Vanet中基于p2p-bt的多媒體合作共享方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于移動通信【技術領域】，公開了一種車聯網VANET中基于P2P-BT的多媒體合作共享方法。首先為了在VANET中很好地實施PB-MCSM，本文根據一般P2P-BT的特點，結合VANET中各類車輛的特點和運動軌跡，建立了VANET層次架構；然后，針對VANET中多媒體資源查詢率低的問題，提出了基于分布式Tracker服務器的多媒體查詢算法；提出了基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法，保證車輛在下載同時也進行上傳，解決由于自私和斷鏈造成的傳輸延遲；本發(fā)明的效果和益處是能夠模擬真實環(huán)境下節(jié)點的多媒體傳輸情況，適用于自私的VANET環(huán)境；實驗表明本發(fā)明提高了VANET中多媒體資源的成功查詢率和回傳率，降低了回傳過程的回傳延遲，提高了車輛用戶的滿意度。
【專利說明】VANET中基于P2P-BT的多媒體合作共享方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于移動通信【技術領域】，涉及到利用對等網絡中文件分發(fā)協議BitTorrent,簡稱P2P-BT技術，解決車聯網VANET中多媒體的合作共享問題；建立了 VANET層次架構，提出了多媒體文件查詢算法和基于博弈的回傳算法，能夠提高VANET中多媒體資源的成功查詢率和回傳率，降低回傳過程的回傳延遲，提高車輛用戶的滿意度；
【背景技術】
[0002]VANET中車輛能夠通過車輛與車輛V2V和車輛與路邊單元V2R通信獲得共享的多媒體文件；但是由于VANET中資源有限，車輛高度移動性，間斷性連接，自私行為的存在，降低了資源的成功查詢率和回傳率，增加了 VAENT中多媒體傳輸延遲，嚴重影響車輛用戶的體驗；因此根據VANET的實際情況，設計出符合實際環(huán)境的多媒體合作共享方法非常重要；
[0003]現階段，VANET中多媒體共享問題的研究主要存在以下兩方面的問題:1)大部分文獻采用洪范方法進行資源查詢；這種方法不僅會導致廣播風暴問題，而且節(jié)點增多時經常發(fā)生數據包碰撞，轉發(fā)失敗而增加了傳播延遲；例如基于洪范的和基于DHT的方法的混合檢索方法(在基于VANET的P2P網絡中的回合檢索方法，Quanqing Xu, HengTao Shenj ZaibenChenj BinCuij Xiaofang Zhou,and Yafei Dai ; “Hybrid RetrievalMechanisms in Vehicle-Based P2P Networks，，； In Allen G., Nabrzyski J., SeidelE.eds.Proc.0f Computational Science -1CCS2009Lecture Notes in ComputerScience.Heidelberg: Springer-Verlagj 2009.303-314.); 一個來源于臺風的源共享協議，基于空間位置的感知車輛共享/請求鄰居的資源(臺風:城市車輛移動網絡中資源共享協議，Guey Yun Cahngj Jang-Ping Sheuj and Jyun-Hua Wu; “Typhoon:ResourceSharing Protocol for Metropolitan Vehicular Ad hoc Networks”.Proc.0f WirelessCommunications and Networking Conference (WCNC), Sydney,Australia, 2010.1-5)；RoadcastP2P內容共享方法，放寬要求快速得到被請求服務(道路廣播:VANETs中流行度感知的內容共享方法，Yang Zhang, Jing Zhao, Guohong Ca0.uRoadcast:A PopularityAware Content Sharing Scheme in VANETs，，.Proc.0f ACM SIGMOBILE Mobile Computingand Communications Review, New York, NYj USA, 2010.1-14.);使用基于集群 P2P 框架來估計鏈路狀態(tài)，通過廣播方法進行查詢(在VANETs與Internet整合的網絡中一個新穎的 P2P 框架基于社會族的框架，Sung-Han Linj Junn-Yen Huj Cheng-Fu Chouj Ing-ChauChang, Chien-Chun.uk Novel Social Cluster-based P2P Framework for IntegratingVANETs with the Internet，，.Proc.0f IEEE Wireless Communications and NetworkingConference, Budapest, 2009.1-6.);在VANETs中建立兩層P2P框架，通過簇內節(jié)點的連接時間選擇簇首避免鏈路斷開造成的查詢延遲，并使用廣播方法傳遞消息(在加強的兩層 P2P2 通信的 VANETs 中信息共享服務，Jinjie Guoj Chang Huj Yiding Huoj Yu Liuj andLin Zhang.“Information Sharing Service in VANETs with Enhanced Two-Tier P2PCommunications”.Proc.0f15th International Symposium on Wireless PersonalMultimedia Communications (WPMC), Taipei, 2012.65-69) ；2)這些文獻主要研究資源查詢檢索的問題，沒有考慮資源傳輸過程車輛的自私不轉發(fā)行為造成傳輸延遲；然而，在VANET中，節(jié)點往往會最大化自己從網絡中獲得的利益，盡量避免自己應該在網絡中承擔的責任，和減少對網絡貢獻而帶來的能量消耗和性能減低；這種自私的行為挫傷了積極貢獻資源的節(jié)點的積極性，節(jié)點間的協作交互越來越少(T.Chen, L.Zhu, F.Wu, S.Zhong.StimulatingCooperation in Vehicular Ad Hoc Networks:A Coalitional Game TheoreticApproach.1EEE Transactions on Vehicular Technology (ITVT), 2011, 60(2):566-579)；大數據時代的來臨，使得對等網絡P2P資源越來越豐富，呈現多樣化；但是缺點是價值密度低，只有節(jié)點間的相互協作才能獲得價值高的資源；并且P2P-BT系統(tǒng)依賴于節(jié)點之間的合作以及貢獻自身的資源，因此自私行為限制了移動P2P-BT優(yōu)勢在VANET的應用；

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是建立一個VANET層次框架，使得基于P2P-BT的多媒體合作共享方法很好地實施與VANET中，利用基于分布式跟蹤器Tracker服務器的多媒體文件查詢算法和基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法，解決VANET中查詢問題和由于斷鏈和自私造成的多媒體回傳延遲問題；
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006](一 )建立VANET層次架構
[0007]根據城市VANET中車輛的運動特點將網絡中節(jié)點分為三類節(jié)點:車輛car、公交車bus和路邊單元RSU節(jié)點；
[0008]car節(jié)點表示各種類型的車輛(包括出租車在內)，有以下特點:1)數量眾多；car成為城市中人們出行的代步工具；2)移動速度快；隨著人的意愿以不同的速度行駛，速度大約為20-80km/h ；3)移動具有周期性規(guī)律；城市中人們的日?；顒樱缟习?、下班，在固定的時刻去商場購物等，因此car節(jié)點的運動具有一定的規(guī)律可循；
[0009]bus節(jié)點是城市公交車,特點如下:l)bus的路線是固定及時的、可預測的；car通過公交查詢客戶端系統(tǒng)知道下一輛跟自己相遇的公交車輛及時進行信息的傳輸；2)bus能裝載更大的存貯設備，存儲來自鄰居車輛的通信信息和多媒體文件；3) car和bus都是運動的，有較多的連接機會，進行很好的多媒體文件的傳輸；
[0010]RSU節(jié)點是VANET中不可或缺的組成要素，能夠與互聯網Internet直接通信；考慮到bus運動的特點,假設在bus停車站布設RSU ；由于?？奎c會暫停一段時間,使得bus有足夠的時間通過RSU與Internet相連，獲取需要的信息和多媒體資源；
[0011]根據上述分析，將城市VANET在邏輯上分為四層:car層、bus層、RSU層和Internet層,如圖1所示；car既能夠與通信范圍內的car相互通信共享多媒體文件,也能夠與通信范圍內的bus通信，發(fā)送控制信息并及時獲得存儲請求多媒體文件的節(jié)點信息，稱之為“種子”節(jié)點；同樣，bus既能夠與通信范圍內的car通信，接收car控制消息，查詢相應的“種子”節(jié)點，及時發(fā)送給該car,也能夠與通信范圍內的RSU交互，接入Internet獲得多媒體資源；此外，car與RSU之間也能夠進行通信，通過V2R通信方式獲得“種子”節(jié)點；
[0012]( 二)提出一種VANET中基于P2P-BT的多媒體合作共享方法
[0013]該方法簡稱為PB-MCSM，利用bus和RSU在城市VANET中的特殊作用，構建一個應用層覆蓋VANET的P2P網絡；在bus和RSU上運行P2P-BT方法，將bus或RSU集合作為分布式Tracker服務器，用以記錄網絡中節(jié)點下載消息的詳細信息；bus和RSU上都維持一個文件信息索引列表，這些列表說明當前時刻多媒體文件的節(jié)點信息；節(jié)點信息包括car的速度、運動方向和位置；擁有多媒體文件的car節(jié)點，將文件名稱以及自己的ID號等相關信息匯報給覆蓋范圍內的bus或RSU節(jié)點；當car節(jié)點下載完一個新的文件時,bus或RSU都會更新本地信息索引列表，將該car信息添加到列表；為了方便后面方法的描述，將bus和RSU內具有相同多媒體類型的車輛集合，分別稱之為原始簇Be和Re ；
[0014]主要包括2部分:基于分布式Tracker服務器的多媒體文件查詢算法和基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法；
[0015](I)基于分布式Tracker服務器的多媒體文件查詢算法
[0016]當網絡中車A即car A需要請求多媒體文件M.avi時,首先car A會檢測自己傳輸范圍內的節(jié)點類型，并且設置查詢時間門限值Timer，請求消息為Mq;具體過程如下:
[0017]①如果car A檢測到附近有bus,則發(fā)送Mq給bus ;接收到Mq的bus會檢查本地列表，是否含有M.avi信息的原始簇Be ;如果有，bus則向car A返回簇Be內節(jié)點的節(jié)點信息；如果沒有，bus將向鄰居的bus詢問，直至查得到相應Be簇，將簇內節(jié)點的節(jié)點信息返回給car A ；
[0018]②如果car A附近沒有bus，但car A在某一 RSU覆蓋范圍內，則將Mq發(fā)送給RSU ;RSU檢查本地列表尋找相應的原始簇Re，將Re內節(jié)點的節(jié)點信息返回給car A ;如果沒有則直接通過RSU從Internet下載Μ.avi ；
[0019]③car A附近沒有bus并且處在RSU的盲區(qū)內，car就廣播Mq給附近的車輛，附近車輛將查詢是否有M.avi ;如果有則返回自己的節(jié)點信息；否則轉發(fā)Mq查詢附近bus或者RSU,返回查詢結構給car A,進行資源預下載；
[0020]④car A接收簇內節(jié)點的節(jié)點信息后，啟動多媒體基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法;
[0021]如果car A查詢時間超出Timer門限值，則認為網絡中沒有M.avi ;此時car A向覆蓋范圍內的bus發(fā)送請求下載信息,或通過RSU從Internet下載；car A下載完畢后,bus或者RSU更新本地文件信息索引列表；算法具體流程如圖2 ；
[0022](2)基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法
[0023]請求節(jié)點需要通過一定的算法選擇傳輸節(jié)點，考慮到通信鏈路的不穩(wěn)定性，提出服務時間感知的選擇算法；針對車輛只接收不上傳的自私行為，使用間接互惠博弈模型保證車輛積極貢獻自己的資源，下載的同時積極上傳文件給其他請求車輛；基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法的具體過程如下:
[0024]假設有m個請求節(jié)點都在請求多媒體M.avi,集合為A= (A1, A2, , Aj , M.avi的原始簇為S= (S1, S2,, SJ，n是簇內車輛的總數；定義擴展簇S'，初始化階段，擴展簇S’ =S ；在樹狀回傳算法中，擴展簇S’中的每個節(jié)點如S1?Sn代表根節(jié)點；如圖3，根據A中車輛請求時間片的不同，劃分不同的回傳階段，相同階段車輛根據服務時間感知的選擇方法進行多線程選擇，選擇合適的車輛進行回傳；例如在時間(Ut1]是回傳的初始階段，從根節(jié)點中進行選擇；回傳時根據間接博弈方法進行參數更新，然后這些請求車輛加入簇S';最后從A中刪除這些節(jié)點，成為被選擇節(jié)點，在接下來的回傳階段如(ti，t2]上傳資源給其他車輛；如此循環(huán)直到集合A為空，S' =SUA ；
[0025]算法中采用到服務時間感知的選擇算法和間接互惠博弈模型如下:
[0026]①服務時間感知的選擇方法
[0027]由于車輛的高速移動和動態(tài)拓撲變化，車輛之間的連接是短暫的；為了避免網絡帶寬的浪費，更好的完成多媒體文件傳輸，所有請求車輛在選擇傳輸節(jié)點的時候需要考慮車輛之間的服務時間；使用類似于LET計算方法，考慮S'中車輛的負載來預測車輛之間的服務時間ST，Φ = {Φ” Φ2，...}代表負載集合，即正在服務車輛的個數；對于任意車輛Ai e A和負載為Φ?的Sj e S’，傳輸半徑均為Y ,坐標為(Xi, Yi)和(x」，y」)，速度分別為Vi和'，Θ i和Θ j代表運動方向，車輛Ai和S」之間的預測服務時間為
【權利要求】
1.一種VANET中基于P2P-BT的多媒體合作共享方法，其特征在于，該方法主要包括兩個主要部分: 第一部分=VANETs層次架構的建立； 第二部分:基于P2P-BT機制的多媒體合作共享方法,包括基于分布式Tracker服務器的多媒體文件查詢算法和基于間接互惠的樹狀回傳算法， 其特征在于如下步驟: (1)VANET層次架構的建立 根據城市VANET中車輛的運動特點將網絡中節(jié)點分為三類節(jié)點:車輛car、公交車bus和路邊單元RSU節(jié)點；將城市VANET在邏輯上分為四層:car層、bus層、RSU層和Internet層；car既與通信范圍內的car相互通信共享多媒體文件，也與通信范圍內的bus進行通信；同樣，bus既能夠與通信范圍內的car通信，接收car控制消息，也能夠與通信范圍內的RSU交互，接入Internet獲得多媒體資源。此外，car與RSU之間也能夠進行通信。 (2)基于P2P-BT機制的多媒體合作共享方法 1)基于分布式Tracker服務器的多媒體文件查詢算法 ①如果carA檢測到附近有bus,則發(fā)送Mq給bus ;接收到Mq的bus會檢查本地列表，是否含有M.avi信息的原始簇Be ;如果有，bus則向car A返回簇Be內節(jié)點的節(jié)點信息；如果沒有，bus將向鄰居的bus詢問，直至查得到相應Be簇，將簇內節(jié)點的節(jié)點信息返回給car A ； ②如果carA附近沒有bus，但car A在某一 RSU覆蓋范圍內，則將M0發(fā)送給RSU ；RSU檢查本地列表尋找相應的原始簇Re，`將Re內節(jié)點的節(jié)點信息返回給car A ;如果沒有則直接通過RSU從Internet下載M.avi` ； ③carA附近沒有bus并且處在RSU的盲區(qū)內，car就廣播Mq給附近的車輛，附近車輛將查詢是否有M.avi ;如果有則返回自己的節(jié)點信息；否則轉發(fā)Mq查詢附近bus或者RSU，返回查詢結構給car A，進行資源預下載； ④carA接收簇內節(jié)點的節(jié)點信息后，啟動基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法； 如果car A查詢時間超出Timer門限值，則認為網絡中沒有M.avi ;此時car A向覆蓋范圍內的bus發(fā)送請求下載信息,或通過RSU從Internet下載； 2)基于間接互惠博弈的樹狀回傳算法 算法的具體過程:假設有m個請求節(jié)點都在請求多媒體M.avi,集合為A= (A1, A2,...，AJ , M.avi的原始簇為S=IS1, S2,..., Sj , η是簇內車輛的總數；定義擴展簇S'，初始化階段，擴展簇S' =S0在樹狀回傳機制中，初始擴展簇S'中的每個節(jié)點代表根節(jié)點；根據A中車輛請求時間片的不同，劃分不同的回傳階段，相同階段車輛根據服務時間感知的選擇算法進行多線程選擇，選擇合適的車輛進行回傳；在回傳的初始階段，從根節(jié)點中進行選擇；回傳時根據間接互惠博弈模型進行參數更新，然后這些請求車輛加入簇S'；最后從A中刪除這些節(jié)點，成為被選擇節(jié)點，在接下來的回傳階段上傳資源給其他車輛；如此循環(huán)直到集合A為空，S' =SUA ； 算法中采用到服務時間感知的選擇算法和間接互惠博弈模型如下: ①服務時間感知的選擇算法 使用類似于LET計算方法，考慮S'中車輛的負載來預測車輛之間的服務時間ST，Φ = {Φρ Φ2,...}代表負載集合。對于任意車輛Ai e A和負載為Φ?的Sj e S’，傳輸半徑均為Y，坐標為(Xi, Yi)和(χ」，y」)，速度分別為Vi和Vj，Θ i和Θ j代表運動方向，車輛Ai和Sj之間的預測服務時間為
【文檔編號】H04L29/08GK103763334SQ201310204781
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年5月28日 優(yōu)先權日:2013年5月28日
【發(fā)明者】吳迪, 陳娜, 譚國真 申請人:大連理工大學