基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)與分發(fā)方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)方法。主要解決了車輛在高速行駛時信息復制冗余和傳輸時延大的問題。技術方案是：構建基于SDN的車聯(lián)網架構，在SDN控制器內開發(fā)信息管理、信息切割和信息預存模塊；車輛將自身信息上傳至SDN控制器的信息管理模塊，同時SDN控制器從Internet端將用戶的請求信息下載并通過信息切割模塊將信息切割成不同的片段，這些片段被信息預存模塊預存至相應的RSU內，當RSU監(jiān)測到該車輛駛入其覆蓋范圍內時，RSU將預存的數(shù)據(jù)片段發(fā)送至車輛，實現(xiàn)低通信開銷的數(shù)據(jù)分發(fā)。本發(fā)明專利技術減小了數(shù)據(jù)分發(fā)的傳輸時延，避免通信中斷，切實有效的改善傳統(tǒng)機制中的信息復制冗余，對丟包率顯著改善，便于車聯(lián)網后期維護。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于交通
，特別涉及一種基于SDN(SoftwareDefinedNetwork)技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)方法，具體是一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)與分發(fā)方法，可用于高速公路。
技術介紹
車載通信網絡被視為提高道路安全性和建設智能交通系統(tǒng)的關鍵技術。在車載網絡中，車輛和車輛之間的通信稱為V2V(Vehicle-to-Vehicle)，而車輛和類似路邊單元(RSU，RoadSideUnits)這樣的基礎設施間的通信被稱為V2I(Vehicle-to-Infrastructure)。由于V2V通信通常具有較大的機會性和隨機性，因此車輛與RSU間的V2I通信對提升網絡性能具有更加重要的作用。然而目前車聯(lián)網架構中的RSU設備的通信范圍仍有限，在節(jié)點高速移動的場景比如高速公路，車輛在進行大流量數(shù)據(jù)傳輸時需要頻繁地進行RSU切換，這就導致基于802.11p協(xié)議的通信在數(shù)據(jù)分發(fā)時會產生較大的通信時延，且有可能造成通信中斷。因此運用新型網絡架構對車聯(lián)網中的數(shù)據(jù)分發(fā)技術進行改善勢在必行。關于車聯(lián)網中數(shù)據(jù)分發(fā)的現(xiàn)有技術，主要有以下幾種：OTrullols-Cruces等人在《Acooperativevehicularnetworkframework》(IEEEInternationalConferenceonCommunications)提出了一種旨在提升車載網絡協(xié)議擴展性的車載混合網絡架構，與網狀網絡的架構很相似。基于該架構提出了根據(jù)車輛交通狀況和城市道路結構優(yōu)化的RSU部署問題，該文獻將RSU部署問題簡化為依據(jù)車輛密度來決定接入點間的距離問題，在文中也給出了該架構的未來發(fā)展方向，比如將該架構應用于數(shù)據(jù)分發(fā)，但并沒有進行深入研究，沒有闡釋該架構在數(shù)據(jù)分發(fā)時的運作機制。BNguyen等人在《SoftwareDefinedNetworking-basedVehicularAdhocNetworkwithFogComputing》(IEEEInternationalSymposiumonIntegratedNetworkManagement)中提出了SDN與車聯(lián)網相結合的網絡架構，并對各部分的功能進行了詳細闡釋，文中利用車道變換預測和車流量分配的例子闡明了該架構的實用性，文中針對RSU切換時的數(shù)據(jù)分發(fā)研究采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分發(fā)方式將下載數(shù)據(jù)全部復制機制，信息冗余較大。上述文獻對于車聯(lián)網中車輛進行RSU切換時的數(shù)據(jù)分發(fā)方法依然沿用傳統(tǒng)機制，將車輛請求的數(shù)據(jù)全部復制在車輛將會經過的RSU內，這樣的機制將會造成信息復制冗余，且通信時延較大，丟包率也并沒有顯著改善。由于傳統(tǒng)的車聯(lián)網架構采用人工維護的方式，因此缺乏便捷性，對于后期功能的擴展也存在局限性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于針對上述現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)與分發(fā)方法，運用了新型網絡架構SDN(軟件定義網絡，SoftwareDefinedNetwork)的集中控制特性以及數(shù)據(jù)面與控制面分離的特點，對現(xiàn)有車聯(lián)網架構進行改進，并提出了高速公路RSU切換場景下的數(shù)據(jù)分發(fā)策略，充分減小了數(shù)據(jù)分發(fā)時的通信開銷。本專利技術是一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，包含：Internet網絡、路邊單元RSU以及行駛車輛，其特征在于，還包括有SDN控制器和交換機，車輛將自身信息和請求信息發(fā)送至路邊單元RSU，路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機上傳至SDN控制器，SDN控制器從Internet網絡將車輛請求數(shù)據(jù)下載下來，基于上述車輛信息和RSU自身狀態(tài)信息對請求數(shù)據(jù)進行切割，通過交換機將已切割數(shù)據(jù)預存至沿途不同的RSU內，當車輛進入相應的RSU覆蓋范圍，RSU將預存的信息發(fā)送至車輛。本專利技術還是一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)方法，是在權利要求1-3所述的任一基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)上實現(xiàn)，其特征在于，基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)方法包括有如下步驟：(1)車輛通過車載模塊OBU(OnBoardUnit)將車輛信息發(fā)送至路邊單元RSU，車輛信息包括：車速、行駛方向以及請求信息；(2)路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機發(fā)送至SDN控制器信息管理模塊，其中自身狀態(tài)信息包括：位置、所預存的數(shù)據(jù)名稱以及自身吞吐量；(3)信息管理模塊將收到的車輛信息、路邊單元RSU自身狀態(tài)信息以及從Internet網絡下載的數(shù)據(jù)信息分別進行封包存儲，并發(fā)送給信息切割模塊，以便進行下一步處理；(4)信息切割模塊根據(jù)信息管理模塊中的各類信息對從Internet網絡下載下來的數(shù)據(jù)進行切割，把切割后的數(shù)據(jù)發(fā)送給信息預存模塊；(5)信息預存模塊將已切割的數(shù)據(jù)通過交換機預存至不同的路邊單元RSU內；(6)當車輛進入路邊單元RSU的覆蓋范圍內時，將預存的信息發(fā)送至車輛，實現(xiàn)低時延的數(shù)據(jù)分發(fā)。本專利技術的技術思路是：首先構建基于SDN的車聯(lián)網架構，其次車輛將自身信息上傳至SDN控制器的用戶管理模塊即信息管理模塊，同時SDN控制器從Internet端將用戶的請求信息下載下來，并通過信息切割模塊將信息切割成不同的片段，這些片段被信息預存模塊預存至相應的RSU內，當RSU監(jiān)測到該車輛駛入其覆蓋范圍內時，將對應數(shù)據(jù)片段分發(fā)給該車輛。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術具有以下優(yōu)點：第一，本專利技術將SDN技術運用到車聯(lián)網中，利用SDN的集中控制能力實現(xiàn)網絡拓撲的實時更新，因此可以提高數(shù)據(jù)分發(fā)的實時性。同時利用SDN的可編程性，開發(fā)了信息管理模塊、信息切割模塊和信息預存模塊，為后期的架構維護提供了便利。第二，本專利技術提出的信息切割和信息預存思想，對能夠切實有效的減小數(shù)據(jù)分發(fā)時的通信時延，對于通信丟包率的改善也有顯著效果。附圖說明圖1為本專利技術基于SDN的分發(fā)系統(tǒng)架構示意圖；圖2為本專利技術分發(fā)方法流程圖；圖3為本專利技術的仿真截圖；圖4為本專利技術關于傳輸時延的仿真結果圖；圖5為本專利技術關于數(shù)據(jù)重傳率的仿真結果圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細說明實施例1針對現(xiàn)有技術中對于車聯(lián)網中車輛進行RSU切換時的數(shù)據(jù)分發(fā)方法依然沿用傳統(tǒng)機制，將數(shù)據(jù)全部復制在車輛將會經過的路邊單元RSU內，會造成信息復制冗余，且通信時延較大等技術問題本專利技術提出一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，即首先構建基于SDN的車聯(lián)網架構，包含：Internet網絡、路邊單元RSU以及行駛車輛，參見圖1，本專利技術還包括有SDN控制器和交換機，車輛將自身信息和請求信息發(fā)送至路邊單元RSU，路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機上傳至SDN控制器，SDN控制器從Internet網絡將車輛請求數(shù)據(jù)下載下來，基于上述車輛信息和RSU自身狀態(tài)信息對請求數(shù)據(jù)進行切割，通過交換機將已切割數(shù)據(jù)預存至沿途不同的RSU內，當車輛進入相應的RSU覆蓋范圍，RSU將預存的信息發(fā)送至車輛。其中，路邊單元RSU(RoadSideUnits)的內置原件可以搜集路段信息，包括路段長度、路面狀況、車輛數(shù)、鄰近RSU位置及狀態(tài)等。其次RSU還可以與車載模塊OBU(OnBoardUnit)進行通信，搜集并存儲車輛信息包括車輛ID、車速、車輛行駛路徑、車輛請求信息等。最后RSU還可作為信息傳輸?shù)闹欣^節(jié)點對信息實現(xiàn)中繼轉發(fā)。本例中的交換機均為O本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，包含：Internet網絡、路邊單元RSU以及行駛車輛，其特征在于，還包括有SDN控制器和交換機，車輛將自身信息和請求信息發(fā)送至路邊單元RSU，路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機上傳至SDN控制器，SDN控制器從Internet網絡將車輛請求數(shù)據(jù)下載下來，基于上述車輛信息和RSU自身狀態(tài)信息對請求數(shù)據(jù)進行切割，通過交換機將已切割數(shù)據(jù)預存至沿途不同的RSU內，當車輛進入相應的RSU覆蓋范圍，RSU將預存的信息發(fā)送至車輛。

【技術特征摘要】
1.一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，包含：Internet網絡、路邊單元RSU以及行駛車輛，其特征在于，還包括有SDN控制器和交換機，車輛將自身信息和請求信息發(fā)送至路邊單元RSU，路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機上傳至SDN控制器，SDN控制器從Internet網絡將車輛請求數(shù)據(jù)下載下來，基于上述車輛信息和RSU自身狀態(tài)信息對請求數(shù)據(jù)進行切割，通過交換機將已切割數(shù)據(jù)預存至沿途不同的RSU內，當車輛進入相應的RSU覆蓋范圍，RSU將預存的信息發(fā)送至車輛。2.根據(jù)權利要求1所述的基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，在SDN控制器內設置有三個模塊：信息管理模塊、信息切割模塊和信息預存模塊，信息管理模塊通過交換機接收來自路邊單元RSU的自身狀態(tài)信息以及車輛信息，同時也存放來自Internet網絡的下載數(shù)據(jù)，信息切割模塊基于信息管理模塊的信息對所下載的數(shù)據(jù)進行切割，信息預存模塊將已切割的數(shù)據(jù)預存至相應的路邊單元RSU內，當車輛進入RSU的覆蓋范圍時，將預存的信息發(fā)送至車輛。3.根據(jù)權利要求1所述的基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，信息管理模塊：信息管理模塊接收來自車載模塊OBU發(fā)送的車輛信息、路邊單元RSU發(fā)送的自身狀態(tài)信息和Internet網絡的下載信息，并將信息分類存儲成三種信息封包：用戶信息封包、RSU管理封包和數(shù)據(jù)信息封包，以信息封包的形式發(fā)送給信息切割模塊；信息切割模塊：信息切割模塊將下載的數(shù)據(jù)切割成不同的數(shù)據(jù)片段，并對每個數(shù)據(jù)片段進行封包，將封包后的數(shù)據(jù)片段發(fā)送至信息預存模塊；信息預存模塊：信息預存模塊將封包的數(shù)據(jù)片段裝成預存包，通過交換機發(fā)送至路邊單元RSU，以便車輛來到時將數(shù)據(jù)分發(fā)給車輛。4.一種基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)方法，是在權利要求1-3所述的任一基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)上實現(xiàn)，其特征在于，基于SDN技術的車聯(lián)網數(shù)據(jù)分發(fā)方法包括有如下步驟：(1)車輛通過車載模塊OBU將車輛信息發(fā)送至路邊單元RSU，車輛信息包括：車輛ID、車速、行駛方向以及請求信息；(2)路邊單元RSU將車輛信息和自身狀態(tài)信息通過交換機發(fā)送至SDN控制器信息管理模塊，其中自身狀態(tài)信息包括：位置、所預存的數(shù)據(jù)名稱以及自身吞吐量；(3)信息管理模塊將收到的車輛信息、路邊單元RSU自身狀態(tài)信息以及從Internet網絡下載的數(shù)據(jù)信息分別進行封包存儲，并發(fā)送給信息切割模塊，以便進行下一步處理；(4)信息切割模塊根據(jù)信息管理模塊中的各類信息對從Internet網絡下載下來的數(shù)據(jù)進行切割，把切割后的數(shù)據(jù)發(fā)送給信息預存模塊；(5)信息預存模塊將已切割的數(shù)據(jù)通過交換機預存至不同的路邊單元RSU內；(6)當車輛進入路邊單元RSU的覆蓋范圍內時，將預存的信息發(fā)送至車輛，實現(xiàn)低時延的數(shù)據(jù)分發(fā)。5.根據(jù)權利要...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳晨，李娜，趙力強，楊鯤，呂寧，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61