一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法及系统，结合距离、信号的强度、带宽、往返时间以及丢包率等因素多方面动态考量路径质量并求出路径的质量因子，通过系统的通信路径选择模块比较活动路径的质量因子的大小选出优先活动子流集合，由筛选的优先活动子流集进行数据传输。本发明专利技术可以确保在与路边单元连接的切换过程中不会发生连接中断的情况，数据传输稳定。通过通信距离、通信路径评价、通信路径选择三个层面综合动态管理路径，解决了车联网传输路径动态选择问题，提高了车联网通信的传输带宽，稳定性和总吞吐量。稳定性和总吞吐量。稳定性和总吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法及系统


[0001]本专利技术涉及车联网通信
，特别是涉及一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法及系统。

技术介绍

[0002]随着通信技术的发展及需求的丰富，无线通信的应用场景日益广泛，其中比较典型的是车联网。车联网指车辆可以参与到无线通信中，通过利用先进的无线通信技术，实现车到车(V2V)、车到基础设施(V2I)等的实时信息交互，告知彼此的当前状态(包括车辆的位置、速度、加速度、行驶路径)及获知的道路环境信息，协作感知道路危险状况，及时提供多种碰撞预警信息，防止道路交通安全事故的发生。
[0003]在车联网环境中，传输通信的性能不可避免的受到车的移动性带来影响，包括时延，丢包，以及信道变化带来的带宽衰减等问题，同时，传统的车联网主要是以单路径的方式进行通信，由于汽车在路上行驶是动态的，与路边单元(RSU)连接需要频繁切换就会发生通信连接中断的情况，数据传输是不稳定的，在这种高动态拓扑环境中难以应对低时延和高可靠性的需求。为了解决该问题，利用车载节点装备多通信接口的特性问题，有关学者提出了融合MPTCP的优化思路，通过MPTCP对传统TCP协议的扩展，利用车载节点多通信接口在传输两端建立多条通信链路，实现传统传输协议在传输过程中多路径并发。移动车联网中车载节点拥有多通信接口进行数据传输，因此移动车联网多条路径的选择成为新的问题，目前还没有一种非常贴近真实场景以及动态地对车辆路径的选择的方法和系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法及系统，旨在解决车联网传输的路径动态选择问题，提高车联网通信的传输带宽，稳定性和总吞吐量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法，该方法主要包括以下步骤：
[0006]1、一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法，其特征在于，车辆行驶途中，在每个时间间隔T中，执行以下步骤：
[0007](1)进行距离识别；软件定义网络(SDN)控制器收集全网节点的信息来确定车辆和RSU的具体位置，确定车辆与通信车辆、车辆与路边单元RSU之间的距离，结合软件定义网络(SDN)控制器根据以下计算式得到距离D
i
：
[0008][0009]其中，第i个RSU节点或者通信车辆的坐标为(x
i
，y
i
，z
i
)，车辆的坐标(x
j
，y
j
，z
j
)；
[0010]假设对于通信车辆或者RSU的有效通信半径为R，我们将判断D
i
与R的关系得到车辆通信范围内所有活动路径，具体步骤为：
[0011]A.如果D
i
＞R，则说明此时车辆不在第i个RSU或者通信车辆的有效通信范围内，因此不能进行数据交换，于是对于连接到该RSU或者通信车辆的路径吞吐量为0，即：
[0012]Throughput
i
＝0
[0013]B.如果D
i
≤R，则说明车辆目前处于第i个RSU或者通信车辆的有效通信范围内，此时我们将考虑到活动路径接入的可能性并得到活动路径集U。
[0014](2)评价通信路径质量；在使用MPTCP通过车辆自组网(VANETs)传输数据之前，数据分发器将估计通信范围内的所有活动路径的质量，得到质量因子集Q
U
；其中Q
i
被定义为第i条路径的质量因子，Q
i
值越大表示路径的质量越好，质量因子由以下公式计算：
[0015][0016]其中，RSSI
mini
表示无线通信中信号强度最差的情况，通常为
‑
90dbm，RSSI
i
则表示第i条路径在车辆侧监测到的信号强度，RSSI
i
‑
RSSI
mini
表示无线通信中信号强度的差值；D
i
表示第i条路径两侧车辆与RSU的距离。同理B
i
表示路径i的带宽，RTT
i
表示路径i的往返时间，loss
i
表示路径i的丢包率。1
‑
loss
i
表示路径i的除去丢包率剩下的有效传输率；
[0017](3)进行通信路径选择；根据步骤(1)得到的车辆有效的通信范围内的活动路径集U；其中，有限集U中的元素为a1，a2，a3，...，a
N
，表示N个可用子流的组合种类，N表达式为：
[0018][0019]其中，v表示为车载网卡的数量，n表示车辆通信范围D内有效的RSU数量和通信车辆的数量；
[0020]活动路径集U经过步骤(2)的计算可以得到其相应的质量因子集Q
U
，对其元素排序后表示为Q1,Q2,Q3,...,Q
n
，其中Q1＞Q2＞Q3＞...＞Q
n
。根据车载网卡的数量v在Q
U
中选取v个数值大的元素，得到优先活动子流集U
′
，由U
′
中的路径进行数据传输，其中U
′
可以表示为：
[0021]U
′
＝{a
i
|Q1≥Q
i
≥Q
v
,i∈Z}
[0022]此时我们可以得出车辆整体的吞吐量应该是由优先活动子流集U
′
中所有子流并发传输所产生的吞吐量之和，定义为Throughput
total
，可以表示为如下：
[0023][0024]其中Throughput
i
表示在车辆与RSU或者通信汽车有效通信的第i个路径的有效吞吐量。
[0025]2、根据权利要求1所述的一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法，其特征在于，当主子流由于网络波动较大经常发生变更时通过以下两个步骤确认主子流的标记：
[0026](1)在初始阶段，我们设置在优先活动子流集中质量因子最大的子流为主子流，在后续每个时间间隔T中，检查更新的优先活动子流集中每个子流的吞吐量；
[0027](2)定义λ为判断因子，通过判断λ的值来作为主子流切换的依据，λ的表达式为，
[0028][0029]其中，Throught
k
表示在优先活动子流集中除主子流外其他活跃子流中吞吐量最高的子流流量，Throught
p
则表示主子流当前的吞吐量；
[0030]3、根据权利要求2所述的一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法，其特征在于，为了确保所述λ的平滑度从而避免主子流的误切换，我们使用指数加权移动平均(EWMA)滤波算法来计算λ的值：
[0031]λ＝α...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于融合MPTCP的移动车联网路径传输方法，其特征在于，车辆行驶途中，在每个时间间隔T中，执行以下步骤：(1)进行距离识别；软件定义网络(SDN)控制器收集全网节点的信息来确定车辆和RSU的具体位置，确定车辆与通信车辆、车辆与路边单元RSU之间的距离，结合软件定义网络(SDN)控制器根据以下计算式得到距离D
i
：其中，第i个RSU节点或者通信车辆的坐标为(x
i
，y
i
，z
i
)，车辆的坐标(x
j
，y
j
，z
j
)；假设对于通信车辆或者RSU的有效通信半径为R，我们将判断D
i
与R的关系得到车辆通信范围内所有活动路径，具体步骤为：A.如果D
i
＞R，则说明此时车辆不在第i个RSU或者通信车辆的有效通信范围内，因此不能进行数据交换，于是对于连接到该RSU或者通信车辆的路径吞吐量为0，即：Throughput
i
＝0B.如果D
i
≤R，则说明车辆目前处于第i个RSU或者通信车辆的有效通信范围内，此时我们将考虑到活动路径接入的可能性并得到活动路径集U。(2)评价通信路径质量；在使用MPTCP通过车辆自组网(VANETs)传输数据之前，数据分发器将估计通信范围内的所有活动路径的质量，得到质量因子集Q
U
；其中Q
i
被定义为第i条路径的质量因子，Q
i
值越大表示路径的质量越好，质量因子由以下公式计算：其中，RSSI
mini
表示无线通信中信号强度最差的情况，通常为
‑
90dbm，RSSI
i
则表示第i条路径在车辆侧监测到的信号强度，RSSI
i
‑
RSSI
mini
表示无线通信中信号强度的差值；D
i
表示第i条路径两侧车辆与RSU的距离。同理B
i
表示路径i的带宽，RTT
i
表示路径i的往返时间，loss
i
表示路径i的丢包率。1
‑
loss
i
表示路径i的除去丢包率剩下的有效传输率；(3)进行通信路径选择；根据步骤(1)得到的车辆有效的通信范围内的活动路径集U；其中，有限集U中的元素为a1，a2，a3，...，a
N
，表示N个可用子流的组合种类，N表达式为：其中，v表示为车载网卡的数量，n表示车辆通信范围D内有效的RSU数量和通信车辆的数量；活动路径集U经过步骤(2)的计算可以得到其相应的质量因子集Q
U
，对其元素排序后表示为Q1,Q2,Q3,...,Q
n
，其中Q1＞Q2＞Q3＞...＞Q
n
。根据车载网卡的数量v在Q
U
中选取v个数值大的元素，得到优先活动子流集U
′
，由U
′
中的路径进行数据传输，其中U
′
可以表示为：U
′
＝{a
i
|Q1≥Q
i
≥Q
v
,i∈Z}此时我...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，丁洁，崔亚妮，任佳，郝秋实，刘长鑫，蔡彦涛，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：