CN105430616B - 城市场景中基于车载协同的数据调度方法 - Google Patents

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CN105430616B CN201510990693.8A CN201510990693A CN105430616B CN 105430616 B CN105430616 B CN 105430616B CN 201510990693 A CN201510990693 A CN 201510990693A CN 105430616 B CN105430616 B CN 105430616B
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Abstract

本发明公开了一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，该方法通过车辆与路边单元的数据信息传输来进行车载协同的数据调度。调度步骤有：车载节点周期性广播报文的步骤；路边单元接收广播报文的步骤；基于速度预测的请求数据调度步骤；请求车辆与协同车辆的数据传输步骤；调度数据清理步骤。本发明的方法解决了请求数据在城市场景中车载网络中的分发调度，降低网络开销。

Description

城市场景中基于车载协同的数据调度方法
技术领域
本发明涉及一种城市场景中基于车载网络的数据调度方法，更特别地说，是指在城市场景中采用协同下载机制的数据调度方法，属车载网络技术领域。
背景技术
车载网络(Vehicle Ad-hoc Network，VANET)是由道路上行驶的带有车载单元(onboard unit，OBU)的车辆、路旁部署的路边单元(roadside unit，RSU,有时也称为路边基础设施Infrastructure)、互联网上的控制或服务中心、以及个人携带的电子设备等组成的系统。它包含三种基本的通信模式：车与车之间的通信(V2V，Vehicle-to-Vehicle)、车与路边单元之间的通信(V2I，Vehicle-to-Infrastructure或是I2V，Infrastructure-to-Vehicle)和车与人之间的通信(V2P，Vehicle-to-People)。车载网络把行驶车辆都转化成为移动的无线节点或路由器，利用车辆间数百米内的短暂通信，形成一个大范围的无线移动网络。
随着计算机网络的迅猛发展，人们对于网络的应用越来越广泛，丰富多彩的网络内容使得人们越来越依赖通过网络来获取信息。而通过将智能交通系统部署在基础交通设施上，使其成为一个可以收集、处理和存储信息的终端。当安装了这个系统的车辆在城市道路上行驶时，车辆和路边基础设施就组成了车载自组织网络。车载自组织网络的发展之初就得到了学术界和工业汽车界极大的关注。车载自组织网络应用广泛，可用于安全预警、辅助驾驶、车辆节点数据传输与信息共享等多种智慧服务。
在城市场景中基于车载协同的数据调度方法是指，在城市场景中，有数据请求的车辆将自身请求传递给路边单元，由路边单元汇集所有车辆的数据请求，并将存储在互联网上的控制或服务中心的数据提前分配到路边单元中，路边单元将数据直接传给请求车辆，或者让其他车辆协同携带数据块并在与请求车辆相遇时将数据块传给请求车辆。
城市场景中的数据传输是达到信息共享的基础，由于车载自组织网络的结构的高速变化与不可控因素，单个车辆在一次传输的过程中可能很难满足数据请求(DataRequest，DR)。人们在驾乘过程中对网络资源的访问需求日益增加，为此，车载自组织网络提供了多车协同的下载机制，将车载自组织网络和互联网密切的联系起来，为驾乘人员更加方便的访问互联网资源提供保障。多车协同下载是利用了车辆之间的合作，发起数据请求任务的车辆在其他车辆和部署在路边的基础设施的协助下完成数据访问下载(DataDownload，DD)。
发明内容
本发明针对车载自组织网络的多车协同下载，已知数据请求DR在网络中的分布，如何合理的地进行数据分配调度(Data Assign，DA)使得车载自组织网络中的信道资源和存储空间达到最大化利用。因此，本发明提出了一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，该方法用于解决如何确定数据包的优先级进行调度以及选取怎样的车辆作为协同车辆。本发明方法是在已知车辆行驶路线的情况下，利用马尔科夫方法对车辆的速度进行预测，基于所述车辆的预测速度来确定进行数据访问下载DD的时间，而数据包的优先级是在数据分配调度时确定的。本发明的方法解决了数据请求DR在城市场景的车载网络中的分发调度，在较高的数据下载量下，保证了数据调度传输的成功率，且降低了网络开销。
本发明提出了一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其包括有下列数据调度步骤：
步骤一：车载节点Vi周期性广播HELLO报文；
城市环境的车载网络的系统时间记为T系统；执行完成初始化的城市环境的车载网络后，向日志系统中写入车辆节点Vi每次广播HELLO报文的时间；车辆节点Vi前一次广播HELLO的时间记为车辆节点Vi当前广播HELLO的时间记为
步骤101：读取时间；
步骤102：比较T系统与
若执行步骤103；
若执行步骤105；
步骤103：在下，车辆节点Vi生成HELLO报文，HELLO报文的格式参见表1，执行步骤104；
步骤104：车辆节点Vi广播HELLO报文，执行步骤201；
步骤105：若则车辆节点Vi不生成HELLO报文，返回步骤102；
步骤二：路边单元R接收任意车辆节点Vi广播的HELLO报文；
步骤201：路边单元Rj接收车辆Vi广播的HELLO报文，并从HELLO报文中提取车辆Vi的车辆状态信息并组织成的格式，并执行步骤202，
以的格式存储在路边单元Rj中；
步骤202：如果路边单元Rj已经存储有车辆Vi的状态信息则将存入的中，执行步骤301；
如果路边单元Rj没有存储车辆Vi的状态信息则路边单元Rj为车辆Vi创建存储空间并将存入的中，执行步骤301；
步骤三：基于速度预测的请求数据调度；
步骤301：路边单元Rj从车辆Vi的状态信息中读取车辆Vi的最后一条车载节点状态信息从中取出车辆Vi的车辆速度并记为当前车辆速度
路边单元Rj从中取出车辆Vi的车辆位置并记为当前位置执行步骤302；
步骤302：采用马尔科夫方法对当前车辆速度进行预测处理，得到车辆Vi的未来速度执行步骤303；
步骤303：路边单元Rj向车辆Vi发送确认报文ACK，执行步骤304；
步骤304：车辆Vi生成REQUEST报文，然后车辆Vi将生成后的REQUEST报文发送给路边单元Rj，执行步骤305；
当车辆Vi有数据请求时，车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的 字段记为REQUEST报文中的请求数据字段将被赋值为该请求车辆 所请求的数据信息
当车辆Vi没有数据请求车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的字段记为相应的，REQUEST报文中的车载的请求数据字段也同样被置空；
步骤305：路边单元Rj接收到车辆Vi发送的REQUEST报文，如果REQUEST报文中表示有数据请求执行步骤306；
如果REQUEST报文中表示没有数据请求执行步骤307；
步骤306：路边单元Rj预测车辆Vi驶离路边单元Rj通信范围的时间
其中[(Rj)x,(Rj)y]是路边单元Rj的通信范围的外围坐标；
路边单元R1从车辆Vi的请求数据字段中获知车辆Vi请求；然后路边 单元R1将传输给车辆Vi；
路边单元R1根据车辆Vi的当前速度预测到达路边单元Rj的时间，记为路边单元R1将所述和传输给路边单元Rj；在所述到来时路边单元Rj开始向车辆Vi传输数据，执行步骤501；
步骤307：当车辆Vi与车辆V1相遇时，作为请求数据信息CIDm的车辆Vi记为数据请求车辆Vi 请求，作为响应数据请求车辆Vi 请求的车辆记为协同车辆V1 协同；
路边单元Rj依据两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，以及数据请求车辆Vi 请求与协同车辆V1 协同的速度，能够预测到Vi 请求与V1 协同相遇的时间，记为
Vi 请求依据通信半径与两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，能够获得Vi 请求与V1 协同的可通信时间
在所述时间内，路边单元Rj将向V1 协同车辆传输
执行步骤501；
步骤四：请求车辆Vi m和协同车辆Vi 协同相遇，进行数据传输；
步骤401：请求车辆Vi 请求驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
协同车辆V1 协同驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
步骤402：协同车辆V1 协同接收到请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，利用该HELLO报文确定其身份；
如果协同车辆V1 协同携带有请求车辆Vi 请求请求的
则将所述的传输给Vi，执行步骤502；
如果协同车辆V1 协同没有携带请求车辆Vi 请求请求的数据块，则协同车辆V1 协同丢弃请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，执行步骤502；
步骤五：调度数据清理；
步骤501：路边单元的数据清理；
当车辆Vi经过路边单元R1时下载到的数据块为
当车辆V2经过路边单元R1时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆V2以外的车辆所请求，则路边单元R1将删除数据块回收路边单元R1的存储空间；
当车辆V1经过路边单元Rj时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则路边单元Rj将删除数据块回收路边单元Rj的存储空间；
若数据块被车辆V1及除车辆Vi和车辆V2的其他车辆所请求，则路边单元Rj保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输；
步骤502：协同车辆的数据清理；
当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则车辆V1将删除数据块回收车辆V1的存储空间；
当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块被除车辆Vi和车辆V2的其他车辆所请求，则车辆V1保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输。
本发明提出的城市场景中基于车载协同的数据调度方法的优点在于：
①在车辆请求数据块的过程中，通过互联网上的控制或服务中心来完成数据块的预分配至车辆途经的多个路边单元，提供了灵活的数据块分配接口，达到了降低网络开销的目的。
②路边单元作为转载数据块的库，并能够确定车辆的身份，以此同意将数据块传输给数据请求车辆，提高了数据块的被调度。另外路边单元能够对未被请求的数据块进行删除来保证足够大的存储空间，这也提高了数据块的更替速度。
③路边单元获取任意一车辆的当前速度，并采用马尔科夫方法预测该任意一车辆的未来速度，然后一方面结合通信半径来获得车辆进入或驶离路边单元的时间，并完成数据块的车路传输，另一方面通过协同车辆完成数据块的车车传输；最后保证了数据请求车辆所需数据块的成功下载。
④作为城市场景中的任意一车辆，当途经路边单元时可以向其请求数据块，所请求的数据块既可以是自已所需的，也可以是需要经自已传输给与自已相遇车辆的数据块，以此提高了数据块的传输成功率。
⑤本发明在模拟仿真实验平台中进行实验验证，实验结果表明采用本发明方法请求数据的数据下载率有明显的提升，节省了车载网络的传输开销。
附图说明
图1是本发明城市场景的车载自组织网络中请求数据的关系示意图。
图2是本发明城市场景的车载自组织网络中数据信息下载的示意图。
图3是本发明城市场景的车载自组织网络中车辆驶入或驶离路边单元的示意图。
图4是本发明城市场景中基于车载协同的数据调度的流程图。
图5是有无本发明车载协同的数据调度方法处理的数据下载量的对比性能图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
在城市环境的车载网络中，一个广播周期τ是指从上一个广播开始到下一个广播开始的时间。
在城市环境的车载网络中，包括有多个路边单元和多个车辆，多个路边单元采用集合形式表达为路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj}，多个车辆采用集合形式表达为车辆集Vehicle＝{V1,V2,…,Vi}。
R1表示第一个路边单元；
R2表示第二个路边单元；
Rj表示最后一个路边单元，为了方便说明，Rj也称为任意一个路边单元，j表示车载网络中个路边单元的标识号。
V1表示第一辆车；
V2表示第二辆车；
Vi表示最后一辆车，为了方便说明，Vi也称为任意一车辆，i表示车载网络中车辆的标识号。
在城市环境的车载网络中，存在有多个数据信息，采用集合形式记为数据信息集 MCID＝{CID1,CID2,…,CIDm}；其中，CID1表示第一个数据信息，CID2表示第二个数据信息， CIDm表示最后一个数据信息；为了方便说明，CIDm也称为任意一个数据信息，m表示车载网络 中数据信息的标识号。在本发明中任意一数据信息CIDm中包括有多个数据块对任意 一数据信息采用集合形式表达为即：
表示数据信息CIDm中的第一块数据；
表示数据信息CIDm中的第二块数据；
表示数据信息CIDm中的第三块数据；
表示数据信息CIDm中的第四块数据；
表示数据信息CIDm中的倒数第二块数据；
表示数据信息CIDm中的最后一块数据，为了方便说明，也称为数据信息CIDm中的任意一数据块，上角标m表示车载网络中数据信息的标识号，下角标n表示数据信息CIDm中的数据块的标识号。
在本发明中，请求数据信息CIDm的车辆记为数据请求车辆Vi 请求。响应数据请求车辆Vi 请求的车辆记为协同车辆Vi 协同。
在城市环境的车载网络中，经过任意一路边单元Rj的所有车辆Vehicle＝{V1, V2,…,Vi}的车辆状态信息记为且
表示路边单元Rj接收到的车辆V1的状态信息；
表示路边单元Rj接收到的车辆V2的状态信息；
表示路边单元Rj接收到的车辆Vi的状态信息；
车辆状态信息且有：
表示车辆V1经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第一个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆V1的第一个车辆状态信息，即
表示车辆V1经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第二个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆V1的第二个车辆状态信息，即
表示车辆V1经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的最后一个车辆状态信息，也称为路边单元Rj接收到的车辆V1的最后一个车辆状态信息，即a表示路边单元Rj接收到的车辆V1在有效通迅范围内发出的车辆状态信息的个数。由于广播时间是变化的，所以和的赋值是不同的。
车辆状态信息且有：
表示车辆V2经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第一个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆V2的第一个车辆状态信息，即
表示车辆V2经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第二个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆V2的第二个车辆状态信息，即
表示车辆V2经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的最后一个车辆状态信息，也称为路边单元Rj接收到的车辆V2的最后一个车辆状态信息，即b表示路边单元Rj接收到的车辆V2在有效通迅范围内发出的车辆状态信息的个数。由于广播时间是变化的，所以和的赋值是不同的。
车辆状态信息且有：
表示车辆Vi经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第一个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆Vi的第一个车辆状态信息，即
表示车辆Vi经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的第二个车辆状态信息，也 称为路边单元Rj接收到的车辆Vi的第二个车辆状态信息，即
表示车辆Vi经过路边单元Rj时，并向路边单元Rj发送的最后一个车辆状态信息，也称为路边单元Rj接收到的车辆Vi的最后一个车辆状态信息，即f表示路边单元Rj接收到的车辆Vi在有效通迅范围内发出的车辆状态信息的个数。由于广播时间是变化的，所以和的赋值是不同的。
表示车辆V1广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间；
表示车辆V1在时刻的行驶速度；
表示车辆V1在时刻所在的位置信息；
表示车辆V2广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间；
表示车辆V2在时刻的行驶速度；
表示车辆V2在时刻所在的位置信息；
表示车辆Vi广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间；
表示车辆Vi在时刻的行驶速度；
表示车辆Vi在时刻所在的位置信息。
在本发明中，以报文的形式来传输任意一个数据信息CIDm。本发明中应用到的报文有信标报文HELLO和请求报文REQUEST。
表1，HELLO报文的格式为四列多行表格形式即
表示车辆节点Vi的标识号。
表示车辆节点Vi广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间。
表示车辆节点Vi在时刻的行驶速度。
表示车辆节点Vi在时刻所在的地理位置。
表2，REQUEST报文的格式为四列多行表格形式 即
表示车辆节点Vi的标识号。
表示发送REQUEST报文的车辆Vi的请求标识位。
表示发送REQUEST报文的车辆Vi的请求数据信息
表示车辆Vi所经过的路边单元信息Roadside＝{R1,R2,…,Rj}。
在本发明中，在城市环境的车载网络中，HELLO报文是一种车载节点状态报告报 文，在HELLO报文中包含了车载节点在车载自组织网络中全局唯一的标识符用来唯 一的标识此车载节点；报文的时间戳记为表示广播此次HELLO报文的时间。REQUEST报 文是车辆节点Vi请求的数据信息的报 文。请求标识位采用二进制形式表达，用来表示此次REQUEST报文中有无真正的请求数 据信息CIDm。
在本发明中，数据请求车辆Vi 请求和协同车辆Vi 协同都会向路边单元Roadside＝{R1,R2,…,Rj}发送REQUEST报文。
如果REQUEST报文中的请求标识位的字段记为则表示此REQUEST报文是由请求车辆Vi 请求发送给路边单元Roadside＝{R1,R2,…,Rj}的，REQUEST报文中的请求数据字段将被赋值为该请求车辆所请求的数据信息
如果REQUEST报文中的请求标识位的字段记为则表示发送此REQUEST报文的车辆没有数据请求，相应的，REQUEST报文中的车载的请求数据字段也同样被置空。
在本发明中，发送REQUEST报文的车辆经过的路边单元字段表示该车辆行驶路线上经过的全部的路边单元信息。车辆安装了GPS设备，当用户输入此次行驶路线的起始位置和目的位置时，通过运行在GPS系统内部的路线推荐程序可以为车辆规划出行驶路线，车辆凭借着推荐的行驶路线以及路边单元的位置信息可以收集行驶路线上所要经过的路边单元的信息，之后将这些信息封装到REQUEST报文的路边单元字段中。
在本发明的城市场景的车载自组织网络中，互联网上的控制或服务中心第一方面 依据“基于二部图的车载网络分布式存储方法”对数据信息集MCID＝{CID1,CID2,…,CIDm} 中的任意一数据块进行数据块分配后 存储在各个路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj}中，数据信息集MCID＝{CID1,CID2,…, CIDm}是从车辆集Vehicle＝{V1,V2,…,Vi}发送的REQUEST报文字段中提取 出来的，路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj}是从车辆集Vehicle＝{V1,V2,…,Vi}发送的 REQUEST报文字段中提取出来的；第二方面，对车辆集Vehicle＝{V1,V2,…，Vi}请求 的数据块进行归类，记为数据-车辆请求数据块CV＝{CIDm:[V1,V2,…,Vi]}。所述CV＝{CIDm: [V1,V2,…,Vi]}表示的物理意义为任意一CIDm被哪些车辆所请求了。
在本发明中，所述基于二部图的车载网络分布式存储方法请参考申请公开号CN103812933A，申请公布日2014.05.21，申请号201410038091.8中的内容。
在本发明的城市场景的车载自组织网络中，路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj} 第一方面接收车辆集Vehicle＝{V1,V2,…,Vi}发出的数据请求DR；第二方面，将所述的数据 请求DR上传至互联网上的控制或服务中心；第三方面，接收互联网上的控制或服务中心预 分配的数据访问下载信息DD，即在一个广播周期τ里，路边单元Rj预分配得到的数据请求数 据块为(简称为预分配数据块)；第 四方面，身份认证，即判断所述的数据访问下载信息DD是否为数据请求车辆Vi 请求；第五方 面，传输车辆-数据请求数据块给 数据请求车辆Vi 请求。所述表示的物 理意义为任意一车辆Vi在有效通讯范围里从任意一路边单元Rj中下载的数据块。
在本发明的城市场景的车载自组织网络中，任意一车辆Vi在规划路径的道路上 行驶，第一方面通过路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj}向互联网上的控制或服务中 心发出数据请求DR；第二方面，途经路边单元集Roadside＝{R1,R2,…,Rj}时下载第三方面，途经协同车辆Vi 协同时下载携 带-数据请求数据块
所述表示的物理意义为任意一车辆Vi在有效通讯范围里从协同车辆Vi 协同中下载的数据块。
参见图1所示，城市场景的车载自组织网络中：
步骤AA)，任意车辆Vi通过向路边单元Rj发送数据请求来获得车辆Vi所需的 车辆-数据请求数据块即 请求的内容是
步骤AB)，路边单元Rj向互联网上的控制或服务中心发送所述的
步骤AC)，通过路边单元Rj从互联网上的控制或服务中心下载请求的数据信息集MCID＝{CID1,CID2,…,CIDm}进行基于车载协同的数据调度处理。
参见图2、图3所示，若城市道路场景中存在车辆Vi在C道路上行驶，箭头所指方向 为前行方向；车辆Vi的通信半径记为车辆V1的通信半径记为路边单元R1的通信半径 记为路边单元Rj的通信半径记为一般情况下，且因此， 车辆Vi的通信半径与路边单元Rj的通信半径之间存在有一段距离，记为距离CD或者距离EF； 所述距离CD是车辆Vi不能与路边单元Rj实现通讯的距离，也称为驶离路边单元Rj的距离；所 述距离EF是车辆Vi即将实现与路边单元Rj通讯的距离，也称驶入路边单元Rj的距离；在知晓 车辆Vi的行驶路径、车辆Vi的速度后，便能预测车辆Vi与路边单元Rj相遇时间，车辆Vi与车辆 V1相遇时间。车辆Vi在这个时刻下到达路边单元Rj便能下载数据信息中的某一些数据块BA)，当车辆Vi进入到路边单元R1的通 信半径内之后，车辆Vi向路边单元R1发送数据请求并以此来获得车辆Vi的车辆-数据 请求数据块BB)，当车辆Vi驶离路边 单元R1的通信半径之后，与协同车辆Vi 协同相遇在通信半径范围内，通过身份认证后，获得协 同车辆Vi 协同的携带-数据请求数据块 BE)，当车辆Vi驶离协同车辆Vi 协同的通信半径之后，驶入路边单元Rj的通信半径内之后，车辆 Vi向路边单元Rj发送数据请求并以此来获得车辆Vi的车辆-数据请求数据块通过车辆Vi的当前速度和选择 的路径，能够知晓行驶的车辆Vi需要经过几个路边单元、和/或几个协同车辆来完成对的下载完整。
若城市道路场景中存在车辆V2在A道路上行驶，箭头所指方向为前行方向；当车辆V2进入到路边单元R1的通信半径内之后，车辆V2不向路边单元R1发送数据请求该车辆V2也不会作为协同车辆。
若城市道路场景中存在车辆V1先在B道路上行驶，然后进入C道路，箭头所指方向为前行方向；当车辆V1进入到路边单元Rj的通信半径内之后，车辆V1将获得携带-数据请求数据块当车辆V1继续前行且与车辆Vi相遇在有效通信半径内，则车辆V1作为协同车辆V1 协同，将所述携带-数据请求数据块传输给车辆Vi。
在本发明中，数据分配调度DA是指任意一路边单元Rj通过直接或间接的方式将任意一 车载节点Vi请求的任意一数据信息CIDm进行分块传输的过程。所述直接方式是指任意一路边单 元Rj向任意一车辆节点Vi传输车辆-数据请求数据块 所述间接方式是指除任意一路边单元Rj的其他路边单元通过协同车辆Vi 协同向数据请求车辆Vi 请求传输携带-数据请求数据块
参见图4所示，在本发明中，在完成初始化的城市环境的车载网络后，执行基于车载协同的数据调度，具体包括有下列步骤。
步骤一：车载节点Vi周期性广播HELLO报文；
在本发明中，城市环境的车载网络的系统时间记为T系统。执行完成初始化的城市环境的车载网络后，向日志系统中写入车辆节点Vi每次广播HELLO报文的时间。车辆节点Vi前一次广播HELLO的时间记为车辆节点Vi当前广播HELLO的时间记为
步骤101：读取时间；
步骤102：比较T系统与
若执行步骤103；
若执行步骤105；
步骤103：在下，车辆节点Vi生成HELLO报文，HELLO报文的格式参见表1，执行步骤104；
步骤104：车辆节点Vi广播HELLO报文，执行步骤201；
步骤105：若则车辆节点Vi不生成HELLO报文，返回步骤102。
步骤二：路边单元Rj接收任意车辆Vi广播的HELLO报文；
步骤201：路边单元Rj接收车辆Vi广播的HELLO报文，并从HELLO报文中提取车辆Vi的车辆状态信息并组织成的格式，并执行下面的步骤202，
以的格式存储在路边单元Rj中。
所述表示的物理意义为任意一车辆Vi 相对于路边单元Rj发出的多次(f次)车辆状态信息。
步骤202：如果路边单元Rj已经存储有车辆Vi的状态信息则将存入的中，执行步骤301；
如果路边单元Rj没有存储车辆Vi的状态信息则路边单元Rj为车辆Vi创建存储空间并将存入的中，执行步骤301。
步骤三：基于速度预测的请求数据调度。
步骤301：路边单元Rj从车辆Vi的状态信息中读取车辆Vi的最后一条车载节点状态信息从中取出车辆Vi的车辆速度并记为当前车辆速度
路边单元Rj从中取出车辆Vi的车辆位置并记为当前位置执行步骤302；
步骤302：采用马尔科夫方法对当前车辆速度进行预测处理，得到车辆Vi的未来速度执行步骤303；
在本发明中，所述马尔科夫方法参考2015年1月第1版《马尔科夫过程论基础》，[苏联]邓肯著，王梓坤译，哈尔滨工业大学出版社，第20-23页。
步骤303：路边单元Rj向车辆Vi发送确认报文ACK，执行步骤304；
在本发明中，所述确认报文ACK用于通知车辆Vi需要经过的路边单元的身份。
步骤304：车辆Vi生成REQUEST报文，然后车辆Vi将生成后的REQUEST报文发送给路边单元Rj，执行步骤305；
当车辆Vi有数据请求时，车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的 字段记为REQUEST报文中的请求数据字段将被赋值为该请求车辆 所请求的数据信息
当车辆Vi没有数据请求车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的字段记为相应的，REQUEST报文中的车载的请求数据字段也同样被置空。
步骤305：路边单元Rj接收到车辆Vi发送的REQUEST报文，如果REQUEST报文中表示有数据请求执行步骤306；
如果REQUEST报文中表示没有数据请求执行步骤307；
步骤306：路边单元Rj预测车辆Vi驶离路边单元Rj通信范围的时间其中[(Rj)x,(Rj)y]是路边单元Rj的通信范围的外围坐标；
参见图2所示，路边单元R1从车辆Vi的请求数据字段中获知车辆Vi 请求；然后路边单元R1将传输给车 辆Vi；
参见图2所示，路边单元R1根据车辆Vi的当前速度预测到达路边单元Rj的时间，记为路边单元R1
将所述和传输给路边单元Rj；在所述到来时路边单元Rj开始向车辆Vi传输数据，执行步骤501；
步骤307：当车辆Vi与车辆V1相遇时，作为请求数据信息CIDm的车辆Vi记为数据请求车辆Vi 请求(即Vi)，作为响应数据请求车辆Vi 请求的车辆记为协同车辆V1 协同(即V1)；
路边单元Rj依据两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，以及数据请求车辆Vi 请求与协同车辆V1 协同的速度，能够预测到Vi 请求与V1 协同相遇的时间，记为
Vi 请求依据通信半径与两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，能够获得Vi 请求与V1 协同的可通信时间
在所述时间内，路边单元Rj将向V1 协同车辆传输
执行步骤501；
步骤四：请求车辆Vi 请求和协同车辆Vi 协同相遇，进行数据传输。
步骤401：请求车辆Vi 请求(即车辆Vi)驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
协同车辆V1 协同(即车辆V1)驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
步骤402：协同车辆V1 协同接收到请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，利用该HELLO报文确定其身份；
如果协同车辆V1 协同携带有请求车辆Vi 请求请求的
则将所述的传输给Vi，执行步骤502；
如果协同车辆V1 协同没有携带请求车辆Vi 请求请求的数据块，则协同车辆V1 协同丢弃请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，执行步骤502。
步骤五：调度数据清理
为了清楚说明在本发明中对调度数据的清理处理，以举例出相对条件进行分别说明路边单元对数据块的清理、以及协同车辆对数据块的清理。
相对条件(51)，数据信息CIDm被车辆V1、车辆V2和车辆Vi所请求了记为CV＝{CIDm: [V1,V2,…,Vi]}，且
相对条件(52)，在一个广播周期τ里，路边单元R1预分配的数据请求数据块为路边单元Rj预分配的数据请求数据块为
相对条件(53)，车辆V1在有效通讯范围里从路边单元Rj中下载的数据块记为其中，数据块是协同车辆V1与车辆Vi相遇时协同传 输给车辆Vi的；
相对条件(54)，车辆V2在有效通讯范围里从路边单元R1中下载的数据块记为
相对条件(55)，车辆Vi在有效通讯范围里从路边单元R1中下载的数据块记为
步骤501：路边单元的数据清理；
在本发明中，当车辆Vi经过路边单元R1时下载到的数据块为
在本发明中，当车辆V2经过路边单元R1时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆V2以外的车辆所请求，则路边单元R1将删除数据块回收路边单元R1的存储空间。
在本发明中，当车辆V1经过路边单元Rj时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则路边单元Rj将删除数据块回收路边单元Rj的存储空间。
若数据块被车辆V1及其他车辆(除车辆Vi和车辆V2)所请求，则路边单元Rj保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输。
步骤502：协同车辆的数据清理；
在本发明中，当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内(即相遇)时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则车辆V1将删除数据块回收车辆V1的存储空间。
在本发明中，当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内(即相遇)时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块被其他车辆(除车辆Vi和车辆V2)所请求，则车辆V1保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输。
实施例1
通过在车载网络模拟软件NS2(Network Simulator)上进行模拟实验，配置的仿真实验配置参数：
实验结果如图5所示。路边单元执行本发明提出的速度预测，根据预测结果来向请求车辆和协同车辆进行请求数据的调度传输，数据下载量明显高于不采用预测机制的数据传输调度方法的数据下载量(提高了35％～50％)，提高了数据下载率。

Claims (8)

1.一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于包括有下列数据调度步骤：
步骤一：车载节点Vi周期性广播HELLO报文；
城市环境的车载网络的系统时间记为T系统；执行完成初始化的城市环境的车载网络后，向日志系统中写入车辆节点Vi每次广播HELLO报文的时间；车辆节点Vi前一次广播HELLO的时间记为车辆节点Vi当前广播HELLO的时间记为
步骤101：读取时间；
步骤102：比较T系统与
若执行步骤103；τ是广播周期；
若执行步骤105；
步骤103：在下，车辆节点Vi生成HELLO报文，HELLO报文的格式为四列多行表格形式执行步骤104；
表示车辆节点Vi的标识号；
表示车辆节点Vi广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间；
表示车辆节点Vi在时刻的行驶速度；
表示车辆节点Vi在时刻所在的地理位置；
步骤104：车辆节点Vi广播HELLO报文，执行步骤201；
步骤105：若则车辆节点Vi不生成HELLO报文，返回步骤102；
步骤二：路边单元R接收任意车辆节点Vi广播的HELLO报文；
步骤201：路边单元Rj接收车辆Vi广播的HELLO报文，并从HELLO报文中提取车辆Vi的车辆状态信息并组织成的格式，并执行步骤202，以的格式存储在路边单元Rj中；
步骤202：如果路边单元Rj已经存储有车辆Vi的状态信息则将存入的中，执行步骤301；
如果路边单元Rj没有存储车辆Vi的状态信息则路边单元Rj为车辆Vi创建存储空间并将存入的中，执行步骤301；
步骤三：基于速度预测的请求数据调度；
步骤301：路边单元Rj从车辆Vi的状态信息中读取车辆Vi的最后一条车载节点状态信息从中取出车辆Vi的车辆速度并记为当前车辆速度
路边单元Rj从中取出车辆Vi的车辆位置并记为当前位置执行步骤302；
步骤302：采用马尔科夫方法对当前车辆速度进行预测处理，得到车辆Vi的未来速度执行步骤303；
步骤303：路边单元Rj向车辆Vi发送确认报文ACK，执行步骤304；
步骤304：车辆Vi生成REQUEST报文，然后车辆Vi将生成后的REQUEST报文发送给路边单元Rj，执行步骤305；
当车辆Vi有数据请求时，车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的字段记为REQUEST报文中的请求数据字段将被赋值为该请求车辆所请求的数据信息
表示数据信息CIDm中的第一块数据；
表示数据信息CIDm中的第二块数据；
表示数据信息CIDm中的第三块数据；
表示数据信息CIDm中的第四块数据；
表示数据信息CIDm中的倒数第二块数据；
表示数据信息CIDm中的最后一块数据，上角标m表示车载网络中数据信息的标识号，下角标n表示数据信息CIDm中的数据块的标识号；
当车辆Vi没有数据请求车辆Vi生成的REQUEST报文中的请求标识位的字段记为相应的，REQUEST报文中的车载的请求数据字段也同样被置空；
步骤305：路边单元Rj接收到车辆Vi发送的REQUEST报文，如果REQUEST报文中表示有数据请求执行步骤306；
如果REQUEST报文中表示没有数据请求执行步骤307；
步骤306：路边单元Rj预测车辆Vi驶离路边单元Rj通信范围的时间
其中[(Rj)x,(Rj)y]是路边单元Rj的通信范围的外围坐标；
路边单元R1从车辆Vi的请求数据字段中获知车辆Vi请求；然后路边单元R1将传输给车辆Vi；
路边单元R1根据车辆Vi的当前速度预测到达路边单元Rj的时间，记为路边单元R1将所述和传输给路边单元Rj；在所述到来时路边单元Rj开始向车辆Vi传输数据，执行步骤501；
步骤307：当车辆Vi与车辆V1相遇时，作为请求数据信息CIDm的车辆Vi记为数据请求车辆Vi 请求，作为响应数据请求车辆Vi 请求的车辆记为协同车辆V1 协同；
路边单元Rj依据两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，以及数据请求车辆Vi 请求与协同车辆V1 协同的速度，能够预测到Vi 请求与V1 协同相遇的时间，记为
Vi 请求依据通信半径与两车Vi 请求、V1 协同之间的距离，能够获得Vi 请求与V1 协同的可通信时间
在所述时间内，路边单元Rj将向V1 协同车辆传输
执行步骤501；
步骤四：请求车辆Vi m和协同车辆Vi 协同相遇，进行数据传输；
步骤401：请求车辆Vi 请求驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
协同车辆V1 协同驶离路边单元Rj的通信范围，周期性广播HELLO报文；执行步骤402；
步骤402：协同车辆V1 协同接收到请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，利用该HELLO报文确定其身份；
如果协同车辆V1 协同携带有请求车辆Vi 请求请求的
则将所述的传输给Vi，执行步骤502；
如果协同车辆V1 协同没有携带请求车辆Vi 请求请求的数据块，则协同车辆V1 协同丢弃请求车辆Vi 请求广播的HELLO报文，执行步骤502；
步骤五：调度数据清理；
步骤501：路边单元的数据清理；
当车辆Vi经过路边单元R1时下载到的数据块为
当车辆V2经过路边单元R1时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆V2以外的车辆所请求，则路边单元R1将删除数据块回收路边单元R1的存储空间；
当车辆V1经过路边单元Rj时下载到的数据块为
若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则路边单元Rj将删除数据块回收路边单元Rj的存储空间；
若数据块被车辆V1及除车辆Vi和车辆V2的其他车辆所请求，则路边单元Rj保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输；
步骤502：协同车辆的数据清理；
当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块没有被除车辆Vi以外的车辆所请求，则车辆V1将删除数据块回收车辆V1的存储空间；
当车辆Vi与车辆V1在有效通信范围内时，车辆V1将数据块传输给车辆Vi，若数据块被除车辆Vi和车辆V2的其他车辆所请求，则车辆V1保留数据块从而完成了城市场景中基于车载协同的数据调度传输。
2.根据权利要求1所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：互联网上的控制或服务中心第一方面依据基于二部图的车载网络分布式存储方法对数据信息集MCID＝{CID1,CID2,L,CIDm}中的任意一数据块进行数据块分配后存储在各个路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}中，数据信息集MCID＝{CID1,CID2,L,CIDm}是从车辆集Vehicle＝{V1,V2,L,Vi}发送的REQUEST报文字段中提取出来的，路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}是从车辆集Vehicle＝{V1,V2,L,Vi}发送的REQUEST报文字段中提取出来的；第二方面，对车辆集Vehicle＝{V1,V2,L,Vi}请求的数据块进行归类，记为数据-车辆请求数据块CV＝{CIDm:[V1,V2,L,Vi]}；数据信息集MCID＝{CID1,CID2,L,CIDm}中的CID1表示第一个数据信息，CID2表示第二个数据信息，CIDm表示最后一个数据信息；路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}中的R1表示第一个路边单元，R2表示第二个路边单元，Rj表示最后一个路边单元，下角标j表示车载网络中个路边单元的标识号；车辆集Vehicle＝{V1,V2,L,Vi}中的V1表示第一辆车，V2表示第二辆车，Vi表示最后一辆车，为了方便说明，下角标i表示车载网络中车辆的标识号。
3.根据权利要求1所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}第一方面接收车辆集Vehicle＝{V1,V2,L,Vi}发出的数据请求DR；第二方面，将所述的数据请求DR上传至互联网上的控制或服务中心；第三方面，接收互联网上的控制或服务中心预分配的数据访问下载信息DD，即在一个广播周期τ里，路边单元Rj预分配得到的数据请求数据块为第四方面，身份认证，即判断所述的数据访问下载信息DD是否为数据请求车辆Vi 请求；第五方面，传输车辆-数据请求数据块给数据请求车辆Vi 请求。
4.根据权利要求1所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：车辆Vi在规划路径的道路上行驶，第一方面通过路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}向互联网上的控制或服务中心发出数据请求DR；第二方面，途经路边单元集Roadside＝{R1,R2,L,Rj}时下载第三方面，途经协同车辆Vi 协同时下载携带-数据请求数据块
5.根据权利要求1所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：数据信息CIDm是以报文的形式来传输，报文包括有信标报文HELLO和请求报文REQUEST。
6.根据权利要求5所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：信标报文HELLO的格式为四列多行表格形式 表示车辆节点Vi的标识号，表示车辆节点Vi广播信标报文HELLO的时间，简称广播时间，表示车辆节点Vi在时刻的行驶速度，表示车辆节点Vi在时刻所在的地理位置。
7.根据权利要求5所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：REQUEST报文的格式为四列多行表格形式 表示车辆节点Vi的标识号；表示发送REQUEST报文的车辆Vi的请求标识位；表示发送REQUEST报文的车辆Vi的请求数据信息 表示车辆Vi所经过的路边单元信息Roadside＝{R1,R2,L,Rj}。
8.根据权利要求1所述的一种城市场景中基于车载协同的数据调度方法，其特征在于：在请求车辆和协同车辆进行请求数据的调度传输中数据下载量提高了35％～50％。
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