一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法

摘要

一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，数据分发中心通过设置的基站将数据以广播的方式对选定区域内的车辆节点进行数据分发，每个车辆节点都装备单射频无线接收器，每一个基站都有从数据分发中心获得的相同的源文件F；应用符号位编码对分发数据进行编码，当车辆节点处于基站的广播范围内时，基站以循环的方式将数据广播到车辆节点；当车辆节点处于基站的广播范围外时，车辆节点相互之间自组织形成一个移动网络，在车辆节点间选定一组中继节点，协同在车辆节点间分发数据，实现基于编码的数据协同广播分发。本发明方法能够更灵活地适用车载网动态的环境，相比传统的网络编码方式，编码速率高，网络吞吐量大，分发时延短。

主权项

1.一种基于协同优化符号位编码的车载网数据分发方法，其特征是数据分发中心通过设置的基站将数据以广播的方式对选定区域内的车辆节点进行数据分发，每个车辆节点都装备单射频无线接收器，即支持802.11p协议的无线网络接口设备，用于数据发送和接收，每一个基站都有从数据分发中心获得的相同的源文件F，其大小为|F|，划分成M个大小相等的数据块D₁,D₂,…,D_M；每一个数据块包含N个大小相等的数据片Pe₁,Pe₂,…,Pe_N，其大小为J；每一个数据片中又包含个数据包Pa₁,Pa₂,…,Pa其中K为数据包的大小，即|F|=M*N*J；每一个数据块都应用符号位编码，当车辆节点处于基站的广播范围内时，基站以循环的方式将数据广播到车辆节点；当车辆节点处于基站的广播范围外时，车辆节点相互之间自组织形成一个移动网络，通过在车辆节点间选定一组中继节点，协同在车辆节点间分发数据，实现基于编码的数据协同广播分发，其中对车载网信道设置时间片周期用于所有车辆和基站的数据同步，在一个时间片周期内车载网信道分别作为控制信道或服务信道，控制信道时分发车辆安全信息，服务信道时分发基站要发送的源文件，所述基于编码的数据协同广播分发包括以下步骤：1）邻居车辆间信息的交互，处于控制信道时，车辆节点广播附带HELLO报文的安全消息，邻居车辆节点收到该HELLO报文后，只对收到的HELLO报文进行分析，不再对其进行转发；每个时间片周期，车辆节点都广播附带HELLO报文的安全信息，保持每个车辆节点邻居信息表的更新；2）计算车辆节点的有效性，切换为服务信道时，每个车辆节点根据邻居车辆节点数据下载状况，计算自己拥有数据对邻居车辆节点的有效性，有效性是指该车辆节点广播数据能为其所有邻居车辆节点提供有效数据的数量总和，表示该车辆节点在选择中继时的优先级；定义U(D_i,u)为车辆节点u中数据块D_i的有效性，如式（3）所示：其中，表示车辆节点u中数据块Di中符号位i对应的解码矩阵的秩，Ne(u)表示车辆节点u的所有邻居车辆节点，表示车辆节点v中数据块D_i中符号位i对应的解码矩阵的秩，当x>0，Diff(x)=x；否则，Diff(x)=0；计算出车辆节点u中各个数据块D_i的有效性，i∈[1,M]，选取有效性最大数据块作为车辆节点该时间片服务信道发送的数据，定义U(u)为车辆节点u的数据有效性，如式（4）所示：U(u)=max{U(D₁,u),U(D₂,u),…,U(D_M,u)}   （4）U(u)反应车辆节点u能为其邻居车辆提供的数据信息，同时也表示车辆节点u在访问服务信道时的优先级，有效性越大，相对应地优先级也越高；3）中继节点间的协同分发，每个车辆节点设定一个退避时延，退避时延与车辆节点的优先级成反比例关系，当车辆节点的退避时延计时器到时时，该车辆节点对信道进行侦听，侦听到信道空闲时，该车辆节点访问信道且广播其有效性最大的数据块，所述数据块经过符号位编码；否则，在该时间片内不会再访问信道；其中退避时延的设置具体为：定义Δt(u)为车辆节点u的退避时延，车辆节点u的退避时延Δt(u)定义如式（6）所示：$\mathrm{\Delta t}\left(u\right)=(1-\frac{U\left(u\right)}{N·{\left|\mathrm{Ne}\right|}_{\max }}){\mathrm{\Delta t}}_{\max }+\mathrm{Rand}(0,T_J)---\left(6\right)$其中N为数据片的个数，Δt_max表示允许最大的退避时延，|Ne|_max表示可能的最大邻居数量，T_j表示对车辆的退避时延上加上的最大的抖动，Rand(0,T_j)是一个生成0到T_j之间随机数的随机函数；通过所述基于编码的数据协同广播分发，数据中心完成对选定区域内的车辆节点的数据分发。