基于交通流特征和網絡編碼的vanet文件傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及文件傳輸領域，特別涉及一種車輛自組織網絡VANET的文件傳輸方 法。
【背景技術】
[0002] 由于VANET在智能交通系統中有很好的應用前景，目前已獲得了普遍的關注。 VANET是移動自組網絡MANET(MobileAd-hocNETworks)的一種特例，它和MANET具有相同 的自組織、無中心的特性的同時還與其存在很多的不同之處，這些差異主要表現在網絡結 構實現技術以及采用的相關標準上等。
[0003] 現有的VANET路由傳輸技術有很多，一般的用戶應用（比如一些交通信息查詢） 這些端到端的數據傳輸應用需要單播協議，VANET的拓撲變化快、城市道路節點分布不均 勻、障礙物阻礙傳輸信號的特點使得基于拓撲的路由協議不適合。目前研宄最多的是基于 地理位置的路由協議，因為基于地理位置的路由協議只需維護局部的節點位置信息，可以 很好的適應VANET傳統的貪婪地理路由常常面臨信道質量差、拓撲空洞和局部最大等問 題，為了解決這些問題先后提出了基于街道拓撲的錨路由機制，基于道路密度車輛位置信 息等實時路況的路由，基于移動性預測的路由。但是這些技術由于側重某一類情景，適用性 并不廣且都存在著某一方面的問題：基于街道拓撲的路由使得數據沿著街道轉發，提高了 信道質量，但是沒有解決局部最大的問題；基于道路密度的路由考慮了道路上節點密度，選 擇密度大的道路進行路由減少了局部最大現象，但是道路密度的獲取方式仍存在成本高或 精度低的問題；基于預測的路由中對鏈路有效時間進行預測可以優先選擇鏈路有效時間長 的路徑，提高了鏈路的穩定性，但是沒有考慮傳輸路徑的反復性，增加了傳輸跳數和傳輸時 延；基于位置的預測雖然選擇距離目的節點最近的節點進行轉發，但忽略了鏈路的穩定性 問題，因此如何實現路徑的高穩定性和低時延及對信息的有效傳遞，值得進一步的研宄。
[0004] 除了上述基于地理位置的路由協議外，針對如何改善VANET網絡的傳輸性能， 網絡編碼作為一種提高網絡吞吐率的技術，是否能應用到VANET網絡和如何應用到VANET 網絡中也成為了熱點，當前將網絡編碼技術應用在VANET網絡上已經有了一些相關的 研宄成果，有一些研宄取得了良好的效果。比較典型的有UCLA大學的研宄小組提出的 CodeTorrent，這個協議將網絡編碼技術和P2P協議相結合，在VANET上實現了一個高效的 內容分發網絡。它驗證了使用了網絡編碼技術的P2P協議較傳統的P2P協議性能有了大幅 度的提升。但其的不足之處在于：網絡編碼技術僅適用于P2P網絡數據分發，應用場景比較 少；協議要求不在P2P網絡中的節點也要參與文件的緩存與分發，占用了大量的帶寬；其雖 然在提高吞吐量上得到了一定的成果，可是過于冗余的編碼容易導致更大的協議支出，且 有針對較大文件的傳輸時，過高的時延讓其性能表現的不是很好。
[0005] 當前現有的研宄雖然有基于地理位置的路由協議，但其有著相當的局限性且缺乏 對道路整體的交通流特征的考慮，由于VANET節點移動的固有特性，其與傳統的MANET最大 的區別就是VANET以車輛作為節點，而車行駛的道路是固定的，那么車輛節點的移動軌跡 受制于道路，所以其節點的分布和運動受交通流的影響。
【發明內容】
[0006] 基于上述分析，可以結合這些道路上交通流的形態來研宄如何選擇一個有效的中 繼節點，從而提高車輛間通信時間的可行性，可見研宄車聯網需要結合交通流理論，而網絡 編碼又能夠有針對性的提高車聯網中信息丟包率高的問題。因此，本發明提出了一種結合 交通流特征和網絡編碼的VANET文件傳輸方法。
[0007] 本發明采取了以下技術方案：
[0008] 一種基于交通流特征和網絡編碼的VANET文件傳輸方法，適用于以下場景：當多 個所占存儲空間較大的多媒體文件F正在一個區域中被多個車輛用戶請求下載，該區域由 多個AP組成，文件F經由各個AP來傳輸給位于其區域的各個車輛，其中每個AP都是F的 源節點，每個車輛對于其他車輛來說都是中繼節點，同時也是目的節點。
[0009] 所述方法包括以下步驟：
[0010] 步驟1 :AP把文件F被切割成n個等大小的信息包并執行網絡編碼：讀取此時段交 通流特征決定package大小和數目n，對原始數據包X、Y進行切割分塊處理（xl，...，xn， yl，. . .，yn)，并分別對同編號的xi、yi進行編碼。
[0011] 步驟2 :中繼節點收到編碼包后再次編碼發給目的節點：經過中繼節點選擇機制， 選擇中繼節點VI，中繼節點VI把收到的編碼包A'、B'、C'對于各個package位置的有效 package再次進行編碼，編碼得到新的編碼包D、E并傳給V2。
[0012] 步驟3 :目的節點解碼，得到源信息：目的節點V2收到了由源節點S直接傳過來的 A、B、C和VI傳過來的D、E，其中A、B、C包文件在各個package位置可能會有較大的丟包 率，而經VI傳過來的D、E信息包則相對會較完整，有較多的有效package。
[0013] 其中，所述被切割成的信息包大小和數目結合此區域當前時段的交通流特征和源 文件大小進行設置，保證在此路段在每一時段的傳輸效率最大化。
[0014] 其中，所述中繼節點選擇機制具體為：根據車輛交通流密度將其分成飽和交通流， 非飽和交通流和稀疏交通流3種交通流密度；節點根據收到的鄰居節點發來的Beacon中的 位置信息，將節點的每個鄰居節點根據距離自身節點的距離分別劃歸至三組中，其中，N組 由到本節點的距離小于DN的鄰居節點組成，M組由到本節點的距離大于DN且小于DM的鄰 居節點組成，F組由到本節點的距離大于DM的鄰居節點組成；當車輛處于飽和交通流環境 中時，優先選擇F組的車輛節點進行通信，其次是M組，最后是N組；當車輛處于非飽和交通 流環境中時，優先選擇M組的車輛節點來通信，其次是N組，最后是F組；當車輛處于非飽和 交通流環境中時，優先選擇N組的車輛節點來通信，其次是M組，最后是F組。
【附圖說明】
[0015] 圖1是基本的VANET信息傳輸場景圖；
[0016] 圖2是VANET通信流程圖；
[0017] 圖3是本發明的方法中TrafficCode網絡編碼工作原理圖；
[0018] 圖4是鄰居節點分組示意圖；
[0019] 圖5是本發明的方法中飽和交通流的中繼選擇示意圖；
[0020] 圖6是本發明的方法中非飽和交通流的中繼選擇示意圖；
[0021] 圖7是本發明的方法中稀疏交通流的中繼選擇示意圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0023] 基本的VANET信息傳輸場景如附圖1所示。在城市中均勻分布多個AP熱點，在 其覆蓋范圍內，車接收AP熱點廣播的數據，同時車與車之間也進行通信，如圖1中車節點 al。即VANET通信主要分為路邊接入熱點AP和車之間的通信（v2I)以及車和車之間的通信 (v2v)這