基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法技术

本发明专利技术公开了一种基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法，主要解决现有技术对视频有需求的节点找不到合适视频源节点的问题。其实现步骤为：(1)根据节点的位置、节点所存储的视频以及节点对视频的需求建立一个基于内容感知的簇结构；(2)簇头构建簇内视频分布表，用以构建overlay结构；(3)簇内节点根据overlay结构查找出最佳源节点，向其发送请求信息；(4)簇头先向RSU发送视频请求信息，RSU再回复视频信息给簇头，实现簇头与RSU之间的通信。本发明专利技术能为有需求的节点找到最佳的视频源，降低传输时延，提高了视频播放质量，可用于车辆自组织网络中视频的传输。

【技术实现步骤摘要】
基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法
：本专利技术属于通信
，主要涉及车辆自组织网络VANET中视频传输机制，可以用于提高VANET网络视频播放质量。
技术介绍
：车辆自组织网络VANET是一种面向服务面向用户的自组织网络，通过车辆间以及车辆与路边设备之间的通信可以为用户提供各种服务，主要分为以下三种：安全型服务、便利型服务和娱乐型服务。在以上三种应用中，视频图像的传输有着不可小觑的作用。对于安全型应用，通过传输视频或者图片可以帮助更好的了解事故的具体细节；对于便利型应用，一个简单的图片或者视频就可以全面的说明当前路况信息，比繁杂的文字描述更精确更明了；而娱乐型应用本身就通过传输大量的文件音频视频等来实现的。可见，图像视频等可以提供更精确的信息。更重要的一点在于，图像视频等的容错性相对于文本信息要高很多。由于无线信道本身存在的不稳定等问题，在传输过程中出现丢包等问题是非常常见的，比如若仅仅传输通过文字来传输安全型信息，则一个数据包的丢失可能造成完全相反的含义，其所造成的后果是不可估量的。由此，在VANET中设计合理的视频传输协议尤为重要。现有部分技术中进行视频传输时利用overlay结构，该结构用来表示节点间的逻辑结构，一般为树形结构，在该结构中节点通过与其父节点或者子节点进行信息交互完成通信，其中两个典型协议为OMHF(OverlayMulticastBasedonHeterogeneousForwarding)和ALMA(ApplicationLayerMulticastAlgorithm)。OMHF协议构建的overly结构为一棵DDT(overlaydatadeliverytree)，该结构是一棵大根堆树，其节点权值为节点的数据包投递率。通过节点的移动性和剩余电量来衡量节点的投递率，即节点的移动性越慢、剩余电量越多则认为它的投递率越高，反之，越低。为了维护树的大根堆性质，当一个节点的投递率低于其子节点时，调整该overlay结构，将父节点变为子节点，子节点升级为父节点。ALMA协议利用节点间链路传输时延构建overlay结构，具体来讲就是当一个节点与其父节点之间的链路时延大于某一门限值时，该节点寻找另一个满足时延要求的节点将其作为自己的父节点，以此来保证传输时延不会过长。以上两个协议所构建的overlay结构在传输视频信息时，对于有视频需求的节点并不能给出最佳的视频源节点，在进行视频传输时将导致传输时延和抖动过大，投递率较低，视频播放质量不能满足用户需求。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于针对上述已有技术中不能确定最佳视频源节点的问题，提出一种基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法，以降低节点获取完整视频信息的时延，提高投递率和视频播放质量。实现本专利技术目的的技术思路是：利用分簇来构建overlay结构的视频传输机制，在VANET中对节点进行分簇，簇头节点负责构建簇，并且构造overlay结构，确定最佳的视频源节点。其实现步骤包括如下：(1)构造簇结构：1a)节点以簇头的身份发送状态信息；1b)收到状态信息的节点判定是否丢弃该状态信息：1b1)收到状态信息的节点首先判定其运动方向是否与簇头节点H一致，若不一致，则直接丢弃，否则进入1b2)；1b2)节点根据自身的位置信息与预测到的簇头节点H的位置进一步判断其与簇头节点H的位置是否大于给定的门限值S，若大于，则直接丢弃，否则进入步骤1c)，该门限值S在数值上等于相邻两个路边设备RSU的间距；1c)判定是否回复应答帧以及转发状态信息：如果收到状态信息的节点N1也对视频V1有需求，则定义该节点N1的类型为1，此时节点N1需要构造一个应答帧并发送给簇头节点H，再将收到的状态信息广播出去；如果收到状态信息的节点N2仅包含视频V1但是没有加入其他簇或者对其他的视频没有需求，则定义该节点N2的类型为0，并构造应答帧发送给簇头节点H，同时将接收到的状态信息转发出去；如果收到状态信息的节点N3包含视频V1，且已经加入簇或者对其他的视频有需求，则该节点N3将接收到的状态信息转发出去，不需要回复应答帧；如果收到状态信息的节点N4不包含且也不需要视频信息V1，则该节点N4不需要回复应答帧，丢弃接收到的状态信息；1d)簇头节点H收到节点N发送的应答帧后，回复确认帧给该节点N，标志节点N成功加入本簇，加入簇内的节点需要周期性发送更新信息给簇头节点；(2)维护簇结构：2a)新节点在加入时，其根据接收到的状态消息确定簇头节点的编号，发送应答帧给该簇头；2b)旧节点在离开时，如果该旧节点需要加入到其他簇或者自己建立一个新簇时，则该旧节点主动离开；如果该旧节点与簇头的距离远远大于S时，则该旧节点被动离开；(3)利用构建的簇结构进行簇内通信：3a)簇头根据收到的应答帧构建一个簇内视频分布表，该表中包含节点编号、节点存储的视频片段编号序列、节点所需要的视频片段编号序列以及节点的类型；3b)簇头根据视频分布表构建一个overlay结构，并发送给簇内节点，该overlay结构是一棵二叉树；3c)有视频需求的节点N5根据overlay结构确定出其左子节点和右子节点，向其右子节点发送视频请求信息，若在时间T内节点N5仍然没有收到其右子节点回复的视频信息，再向其左子节点发送视频请求信息，若在时间T内仍然没有收到其左子节点回复的视频信息，向簇头发送请求信息；(4)利用构建的簇结构进行簇头与路边设备RSU之间的通信：4a)簇头根据其建立的簇内视频分布表，统计出簇内节点不包含的视频片段序列号，当到达路边设备RSU的通信范围之内时，向路边设备RSU发送请求信息；4b)路边设备根据接收到的请求信息，向簇头回复视频信息。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1）本专利技术由于提出了一种新的分簇方法，并构建出基于内容感知的overlay结构，保证了节点能够找到最佳的视频源节点，降低了从发送视频请求到获取视频信息的时延并有效缓解了视频播放过程中的抖动；2）本专利技术由于充分考虑到节点的移动性，提供了簇的维护方法，能够实现动态构建overlay结构，适用于高动态的VANET网络中视频的传输。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是本专利技术使用的场景图；图3是本专利技术构建出的overlay结构图。具体实施方式本专利技术使用的场景如图2所示。图2中假设长度为S的一段道路上部分车辆分布，节点编号为1、4、7的车辆对编号为V1的视频有需求；节点编号为2、3、5、6、8的车辆仅仅包含但是不需要视频V1，并且对其他的视频没有需求也没有加入其他簇；节点编号为9的车辆包含视频V1但是已经加入其他簇；节点编号为10的车辆不包含也不需要视频V1；节点编号为11的车辆是反向车道上行驶的车辆，RSU为路边设备，车辆可以通过RSU接入因特网下载视频，S表示相邻两个路边设备RSU的间距，并且在数值上表示簇内节点与簇头的最远距离，若某节点与簇头的距离大于S时，该节点不能加入簇内。参照图1，本专利技术的具体实施步骤包括以下三部分：一、构造簇结构步骤1：节点以簇头的身份发送状态信息。如果节点1想要获取编号为V1的视频，但若没有接收到其他节点发送的关于视频V1的状态信息，则以簇头的身份广播一个状态信息，该状态信息中包括节点的编号1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法，其步骤包括如下： (1)构造簇结构： 1a)节点以簇头的身份发送状态信息； 1b)收到状态信息的节点判定是否丢弃该状态信息： 1b1)收到状态信息的节点首先判定其运动方向是否与簇头节点H一致，若不一致，则直接丢弃，否则进入1b2)； 1b2)节点根据自身的位置信息与预测到的簇头节点H的位置进一步判断其与簇头节点H的位置是否大于给定的门限值S，若大于，则直接丢弃，否则进入步骤1c)，该门限值S在数值上等于相邻两个路边设备RSU的间距； 1c)判定是否回复应答帧以及转发状态信息： 如果收到状态信息的节点N1也对视频V1有需求，则定义该节点N1的类型为1，此时节点N1需要构造一个应答帧并发送给簇头节点H，再将收到的状态信息广播出去； 如果收到状态信息的节点N2仅包含视频V1但是没有加入其他簇或者对其他的视频没有需求，则定义该节点N2的类型为0，并构造应答帧发送给簇头节点H，同时将接收到的状态信息转发出去； 如果收到状态信息的节点N3包含视频V1，且已经加入簇或者对其他的视频有需求，则该节点N3将接收到的状态信息转发出去，不需要回复应答帧； 如果收到状态信息的节点N4不包含且也不需要视频信息V1，则该节点N4不需要回复应答帧，丢弃接收到的状态信息； 1d)簇头节点H收到节点N发送的应答帧后，回复确认帧给该节点N，标志节点N成功加入本簇，加入簇内的节点需要周期性发送更新信息给簇头节点； (2)维护簇结构： 2a)新节点在加入时，其根据接收到的状态消息确定簇头节点的编号，发送应答帧给该簇头； 2b)旧节点在离开时，如果该旧节点需要加入到其他簇或者自己建立一个新簇时，则该旧节点主动离开；如果该旧节点与簇头的距离远远大于S时，则该旧节点被 动离开； (3)利用构建的簇结构进行簇内通信： 3a)簇头根据收到的应答帧构建一个簇内视频分布表，该表中包含节点编号、节点存储的视频片段编号序列、节点所需要的视频片段编号序列以及节点的类型； 3b)簇头根据视频分布表构建一个overlay结构，并发送给簇内节点，该overlay结构是一棵二叉树； 3c)有视频需求的节点N5根据overlay结构确定出其左子节点和右子节点，向其右子节点发送视频请求信息，若在时间T内节点N5仍然没有收到其右子节点回复的视频信息，再向其左子节点发送视频请求信息，若在时间T内仍然没有收到其左子节点回复的视频信息，向簇头发送请求信息； (4)利用构建的簇结构进行簇头与路边设备RSU之间的通信： 4a)簇头根据其建立的簇内视频分布表，统计出簇内节点不包含的视频片段序列号，当到达路边设备RSU的通信范围之内时，向路边设备RSU发送请求信息； 4b)路边设备根据接收到的请求信息，向簇头回复视频信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法，其步骤包括如下：(1)构造簇结构：1a)节点以簇头节点H的身份发送状态信息，即在节点H想要获取某一视频，而没有接收到任何关于该视频的状态信息的情况下，以簇头节点H的身份构造一个状态信息并广播出去，该状态信息中包含：簇头节点H的编号、簇头节点H所需视频的编号序列、簇头节点H的位置信息(x,y)、簇头节点H的运动方向、运动速度以及当前时刻；1b)收到状态信息的节点判定是否丢弃该状态信息：1b1)收到状态信息的节点首先判定其运动方向是否与簇头节点H一致，若不一致，则直接丢弃，否则进入1b2)；1b2)收到状态信息的节点根据自身的位置信息与预测到的簇头节点H的位置进一步判断其与簇头节点H的位置是否大于给定的门限值S，若大于，则直接丢弃，否则进入步骤1c)，该门限值S在数值上等于相邻两个路边设备RSU的间距；1c)判定是否回复应答帧以及转发状态信息：如果收到状态信息的节点N1也对视频V1有需求，则定义该节点N1的类型为1，此时节点N1需要构造一个应答帧并发送给簇头节点H，再将收到的状态信息广播出去；如果收到状态信息的节点N2仅包含视频V1但是没有加入其他簇或者对其他的视频没有需求，则定义该节点N2的类型为0，并构造应答帧发送给簇头节点H，同时将接收到的状态信息转发出去；如果收到状态信息的节点N3包含视频V1，且已经加入簇或者对其他的视频有需求，则该节点N3将接收到的状态信息转发出去，不需要回复应答帧；如果收到状态信息的节点N4不包含且也不需要视频信息V1，则该节点N4不需要回复应答帧，丢弃接收到的状态信息；1d)簇头节点H收到节点N1和N2发送的应答帧后，回复确认帧给该节点N1和N2，标志节点N1和N2成功加入本簇，加入簇内的节点需要周期性发送更新信息给簇头节点；(2)维护簇结构：2a)新节点在加入时，其根据接收到的状态消息确定簇头节点H的编号，发送应答帧给该簇头节点H；2b)旧节点在离开时，如果该旧节点需要加入到其他簇或者自己建立一个新簇时，则该旧节点主动离开；如果该旧节点与簇头的距离远远大于S时，则该旧节点被动离开；(3)利用构建的簇结构进行簇内通信：3a)簇头节点H根据收到的应答帧构建一个簇内视频分布表，该表中包含节点编号、节点存储的视频片段编号序列、节点所需要的视频片段编号序列以及节点的类型；3b)簇头节点H根据视频分布表构建一个overlay结构，并发送给簇内节点，该overlay结构是一棵二叉树；3c)有视频需求的节点N5根据overlay结构确定出其左子节点和右子节点，向其右子节点发送视频请求信息，若在时间T内节点N5仍然没有收到其右子节点回复的视频信息，再向其左子节点发送视频请求信息，若在时间T内仍然没有收到其左子节点回复的视频信息，向簇头发送请求信息；有视频需求的节点N5向簇头发送请求信息后，若簇头包含该节点所请求的视频信息，则回复视频信息，否则，簇头记录该视频片段的序列号，执行步骤(4)；(4)利用构建的簇结构进行簇头与路边设备RSU之间的通信：4a)簇头节点H根据其建立的簇内视频分布表，统计出簇内节点不包含的视频片段序列号，当到达路边设备RSU的通信范围之内时，向路边设备RSU发送请求信息；4b)路边设备根据接收到的请求信息，向簇头节点H回复视频信息。2.根据权利要求1所述的基于overlay结构的车辆自组织网络视频传输方法，其中所述步骤1c)中构造的应答帧，其包括：收到状态信息的节点编号、收到状态信息的节点所包含的视频片段的编号序列及收到状态信息的节点类型Ty。3.根据权利要求1所述的基于overlay结构的车...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长乐，高鸣宇，王鑫，陈云，朱丽娜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61