基于轨迹挖掘的公交车自组织网络路由机制

数据传递是车载自组织网络(VANET)应用不可或缺的组成部分.在城市中,公交车网络具有覆盖面广、行驶线路固定等特点,VANET应用中的数据传递可以通过公交车自组织网络实现,但公交车网络能否在VANET数据传递中发挥其独特的作用取决于对公交车运行规律的挖掘和利用的程度.文中提出了一种公交车自组织网络的路由机制Vela,该机制依托从公交车历史轨迹中挖掘的公交车运行时空规律,建立了公交车数据传递的概率时空模型,并给出了基于路段上公交线路相遇的数据传递路径的选择策略.与已有相关研究相比,Vela路由机制一方面以路段为粒度刻画了公交车运行的时空规律,这使得所获得的公交车运行规律兼具准确性和稳定性,另一方面,基于公交车运行规律估算路段上数据传递的延迟和可靠性,能获得尽可能好的服务质量级别的数据传递路径.实验结果表明采用Vela路由机制能实现具有高到达率和低延迟的数据传递,而且Vela路由机制具有较强的可伸缩性.     

车载自组织网络中一种连通度感知的可靠数据分发机制

车载自组织网络可以通过多跳无线广播实现远距离的数据传输,但网络拓扑的快速变化和无线通信质量的不稳定会导致数据传输性能的不稳定.为了应对这些挑战,文中提出了一种适用于城市场景的可靠的、连通度感知的数据分发机制.该机制利用实时收集的交通流量数据,建立路口车辆排队长度变化的马尔可夫模型,并基于此模型估算路段间无线网络连通度的实时变化,以便数据沿最小延迟路径进行转发.该机制还考虑到城市环境对无线信号的干扰,用覆盖消除规则改进了贪心广播算法,通过多候选转发策略增强了路段间数据传输的可靠性.模拟实验结果表明,与基于传染病的数据分发协议、基于静态节点的自适应数据分发协议相比,文中提出的机制能实现高可靠、低延迟的数据分发.     

车载自组织网络中的数据传递

基于车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)的数据传递为 VANET 应用提供数据传输服务,是车辆主动安全、城市生活服务、应急救援等应用不可或缺的组成部分。然而,由于网络拓扑变化快、网络分区频繁、信道容量有限,VANET 数据传递面临诸多挑战。文章分析了 VANET 特点,指出了影响 VANET 数据传递的主要因素,进而综述了已有的 VANET 数据传递技术,包括数据传递的基本实现方法和提高数据传递能力的优化策略。     

基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制

车载自组织网络（VANET）是一个高度动态的通信网络,设计稳定的数据分发机制是一个很大的挑战。将关注数据内容的命名数据网络（NDN）应用于车载自组织网络中,能有效缓解网络拓扑频繁变化所带来的问题。首先,优化命名数据网络的消息类型和数据结构;然后,结合车载自组织网络的特性,提出根据路段建立路由的方式,减少数据分发的开销。仿真实验结果表明,所提出的基于命名数据网络的车载自组织网络数据分发机制与应用于车载自组织网络数据分发的传统命名数据网络算法对比,数据转发平均命中率（AHR）提高大约53个百分点,平均转发次数减少大约0.4。因此提出的基于命名数据网络的车联网数据分发机制,采用新的路由方式,能够提高数据分发效率。     

车联网RSU单元下行流量的性能研究

基于802.11p/WAVE的车联网是一项涉及道路交通、无线通信、自组织系统等多学科综合性的技术领域,车联网中,RSU单元可作为AP,让在行驶的汽车中的人们可以随时随地接入Internet,其中,如何建立RSU单元的下行流量模型是一个关键问题.通过引入车辆密度概率质量函数,分析车联网MAC层车辆通过RSU设备访问Internet的信道竞争情形,提出了适用于高速公路交通场景的RSU单元网络吞吐量模型,并推导出RSU上行及下行流量的性能解析式.针对RSU单元通信范围有限、相邻RSU单元之间可能存在盲区的问题,提出了一种利用同向行驶的车辆协助数据下载的VCoDS方案,以达到提高某时间段RSU的下行流量的目标.仿真实验结果证实,VCoDS方案可有效提高RSU单元的下行流量.     

车用自组织网络中数据聚合算法综述

具有短距离通信能力的车载设备的改进和短距离微波通信授权频谱的分配推动了智能交通系统应用的发展,促进了车用自组织网络(VANET)的研究。对于VANET上的应用数据分发是各类应用实现的基础,同时数据聚合又是实现数据分发的关键技术。介绍了VANET的概念和网络构架,给出了当前VANET上的一些典型应用;详细阐述了VANET上的数据分发的基本结构,并对数据聚合算法的研究现状进行了详细的分析和比较;最后总结并展望了VANET上的数据聚合在未来一段时间的研究重点。     

IEEE 802.11p协议MAC层自适应移动性改进研究

针对VANET环境下标准IEEE 802.11p协议的MAC层对车辆移动性因素支持不足的问题,对IEEE 802.11p协议MAC层自适应移动性机制进行了研究。首先,构建了一种VANET通信场景;然后,基于构建的通信场景,分别基于节点邻居数量和节点相对速度提出了一种P持续CSMA/CA机制和一种基于节点相对速度的动态优先级管理机制;最后,基于Veins仿真平台构建了测试场景,并对提出的改进机制进行了仿真测试。测试结果表明提出的两种机制能够有效增加系统吞吐量、减少丢包数量、降低平均数据传输延迟和平均数据重传次数,显著提升了VANET网络性能。     

不同场景中VANET路由协议的仿真研究

仿真场景的构建对于车载自组网的性能具有很大的影响。在NS2网络仿真平台中添加了节点城区移动模型和存在障碍物时的无线信号传播模型,建立了VANET的网络模型,分别在三种不同场景中对DSR路由协议的性能进行了仿真分析。结果表明,在真实的仿真场景中VANET的性能有所恶化。达到了较为真实的仿真VANET的目的,得出的结论对VANET的仿真研究具有一定的参考价值。     

车载自组织网络环境下基于软件定义网络的数据协作调度算法

针对车载自组织网络（VANET）中路侧单元（RSU）应答车辆请求效率低下的问题,提出基于软件定义网络（SDN）的数据调度算法SDDS。首先,依据车辆状态信息生成策略冲突图,并求解其最大权重独立集,实现单个周期内被应答请求数目最大化;其次,通过分析数据在车辆节点中的冗余度对系统服务能力的影响确定最优参数,设计了一种基于地理位置的协助车辆挑选机制;最后,分析跨区切换车辆的特点和影响多RSU协作的因素,提出一种基于冲突避免的多RSU协作机制;此外,提出了新的评价指标——服务效能来评价系统的整体服务质量。仿真实验中,相比请求数目优先算法（MRF）和协作数据分发算法（CDD）,SDDS的服务效能最高增幅达到15%和20%。仿真结果表明,SDDS能显著提高调度系统的服务效率和质量。     

基于喷泉码的车联网数据分发方案

数据传播是用于向终端用户提供信息娱乐和安全服务的主要技术之一,在该过程中,位于特定区域的车辆（OBUS）接收由路边单元（RSU）广播的数据。然而,当车辆移动较快,广播内容的数据量较大时,车辆很难在一个RSU的通信范围内收集到完整的广播内容。针对这一问题,论文提出了一种基于喷泉码的多RSU协同数据传输方案,将源数据以喷泉码编码,由多个RSU同时注入到车载自组织网络（VANET）中,RSU根据所处位置以及周边行驶车辆速度、密度使用模糊逻辑决策发送喷泉编码包数量。区域内车辆通过车对车（V2V）通信共享数据包,车辆获取到足够的编码包后重建源数据。实验结果表明,该方案在保证交付率的前提下,有效地降低了交付时间,实现了性能的明显提升。     

Dissemination of safety messages in IEEE 802.11p/WAVE vehicular network: Analytical study and protocol enhancements

Multi-channel IEEE WAVE 1609.4 protocol has been proposed to guarantee the co-existence of safety and non-safety applications over the same Vehicular Ad hoc NETwork (VANET) scenario. While the usage of multi-channel avoids the risk of collisions between applications allocated on different frequencies, its implementation on a single-radio transceiver poses some major concerns about the effective utilization of the channel resources. In this paper, we study the performance of safety applications over multi-channel single-radio VANETs, and we present three novel contributions in this regard. First, we propose an analytical analysis and a simulation study of IEEE 1609.4. We show the harmful impact of synchronous channel switching on the message delay and delivery ratio. Second, we investigate the problem of dissemination of safety broadcast messages over multi-channel VANETs, where the network is intermittently disconnected, due to the alternation of control and service intervals. Finally, we propose a WAVE-enhanced Safety message Delivery (WSD) scheme to enable fast dissemination of safety messages over multi-channel VANETs, while guaranteeing compatibility with the existing WAVE stack. To this aim, we formulate the dissemination problem as a multi-channel scheduling problem. We further introduce cooperation among vehicles to reduce the dissemination latency. Simulation study shows the ability of the WSD scheme to enhance the performance of IEEE 1609.4 in terms of message delay and delivery ratio under different topologies and various applications.     

稀疏交通环境下基于轨迹的车联网数据分发

在稀疏交通环境下,车联网的数据转发机会较少,车辆携带数据时间较长,从而造成较大的数据传输时延.针对该问题,提出了基于车辆轨迹信息的数据转发协议（data dissemination based on trajectory,简称DDBT）.协议采用“携带+连通组件”思想,通过分析双向交通路段延迟特征,建立了端对端传输延迟模型,提出了在路口接入点协助下基于最小传输延迟期望的车辆留存副本多径转发原则.理论分析及仿真实验结果表明,提出的DDBT协议在稀疏交通环境下表现出较好的数据传输延迟性能.     

On scheduling data access with cooperative load balancing in vehicular ad hoc networks (VANETs)

For overcoming the vehicle to vehicle frequent disconnection problem in VANETs data dissemination, several approaches have been proposed, including the provision of Road Side Units (RSUs). Due to the short wireless transmission range of RSUs and vehicle mobility, a vehicle spends only a short period of time inside the range of an RSU. This limitation, together with possible overload of RSUs sited near busy road junctions, may mean that requests from vehicles are not served within the prescribed deadlines. In this paper, we propose a cooperative load balancing approach among RSUs, in which an RSU can transfer the overload requests to other RSUs. Load transfer is done based on a number of factors: request delay tolerance, current load of the transferee RSU, and the direction in which the vehicle is heading. Using a series of simulation experiments, we demonstrate that the proposed cooperative load balancing approach outperforms the non-cooperative (stand-alone) approaches in a wide range of scenarios based on our performance metrics.     

MaxCD: Efficient multi-flow scheduling and cooperative downloading for improved highway drive-thru Internet systems

The limitation of existing wireless wide area networks, coupled with the delay tolerant property of many non-realtime applications (e.g. email, file download) enables drive-thru networking, which depends on roadside units (RSUs) to provide vehicular users with intermittent Internet access service. Focusing on the downlink service, MaxCD – a joint multi-flow scheduling and cooperative downloading protocol is proposed in this paper with the goal of maximizing the amount of data packets that can be downloaded per drive-thru. Based on the macro-level opportunistic scheduling and node cooperation, the best wireless link(s) (with the highest data rate) between the RSU and vehicular users can always be utilized. On the other hand, the advantage of opportunistic overhearing due to the broadcast nature of wireless medium is also exploited to reduce packet retransmission times, so as to further increase the effective data rate. Since the store-carry-forward delivery manner is adopted for the cooperators to avoid introducing interference to the in-range data communication, a multi-channel collision-free relay mechanism is designed to address the reliable and fast data exchange issue when the vehicular users are outside the service area of the RSU. Our theoretical analysis vindicates the performance gain of the cooperation and extensive simulations demonstrate the efficiency of MaxCD.     

A data distribution scheme for VANET based on fountain code

Data dissemination is one of the applications used to provide infotainment to the end-users in vehicular ad hoc networks (VANET). During this process, the vehicles receive the data broadcast by the RoadSide Unit (RSU). However, it is difficult for vehicles to collect the complete content within the communication range of one RSU when the vehicle moves at a high speed and the amount of broadcast data is large. To solve this problem, a multi-RSU cooperative data distribution scheme based on fountain code (MRFC) is proposed in this paper. The source data are encoded by fountain code and poured into the VANET by multiple cooperative RSUs, then the vehicles in the area share data packets through the V2V resource compensation method, so that all vehicles can obtain enough encoded packets to reconstruct the source data. To improve channel resource utilization and reduce delivery delays, the RSUs use fuzzy logic to determine the number of fountain code packets according to their locations, the speed and density of surrounding vehicles. The experimental results show that on the premise of ensuring the delivery rate, the proposed scheme can reduce the delivery delay by 30–50%, and achieve a significant improvement in performance.

     

The insights of message delivery delay in VANETs with a bidirectional traffic model

Message delivery delay is mainly caused by mobility and sparse distribution of vehicles in Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs). It directly impacts the application design and deployments for VANETs. In this paper, we conduct an in-depth study on the insights of message delivery delay in VANETs towards the identified two major factors: (1) message delivery distance, (2) density of vehicles, based on a bidirectional vehicle traffic model. The bidirectional vehicle traffic was modeled as a combination of multiple Poisson point processes. Based on the sub-additive ergodic theory, theoretically, we found that the message delivery delay has a linear relationship with the message delivery distance. Furthermore, the upper bound of the coefficient of the linear relationship has an exponential polynomial relationship with the density of vehicles on the road and decreases with the increase of the velocity of the traffic.     

无线传感器网络随机投递传输协议性能分析

无线传感器网络(wireless sensor networks,简称WSNs)通常是资源有限的,且具有较高的链路差错率.在这样的网络环境中,高可靠性的传输协议会消耗过多的能量并产生较大的传输延迟.而另一方面,许多部署在WSNs 环境中的应用可以容忍一定程度的数据包丢失.因此,在这种特殊的网络背景和应用需求环境中,随机投递传输协议应运而生.这种类型的传输协议在有限的网络资源和传输可靠性之间实现了适当的折衷,符合众多传感器网络应用系统的特殊需要.为了对已有的几种随机投递传输协议进行性能分析与评价,采用带吸收态的有限状态马尔可夫链模型对其进行建模.这种建模方法使得协议性能参数的分析计算过程更加直观、简练、易于理解.分析了不同网络参数条件(如源到目的节点之间的跳距,无线链路位差错率等等)对于协议性能的影响.为了提高随机可靠传输协议的效率,部分协议中引入了逐条应答机制或利用无线链路广播特性.分析结果显示,这些措施对协议性能的影响在不同的网络参数条件下也有所不同.最后,为体现分析模型的作用,基于理论分析结果对部分协议进行了改进,并仿真显示改进的效果.     

基于区块链的车联网信任机制

车联网（VANETs）中虚假的共享信息会导致负面影响。针对车辆间的信任缺失现象,提出了一种基于区块链的信任解决方案。通过引入贝叶斯推理,基于先验概率进行信任评估,综合考虑了消息可信度和源节点自身可信度。通过超级账本实现信任管理,路侧单元（RSU）将汇聚车辆提交的评价形成信任值并创建区块,利用智能合约进行信任值初始化、查询和更新操作。仿真结果显示,提出方案能有效进行信任评估,准确识别虚假消息。同时与现有方案对比表明,该方案具有更高吞吐量和更低时延,适用于车联网的轻量级资源消耗环境。     

车载自组织网络中基于停车骨干网络的数据传输

车载自组织网络(vehicular ad hoc networks,简称VANETs)具有网络间歇连通、节点高速移动及动态的网络拓扑结构等特性,如何有效地实现车辆间的数据传输,成为VANETs的重大挑战.现有研究工作基于历史交通流量或历史延迟预测路段当前交通状况的方法并不可靠.此外,要实现高效的数据路由传输,配置大量路边基础设施节点(deploying roadside unit,简称RSU)是一种可行方案,但通常需要额外开销.基于城市区域长时间拥有大量地上停放车辆这一事实,提出了基于停车骨干网络的数据传输策略PBBD(parking backbone based data delivery),不需要配置任何地面基础设施,而是把地面的停放车辆组成一个虚拟的停车覆盖网络,通过该停车覆盖网实现数据的传输.为此,首先,对于每一条道路,把路边和非路边停放车辆组成一个尽可能长的停车簇,并基于这些停车簇组织城市停车骨干网络.其次,设计基于停车覆盖网络的全新数据传输算法来实现车辆间的有效数据传输.基于真实城市地图和交通数据的模拟实验结果表明,与现有的几种数据传输算法相比,PBBD能够以较低的网络传输开销和较小的传输延迟获得较高的数据传输成功率.