無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及車聯(lián)網(wǎng)車間協(xié)作領域，具體的為一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 車聯(lián)網(wǎng)已被看成下一代移動互聯(lián)網(wǎng)絡的重要組成部分。車聯(lián)網(wǎng)中， V2I(Vehicle-to-Infrastructure)以及V2V(Vehicle-to-Vehicle)通信已在一些重要應 用中發(fā)揮作用，如交通擁塞避免與危險警告等。人們對Internet的依賴越來越高，希望車 輛（裝配了WiMAX/LTE或Wi-Fi接口）能夠如同在室內(nèi)一樣連接Internet，可隨時隨地地 通過Internet進行工作、學習或者娛樂。目前，車輛與Internet連接的方法主要有兩類， 通過3G/4G基站和通過路邊Wi-Fi接入點（AccessPoint,AP)。與3G/4G接入相比，通過 AP接入具有低費用、高帶寬以及低時延的特點，因而AP接入網(wǎng)絡更具有發(fā)展?jié)摿?。然而，AP 的通信范圍與部署數(shù)量是有限的，同時車輛的高速運動使得車輛在AP通信覆蓋區(qū)的時間 有限。車輛行駛在AP間的通信盲區(qū)（DarkArea，DA)時與網(wǎng)絡失去了聯(lián)系，造成了車輛只能 間歇性接入網(wǎng)絡。因而，車聯(lián)網(wǎng)用戶只能在AP通信范圍內(nèi)使用一些輕量級的網(wǎng)絡服務，如 瀏覽網(wǎng)頁，電子郵件等，對于資源密集型服務，如大文件下載，視頻服務等則受到很大限制。
[0003] 為了使車聯(lián)網(wǎng)用戶能夠隨時隨地使用資源密集型服務，研宄者開始深入研宄車聯(lián) 網(wǎng)接入Internet的優(yōu)化策略，提出了一些解決方案，如在車聯(lián)網(wǎng)中建立P2P架構(gòu)提供相似 資源發(fā)現(xiàn)與共享機制來增加數(shù)據(jù)接收機會，通過多副本轉(zhuǎn)發(fā)的時延容忍路由協(xié)議提高數(shù)據(jù) 傳輸可靠性，以及建立車輛間的協(xié)助機制等。
[0004] 然而現(xiàn)有的協(xié)助下載模型都存在著局限性，有的模型中目標車輛所得到的協(xié)助數(shù) 據(jù)絕大部分是行駛在DA區(qū)的后半程才接收到的，而在DA前半程時卻很少能接收到數(shù)據(jù)，資 源未能充分利用；有的模型未考慮協(xié)助車輛從高速出口駛出造成協(xié)助下載數(shù)據(jù)丟失等意外 情況；有的模型系統(tǒng)穩(wěn)定性和吞吐量低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提出了一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，包括 如下步驟：高速路上每相隔XKM設置一個互聯(lián)網(wǎng)接入點AP，每一個AP都有一個可直接與車 輛通信的范圍CR;兩個AP間存在一段距離的通信盲區(qū)DA;每一輛車都配備有與AP通信以 及與其它車輛通信的無線接口Wi-Fi，并且有唯一的ID標識；
[0006] 設目標車輛當前所入的AP定義為AP1，目標車輛行駛方向上的第一個AP定義為 AP2，目標車輛行駛方向的第二個AP定義為AP3;APpAP^AP3的通信范圍長度分別為CRp 0?2與CR3;AP占AP2間的通信盲區(qū)長度為DAi，AP#AP3的通信盲區(qū)長度為DA2;
[0007] 步驟A:當目標車輛進入AP通信范圍內(nèi)時，向當前AP注冊并提出下載請求，AP^ 到目標車輛所需的下載任務；若在AP1B完成下載任務，則無需協(xié)助下載，轉(zhuǎn)步驟G，否則進 入步驟B;
[0008] 步驟B=AP1將未能完成的下載任務進行分解，然后通過有線網(wǎng)絡通信將分解后的 子任務交付給目標車輛行駛方向上的最近兩個AP，并通知八匕與AP3為目標車輛協(xié)助下載；
[0009] 步驟C:收到協(xié)助下載任務請求的AP，從其通信范圍內(nèi)與目標車輛對向行駛的車 輛中，選取車輛作為協(xié)助下載的車輛，并將協(xié)助數(shù)據(jù)下載到協(xié)助車輛上；
[0010] 步驟D:協(xié)助車輛在進入到通信盲區(qū)后，依據(jù)協(xié)助數(shù)據(jù)副本創(chuàng)建策略，選擇其它車 輛存儲協(xié)助數(shù)據(jù)的副本；
[0011] 步驟E:在車輛行駛過程中，當協(xié)助車輛與目標車輛相遇，將協(xié)助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交付給目 標車輛；若相遇時發(fā)生沖突，則由D步驟的副本載體車輛將數(shù)據(jù)交付給目標車輛；
[0012] 步驟F:判斷下載任務是否完成，若未完成，目標車輛進入下一個AP通信區(qū)時，重 復A-E的步驟，若完成進入步驟G;
[0013] 步驟G:下載完成，結(jié)束任務。
[0014] 進一步的所述的步驟B包括如下步驟：
[0015] 步驟B-I:依據(jù)目標車輛向AP1提交注冊信息
【主權(quán)項】
1. 一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于，包括如下步驟： 高速路上每相隔xKM設置一個互聯(lián)網(wǎng)接入點AP，每一個AP都有一個可直接與車輛通信 的范圍CR巧個AP間存在一段距離的通信盲區(qū)DA ;每一輛車都配備有與AP通信W及與其 它車輛通信的無線接口 Wi-Fi,并且有唯一的ID標識； 設目標車輛當前所入的AP定義為APi，目標車輛行駛方向上的第一個AP定義為AP2,目 標車輛行駛方向的第二個AP定義為AP3;AP 1、AP2與AP 3的通信范圍長度分別為CR 1、CR2與 CR3;AP 1與AP 2間的通信盲區(qū)長度為DA 1，AP2與AP 3的通信盲區(qū)長度為DA 2; 步驟A ;當目標車輛進入AP通信范圍內(nèi)時，向當前AP注冊并提出下載請求，APi收到目 標車輛所需的下載任務；若在APi已完成下載任務，則無需協(xié)助下載，轉(zhuǎn)步驟G，否則進入步 驟B ; 步驟B;APi將未能完成的下載任務進行分解，然后通過有線網(wǎng)絡通信將分解后的子任 務交付給目標車輛行駛方向上的最近兩個AP，并通知AP2與AP 3為目標車輛協(xié)助下載； 步驟C ;收到協(xié)助下載任務請求的AP，從其通信范圍內(nèi)與目標車輛對向行駛的車輛中， 選取車輛作為協(xié)助下載的車輛，并將協(xié)助數(shù)據(jù)下載到協(xié)助車輛上； 步驟D ;協(xié)助車輛在進入到通信盲區(qū)后，依據(jù)協(xié)助數(shù)據(jù)副本創(chuàng)建策略，選擇其它車輛存 儲協(xié)助數(shù)據(jù)的副本； 步驟E ;在車輛行駛過程中，當協(xié)助車輛與目標車輛相遇，將協(xié)助數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交付給目標車 輛；若相遇時發(fā)生沖突，則由D步驟的副本載體車輛將數(shù)據(jù)交付給目標車輛； 步驟F ;判斷下載任務是否完成，若未完成，目標車輛進入下一個AP通信區(qū)時，重復A-E 的步驟，若完成進入步驟G; 步驟G;下載完成，結(jié)束任務。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于，所述的步 驟B包括如下步驟： 步驟B-1 ;依據(jù)目標車輛向APi提交注冊信息黑il'Mr?氣，計算出目標車輛 通過DAi區(qū)下半程LDAi的起止時間；其中各參數(shù)依次是；ID 表示目標車輛ID、fS表示目 標車輛注冊時間、vt。t表示平均速度，^表示行駛方向，設預計起始時刻為^許\結(jié)束時刻為 分別用^下兩個公式計算：
其中，t驚:為車輛在APi注冊的開始時間，CR 1表示AP 1區(qū)的通信范圍長度； 同樣計算出目標車輛通過DA2區(qū)的上半程抑A 2的起止時間；則目標車輛通過DA 2區(qū)上 半程FDA2的預計起始時間f嚴與結(jié)束時間t嚴為；

其中，每==為進入DA2區(qū)上半程抑As的起始時刻，皆2為離開DA2區(qū)上半程抑As的結(jié)束 時刻，囑r.為車輛在AP注冊的開始時間，CR2表示AP 2區(qū)的通信范圍長度； 步驟B-2 ;依據(jù)通過DAi區(qū)下半程LDA 1的起止時間，計算出目標車輛通過該區(qū)域可獲得 的最大數(shù)據(jù)量；目標車輛通過與對向行駛的協(xié)助車輛進行V2V通信來獲得協(xié)助下載數(shù)據(jù)， 設V2V通信半徑為定值R。，對向通信的數(shù)據(jù)交付速率為W，已選為目標車輛的協(xié)助車輛的集 合為Q，第k輛協(xié)助車輛與目標車輛通信時間的起止區(qū)間為馬=[t心fy，其中4^:表示協(xié)助 車輛k與目標車輛通信開始時刻，嗦為通信結(jié)束時刻，也表示時長嗦-嗟，則在區(qū)間內(nèi)的 最大數(shù)據(jù)交付量滿足：
其中（5)式中，11巧C表示第k輛車可為目標車輛協(xié)助下載的數(shù)據(jù)量；5(a)中，J：表示車 輛I與目標車輛通信時間段，睪^車輛J與目標車輛通信時間段，石表示兩輛協(xié)助車輛與 目標車輛通信時間的交集，WJ e 0:表示任意屬于車輛集合Q中車輛I與車輛J，0表示空 集，5化）中，％:表示車輛k與目標車輛通信時間段，表示目標車輛行駛在DA區(qū)的 時間；5(c)中，VtdM。表示車輛速度范圍，< 衆(zhòng)示協(xié)助車輛k的速度，7^。表示協(xié)助車輛與目 標車輛進行數(shù)據(jù)交付最短時間的闊值； 目標車輛在DAi區(qū)下半程LDA 1可獲最大數(shù)據(jù)量- tf ^)，將該最大數(shù)據(jù)量 ITOf S 的下載任務交給AP2協(xié)助下載；目標車輛在DA2區(qū)上半程抑A河獲最大數(shù)據(jù) 量- tf 2)，將該最大數(shù)據(jù)量凍的。2 -皆:）的下載任務交給APs協(xié)助下載。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于：所述的步 驟C中選取協(xié)助下載車輛，并將協(xié)助數(shù)據(jù)下載到協(xié)助車輛上的方法為；收到協(xié)助下載任務 請求的AP，從其通信范圍內(nèi)與目標車輛對向行駛的協(xié)助車輛選取車輛，AP依據(jù)其通信范圍 內(nèi)的協(xié)助車輛提交注冊信息卿。.皆.1 心-)，其中ID。表示協(xié)助車輛ID，皆表示協(xié)助車 輛在當前AP的注冊時間，V。是平均車速，^表示行駛方向，計算出協(xié)助車輛與目標車輛預計 相遇的位置，若相遇位置在DAi區(qū)的下半程LDA 1，則將協(xié)助數(shù)據(jù)下載到該協(xié)助車輛，若不在， 則該車不作為協(xié)助車輛；同理，APs將協(xié)助數(shù)據(jù)下載到相應的協(xié)助車輛上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于，所述的步 驟D中，所述的協(xié)助數(shù)據(jù)副本創(chuàng)建策略是為了使副本有能效的解決與目標車輛通信沖突問 題，使用一種N-副本規(guī)則，具體如下； 當一個協(xié)助車輛Ai下載協(xié)助數(shù)據(jù)離開AP通信區(qū)后，Ai則開始N-副本的創(chuàng)建流程；設置
n = 0,在Ai周邊是否存在A j，若有，則檢查Aj是否滿足載體選擇的Rules,若滿足則創(chuàng)建副 本并且n = n+1，然后若副本數(shù)據(jù)n<N，繼續(xù)尋找下一個Aj，若n = N，則副本創(chuàng)建過程結(jié)束； 當Ai周邊無可做備份載體的車輛A J且n<N時，此時A i向其對向行駛的車輛R請求協(xié)助，通 過R在Ai之后的同向行駛的車輛中，選擇滿足Rules的車輛創(chuàng)建副本，直到n = N; 其中，規(guī)則表示如下： 規(guī)則1.若副本備選載體中已有目標車輛的協(xié)助數(shù)據(jù)，則不再作為該目標車輛的數(shù)據(jù) 備份載體； 規(guī)則2.若副本備選載體中已有協(xié)助數(shù)據(jù)的預測交付時間與目標車輛的協(xié)助數(shù)據(jù)交付 時間有交集，則不再作為該目標車輛的數(shù)據(jù)備份載體； 規(guī)則3.若副本備選載體與目標車輛的相遇機率小于闊值5。，則不再作為該目標車輛 的數(shù)據(jù)備份載體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于；所述的N 值為1、2、4。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，其特征在于：所述的高 速路上每相隔xKM設置一個互聯(lián)網(wǎng)接入點AP，X為8。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無間隙的車聯(lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法，本方法使用數(shù)據(jù)下載服務的目標車輛在高速公路行駛過程中，當入一個AP通信范圍內(nèi)，AP將目標車輛未能完成的下載任務，依據(jù)車速、任務大小以及DA距離等信息進行分解，并分別委托行駛方向上的最近兩個AP協(xié)助下載；一組經(jīng)過優(yōu)化選擇的協(xié)助車輛從協(xié)助AP獲得數(shù)據(jù)，并在DA區(qū)轉(zhuǎn)交給相遇的目標車輛；本方法實現(xiàn)了目標車輛在整個DA區(qū)無間隙地獲得數(shù)據(jù)，解決了間歇式接入Internet所帶來的QoS難以保障的問題，提高了系統(tǒng)的吞吐量。
【IPC分類】H04W4-04, H04L29-08
【公開號】CN104601667
【申請?zhí)枴緾N201410809903
【發(fā)明人】吳黎兵, 謝永, 彭紅梅, 聶雷, 吳煜
【申請人】武漢大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月23日