CN104954996B - 借助rsu辅助传输的数据分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种借助RSU辅助传输的数据分发方法。主要解决在车联网的数据分发过程中，广播信息数据冗余大，频谱占用率和冲突发生率高的问题。其实现过程是：道路基础设施计算服务信息的广播优先级，并按优先级广播服务信息；车辆收到服务信息并接入簇；车辆节点向道路基础设施请求服务信息；道路基础设施计算收到的服务信息，并将计算的请求信息发给车辆节点；车辆收到回复信息，重组服务信息得到请求的业务信息；如果车辆的请求信息发生丢失，则车辆节点借助辅助时隙再次发送请求信息，并向车辆节点发送回复信息；车辆节点接收回复信息，数据分发结束。本发明避免了冲突，且兼顾公平性，增加了网络的带宽，可用于车联网中的数据分发。

Description

借助RSU辅助传输的数据分发方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种数据分发方法，可用于车联网中节点之间的通信。

背景技术

车辆被束缚在特定的道路环境和交通状况下，数据传输主要靠高速移动的车辆间的多点通信进行完成。通过车辆间的通信，司机可以更好的了解道路情况，避免交通事故，也可以了解广播收听到的广告信息。而因为车辆的高速移动，使得多跳的数据传输成为一个相当复杂的任务。在城市环境中，网络拓扑变化迅速，节点移动受道路布局的限制，以及路边障碍物对无线信号的遮挡，使得车辆间的数据分发变得更加困难，因此，如何结合车辆网络的环境的特点，设计出一个稳定，高效的数据分发方法，成为了研究的重点。

B.Xu等人在《Opportunistic resource exchange in inter-vehicle ad hocnetworks》文中提出了一个数据分发方案，在这个方案中，数据中周期性广播数据，当车辆行驶时，通过数据中心的广播范围内时，车辆可以进行接收和存储数据。当有两辆车进入彼此的传输范围内时，他们进行数据交换。在这个协议中，不需要任何道路基础设施，所以这个协议很适合应用于高度动态变化的车辆网络中。但是这个方案的缺点是当车辆过于密集时，数据不能进行有效的更新，数据的冗余性大。

A.Gupta等人提出了依赖于车辆密度的数据传输方式，这个方案可以有效的解决车联网中的数据传输。在转发过程中，被选择的转发路径与其他路径相比具有最小的容忍时延，因此在每一个十字路口数据包先被传送到RSU，之后RSU再根据最小时延选在移动在最优路径上的车辆，将数据传输给它。在这个协议中，数据通过使用中间节点，从源节点发送到目的节点。当车辆向RSU移动时，车辆的到达时间，车辆的速度，移动的方向和数据包都会存储在RSU内，如果这些数据已经在RSU内存在，RSU将舍弃这些信息。这个协议的缺点也是未考虑广播数据的冗余性，受车辆密度的影响大。

Xue Yang等人提出了车辆碰撞警告通信VCWC的方案用于传播道路上的警告信息。当道路上的车辆发生机械事故或者自然灾害时，在灾难发生道路行驶的车辆相比其他车辆而言要更加容易受到威胁，事故车辆会发出预警信息。在VCWC协议中，EWM信息被事故车辆和事故车辆周围的车辆通过广播快速而广泛的发送到其他周围车辆上，但是这样简单的转发信息将会产生大量的冗余信息，导致频带资源的浪费，信道阻塞，使事故信息无法得以快速的传输到周围节点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种借助RSU辅助传输的数据分发方法，以减少数据分发时所产生的信息冗余，有效的进行数据分发。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)以路边基础设施RSU为簇头，计算存储于路边基础设施RSU中的每种服务信息的广播优先级p_i，并按计算出来的优先级顺序定期广播服务信息；

(2)车辆驶入路边基础设施RSU广播范围内，收到广播信息后，采用802.11中的请求发送信令RTS和允许发送信令CTS，进行移动车辆节点的接入，即移动车辆节点不断的向周围广播请求发送信令RTS，路边基础设施RSU收到请求信息后，对其进行回复允许发送信令CTS，分配给移动车辆节点相应的频道和时隙；

(3)移动车辆节点收到路边基础设施RSU分配的频道和时隙后，根据刚入簇时收到的广播信息，向簇头请求相应的服务信息；

(4)簇头接收到一帧的服务信息后，对服务信息进行拆分，即将每个服务信息拆分为不同的业务信息，再将每种业务信息拆分为不同的数据内容信息，该数据内容信息为传输的最小单元；

(5)拆分完成后，簇头对拆分后的请求信息进行回复，将回复信息进行异或计算，计算后得到的信息在B时间内的时隙进行传输，而其余的回复信息在A时间内的时隙进行传输。

(6)车辆节点接收到数据后，将数据内容信息重组为业务信息，再将业务信息重组为服务信息；

(7)如果有服务信息发生丢失，车辆节点启动一个定时器，当定时器的时间耗尽，车辆节点在下一帧请求信息的b时隙段中，随机的选择一个时隙发送请求信息；

(8)路边基础设施RSU接收到车辆节点再次发送的请求信息后，在当前这一帧的时间内的B时间内，发送回复信息；

(9)车辆节点接收到回复信息后，按步骤(6)对收到的信息进行重组，得到请求的服务信息，数据分发结束。

本发明与现有技术相比主要具有如下优点：

(1)减少了数据冗余。本发明利用道路基础设施RSU接收到全部的请求信息后，通过抑或计算，根据计算的结果，并根据信息类别的不同，采用不同的传播方式可以节省能量，避免冲突，减小了网络中的数据冗余。

(2)增加了系统的带宽。本发明使用面向内容的数据传输方法，采取的新的数据传输理念，以数据内容为传输的基本单位，避免了面向连接传输所产生的瓶颈，有效的增加了系统的带宽，使得信息更快更有效的传输。

附图说明

图1是本发明的场景图；

图2是本发明的流程图；

图3是本发明在通信时所使用的帧的结构图；

图4是本发明中服务信息拆分原理示意图；

图5是本发明面向内容，异或计算的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实例对本发明作进一步详细描述；

参照图1，车联网中包含许多位置未知、随机分布的、并且可以运动的车辆节点，建立在路边的道路基础设施RSU为车辆提供服务信息，其中，服务信息包括商场的广告信息，停车场的空余车位信息，加油站的油的价格信息，体育场比赛场次信息，电影院电影票价信息。道路基础设施RSU将从公共服务场所收到的服务信息进行存储，按计算出来的存储信息的优先级进行广播服务信息；当车辆节点移动至路边基础设施的广播范围内，车辆节点以路边基础设施RSU作为簇头建立簇，道路基础设施RSU，结合网络拓扑，和服务信息的内容，向车辆节点进行数据分发。

参照图3，本发明将一帧分为A和B两个时间段，每一个时隙的头部由簇头编号CID，源节点编号SID，信息类型MYTYPE，发送序号seqNo,时间戳Time,发送负载Payload组成。

参照图2，本发明的实现步骤如下：

步骤1，道路基础设施RSU计算服务信息的广播优先级，并按优先级广播服务信息。

1.1)道路基础设施RSU接收服务场所上传的服务信息并存储，计算每个信息i的广播优先级：

其中P_i为计算出来的服务信息i的发送优先级，y_i为服务信息i的受欢迎程度，B_i为服务信息i的大小，A_i为服务信息i的可达程度，T_i为服务信息i的存储时间，t为道路基础设施RSU的广播间隔，d_i为道路基础设施RSU广播范围内车辆节点的密度；

1.2)按计算出来的广播优先级发送服务信息，广播时间间隔T按如下公式计算：

其中n为道路基础设施RSU一跳距离内车辆节点数目，e为常数，为道路基础设施RSU每秒钟发送数据的时间间隔。

步骤2，车辆节点接入以道路基础设施RSU为簇头的簇。

2.1)车辆节点进入到道路基础设施RSU的广播范围内后，计算与道路基础设施RSU的通信距离L:

其中n为车辆节点广播范围内节点的数目，P_d为车辆节点接收到道路基础设施RSU服务信息的概率，v为车辆节点的速度；

2.2)将得到的通信距离L与设定的通信距离门限L_h进行比较，若L＜L_h则进行车辆节点对道路基础设施RSU的接入，即车辆节点发送请求接入信息RTS给道路基础设施RSU，其中，请求接入信息RTS包括：车辆节点的速度，位置信息，行驶方向，r为道路基础设施RSU的广播范围，d为车辆节点的密度；

2.3)道路基础设施RSU接收到请求接入信息RTS后，记录车辆信息，回复允许接入信息CTS给车辆节点，并将图3中的A时间内的时隙分配给车辆节点，接入完成。

步骤3，车辆节点向道路基础设施RSU请求服务信息。

车辆节点收到道路基础设施RSU广播的服务信息后，在分配的时隙内，向簇头请求服务信息。

步骤4，道路基础设施RSU对服务信息进行拆分。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

4.a)道路基础设施RSU接收一帧的服务信息后，将每一个服务信息拆分为不同的业务信息；

4.b)将每一个业务信息再拆分为不同的数据内容信息。

例如图4中，服务信息1被拆分为业务信息1和业务信息2，服务信息2被拆分为业务信息2和业务信息3，业务信息1被拆分为数据内容信息1，数据内容信息2，和数据内容信息3，业务信息2为数据内容信息2，业务信息3被拆分为数据内容信息2和数据内容信息5。

步骤5，道路基础设施RSU根据请求信息，从存储空间中选取回复信息，将回复信息发送给车辆节点。

5.1)道路基础设施RSU根据拆分后的请求服务信息，从存储空间中选取出用来回复的服务信息；

5.2)对服务信息进行异或计算，例如图5所示，车辆节点A，B，C分别请求不同的服务信息，道路基础设施RSU将要回复给车辆节点的信息进行计算，得到车辆节点共同需要的服务信息(A₂₃,B₁₃,C₁₂)；

5.3)将车辆节点共同需要的服务信息(A₂₃,B₁₃,C₁₂)在图3所示的帧结构中的B时间内发送给车辆节点，剩余的回复信息在A时间内回复给车辆节点。

步骤6，车辆重组服务信息。

在接收端，每个车辆节点将一帧内接收到的数据内容信息先进行存储，然后将数据内容信息重组为不同的业务信息，再将不同的业务信息重组为不同的服务信息。

步骤7，请求信息发生丢失，车辆节点借助辅助时隙B再次发送请求信息。

7.1)如果车辆节点在当前请求帧后面的两个回复帧的时间内未侦听到回复信息，则认为请求信息丢失，并重新请求；

7.2)车辆节点启动一个定时器，当定时器的时间耗尽，在B时间内，随机选取n个连续时隙，发送请求信息；

时隙个数n按如下公式计算：

n＝βd·log(P_d) <5>

其中，β为常数，d为车辆节点的密度，P_d为车辆到道路基础设施RSU的距离。

步骤8，道路基础设施RSU向车辆节点发送回复信息。

路边基础设施RSU接收到车辆节点在B时间内发送的请求信息后，在当前帧的B时间内发送步骤5中选出的回复信息。

步骤9，车辆节点接收回复信息，数据分发结束。

车辆节点接收到回复信息后，按步骤6对收到的信息进行重组，得到请求的服务信息，数据分发结束。

本发明所述的基于公平和避免冲突的协作中继选择方法并不仅限于说明书和实施方式中的描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种借助路边基础设施RSU辅助传输的数据分发方法，包括如下步骤：

(1)以路边基础设施RSU为簇头，计算存储于路边基础设施RSU中的每种服务信息的广播优先级p_i，并按计算出来的优先级顺序定期广播服务信息；

(2)车辆驶入路边基础设施RSU广播范围内，收到广播信息后，采用802.11中的请求发送信令RTS和允许发送信令CTS，进行移动车辆节点的接入，即移动车辆节点不断的向周围广播请求发送信令RTS，路边基础设施RSU收到请求信息后，对其进行回复允许发送信令CTS，分配给移动车辆节点相应的频道和时隙；

(3)移动车辆节点收到路边基础设施RSU分配的频道和时隙后，根据刚入簇时收到的广播信息，向簇头请求相应的服务信息；

(4)簇头接收到一帧的服务信息后，对服务信息进行拆分，即将每个服务信息拆分为不同的业务信息，再将每种业务信息拆分为不同的数据内容信息，该数据内容信息为传输的最小单元；

(5)拆分完成后，簇头对拆分后的请求信息进行回复，将回复信息进行异或计算，计算后得到的信息在B时间内的时隙进行传输，而其余的回复信息在A时间内的时隙进行传输；

(6)车辆节点接收到数据后，将数据内容信息重组为业务信息，再将业务信息重组为服务信息；

(7)如果有服务信息发生丢失，车辆节点启动一个定时器，当定时器的时间耗尽，车辆节点在下一帧请求信息的B时隙段中，随机的选择一个时隙发送请求信息；

(8)路边基础设施RSU接收到车辆节点再次发送的请求信息后，在当前这一帧的时间内的B时间内，发送回复信息；

(9)车辆节点接收到回复信息后，按步骤(6)对收到的信息进行重组，得到请求的服务信息，数据分发结束。

2.根据权利要求1所述的借助RSU辅助传输的数据分发方法，其特征在于，所述步骤(1)中的服务信息，包括商场的广告信息，停车场的空余车位信息，加油站的油的价格信息，体育场比赛场次信息，电影院电影票价信息。

3.根据权利要求1所述的借助RSU辅助传输的数据分发方法，其特征在于，所述步骤(1)中的每种服务信息的优先级，按如下公式计算：

其中P_i为计算出来的服务信息i的发送优先级，y_i为服务信息i的受欢迎程度，B_i为服务信息i的大小，A_i为服务信息i的可达程度，T_i为服务信息i的存储时间，t为道路基础设施RSU的广播间隔，d_i为道路基础设施RSU广播范围内车辆节点的密度。

4.根据权利要求1所述的借助RSU辅助传输的数据分发方法，其特征在于，所述步骤(5)中的A时隙段和B时隙段构成一帧的时隙，A时隙段的时隙用于发送点对点的服务信息，B时隙段的时隙用于发送广播信息，并用于辅助传输重新发送的数据。