基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法和系统

摘要

本发明提供基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法，若系统处于V2R通信方式，RSU确定簇头节点；RSU节点判断若簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，由V2R通信方式转换至V2V通信方式；若系统处于V2V通信方式，簇头节点接收RSU发送的其与簇内所有车辆节点的容量，簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式。通过在V2R与V2V两种通信方式间切换，选用链路容量更高的通信方式，可以相应提高车联网的数据吞吐量。

说明书

技术领域

本发明涉及车联网通信领域，具体而言，涉及本发明提供了一种基于随机网络编码技术的V2R与V2V两种车联网通信方式间的切换方法。

背景技术

车联网是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络，以实现移动过程中车辆与路侧单元之间(Vehicle-to-Roadside,V2R)、车辆之间(Vehicle-to-Vehicle,V2V)和车辆与人之间(Vehicle-to-People,V2P)的通信为主要任务，能够有效避免道路碰撞事故，提高城市道路的通行效率和驾乘体验。

车联网应用和下一代交通网络基础设施的布设使得节点密度增大，随着车联网业务的增加，网络数据量也相应激增，如何提高V2R与V2V两种车联网通信方式间的转换时车联网数据传输的吞吐量成为了一个亟需解决的课题。

发明内容

本发明旨在针对如何提高V2R与V2V两种车联网通信方式间的转换时车联网数据传输的吞吐量的技术问题，提供一种基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法。

本发明采用以下技术方案。提供一种基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法，包括：

若系统处于V2R通信方式，RSU将随机线性网络编码数据包发送到选定簇内各车辆节点；RSU接收所有车辆节点发送的在接收到特定数量的随机线性网络编码数据包后是否能够完成网络译码的返回信息；RSU根据各车辆节点的返回信息以及车辆节点的位置信息，确定簇头节点；RSU节点判断若簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，由V2R通信方式转换至V2V通信方式；

若系统处于V2V通信方式，RSU将其与簇内所有车辆节点的容量发送给簇头节点，以使得簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式。

第二方面，提供一种基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法，包括：若系统处于V2R通信方式，车辆节点接收发送自RSU的随机线性网络编码数据包；

若系统处于V2V通信方式，车辆节点判断自身是否为簇头节点，若为否则接收簇头节点发送的随机线性网络编码数据包；若是簇头节点则向簇内其它车辆节点发送随机线性网络编码数据包，并接收RSU发送的其与簇内所有车辆节点的容量，簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式；

系统处于V2R通信方式和V2V通信方式下，车辆节点都将在收到特定数量的随机线性网络编码数据包后是否能够完成网络译码的返回信息发送给RSU，以使得RSU根据各车辆节点的返回信息以及车辆节点的位置信息，确定簇头节点，RSU判断若簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，由V2R通信方式转换至V2V通信方式。

进一步地，RSU根据各车辆节点反馈的信息以及车辆节点的位置信息，确定簇头节点包括：若多于一个车辆节点将能完成网络译码的信息反馈给RSU，则RSU节点估计

其中

选择其中容量最大的车辆节点为簇头节点：

进一步地，RSU根据各车辆节点反馈的判断结果以及车辆节点的位置信息确定簇头节点包括：若仅有一个车辆节点v

进一步地，若没有车辆节点将能完成网络译码的信息反馈给RSU，则RSU节点估计各车辆节点至簇内除了自身的其它节点的容量信息，选择其中容量最大的车辆节点为簇头节点：

其中

进一步地，RSU节点根据所获得选定簇内的所有车辆节点位置信息，估算RSU节点至簇内所有车辆节点的容量信息，表达式如下：

其中C

进一步地，簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量

其中B

本发明还提供了基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换系统，包括：RSU和车辆节点；若系统处于V2R通信方式，RSU用于将随机线性网络编码数据包发送到选定簇内各车辆节点；车辆节点，用于接收发送自RSU的随机线性网络编码数据包，将在收到特定数量的随机线性网络编码数据包后是否能够完成网络译码的返回信息发送给RSU；

RSU，用于接收所有车辆节点发送的在接收到特定数量的随机线性网络编码数据包后是否能够完成网络译码的返回信息；RSU根据各车辆节点的返回信息以及车辆节点的位置信息，确定簇头节点；RSU节点判断若簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，由V2R通信方式转换至V2V通信方式；

若系统处于V2V通信方式，RSU用于将其与簇内所有车辆节点的容量发送给簇头节点；车辆节点用于判断自身是否为簇头节点，若为否则接收簇头节点发送的随机线性网络编码数据包；若是簇头节点则向簇内其它车辆节点发送随机线性网络编码数据包，并接收RSU发送的其与簇内所有车辆节点的容量，簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式；

本发明所取得的有益技术效果：提出一种基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换方法，通过在V2R与V2V两种通信方式间切换，选用链路容量更高的通信方式，可以相应提高车联网的数据吞吐量。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其有点，现在参考下文结合附图进行描述。

图1给出了本发明实施例的适用场景；

图2给出了本发明实施例RSU端工作流程图；

图3给出了本发明实施例车辆节点端工作流程图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1给出了本发明实施例的适用场景。

应该说明的是，车联网(V2X)主要包括三种通信方式：车辆与路侧单元之间(Vehicle-to-Roadside,V2R)的通信、车辆之间(Vehicle-to-Vehicle,V2V)的通信以及车辆与人之间(Vehicle-to-People,V2P)的通信。本发明实例主要考虑为完成路侧单元向车辆节点广播信息，在路侧单元与车辆节点信道条件较好情况下，使用V2R通信方式来完成通信任务；在路侧单元与车辆节点信道条件较差情况下，使用V2V通信方式来完成通信任务。为提高网络数据吞吐量，V2R通信方式时，考虑在路侧单元端使用随机网络编码技术；V2V通信阶段时，在簇头节点端使用随机网络编码技术。本发明实例主要考虑为提高数据吞吐量，利用路侧单元利用车辆节点能否完成网络译码情况以及无线链路信道情况实现V2R与V2V两种通信方式间的转换，从而提高网络数据吞吐量。

图2给出了RSU端工作流程图。

S101：RSU判别是否处于V2R通信模式。

S102：如果RSU不是处于V2R通信模式，则RSU将其与簇内节点的容量信息反馈给簇头节点，并且监听簇头节点的反馈信息；如果簇头节点的反馈信息指示转换至V2R工作模式，则RSU转换至V2R工作模式。

S103：如果RSU处于V2R通信模式，则RSU将所需发送的数据包进行分代，并将每代内的数据包进行随机线性网络编码后发送到选定簇内各车辆节点。

S104：车辆节点收到RSU所发送的网络编码数据包后，如果该数据包与缓存中的网络编码数据包编码系数向量线性无关，则将该数据包存入缓存，并利用缓存中的数据包判断能否完成网络译码，如能完成网络译码，则车辆节点通过控制信道将该返回信息反馈给RSU，RSU对该信息进行监听。所述控制信道与数据信道是两种不同的信道，反馈信道一般是专门的控制信道来完成。接收随机线性网络编码数据包的车辆节点不需要接收到每个数据包都返回信息；接收节点只有在收到足够多数据包后能完成网络译码时，才返回能译码的返回信息发送给RSU。当所有节点都能通过网路译码的形式接收到当前代发送的数据包时，便停止当前代数据包的发送，开始下一代数据包的发送。

S105：RSU根据车辆节点所反馈的信息，判断是否有车辆节点能够完成网络译码。车辆节点基于随机网络编码数据包能否完成网络译码的返回信息包括：V2V工作模式下，车辆节点对接收到的簇头节点发送的随机网络编码数据包能否完成网络译码的返回信息，也包括在V2R工作模式下，车辆节点对接收到的RSU发送的随机网络编码数据包能否完成网络译码的返回信息。

S106：当有车辆节点能否完成网络译码时，RSU根据车辆节点所反馈的信息判断是否有多个车辆节点能否完成网络译码。

S107：当有多个车辆节点

RSU节点估计

选择其中容量较大的车辆节点为簇头节点：

S108：当仅有一个车辆节点v

S109：当没有节点能否完成网络译码时，RSU估计各车辆节点至簇内除了自身的其它节点的链路容量信息，并选择其中容量最大的节点为簇头节点，即：

S110：RSU判断簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量是否大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，当

若系统处于V2V通信方式，RSU节点根据所获得车辆节点位置信息，估算RSU节点至簇内所有车辆节点的容量信息：

其中B

RSU将其与簇内所有车辆节点的容量发送给簇头节点，以使得簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式。

图3给出了车辆节点端工作流程图，其中车辆节点包括簇头节点和非簇头节点。

S201：判别车辆节点是否处于V2V通信模式。

S202：当车辆节点不是处于V2V通信模式时，即车辆节点处于V2R通信模式下，车辆节点接收RSU发送的随机网络编码数据包。车辆节点接收数据包后判断是否能完成网络译码，如果不能完成网络译码，则车辆节点继续接收数据包；如果能完成网络译码，则车辆节点将能够完成网络译码的信息反馈给RSU。

S203：当车辆节点处于V2V通信模式时，车辆节点根据RSU发送的信息判断自身节点是否簇头节点。

S204：当车辆节点不是簇头节点时，车辆节点工作接收簇头节点发送的随机网络编码数据包；车辆节点接收数据包后判断是否能完成网络译码，如果不能完成网络译码，则车辆节点继续接收数据包；如果能完成网络译码，则车辆节点将能够完成网络译码的信息反馈给RSU；

S205：当节点是簇头节点时，簇头节点向簇内其它节点发送随机网络编码数据包给簇内车辆节点；

S206：簇头节点根据RSU反馈的RSU与簇内节点的容量信息，见S102，并且将其与簇头节点与簇内节点的容量信息相比较，如果

通信模式；否则，系统继续处于V2V工作模式，转换至S205。

V2R到V2V是RSU端来判断，从V2V到V2R是从车辆端来判断。RSU仅具有V2R通信模式，车辆节点可有V2R通信模式或V2V通信模式。当前通信方式为V2R时，由RSU决定是否切换至V2V通信方式，当决定切换至V2V时，RSU将决定反馈给簇头节点和簇内节点；当前通信方式为V2V时，由簇头节点决定是否切换至V2R通信方式，当决定切换至V2R时，簇头节点将决定反馈给RSU。

本发明中采用的随机网络编码技术通过在网络中的中间节点将所收到的数据包进行编码后转发出去，相对于传统的路由转发技术，可显著提高网络数据吞吐量。随机网络编码技术从给定的有限域中随机选取网络编码系数，不需要网络拓扑结构信息，非常适用于动态拓扑结构网络中，因而可考虑将其用于车联网中，从而提高车联网的网络数据吞吐量。

本发明还提供了：基于随机网络编码技术的V2R与V2V间切换系统，包括：RSU和车辆节点；

若系统处于V2R通信方式，RSU用于将随机线性网络编码数据包发送到选定簇内各车辆节点；车辆节点，用于接收发送自RSU的随机线性网络编码数据包，将在收到随能够完成网络译码的返回信息发送给RSU；

RSU，用于接收所有车辆节点发送的在接收到特定数量的随机线性网络编码数据包后是否能够完成网络译码的返回信息；RSU根据各车辆节点的返回信息以及车辆节点的位置信息，确定簇头节点；RSU节点判断若簇头节点与簇内除了簇头节点的其它车辆节点的链路容量大于RSU与簇内所有车辆节点的容量，由V2R通信方式转换至V2V通信方式；

若系统处于V2V通信方式，RSU用于将其与簇内所有车辆节点的容量发送给簇头节点；车辆节点用于判断自身是否为簇头节点，若为否则接收簇头节点发送的随机线性网络编码数据包；若是簇头节点则向簇内其它车辆节点发送随机线性网络编码数据包，并接收RSU发送的其与簇内所有车辆节点的容量，簇头节点判断自身至簇内除了簇头节点的其它车辆节点的容量小于等于RSU与簇内所有车辆节点的容量时，由V2V通信方式转换至V2R通信方式。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，RSU和车辆节点/簇头节点具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。