一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法技術

本發明專利技術屬于車聯網通信技術領域，涉及一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法。本發明專利技術過程中，協助車把將要被下載的數據進行編碼，當目標車輛處于協助車的通信范圍內時，由協助車將數據分組進行廣播發送，此時目標車輛和處于協助車通信范圍內的其他車輛都進行數據分組的接收。當協助車駛離目標車的通信范圍時，如果目標車未能收到足夠多的數據編碼分組用以還原原始數據，則目標車通信范圍內其他攜帶分組信息的協助車繼續為其轉發數據分組，直到目標車收到足夠多的數據用以還原原始數據，一次協助下載過程結束。本發明專利技術首次將分布式噴泉碼技術與車聯網環境相結合，具有信道利用率高，丟包率低的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開了一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，涉及車聯網通信

技術介紹
在車聯網領域，很重要的一個研究方向就是數據包的高速、穩定傳輸問題。由于在車聯網環境中，車輛相遇時間短，運行速度快，車速變化頻繁，信道質量差等原因，導致傳統的協助下載具有較高的丟包率，協助車攜帶的數據不能完全保證全部傳送給目標車輛，這并不能保證系統QoS要求較高的應用。傳統的協助下載方法比如Mob Torrent提出的利用WIFI和WWAN相互補充利用同向以及對向車輛協助下載的方案忽略了丟包率，當出現丟包的情況，用戶必須進入下一個熱點獲取丟失的數據包。DongYao jia等提出車聯網重傳策略用以減少丟包率，該方法以重傳時間為代價，降低了系統吞吐量。Yuchen Wu等提出基于軌跡預測的車聯網協助下載方法提高數據轉發率。盡管預測的車輛行駛軌跡有助于數據轉發策略，但是仍然無法從根本上解決丟包帶來的影響。數字噴泉碼是一種大規模數據分發和傳輸的解決方案。在這種編碼方式中，系統發送端可以由k個原始分組生成任意數量的編碼分組，接收端只要接收到k(1+ε)個編碼分組的任意子集，即可通過譯碼以高概率成功恢復全部原始分組(和ε有關)。數字噴泉碼不僅擁有很小的譯碼開銷ε，而且具有簡單的編譯方法和很小的譯碼復雜度。該編碼過程可以產生源源不斷的編碼分組，而客戶端只要接收到足夠數量的數據分組，即可以還原數據，而不必關心接收到的是哪些編碼分組。一些研究者如X Liu，Lei Weijia等，采用獨立數字噴泉碼保證每跳中的可靠傳輸。然而每個中繼節點都要對收到的數據進行編解碼，增加了各節點的轉發成本，并且頻繁的信息反饋也會增加數據的接收延遲。為了解決該問題，A Tarable等針對噴泉碼提出級聯編碼方式，中繼節點不需要知道源節點編碼細節，收到數據編碼的數據包后不需要對其進行解碼，而是進行二次編碼，目的節點對收到的數據包進行多級解碼獲取原始數據。這種方式減少了中間節點的計算復雜性，但對于目的節點來說譯碼比較復雜。Rui Cao提出了DLT碼，使用兩層隨機編碼方式對數據進行編解碼，但是沒有考慮數據信道的直接鏈路和間接鏈路的丟包
率，各層的分布式函數增加了解碼難度。近年來，分布式數字噴泉碼技術發展迅速，它可以適應信道變化，有效利用信道容量，可以滿足車聯網環境中汽車傳輸信息的要求。迄今為止，尚未見到將該技術應用于車聯網領域的報道。
技術實現思路
本專利技術是為了解決車聯網環境下數據的協助下載具有較高丟包率的問題，因此提出了一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法。本專利技術提出的基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，是根據車聯網環境中車輛相遇時間短，運行速度快，車速變化頻繁，信道質量差，導致協助下載具有較高的丟包率，協助車攜帶的數據不能保證全部傳遞給目標車輛的問題。提出借助具有連接互聯網能力的AP下載數據，并將數據按照一定的策略分發給不同的協助車，協助車使用噴泉碼對原始數據進行編碼，直接或通過其他協助車間接發送給目標車，這樣即使有數據丟失，目標車只要收集到足夠多的數據分組就可以將原始數據還原，減少丟包率，提高用戶數據下載數據量。本專利技術的目的是借助以下技術方案實現的：1.首先，將提出下載請求的車輛標定為目標車輛，其他可能經過目標車輛通信范圍的車輛為協助車輛。所有經過AP通信范圍的車輛都要自行上傳其行車信息至AP，AP會根據這些信息生成一個行車信息列表；當目標車輛提出下載資源的請求后，AP連接互聯網下載指定資源至本地，同時根據目標車輛在AP通信范圍內的預測滯留時間傳輸相應數量的數據給目標車輛，把未傳輸完成的數據的信息告知該目標車可能經過的下一個AP，請求協助下載；當相鄰AP收到協助下載請求時，按照其行車信息列表中車輛的信息選取一批協助車，并將剩余數據傳輸到協助車上；當目標車輛處于協助車的通信范圍內時，兩者協商通信確定要轉發的數據，協助車對數據進行編碼，并進行廣播發送，直到數據包發送發完畢；2.所述行車信息包括車輛的ID識別碼，平均速度vn以及該車輛進入該AP點的時刻tn；所述行車信息列表中的信息隨著車輛的進入和離開不斷更新，AP之間每隔一段時間相互交換其信息列表數據。當一輛車的ID先后出現在兩個AP的行車列表中時，則刪除前一個AP行車列表中對應的行車信息；3.預測滯留時間是根據該AP的通信半徑和平均速度vn確定的。AP根據自身的通信半徑rx和平均車速，計算出目標車輛在該通信半徑中的預測滯留時間tx，公式如下：tx＝2*rx/vn；所述AP根據車輛的運行方向，預測用戶將要經過的下一個AP點，并將尚未下載完成的內容通知給下一個AP點，由下一個AP點選擇合適的協助車輛；4.所述選取協助車的準則為：根據AP信息列表中每輛車的注冊時間和平均速度信息，計算它們與目標車的相遇時間，并按照該時間順序從列表中選取一組車輛作為協助車，選取的協助車數量隨著該時段AP覆蓋范圍內的車輛數量以及目標車輛請求的數據量大小浮動，AP將目標車輛還未接收的數據傳送給這些協助車，直至完成發送任務；5.協助車如果沒有收到目標車完成數據采集的反饋信息，在其離開目標車的通信區域以后仍然要繼續發送信息，直到數據包發送完成，以便其他協助車能夠繼續轉發，而目標車只有采集到足夠多的數據才將反饋發送給最后一個協助車；6.所述協助車(A協助車)向目標車傳輸數據過程中，其他處于該協助車通信范圍內的協助車(B、C協助車)也接收數據，當A在沒有傳輸完成的情況下離開目標車的通信范圍，目標車會將缺失的部分進行廣播，則協助車B、C就會根據廣播信息對來自A的編碼包進行二次編碼，并繼續廣播發送，該過程不斷持續直到目標車收到足夠的編碼分組用于還原原始數據。有益效果本專利技術對比已有技術具有以下創新點：本專利技術提出的分布式噴泉碼編碼算法通過協助傳輸以及級聯編碼的方式，使得目標車在收到足夠的數據包還原原始數據后將反饋信息發送給最后一輛協助車，從而完成協助下載任務。本專利技術對比已有技術具有以下創新點：本專利技術提出的方法不是利用協助車轉發數據分組，而是轉發數據源的編碼分組，這樣只要目標車接收到足夠的分組就能還原出原始數據，而不必關心接收到的是哪些編碼分組。附圖說明圖1是協助下載策略過程示意圖；圖2是為表述分布式噴泉碼方法建立的三點通信模型；圖3是協助車將編碼后的數據分組進行廣播發送的示意圖；具體實施方式下面結合附圖和實施例對專利技術作進一步地詳細描述。本專利技術的基本思想是車聯網環境下利用分布式噴泉碼實現協助下載，減少丟包率，增加用戶數據下載量。如圖1展示了使用該方法協助下載的一個實例，圖中灰色區域表示AP通信區，兩個AP通信區之間的白色區域為盲區(Dark Area)。黑色車輛表示需要下載數據的目標車，灰色車輛表示其他車輛，其中c`1～cn表示與目標車對向行駛的車輛，盲區中的灰色區域為協助下載發生的區域，AP之間通過網絡互聯。從上到下五幅圖按照時間順序描述了使用該方法進行下載的五個階段。在階段A，目標車輛提出下載請求，AP1下載部分數據到目標車輛，并通知AP2準備下載；在階段B，AP2選擇協助車，并把數據發送給協助車輛；在階段C、D、E，目標車通過協助車的通信范圍時，協助車分別將相應的數據發送給目標車輛，直到目標車接收到的數據足以還原原本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，其特征在于，所述方法包括：首先，將提出下載請求的車輛標定為目標車輛，其他可能經過目標車輛通信范圍的車輛為協助車輛。所有經過AP通信范圍的車輛都要自行上傳其行車信息至AP，AP會根據這些信息生成一個行車信息列表；當目標車輛提出下載資源的請求后，AP連接互聯網下載指定資源至本地，同時根據目標車輛在AP通信范圍內的預測滯留時間傳輸相應數量的數據給目標車輛，把未傳輸完成的數據的信息告知該目標車可能經過的下一個AP，請求協助下載；當相鄰AP收到協助下載請求時，按照其行車信息列表中車輛的信息選取一批協助車，并將剩余數據傳輸到協助車上；當目標車輛處于協助車的通信范圍內時，兩者協商通信確定要轉發的數據，協助車對數據進行編碼，并進行廣播發送，直到數據包發送發完畢。

【技術特征摘要】
1.一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，其特征在于，所述方法包括：首先，將提出下載請求的車輛標定為目標車輛，其他可能經過目標車輛通信范圍的車輛為協助車輛。所有經過AP通信范圍的車輛都要自行上傳其行車信息至AP，AP會根據這些信息生成一個行車信息列表；當目標車輛提出下載資源的請求后，AP連接互聯網下載指定資源至本地，同時根據目標車輛在AP通信范圍內的預測滯留時間傳輸相應數量的數據給目標車輛，把未傳輸完成的數據的信息告知該目標車可能經過的下一個AP，請求協助下載；當相鄰AP收到協助下載請求時，按照其行車信息列表中車輛的信息選取一批協助車，并將剩余數據傳輸到協助車上；當目標車輛處于協助車的通信范圍內時，兩者協商通信確定要轉發的數據，協助車對數據進行編碼，并進行廣播發送，直到數據包發送發完畢。2.根據權利要求1所述的一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，其特征在于，所述行車信息包括車輛的ID識別碼，平均速度vn以及該車輛進入該AP點的時刻tn；所述行車信息列表中的信息隨著車輛的進入和離開不斷更新，AP之間每隔一段時間相互交換其信息列表數據。當一輛車的ID先后出現在兩個AP的行車列表中時，則刪除前一個AP行車列表中對應的行車信息。3.根據權利要求1所述的一種基于分布式噴泉碼的車聯網協助下載方法，其特征在于，預測滯留時間是根據該AP的通信半徑和平均速度vn確定的。AP根據自身的通信半徑rx和平均車速，計算出目標車輛在該通信半徑中的預測滯...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建航，張文斌，李世寶，路錦博，陳海華，黃庭培，章揚，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：山東;37