CN113613209B - 一种icn车联网中基于rsu等级和内容流行度的预切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明请求保护一种ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法，利用RSU(Road Side Unit)等级和内容流行度建立概率模型。车辆在不同RSU之间发生切换时，通过概率模型在切换前的RSU中对切换后的RSU中是否缓存车辆所请求的内容进行预测。经过预测，若切换后的RSU中缓存车辆所请求内容，则向请求车辆直接返回相应数据包；若切换后的RSU中未缓存车辆所请求的内容，则将数据流切换至基站，由基站通过RSU向请求车辆返回相应的数据包。车载网络中移动性事件是不可避免的，无缝的移动性支持是未来互联网的需求。本发明解决了拓扑频繁变化进而导致的数据包转发问题，减少了传输时延和丢包率，提高了内容的检索效率。
Description
技术领域
本发明属于车联网通信领域，特别涉及一种ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法。
背景技术
车联网在智慧城市建设中发挥着重要作用；它是智能交通系统的重要技术基础。近年来，由于人们对车辆服务的要求越来越高，车联网也越来越受到通信领域的重视。如今，车联网应用的是以主机为中心的通信模型，数据包使用地址进行路由；当具有特定地址的车辆不断地改变其位置时，这种通信模型容易受到网络拓扑变化的影响。作为以信息为中心的网络(ICN)的部署之一-(named data networking,NDN)将传统的以主机为中心的通信模式转变为以数据为中心的通信模式，这种通信模型的核心是内容而不是位置，内容独立于位置，从而支持网络内缓存和共享。为每个数据对象指定一个唯一的名称，因此NDN被认为是下一代Internet的架构之一，车联网不可避免地建立在NDN的基础上。NDN被提出后，关于通信模型、命名方法、路由和转发、缓存、安全性、移动性等领域，需要被广泛地研究。
基于NDN的车联网中，消费者(车辆)发送兴趣包给与它相连的路测单元(RSU)，RSU是一种通信基础设施，主要提供道路状况和转发数据等信息。在每个NDN节点中都有三个数据结构：内容存储(CS)，未决信息表(PIT)，信息转发表(FIB)；其中内容存储(CS)被用来缓存数据，未决信息表(PIT)用来记录发送兴趣包但未收到相应返回数据包的节点传入接口，信息转发表(FIB)用来记录节点间的转发规则。如果RSU缓存了兴趣包请求的数据内容，RSU将返回的内容封装成一个数据包，返回给消费者(发送兴趣包的车辆)；当RSU接收到一个兴趣包，但RSU未缓存所请求的内容时，RSU将通过节点中PIT和FIB来处理该兴趣包。当从网络中返回的数据包被RSU接收后，再发送给相应的请求车辆来完成数据通信。在基于信息中心的车联网中，由于车辆的移动性，网络拓扑结构不断变化，这破坏了ICN对称的路由机制，影响了数据包的回程。因此，研究在移动环境下数据包的转发，提高数据包转发成功率和减少传输时延是基于ICN车联网的重点。
发明内容
本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种防止乒乓切换、减少车辆请求的时延和丢包率、提高车辆的服务质量ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法。本发明的技术方案如下：
一种ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法，其包括切换前RSU和切换后RSU中数据包的转发过程，利用RSU等级和内容流行度建立概率模型；车辆在不同RSU之间发生切换时，通过概率模型在切换前的RSU中对切换后的RSU中是否缓存车辆所请求的内容进行预测；经过预测，若切换后的RSU中缓存车辆所请求内容，则向请求车辆直接返回相应数据包；若切换后的RSU中未缓存车辆所请求的内容，则将数据流切换至基站，由基站通过RSU向请求车辆返回相应的数据包。
进一步的，所述切换前RSU中数据包转发过程为：
S1:RSU接收到车辆请求的兴趣包，在未接收到返回数据包之前，将要切换到另一个RSU的覆盖范围时，需要向即将离开的RSU发送一个移动切换数据包，其中包括：车辆编号、车辆移动方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID，这个数据包不仅可以为预切换提供信息，还可以防止乒乓切换；
S2：通过RSU的等级和内容的流行度对目标RSU中是否缓存车辆所请求内容进行预测；
S3：通过预测结果P与设定阈值θp的比较，判断目标RSU中是否缓存车辆所请求内容；
S4：若目标RSU中缓存有车辆所请求的内容，RSU将车辆请求兴趣包转发给目标RSU；
S5：若目标RSU中没有缓存有车辆所请求的内容，RSU将请求兴趣包发送到基站，并给目标RSU发送一个包含兴趣包路由信息的数据包，以便目标RSU更新路由表。
进一步的，所述切换后RSU中数据包的转发过程具体为：
(1)当RSU中缓存车辆所请求内容时：接收到来自其他RSU转发的兴趣包；向目标请求车辆返回与兴趣包相对应的回程数据包；
(2)当RSU中没有缓存车辆所请求内容时：接收到来自其他RSU包含兴趣包路由信息的数据包；接收来自基站的回程数据包；将来自基站的回程数据包转发到目标请求车辆。
进一步的，所述利用RSU的等级和内容的流行度这两个参数建立概率模型，具体如下：
车辆切换后的RSU中缓存车辆所请求内容的概率P可由下式得出：
P＝ν*G+μ*popu
其中，G是RSU的等级，popu是所请求内容的流行度；其中，RSU等级是由RSU中缓存内容块的数量和内容块在不同内容流行等级上的分布来决定的，RSU中缓存该内容的概率由RSU等级和内容的流行度共同决定，μ、ν分别为RSU等级G和所请求内容的流行度popu这两个事件影响切换后的RSU中缓存车辆所请求内容的概率P的权重，其中μ＞ν，μ+ν＝1。
进一步的，在切换前RSU中数据包的转发中，移动切换数据包包含车辆编号、车辆方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID，假设每个RSU维护一个ID，每个RSU_ID都是独一无二的，车辆在每次切换的时候都会发送移动切换包，当检测到一个新RSU_ID时，首先查询移动切换包中是否包含该RSU_ID,若不包含，则断开与当前RSU的连接，建立新的RSU连接；若包含，此时切换将不会发生，从而防止乒乓切换。
本发明的优点及有益效果如下：
本发明在考虑车辆移动导致网络拓扑改变带来的数据包转发问题的基础上，设计了一种基于ICN车联网的预切换机制，首先根据RSU中缓存内容块的流行度和数量，对RSU进行等级划分；然后同时考虑RSU等级和内容流行度建立概率模型，对切换后的RSU中是否缓存车辆所请求的内容进行预测，解决了由于车辆的移动性而导致网络拓扑不断变化的数据包转发问题，而且还提出了一种防止乒乓切换问题的方法，减少了传输时延和丢包率，提高了内容的检索效率,也提高了车辆的服务质量。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例基于ICN车联网的切换应用场景图；
图2为切换前RSU中数据包的转发过程；
图3为切换后RSU中数据包的转发过程；
图4是本发明定义的切换时发给RSU的移动切换数据包。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种在ICN车联网应用中基于RSU等级和内容流行度的预切换机制，其切换前RSU和切换后RSU中数据包的转发过程，具体如下：
如图2所示，切换前RSU中数据包转发如下所示：
S1:RSU接收到车辆请求的兴趣包，在未接收到返回数据包之前，将要切换到另一个RSU的覆盖范围时，需要向即将离开的RSU发送一个移动切换数据包，其中包括：车辆编号、车辆移动方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID，这个数据包不仅可以为预切换提供信息，还可以防止乒乓切换；
S2：通过RSU的等级和内容的流行度对目标RSU中是否缓存车辆所请求内容进行预测；
S3：通过预测结果P与设定阈值θp的比较，判断目标RSU中是否缓存车辆所请求内容；
S4：若目标RSU中缓存有车辆所请求的内容，RSU将车辆请求兴趣包转发给目标RSU；
S5：若目标RSU中没有缓存有车辆所请求的内容，RSU将请求兴趣包发送到基站，并给目标RSU发送一个包含兴趣包路由信息的数据包，以便目标RSU更新路由表。
如图3所示，切换后RSU中数据包的转发，如下所示：
(1)当RSU中缓存车辆所请求内容时：
S1：接收到来自其他RSU转发的兴趣包；
S2：向目标请求车辆返回与兴趣包相对应的回程数据包；
(2)当RSU中没有缓存车辆所请求内容时：
S1：接收到来自其他RSU包含兴趣包路由信息的数据包；
S2:接收来自基站的回程数据包；
S3：将来自基站的回程数据包转发到目标请求车辆；
2、在切换前RSU中数据包的转发中，S2的预测是基于概率模型的，其特征在于，利用RSU的等级和内容的流行度这两个参数建立概率模型，具体如下：
车辆切换后的RSU中缓存车辆所请求内容的概率P可由下式得出：
P＝ν*G+μ*popu
其中，G是RSU的等级，popu是所请求内容的流行度；其中，RSU等级是由RSU中缓存内容块的数量和内容块在不同内容流行等级上的分布来决定的。RSU中缓存该内容的概率由RSU等级和内容的流行度共同决定，其中μ＞ν，μ+ν＝1。
3、在切换前RSU中数据包的转发中，S1中的移动切换数据包，包含车辆编号、车辆方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID。假设每个RSU维护一个ID，每个RSU_ID都是独一无二的，车辆在每次切换的时候都会发送移动切换数据包，当检测到一个新RSU_ID时，首先查询移动切换数据包中是否包含该RSU_ID,若不包含，则断开与当前RSU的连接，建立新的RSU连接；若包含，此时切换将不会发生，从而防止乒乓切换。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (2)
1.一种ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法，其特征在于，包括切换前RSU和切换后RSU中数据包的转发过程，利用RSU等级和内容流行度建立概率模型；车辆在不同RSU之间发生切换时，通过概率模型在切换前的RSU中对切换后的RSU中是否缓存车辆所请求的内容进行预测；经过预测，若切换后的RSU中缓存车辆所请求内容，则向请求车辆直接返回相应数据包；若切换后的RSU中未缓存车辆所请求的内容，则将数据流切换至基站，由基站通过RSU向请求车辆返回相应的数据包；
所述切换前RSU中数据包转发过程为：
S1:RSU接收到车辆请求的兴趣包，在未接收到返回数据包之前，将要切换到另一个RSU的覆盖范围时，需要向即将离开的RSU发送一个移动切换数据包，其中包括：车辆编号、车辆移动方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID，这个数据包不仅可以为预切换提供信息，还可以防止乒乓切换；
S2：通过RSU的等级和内容的流行度对目标RSU中是否缓存车辆所请求内容进行预测；
S3：通过预测结果P与设定阈值θp的比较，判断目标RSU中是否缓存车辆所请求内容；
S4：若目标RSU中缓存有车辆所请求的内容，RSU将车辆请求兴趣包转发给目标RSU；
S5：若目标RSU中没有缓存有车辆所请求的内容，RSU将请求兴趣包发送到基站，并给目标RSU发送一个包含兴趣包路由信息的数据包，以便目标RSU更新路由表；
所述切换后RSU中数据包的转发过程具体为：
(1)当RSU中缓存车辆所请求内容时：接收到来自其他RSU转发的兴趣包；向目标请求车辆返回与兴趣包相对应的回程数据包；
(2)当RSU中没有缓存车辆所请求内容时：接收到来自其他RSU包含兴趣包路由信息的数据包；接收来自基站的回程数据包；将来自基站的回程数据包转发到目标请求车辆；
所述利用RSU的等级和内容的流行度这两个参数建立概率模型，具体如下：
车辆切换后的RSU中缓存车辆所请求内容的概率P可由下式得出：
P＝ν*G+μ*popu
其中，G是RSU的等级，popu是所请求内容的流行度；其中，RSU等级是由RSU中缓存内容块的数量和内容块在不同内容流行等级上的分布来决定的，RSU中缓存该内容的概率由RSU等级和内容的流行度共同决定，μ、ν分别为RSU等级G和所请求内容的流行度popu这两个事件影响切换后的RSU中缓存车辆所请求内容的概率P的权重，其中μ＞ν，μ+ν＝1。
2.根据权利要求1所述的一种ICN车联网中基于RSU等级和内容流行度的预切换方法，其特征在于，在切换前RSU中数据包的转发中，移动切换数据包包含车辆编号、车辆方向、前一个RSU_ID和当前RSU_ID，假设每个RSU维护一个ID，每个RSU_ID都是独一无二的，车辆在每次切换的时候都会发送移动切换包，当检测到一个新RSU_ID时，首先查询移动切换包中是否包含该RSU_ID,若不包含，则断开与当前RSU的连接，建立新的RSU连接；若包含，此时切换将不会发生，从而防止乒乓切换。
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