆节点。2.按照权利要求1所述基于软件定义车联网的自适应路由方法，其特征在于：本地控制器分别部署在由Geohash划分的区域的中心。3.按照权利要求1所述基于软件定义车联网的自适应路由方法，其特征在于：S2中，所述用于表征实时交通情况的特征数据包括RNt，Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，赵伟莨，郦铸辉，刘羽霏，拱长青，林娜，范纯龙，李照奎，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21