張建軍, 向天天, 劉征宇

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計算機與信息學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.安全關(guān)鍵工業(yè)測控技術(shù)教育部工程研究中心,安徽 合肥 230009; 3.合肥工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

一種P2P加速傳輸補償?shù)能嚶?lián)網(wǎng)協(xié)助下載方法

張建軍1,2, 向天天1, 劉征宇2,3

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 計算機與信息學(xué)院,安徽 合肥 230009; 2.安全關(guān)鍵工業(yè)測控技術(shù)教育部工程研究中心,安徽 合肥 230009; 3.合肥工業(yè)大學(xué) 機械工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)

針對公路上路側(cè)單元(road side unit,RSU)部署稀疏且通信范圍有限所導(dǎo)致的用戶在通信盲區(qū)內(nèi)無法訪問Internet的問題,對高速公路場景下的車輛在RSU覆蓋區(qū)下載數(shù)據(jù)進行模型研究,文章提出了一種P2P加速傳輸補償?shù)膮f(xié)助下載方法。該方法充分利用了車輛間P2P共享傳輸和協(xié)助車輛攜帶剩余的傳輸數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)的吞吐量,并結(jié)合數(shù)據(jù)冗余分配算法協(xié)調(diào)車輛因車速的不穩(wěn)定性引起的丟包率過高的問題。仿真結(jié)果表明,該方法提高了協(xié)助車輛的精確性、傳輸成功率和速率穩(wěn)定性,避免過多的選擇車輛導(dǎo)致的系統(tǒng)資源浪費;車輛攜帶冗余數(shù)據(jù)雖然占用了一些系統(tǒng)資源,但系統(tǒng)容錯率相應(yīng)地得到了補償性的提高。

車載自組網(wǎng)(VANET);P2P共享傳輸;差量數(shù)據(jù);冗余分配;協(xié)助下載

隨著嵌入式技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展,車輛裝有不同的傳感器收集相關(guān)狀態(tài)信息,并通過車載通信模塊與其他車輛交換信息,從而形成移動自組網(wǎng)(mobile ad hoc networks,MANET)的一種新應(yīng)用形態(tài)——車載自組網(wǎng)(vehicular ad hoc networks,VANET)。VANET可以實現(xiàn)車與車、車與環(huán)境、車與人之間的信息互換,能幫助實現(xiàn)車、環(huán)境、人之間的連通[1-2]。作為物聯(lián)網(wǎng)及移動自組網(wǎng)的一個大分支,VANET成為了當(dāng)前交通領(lǐng)域及物聯(lián)網(wǎng)研究的一大熱點,在行駛安全、交通優(yōu)化和車載娛樂等方面有著重要的作用,它是智能交通不可或缺的部分[3]。

在車聯(lián)網(wǎng)中,車輛作為一個通信節(jié)點,可以通過電信運營商的3G或4G網(wǎng)絡(luò)很方便地接入互聯(lián)網(wǎng)獲取相應(yīng)的服務(wù),但是高昂的資費和較差的服務(wù)質(zhì)量局限了這種接入方式的發(fā)展。近些年來隨著路側(cè)單元(road side unit,RSU)的大規(guī)模部署,更多的車聯(lián)網(wǎng)通信考慮的是如何利用IEEE 802.11p通信協(xié)議以及專用短程通信(dedicated short range communications,DSRC)技術(shù)將汽車通過RSU接入互聯(lián)網(wǎng),以實現(xiàn)與之進行信息交互[4-5]。然而由于公路上車輛快速的大范圍移動以及部署路側(cè)單元成本的制約,再加上有限的通信范圍,這種接入方式很容易存在通信盲區(qū)(blind area,BA),即車輛接收不到任何路側(cè)單元的信號,從而導(dǎo)致了通信的間歇性連接[6]。當(dāng)車輛節(jié)點在一個RSU通信范圍內(nèi)不能完成下載請求時,只能等待接入下一個RSU后再繼續(xù)完成下載任務(wù),這種較長時間的延遲和通信的不連續(xù)帶來很差的用戶體驗,用戶很難享受實時信息交互的便捷性和娛樂性[7]。

為了解決這種較長時間的延遲和通信的不連續(xù)性,國內(nèi)外研究者們提出了很多協(xié)助下載方法。文獻[8]中的方法主要解決協(xié)助下載中的安全問題;文獻[9]只針對協(xié)助下載中車輛的自私行為提出了一種互助激勵機制;文獻[10]提出了一種結(jié)合位置感知的流言傳播機制的SPAWN協(xié)議,它局限于道路上的全部車輛都只能主動請求下載同一網(wǎng)絡(luò)資源;文獻[11]提出了一種基于分簇的對向協(xié)助下載方法,利用分簇算法對公路上的車輛進行分簇,利用分簇車輛組攜帶數(shù)據(jù),在對向行駛過程中為用戶車輛提供協(xié)助下載服務(wù),其中的簇變化快,維護簇的成本太高;文獻[12]提出的協(xié)助方法主要考慮了RSU部署策略,不同協(xié)助車輛選擇算法的評估以及數(shù)據(jù)分塊方案;文獻[13]將相鄰2個RSU之間的通信盲區(qū)分成大小不一的動態(tài)時槽,再通過其提出的方法選出協(xié)助車輛組,在對向行駛過程中把攜帶的用戶所需數(shù)據(jù)在相遇時傳遞給目標(biāo)車輛,其中對向通信時間太短,吞吐量不夠理想。本文提出的協(xié)助下載方案主要是當(dāng)RSU內(nèi)的車輛發(fā)起資源請求時,若所請求的資源已有周邊車輛下載過,則依據(jù)車速、位置等信息從中選擇最佳車輛協(xié)助下載,以車輛間P2P資源共享方式實現(xiàn);若沒有,則通過RSU直接從Internet下載,如果預(yù)計在RSU內(nèi)無法完成下載任務(wù),那么同樣需要選擇協(xié)助車輛下載請求車輛剩余數(shù)據(jù)進行協(xié)助下載。本方法通過優(yōu)化RSU內(nèi)通信,削弱帶寬競爭,減輕系統(tǒng)負(fù)載,以此實現(xiàn)相同時間內(nèi)車輛的數(shù)據(jù)吞吐量達到最大。

1 協(xié)助下載方案

1.1 場景分析及建模

現(xiàn)假設(shè)每輛車均具備車-RSU和車-車無線通信能力,且每輛車的傳輸通信能力是相同的,車輛在每個時間片只能和一個協(xié)助車輛連接。公路交通狀況良好,車輛移動時不發(fā)生交通事故或是影響車輛正常運行的其他故障,信道條件是理想的。RSU可以根據(jù)車載用戶提出的下載請求在Internet上尋找相應(yīng)的數(shù)據(jù),且RSU尋找資源的能力足夠強[6]。

結(jié)合公路的數(shù)據(jù)通信特點,本文將公路通信分為兩類:① RSU通信覆蓋區(qū)域。進入到該區(qū)域的車輛節(jié)點可以通過RSU接入 Internet,該區(qū)域覆蓋范圍為300～1 300 m;② 鏈接空洞區(qū)域。該區(qū)域中的車載節(jié)點與互聯(lián)網(wǎng)失去聯(lián)系,只能通過 Ad hoc 鏈接與其通信半徑內(nèi)的其他節(jié)點通信。車道場景模型如圖1所示。

圖1 車道場景模型圖

每輛車進入RSU通信范圍后都要發(fā)送交通信息注冊包進行車輛交通信息注冊,包含的關(guān)鍵字段如下:

車輛ID;車輛速度v;車輛注冊時間t;車輛位置信息p。

每輛汽車進入RSU區(qū)域后都要注冊自己的ID、速度、方向、位置以及進入RSU的時間。RSU中維護了一個其通信范圍內(nèi)所有汽車的交通信息注冊列表，具體如下：

TrafficList={(ID0,v0,t0,p0),…,(IDn,vn,tn,pn)}。

在注冊自己交通信息的同時車輛還需要注冊自己所攜帶的資源信息。RSU維護著一個記錄本通信范圍內(nèi)車輛所攜帶的資源信息列表DataList。DataList表中包含了文件的關(guān)鍵字和擁有相應(yīng)資源的車輛ID號。

車輛不斷更新速度信息、位置信息及資源信息,同時RSU也不斷更新自身所維護的列表中的記錄。當(dāng)RSU超過一段預(yù)定時間接收不到某車輛的更新消息時，則說明該車輛已經(jīng)駛出該RSU區(qū)域。約定速度以RSU的順時針方向為正,以區(qū)分車輛的相對方向。

協(xié)助下載過程為:

(1) 當(dāng)RSU內(nèi)某一車輛有下載信息的需求時,發(fā)送請求信息。

(2) RSU收到后,查詢DataList,判斷該資源是否已有周邊車輛下載過。

(3) 如果存在,那么選擇一輛最佳車輛與之進行P2P分享,并以此車輛作為協(xié)助下載車輛;反之,則通過RSU直接從Internet獲取資源。

(4) 當(dāng)直接從Internet獲取資源時,如果根據(jù)計算得出指定時間內(nèi)無法完成全部數(shù)據(jù)下載,那么立即搜尋目標(biāo)車輛的同方向的鄰居車輛,確定協(xié)助車輛。

(5) 開始對目標(biāo)車輛和協(xié)助車輛傳輸同一個文件的不同塊的下載內(nèi)容。

(6) 當(dāng)目標(biāo)車輛駛出通信范圍后,就會向鄰居車輛發(fā)送數(shù)據(jù)包,與協(xié)助車輛建立連接。

(7) 通信建立好后,從協(xié)助車輛處下載文件,從而獲得文件的一個部分,而不是等待車輛進入下一個RSU時恢復(fù)下載。

1.2 基于P2P傳輸?shù)能囕v間資源共享

在上述模型基礎(chǔ)上構(gòu)建一個覆蓋VANET應(yīng)用層的P2P網(wǎng)絡(luò),以實現(xiàn)車輛間文件的快速共享傳輸。若車輛在RSU內(nèi)發(fā)起的資源請求所下載的資源已有周邊車輛下載過,則可以采用基于P2P傳輸?shù)姆绞竭M行車輛間資源共享,削弱車輛間的帶寬競爭,加速下載過程,增大RSU的吞吐量。

由模型可知,RSU作為Tracker服務(wù)器,記錄網(wǎng)絡(luò)中車輛的詳細(xì)交通信息和所攜帶資源信息,需要維護的2個存儲列表為車輛節(jié)點交通信息索引列表TrafficList和資源信息列表DataList。TrafficList表中的車輛節(jié)點交通信息包括車輛的ID號、速度、運動方向和位置等信息。DataList表中包含了文件的關(guān)鍵字和擁有相應(yīng)資源的車輛ID號。

初始化時,TrafficList表和DataList表中分別記錄有RSU覆蓋范圍內(nèi)所有車輛節(jié)點的交通信息及其攜帶的文件信息。當(dāng)有車輛的加入和離開時,RSU會及時更新TrafficList表和DataList表,添加或者刪除車輛和文件的信息。一旦車輛加入后,就立即執(zhí)行相應(yīng)的共享機制。

資源搜索流程如圖2所示,當(dāng)?shù)缆飞系能囕v有下載需求時,發(fā)送請求消息給RSU,并同時設(shè)置查詢時間戳Timer。接收到請求消息的RSU會檢查本地列表是否含有相應(yīng)的資源信息。如果有,那么RSU發(fā)送攜帶有對應(yīng)資源的車輛的相關(guān)信息給請求車輛,建立連接,啟動共享傳輸機制,與之進行基于P2P傳輸?shù)能囕v間資源共享。如果沒有或者時間超出Timer,那么請求車輛將通過RSU直接從Internet下載。請求車輛完成下載任務(wù)后,RSU更新本地資源文件信息索引列表。

圖2 資源搜索流程

1.3 通過RSU直接訪問Internet通信

當(dāng)車輛發(fā)起資源請求時,若周邊車輛沒有攜帶被請求的資源,則通過RSU直接從Internet下載。當(dāng)用戶車輛發(fā)起下載請求時,發(fā)送下載數(shù)據(jù)請求包,其包含字段如下:

車輛ID;數(shù)據(jù)類型;總長度;協(xié)議類型;源地址;目的地址;負(fù)載;存活時間;校驗。

設(shè)當(dāng)前的時間為Tc,RSU數(shù)據(jù)下載帶寬為Wrsu,通信半徑為R,用戶需要下載的數(shù)據(jù)總量為Dsum。則請求車輛d在某個RSU通信覆蓋范圍內(nèi)下載時間為:

(1)

可以直接從RSU獲得的數(shù)據(jù)量為:

Drsu=αWrsuTd-rsu=

(2)

其中,α為不穩(wěn)定帶寬影響系數(shù),同當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀況有關(guān)[2]。

當(dāng)接收到TrafficList列表中車輛的下載數(shù)據(jù)請求包時,RSU會比較通信覆蓋區(qū)域內(nèi)直接從其獲取的數(shù)據(jù)量Drsu和請求數(shù)據(jù)總量Dsum的大小,估算下載的數(shù)據(jù)包在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率下所需時間,并判斷能否在車輛駛出通信覆蓋區(qū)域之前完成下載任務(wù),然后發(fā)送應(yīng)答包,主要包含的關(guān)鍵字段有車輛ID、開始下載時間t0和預(yù)計下載結(jié)束時間te。

如果檢測到車輛在RSU通信范圍內(nèi)無法完成下載任務(wù),那么需要進行輔助下載時,車輛節(jié)點發(fā)送中斷請求包請求RSU啟動差量數(shù)據(jù)協(xié)助下載功能,其數(shù)據(jù)包主要包含的關(guān)鍵字段有車輛ID、差量數(shù)據(jù)Dle和通信結(jié)束時間te。

1.4 差量數(shù)據(jù)攜帶節(jié)點分配算法

假定RSU判斷出目標(biāo)車輛在通信覆蓋區(qū)域內(nèi)不能完成下載任務(wù),估算出未完成下載的剩余下載數(shù)據(jù)量為Dle。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性和完整性,在目標(biāo)車輛一開始進行數(shù)據(jù)下載時RSU就啟動協(xié)助下載機制,在所注冊的車輛集合TrafficList中選取最佳的差量數(shù)據(jù)攜帶車輛節(jié)點集,并對所選協(xié)助車輛集按冗余分配算法進行數(shù)據(jù)分配。其中Dle應(yīng)滿足:

Dsum-Drsu≤Dle≤

0≤k≤2ρR

(3)

其中,Ts為車輛集k中第s輛協(xié)助車輛啟動協(xié)助下載功能的起始時間;λ為公路交通流;ρ為車輛密度峰值。

1.4.1 差量數(shù)據(jù)攜帶節(jié)點選擇

在RSU通信盲區(qū)內(nèi)通信策略的關(guān)鍵是要解決選擇協(xié)助車輛節(jié)點集以及選擇哪個指標(biāo)來優(yōu)化結(jié)果。本文以通信預(yù)測時長和速度方差這2個新的指標(biāo)來優(yōu)化選取協(xié)助車輛節(jié)點集。道路上的車輛速度不盡相同,選取進行協(xié)助的車輛在目標(biāo)車輛可通信范圍內(nèi)運行的時間也各不相同,因此可以統(tǒng)計在目標(biāo)車輛通信范圍內(nèi)的所有備選車輛的通信預(yù)測時間,并研究分析所得到的備選車輛集合通信預(yù)測時間的分布。

如果備選車輛節(jié)點速度較快且處在目標(biāo)車輛正前方的可通信范圍的邊緣,那么該車輛在很短的時間內(nèi)就會駛出目標(biāo)車輛的通信范圍,斷開通信,無法將自己攜帶的用戶數(shù)據(jù)傳遞給目標(biāo)車輛;如果備選車輛在目標(biāo)車輛節(jié)點的可通信范圍內(nèi),并且與目標(biāo)車輛節(jié)點速度相近,那么備選車輛就可以在目標(biāo)車輛的通信范圍內(nèi)維持較長時間,兩者間的通信時長也相應(yīng)增大,備選車輛節(jié)點有更充足的時間把自己攜帶的用戶數(shù)據(jù)傳遞給目標(biāo)車輛。因此,為了盡可能提高協(xié)助下載的成功率和數(shù)據(jù)傳輸效率,應(yīng)按在RSU通信內(nèi)盲區(qū)與目標(biāo)車輛可通信且通信時間持續(xù)較長這一準(zhǔn)則來選擇協(xié)助車輛攜帶差量數(shù)據(jù),優(yōu)先選擇速度方差較小的備選車輛節(jié)點為協(xié)助車輛是一個不錯的方案。除此之外,還要同時兼顧車速的不穩(wěn)定性對通信時長預(yù)判準(zhǔn)確性和可靠性的影響。

(1) RSU檢索自身維護的TrafficList表得到車輛速度信息,統(tǒng)計備選車輛的波動率即方差,計算公式為:

(4)

(2) 引入備選車輛節(jié)點機會權(quán)限值P來評估車輛節(jié)點的選擇權(quán)限,定義如下:

(5)

其中,ti′為在盲區(qū)中通信時間;ti為在覆蓋區(qū)中的下載時間。

在協(xié)助下載車輛的選擇過程中,在RSU通信覆蓋區(qū)內(nèi)通信時長較大且盲區(qū)內(nèi)時長相近的車輛節(jié)點為第1選擇,考慮車輛節(jié)點的速度波動對通信預(yù)測時間影響較大,可與權(quán)限構(gòu)成反比。

1.4.2 數(shù)據(jù)冗余分配算法

討論對算法選擇出的車輛節(jié)點集進行數(shù)據(jù)分配問題。因為不同的車輛節(jié)點之間同目標(biāo)車輛通信時長是不盡相同的,所以不能將差量數(shù)據(jù)平均分配給車輛節(jié)點集中的所有車輛。設(shè)車輛間數(shù)據(jù)傳輸帶寬為Wv,車間通信范圍為l,則結(jié)合統(tǒng)計的預(yù)測下載時間和通信時間得出每個數(shù)據(jù)節(jié)點的理論攜帶數(shù)據(jù)量Dpt應(yīng)滿足:

(6)

Dpt=Ds′=max{Ds0,Ds1,Ds2,…,Dsn}

(7)

考慮到車輛在行駛過程中速度的不確定性[14],為了確保數(shù)據(jù)的完整性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝?本文提出冗余數(shù)據(jù)攜帶算法(redundant data carry algorithm,RDCA),對協(xié)助下載車輛節(jié)點集中的車輛所攜帶的數(shù)據(jù)量進行時間性的邊際修正。在數(shù)據(jù)打包分配的過程中,在每個理論值數(shù)據(jù)包結(jié)尾處增加下一個數(shù)據(jù)包的前端數(shù)據(jù)量,在保證數(shù)據(jù)完整性的前提下盡可能多地下載數(shù)據(jù)量。冗余數(shù)據(jù)量Drd同下載時間t成反比,同通信時間t′成正比,協(xié)助下載車輛節(jié)點的速度波動率對冗余數(shù)據(jù)量的影響非常大,因此每個協(xié)助下載車輛節(jié)點所攜帶的冗余數(shù)據(jù)量Drd為:

(8)

按此算法分配得到的數(shù)據(jù),根據(jù)協(xié)助車輛的規(guī)模及數(shù)據(jù)量大小選擇邊際附加數(shù)據(jù)包,以避免協(xié)助下載車輛節(jié)點過快與目標(biāo)車輛斷開通信,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不完整。數(shù)據(jù)分配結(jié)束后,當(dāng)目標(biāo)車輛駛出RSU通信覆蓋區(qū)域進入通信盲區(qū),按本文提出的策略選擇出的協(xié)助下載車輛節(jié)點集中的車輛與目標(biāo)車輛建立通信連接,將自身所攜帶的用戶數(shù)據(jù)傳輸給目標(biāo)車輛。

2 系統(tǒng)仿真

本文通過VanetMobiSim和NS2仿真將本文提出的協(xié)助下載方法、SDCD協(xié)助下載方法[6]以及不使用協(xié)助下載方法進行性能比較。利用VanetMobiSim實現(xiàn)公路場景下的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計。VanetMobiSim模擬結(jié)束會生成相應(yīng)的trace文件,NS2使用該文件進行網(wǎng)絡(luò)仿真。實驗場景:根據(jù)文獻所得高速公路的RSU點通信范圍設(shè)為800 m,2個RSU之間的距離為8 km,符合高速公路上RSU點設(shè)置在服務(wù)區(qū)的實際情況。在公路上均勻分布400輛車,車輛的通信半徑為250 m,RSU區(qū)域車輛的下載速率設(shè)為150 kB/s,同向車輛協(xié)助下載速率設(shè)為200 kB/s,車速在90～150 km/h之間隨機產(chǎn)生,在車速變化上,假定車速變化的概率為p,變化的范圍為90～150 km/h,并且符合對數(shù)正態(tài)分布,假定用戶車速[11]為90 km/h。

不采用P2P傳輸補償?shù)膮f(xié)助下載方法和采用P2P傳輸補償?shù)膮f(xié)助下載方法的吞吐量情況之間的對比如圖3所示。由圖3可知,在0～50 s內(nèi)車輛在RSU的通信范圍內(nèi),當(dāng)請求車輛所請求資源已有周邊車輛攜帶,則從中選擇一輛最佳車輛作為協(xié)助車輛,啟用車輛間P2P資源共享傳輸,而另外一種無P2P傳輸機制的則直接訪問Internet,同時根據(jù)相應(yīng)策略選擇協(xié)助下載車輛。P2P傳輸補償機制有效削減了RSU車輛間帶寬競爭,增大了系統(tǒng)吞吐量,明顯高于無P2P傳輸補償機制;50 s以后車輛離開RSU的通信范圍,采用P2P傳輸補償機制的車輛只需保持之前的通信連接即可,而無P2P傳輸?shù)能囕v則要與協(xié)助車輛建立新的連接,進行協(xié)助下載。故P2P傳輸補償方法的吞吐量優(yōu)于無P2P傳輸補償?shù)囊话銋f(xié)助下載方法,且速率較為穩(wěn)定,同時減少了延遲。

圖3 2種方法吞吐量比較

本文測試了在不同數(shù)據(jù)量的下載情況下數(shù)據(jù)攜帶節(jié)點的選擇算法的合理性，并對相同數(shù)據(jù)量的下載情況下,選用數(shù)據(jù)攜帶節(jié)點冗余算法的下載策略與無協(xié)助車輛的下載以及SDCD協(xié)助下載情況進行了對比分析。

在不同的數(shù)據(jù)量下測試帶機會權(quán)限的選擇算法和隨機選擇車輛情況下對數(shù)據(jù)傳輸成功率的影響如圖4所示。

圖4 車載節(jié)點請求文件大小對傳輸率的影響

顯然,帶機會權(quán)限的選擇算法選擇了更加優(yōu)化的數(shù)據(jù)攜帶節(jié)點,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?但隨著數(shù)據(jù)量的增加,車輛節(jié)點中速度波動的不確定性、通信時間預(yù)測的不穩(wěn)定性及鏈路中斷丟包率增加導(dǎo)致的傳輸效率的降低是不可避免的。

不采用協(xié)助下載方法、SDCD協(xié)助下載方法和差量數(shù)據(jù)冗余協(xié)助下載方法的吞吐量情況之間的比較如圖5所示。

圖5 3種不同方法吞吐量的比較

由圖5可知,在起始的50 s內(nèi),用戶車輛處于RSU通信范圍內(nèi)并以150 kB/s的速率下載數(shù)據(jù);50 s以后用戶車輛駛出RSU的通信范圍,不采用協(xié)助下載方法的車輛在盲區(qū)與Internet服務(wù)斷開,需要等待300 s左右的時間進入下一個RSU通信區(qū)才能繼續(xù)下載任務(wù)。與此對應(yīng)的采用SDCD協(xié)助下載方法的車輛可從協(xié)助車輛上獲取10 M的數(shù)據(jù),而采用差量數(shù)據(jù)冗余協(xié)助下載方法的車輛則可以下載到13 M的數(shù)據(jù),該方法的吞吐量高于SDCD協(xié)助下載方法。顯然,SDCD協(xié)助下載方法雖能夠有效地改善目標(biāo)車輛吞吐量,但是,由于協(xié)助下載車輛選擇方法的局限性,沒有考慮到因為車輛速度的變化,車輛之間的通信時長可能會變長而導(dǎo)致在能夠通信的范圍內(nèi)沒有充分利用車輛的下載功能，所以,本文提出了帶冗余數(shù)據(jù)量的協(xié)助下載方法,充分考慮了車輛行為的多變性,利用盡可能多傳輸數(shù)據(jù)協(xié)助下載車輛進行文件的下載,獲得了較高的吞吐量。

為了比較P2P加速傳輸補償?shù)牟盍咳哂嘞螺d方法在下載實際文件時的延遲(delay,D)和平均帶寬(average bandwidth,AB),分別使用3種方法下載長度為8.4、26.9、56.2 MB的文件,見表1所列。在不采用協(xié)助下載的情況下,隨著文件長度的增加平均帶寬逐漸減少,并且平均帶寬水平非常低。而使用SDCD協(xié)助下載方法和P2P加速傳輸補償?shù)牟盍咳哂嘞螺d方法時,隨著文件長度的增加,平均帶寬逐漸增大。當(dāng)下載大于26.9 MB文件時,采用P2P加速傳輸補償?shù)牟盍咳哂嘞螺d方法的平均帶寬在47.5 kB/s以上,明顯高于SDCD協(xié)助下載方法的39.4 kB/s和不采用協(xié)助下載方法的15.6 kB/s,這是由于采用P2P加速傳輸補償?shù)牟盍咳哂鄥f(xié)助下載方法比SDCD協(xié)助下載方法更充分利用了車輛間的P2P共享傳輸機制,同時優(yōu)化了協(xié)助車輛選取策略。因此,采用P2P加速傳輸補償?shù)牟盍咳哂鄥f(xié)助下載方法性能優(yōu)于SDCD協(xié)助下載方法。

表1 下載不同大小文件的延遲(D)和平均帶寬(AB)

3 結(jié) 論

本文通過對高速公路場景下的車輛在RSU覆蓋區(qū)進行數(shù)據(jù)下載的模型進行研究,提出了利用車輛間P2P共享傳輸和協(xié)助車輛攜帶剩余的傳輸數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)的吞吐量,并結(jié)合數(shù)據(jù)冗余分配算法協(xié)調(diào)由于車速的不穩(wěn)定性引起的丟包率過高的問題。實驗結(jié)果證明,該方法提高了協(xié)助車輛的精確性及傳輸成功率,避免過多地選擇車輛導(dǎo)致的系統(tǒng)資源浪費;同時帶冗余數(shù)據(jù)的車輛雖然占用了不少系統(tǒng)資源,但也在一定程度上提高了系統(tǒng)的容錯率。在實際的道路交通狀況下,用戶車輛可能于盲區(qū)內(nèi)發(fā)起下載請求,下一步的研究工作將考慮利用無線自組網(wǎng)的傳輸模型研究符合高速公路特點的盲區(qū)請求高效輔助傳輸策略。

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AP2PaccelerationtransmissioncompensationcooperativedownloadingapproachinVANET

ZHANG Jianjun1,2, XIANG Tiantian1, LIU Zhengyu2,3

(1.School of Computer and Information, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Engineering Research Center of Safety Critical Industrial Measurement and Control Technology of Ministry of Education, Hefei 230009, China; 3.School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

To overcome the problem that users in communication blind area cannot get access to the Internet due to the sparse deployment of road side unit(RSU) on highway and the limited communication range, a P2P acceleration transmission compensation cooperative downloading method is proposed based on the model of data downloading within RSU network’s coverage areas in highway scenarios. The approach takes advantage of P2P share transmission between the vehicles and utilizes other vehicles to help carry the rest of the transmission data to improve the throughput of the system, and integrates data redundancy allocation algorithms to coordinate packet loss rate problem caused by the instability of vehicle speed. The simulation results show that the presented scheme can improve the accuracy and success rate of assisted transport vehicles, and avoid the waste of system resources resulting from the excessive choice of vehicles. Although vehicles with redundant data occupy some system resources, the error tolerant rate of the system is improved.

vehicular ad hoc networks(VANET); P2P share transmission; redundant data; redundancy allocation; cooperative downloading

2016-02-22；

2016-04-18

國家電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金資助項目(工信部財函[2011]506號)

張建軍(1963-),男,浙江寧波人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,碩士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.09.008

TP393.03

A

1003-5060(2017)09-1186-07

(責(zé)任編輯 閆杏麗)