CN109391687B - 车路协同的大文件下载方法 - Google Patents

车路协同的大文件下载方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车路协同的大文件下载方法，该方法包括：根据路边单元得到请求者和合作者的位置坐标和行驶方向，并检测两者间的连线与行驶方向形成的夹角和是否小于预设阈值；检测请求者的范围与候选车辆的行驶范围是否有重叠区域；检测是否所有的数据包在生命周期T之前完成传输；根据数据包的优先级和数据块的重要性确定传输顺序和副本数量，以将优先级最高的数据传递给请求者和合作者；若行驶一段时间后，当前行驶速度小于前一时刻速度且无法追赶上请求者，则启动传输补偿机制，重新选择合作者。该方法可以同时服务多个请求者的不同大文件下载，差异化地设置数据副本数量，重要数据优先发送，提升车载节点利用率并能有效地避免数据无效传输。

Description

车路协同的大文件下载方法
技术领域
本发明涉及车载网络通信技术领域，特别涉及一种车路协同的大文件下载方法。
背景技术
车载网络是由路边单元和车载节点构成的移动自组织网络，车载网络中通过信息的传递与分享，有效降低交通事故发生率，提高驾驶员驾驶体验，为智能交通系统打下坚实的基础。数据传输机制是车载网络有效运行的根本，充分利用车载节点和路边单元传输资源，构建车路协同系统，从而提高大文件的传输成功率。
在部署有路边单元的车载网络场景中，路边单元联网获取数据，并转发给遇到的车辆，实现车辆对文件的下载需求。而大文件的下载通常不能够在一次路边单元与车辆的通信过程中完成，因而需要多次路边单元与车辆的通信(V2U通信)；同时车辆之间的通信(V2V通信)促进数据转发，有助于加速文件向其请求车辆的传输，提高大文件下载速度。如何充分利用V2V通信和V2U通信完成大文件下载是车载网络中的一个难题。
相关技术中，对于车载网络中大文件的下载方法的研究大都是一次协同传输只能为一个请求者的一次内容请求服务，并且没有考虑下载内容的重要性和数据块的优先级，从而导致车载节点资源浪费，传输文件的时延增加，传输失败率提高，给车载网络中数据传输带来了极大的不便。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种车路协同的大文件下载方法。
为达到上述目的，本发明提出了车路协同的大文件下载方法。该方法可以同时服务多个请求者的不同大文件下载，差异化地设置数据副本数量，重要数据优先发送，提升车载节点利用率并能有效地避免数据无效传输。
本发明实施例的车路协同的大文件下载方法，通过车辆行驶的方向约束、范围约束和时序约束，选择合作者以携带数据交付给请求者；在数据传输之前，通过时间判定、位置判定和距离判定，减少无效数据传输，提高数据的传输率；在行驶过程中，如果车辆的行驶速度或行驶方向偏离预期状态，就启动传输补偿机制，保证数据继续向目标节点传递；在传输过程中，对不同数据块设置不同的副本数量，保证高优先级和重要的数据块优先传输，同时实现网络资源均衡分配。
另外，根据本发明上述实施例的车路协同的大文件下载方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述请求者的坐标是所述请求者请求下载内容时发给所述路边单元的位置，所述合作者的坐标是所述路边单元选择合作车辆时通过分析车辆发出的数据包得到的。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设阈值是根据道路上所述路边单元范围内不同车辆的数量决定的，若所述路边单元范围内的车辆多，则将其所述预设阈值设置较小，以选择更精确，若所述路边单元范围内的车辆少，则将其所述预设阈值设置较大，以增加所述合作者数量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述每个车载节点获取到的平均速度是所述每个车载节点实时获得过去的预设时间段内行驶的平均速度并存储在所述每个车载节点中，在经过所述路边单元时传送给所述路边单元。
进一步地，在本发明的一个实施例中，若有多辆候选车都与所述请求者拥有所述重叠区域时，则选择所述重叠区域面积最大的若干节点作为所述合作者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述候选车辆的行驶范围是以车辆当前坐标为中心的圆，半径是平均速度和剩余生命周期的乘积。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述路边单元获得通信机会向所述请求者或所述合作者发送所述数据块时，根据所述副本数量按降序对每个不同内容的所述数据块进行排序，数量多的数据块副本优先被发送出去，同时所有路边单元将所述数据块副本数量减1。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述数据块到达请求车辆时，所述请求车辆的数据需求得到响应，并通知所述路边单元将所述数据块的剩余副本更新为0，表示所述数据块不再需要传送给所述请求者，并且所述路边单元通知所述合作者清理备份所述数据块的副本。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在车辆行驶过程中，定期比较车辆最近行驶的平均速度与车辆存储预期行驶的最低速度，若前者小于后者，则车辆启动所述传输补偿机制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当所述合作者经过路口时，将自身的行驶方向与期望行驶方向进行对比，如果所述自身的行驶方向与预期方向偏离，则此车辆就根据合作车辆选择算法选择附近合适的车辆作为所述合作者继续传递信息。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的车路协同的大文件下载方法流程图；
图2为根据本发明一个实施例的车路协同的大文件下载方法的整体流程图；
图3为根据本发明一个实施例的选择合作者的方向约束的流程图；
图4为根据本发明一个实施例的选择合作者的方向约束示例图；
图5为根据本发明一个实施例的选择合作者的范围约束的流程图；
图6为根据本发明一个实施例的选择合作者的时序约束的流程图；
图7为根据本发明一个实施例的选择合作者的时序约束示例图；
图8为根据本发明一个实施例的数据块副本设置的流程图；
图9为根据本发明一个实施例的传输补偿机制的流程图；
图10为根据本发明一个实施例的速度减慢情况下的补偿机制示例图；
图11为根据本发明一个实施例的方向改变情况下的补偿机制示例图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的车路协同的大文件下载方法。
图1是本发明一个实施例的车路协同的大文件下载方法流程图。
如图1所示，该方法包括以下步骤：
在步骤S101中，选择合作者的方向约束，其中，根据路边单元得到请求者和合作者的位置坐标和行驶方向，并检测请求者和合作者的位置连线与行驶方向形成的夹角和是否小于预设阈值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，请求者的坐标是请求者请求下载内容时发给路边单元的位置，合作者的坐标是路边单元选择合作车辆时通过分析车辆发出的数据包得到的。
进一步地，在本发明的一个实施例中，预设阈值是根据道路上路边单元范围内不同车辆的数量决定的，若路边单元范围内的车辆多，则将其预设阈值设置较小，以选择更精确，若路边单元范围内的车辆少，则将其预设阈值设置较大，以增加合作者数量。
在步骤S102中，选择合作者的范围约束，其中，根据每个车载节点得到的平均速度预测每个候选车辆的行驶范围，并检测请求者的范围与候选车辆的行驶范围是否有重叠区域。
进一步地，在本发明的一个实施例中，每个车载节点获取到的平均速度是每个车载节点实时获得过去的预设时间段内行驶的平均速度并存储在每个车载节点中，在经过路边单元时传送给路边单元。
进一步地，在本发明的一个实施例中，若有多辆候选车都与请求者拥有重叠区域时，则选择重叠区域面积最大的若干节点作为合作者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，候选车辆的行驶范围是以车辆当前坐标为中心的圆，半径是平均速度和剩余生命周期的乘积。
在步骤S103中，选择合作者的时序约束，其中，检测是否所有的数据包在生命周期T之前完成传输。
在步骤S104中，根据数据包的优先级和数据块的重要性确定传输顺序和副本数量，以将优先级最高的数据传递给请求者和合作者。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当路边单元获得通信机会向请求者或合作者发送数据块时，根据副本数量按降序对每个不同内容的数据块进行排序，数量多的数据块副本优先被发送出去，同时所有路边单元将数据块副本数量减1。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当数据块到达请求车辆时，请求车辆的数据需求得到响应，并通知路边单元将数据块的剩余副本更新为0，表示数据块不再需要传送给请求者，并且路边单元通知合作者清理备份数据块的副本。
在步骤S105中，在合作者携带数据向请求者行驶一段时间后，如果当前行驶速度小于前一时刻速度，且无法追赶上请求者，则启动传输补偿机制，以重新选择附近车辆以作为新合作者，继续传递信息。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在车辆行驶过程中，定期比较车辆最近行驶的平均速度与车辆存储预期行驶的最低速度，若前者小于后者，则车辆启动传输补偿机制。
进一步地，在本发明的一个实施例中，当合作者经过路口时，将自身的行驶方向与期望行驶方向进行对比，如果自身的行驶方向与预期方向偏离，则此车辆就根据合作车辆选择算法选择附近合适的车辆作为合作者继续传递信息。
下面通过具体举例对本发明实施例实现的过程进行详细说明。
首先对本发明实施例中相关名词进行定义，并设定必要的规则，具体如下所示：
定义1：将车载节点记为vi，其中i＝1,2,3...，请求数据的车载节点称为请求者，携带数据传输的车载节点称为合作者。所有车载节点具有相同的通信半径r。
定义2：将车载节点vi的位置坐标记为(xi,yi)。
定义3：将车载节点vi的行驶方向记为di。
定义4：将合作者β和请求者α之间的通信记为Fα-β，请求者α与路边单元A之间的通信记为Pα-A，合作者β与路边单元B之间的通信记为Pβ-B。
定义5：将事件发生的当前时刻记为t，将文件下载的生命周期记为T。
定义6：将文件内容M的优先级记为σM，文件内容M中对应数据块i的重要性记为
Figure BDA0001815047240000051
文件内容M中对应数据块的副本数量用
Figure BDA0001815047240000052
来计算。
定义7：将车载节点存储预期行驶的最低速度记为ve，车载节点最近行驶的平均速度记为va。
规则1：当请求者向路边单元请求内容时，路边单元获取请求者的位置坐标、速度和方向，并通知网络中的其他所有路边单元选择合作者。
规则2：所有数据包在网络中都有一个生命周期，所有的数据包传递必须在生命周期内完成，如果在生命周期中传输没有完成，所有副本都将清零，请求者需要再次请求。
规则3：文件下载的生命周期T从路边单元接收到文件下载请求时开始计算。每一个车载节点或路边单元在生命周期内的任一时刻只能接收或者发送一个数据包。
如图2所示，接下来为本发明实施例实现的详细步骤，具体如下所示：
步骤一：选择合作者的方向约束，如图3所示。
步骤1.1：已知请求者v1的位置坐标是(x1,y1)，坐标是请求者请求下载内容时发给路边单元的位置。在选择合作者时，合作者v2的坐标是(x2,y2)，这个坐标是路边单元选择合作车辆时通过分析车辆发出的数据包得到的。v1的行驶方向是d1，v2的行驶方向是d2。
步骤1.2：在选择合作者时，连接v1和v2，如果此连线和d1之间的角度以及连线和d2之间的角度和小于A时，此车辆被选为合作者。
步骤1.3：阈值A是根据道路上路边单元范围内不同车辆的数量决定的。当有路边单元范围内车辆很多时，可以将其设置的较小，使选择更为精确，也避免无效车辆的选择。当车辆数量较少时，通过设置A为较大的值，以增加合作者数量，提高与请求者相遇的可能性。
如图4所示，v1的行驶方向为d1，以d1为x轴正方向建立直角坐标系，并且设置A＝180°。如果v2的方向是d2，显然θα+θβ<A，因此符合方向约束。否则，如果当v2的方向是d′2时，θα+θγ>A，此时车辆不会被选择。
步骤二：选择合作者的范围约束，如图5所示。
步骤2.1：每个车载节点实时获得过去十分钟内行驶的平均速度并且存储在车载节点中，在经过路边单元时传送给路边单元。
步骤2.2：路边单元使用该平均速度预测这些候选车辆的行驶范围，即以车辆当前坐标为中心的圆，半径是平均速度和剩余生命周期的乘积。
步骤2.3：如果请求者的范围和候选车辆范围有重叠区域，则该候选车辆被选为合作者，当有多辆车都与请求者拥有重叠区域时，选择重叠区域面积最大的若干节点作为合作者。
如图4所示，v1和v2预测的行驶范围显而易见，当两个车载节点的行驶范围有重叠区域时，根据重叠区域的大小选择合作者。
步骤三：选择合作者的时序约束，如图6所示。
步骤3.1：判断
Figure BDA0001815047240000061
若是，则表示请求者请求下载内容在合作者选定之前完成，执行步骤3.2。否则，合作者不能为请求者转发数据。
步骤3.2：判断
Figure BDA0001815047240000062
若是，则表示当合作者选择完成时，这些车辆首先从路边单元获取下载内容，然后再携带行驶并传送给请求者，执行步骤3.3；否则，合作者不能为请求者转发数据。
步骤3.3：判断
Figure BDA0001815047240000063
若是，则表示所有的数据包在生命周期T结束之前传输完成；否则，网络中所有的数据副本清零，请求者需要重新请求数据。
如图7所示，三个车载节点α、β和γ，两个路边单元A和B，α是请求者，另外两个节点是合作者。在时序限制规则中，合作者的选择必须在请求者请求内容之后，例如，
Figure BDA0001815047240000064
不能与
Figure BDA0001815047240000065
同时发生。此外，合作者必须在车载节点从路边单元接收数据之后才将数据包传输给请求者，即
Figure BDA0001815047240000066
必须在
Figure BDA0001815047240000067
之前。在传输过程中，所有的数据包传递必须在生命周期内完成，并且在同一时刻，所有的车载节点只同时发送和接收一次数据包。
步骤四：数据块副本设置，如图8所示。
步骤4.1：路边单元利用数据包的优先级和数据块的重要性来确定传输顺序和副本数量，使重要或紧急的数据及时准确地传递给请求者和合作者。σM代表文件内容M的优先级，
Figure BDA0001815047240000071
代表文件内容M中对应数据块i的重要性，使用
Figure BDA0001815047240000072
来计算文件内容M中对应数据块的副本数量。
步骤4.2：当路边单元获得通信机会向请求者或合作者发送数据块时，根据副本数量按降序对每个不同内容的数据块进行排序，数量多的数据块副本优先被发送出去，同时所有路边单元将该数据块的副本数量减1。
步骤4.3：当数据块到达请求车辆时，请求车辆的数据需求得到响应，并通知路边单元将该数据块的剩余副本更新为0，表示数据块不再需要传送给请求者，并且路边单元通知合作者清理备份数据块的副本。
步骤五：传输补偿机制，如图9所示。
步骤5.1：车辆存储预期行驶的最低速度ve，在车辆行驶过程中，定期比较车辆最近行驶的平均速度va与预期最低速度ve，如果va<ve，则车辆启动传输补偿机制。
如图10所示，当前时刻，如果v1符合合作者的条件被选择为合作者，并且携带数据向请求者行驶，当车辆v1在行驶一段时间后，发现自身行驶速度降比前一时刻降低低并无法追赶上请求者v2时，将启动传输补偿方法选择附近车辆v3作为合作者。
步骤5.2：当合作者经过路口时，将自身的行驶方向与期望行驶方向进行对比，如果行驶方向与预期方向偏离，此车辆就根据合作车辆选择算法选择附近合适的车辆作为合作者继续传递信息。
如图11所示，在前一时刻，行驶方向符合条件被选为合作者，但是当合作者v1经过路口时，发现行驶方向与预期方向偏离，此时根据传输补偿方法，重新选择附近车辆v3作为合作者继续传递信息。
简言之，本发明实施例就是在车辆请求下载内容之后，车辆的速度、位置坐标、行驶方向等信息通过本地路边单元告知网络中的其他路边单元，然后路边单元执行本机制使用方向约束、行驶范围约束和时序约束来选择协同车辆辅助数据传输，再针对道路复杂、轨迹预测精度低的情况，采用传输补偿机制，当协助车辆偏离预期轨迹或行驶速度不足以到达目的地时，选择附近符合要求的车辆作为协同车辆，从而完成大文件的下载。
根据本发明实施例提出的车路协同的大文件下载方法，通过车辆行驶的方向约束、范围约束和时序约束，选择合作者以携带数据交付给请求者；在数据传输之前，通过时间判定、位置判定和距离判定，减少无效数据传输，提高数据的传输率；在行驶过程中，如果车辆的行驶速度或行驶方向偏离预期状态，就启动传输补偿机制，保证数据继续向目标节点传递；在传输过程中，对不同数据块设置不同的副本数量，保证高优先级和重要的数据块优先传输，同时实现网络资源均衡分配。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种车路协同的大文件下载方法，其特征在于，包括以下步骤：
选择合作者的方向约束，其中，根据路边单元得到请求者和所述合作者的位置坐标和行驶方向，并检测所述请求者和所述合作者的位置连线与行驶方向形成的夹角和是否小于预设阈值；
选择所述合作者的范围约束，其中，根据每个车载节点得到的平均速度预测每个候选车辆的行驶范围，并检测所述请求者的范围与所述候选车辆的行驶范围是否有重叠区域；
选择所述合作者的时序约束，其中，检测是否所有的数据包在生命周期T之前完成传输；
根据所述数据包的优先级和数据块的重要性确定传输顺序和副本数量，以将优先级最高的数据传递给所述请求者和所述合作者，其中，当所述路边单元获得通信机会向所述请求者或所述合作者发送所述数据块时，根据所述副本数量按降序对每个不同内容的所述数据块进行排序，数量多的数据块副本优先被发送出去，同时所有路边单元将所述数据块副本数量减1；以及
在所述合作者携带数据向所述请求者行驶一段时间后，如果当前行驶速度小于前一时刻速度，且无法追赶上所述请求者，则启动传输补偿机制，以重新选择附近车辆以作为新合作者，继续传递信息。
2.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，所述请求者的坐标是所述请求者请求下载内容时发给所述路边单元的位置，所述合作者的坐标是所述路边单元选择合作车辆时通过分析车辆发出的数据包得到的。
3.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，所述预设阈值是根据道路上所述路边单元范围内不同车辆的数量决定的，若所述路边单元范围内的车辆多，则将其所述预设阈值设置较小，以选择更精确，若所述路边单元范围内的车辆少，则将其所述预设阈值设置较大，以增加所述合作者数量。
4.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，所述每个车载节点获取到的平均速度是所述每个车载节点实时获得过去的预设时间段内行驶的平均速度并存储在所述每个车载节点中，在经过所述路边单元时传送给所述路边单元。
5.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，若有多辆候选车都与所述请求者拥有所述重叠区域时，则选择所述重叠区域面积最大的若干节点作为所述合作者。
6.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，所述候选车辆的行驶范围是以车辆当前坐标为中心的圆，半径是平均速度和剩余生命周期的乘积。
7.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，当所述数据块到达请求车辆时，所述请求车辆的数据需求得到响应，并通知所述路边单元将所述数据块的剩余副本更新为0，表示所述数据块不再需要传送给所述请求者，并且所述路边单元通知所述合作者清理备份所述数据块的副本。
8.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，在车辆行驶过程中，定期比较车辆最近行驶的平均速度与车辆存储预期行驶的最低速度，若前者小于后者，则车辆启动所述传输补偿机制。
9.根据权利要求1所述的车路协同的大文件下载方法，其特征在于，当所述合作者经过路口时，将自身的行驶方向与期望行驶方向进行对比，如果所述自身的行驶方向与预期方向偏离，则此车辆就根据合作车辆选择算法选择附近合适的车辆作为所述合作者继续传递信息。
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