面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺乏對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)和車載終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)影響的考慮的問題，以提高車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體效用與工作能力；與現(xiàn)有車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換算法相比，本發(fā)明專利技術(shù)能夠提高車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，車載自組織網(wǎng)絡(luò)的利用率，降低應(yīng)用面端到端傳輸時(shí)延和丟包率，提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)整體通信性能。

Vertical handover method for vehicular heterogeneous network for maximum delivery capability

The invention discloses a method for the maximum delivery capacity of vehicle vertical handoff method in heterogeneous networks, solves the existing lack of heterogeneous network real-time status and to consider the problem of vehicle terminal network system influence, in order to improve the overall effectiveness and ability to work on heterogeneous network system; compared with the existing vertical handoff algorithm in heterogeneous vehicle the network, the invention can improve vehicle utilization in heterogeneous networks, VANET application rate, reduce the end-to-end transmission delay and packet loss rate, improve the overall performance of heterogeneous network communication.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法
本專利技術(shù)屬于車聯(lián)網(wǎng)
，涉及面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，用于車聯(lián)網(wǎng)下車載設(shè)備選擇不同承載網(wǎng)絡(luò)完成通信傳輸業(yè)務(wù)。
技術(shù)介紹
隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)即將迅速的從科學(xué)研究轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用。相較于實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景，真實(shí)交通場(chǎng)景下車輛密度更高，車聯(lián)網(wǎng)的信道爭(zhēng)用等相關(guān)技術(shù)將成為車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的瓶頸。由于時(shí)頻資源的緊張，我們無法為單一車聯(lián)網(wǎng)承載網(wǎng)絡(luò)分配大量的頻域資源，以保證車聯(lián)網(wǎng)能夠在高密度交通場(chǎng)景正常運(yùn)行。為此，學(xué)術(shù)界提出了車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的概念，即將多種適用于車輛接入的承載網(wǎng)絡(luò)共同組織成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，供車輛完成網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。目前，包括4G-LTE在內(nèi)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、DSRC在內(nèi)的車載自組織網(wǎng)絡(luò)以及WiMAX等先進(jìn)無線通信技術(shù)都被引入到車載通信系統(tǒng)中。目前關(guān)于車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法的研究，主要以最低通信成本、通信時(shí)延和QoS為目的，僅針對(duì)如何提高切換效率，或針對(duì)不同數(shù)據(jù)服務(wù)進(jìn)行研究，沒有面向整個(gè)車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最大承載能力。且考慮的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)較為單一，沒有考慮車載終端和網(wǎng)絡(luò)他拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的動(dòng)態(tài)影響，忽視了車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特殊性，并不能全面的根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和環(huán)境做出切換決策，無法發(fā)揮車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的最大性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)的目的在于，提供一種面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺乏對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)和車載終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)影響的考慮的問題，以提高車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體效用與工作能力。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，包括以下步驟：步驟1，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter1；步驟2,某一車載終端以專用短程通信為初始通信方式，發(fā)布自身運(yùn)動(dòng)信息；所述車載終端同時(shí)在不同網(wǎng)絡(luò)上接收其他車輛的運(yùn)動(dòng)信息，并根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)信息得到不同網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)目，并分別計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；步驟3，利用步驟2得到的專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若滿足需求，則執(zhí)行步驟4；若不滿足需求，則切換計(jì)數(shù)器switch_counter1加1，并生成隨機(jī)數(shù)j，當(dāng)j小于switch_counter1/50時(shí)，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟4，利用步驟2中所述的車載終端接收到的來自專用短程通信的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，若在一個(gè)廣播周期內(nèi)通過所述車載終端感知到的車用短程通信網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)大于影響網(wǎng)絡(luò)性能的閾值，執(zhí)行切換判斷流程；否則，返回步驟2；所述切換判斷流程：計(jì)算車載終端切換至非專用短程通信網(wǎng)絡(luò)的概率，生成隨機(jī)數(shù)j，若j小于切換概率，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟5，針對(duì)步驟2得到的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；利用歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)采用層次分析法構(gòu)造比較矩陣W；步驟6，求比較矩陣W的最大特征值，根據(jù)最大特征值計(jì)算時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重；步驟7，根據(jù)時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重選擇切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟8，將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟9，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter2；步驟10，計(jì)算專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若不滿足需求且switch_counter2不為0，switch_counter2減1，進(jìn)入步驟11，若switch_counter2為0則直接進(jìn)入步驟11；若滿足需求，則switch_counter2加1，車載終端生成隨機(jī)數(shù)r，若r<(switch_counter2/50),則切換至專用短程通信，并返回步驟1，否則進(jìn)入步驟11；步驟11，計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能是否滿足需求，若滿足，則返回步驟5，否則執(zhí)行步驟10。具體地，所述步驟2中的計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，采用的公式如下：其中，t0為車載終端收到的信標(biāo)的本地時(shí)間；tj為第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)第j輛車的信標(biāo)內(nèi)包含的時(shí)間戳；niamount為最近1s內(nèi)車載終端通過信標(biāo)感知到第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車輛總數(shù)；ni為當(dāng)前0.1s周期內(nèi)載終端通過信標(biāo)感知到第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的車輛數(shù)；fjtRTT為當(dāng)前周期內(nèi)車載終端與第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)第j輛車的通信時(shí)延，fj(t-1)RTT為上一個(gè)beacon周期車載終端與第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)第j輛車的通信時(shí)延；fiRTT為第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延，fiPLR為第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的丟包率，fi(jit)為第i個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)延抖動(dòng)。具體地，所述步驟3中的利用步驟2得到的專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，具體方法如下：若專用短程通信上的傳輸時(shí)延大于車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所能接受的最大RTT時(shí)延且專用短程通信上的丟包率大于車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所能接受的最大丟包率，則專用短程通信性能不滿足需求；否則，專用短程通信性能滿足需求。具體地，所述步驟5中的針對(duì)步驟2得到的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；采用公式如下：其中，F(xiàn)RTT為車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所能接受的最大RTT時(shí)延；FPLR為車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)所能接受的最大丟包率；和分別為歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)。具體地，所述步驟7中的根據(jù)時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重選擇切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；具體包括以下步驟：計(jì)算各個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的效用值：其中W1為時(shí)延權(quán)重，W2為丟包率權(quán)重，W3為時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重。選取最大的效用值對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，作為目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下技術(shù)效果：1)本專利技術(shù)利用車聯(lián)網(wǎng)中車載終端廣播包含車輛運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的Beacon信息，對(duì)車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，判斷異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中不同承載網(wǎng)絡(luò)真實(shí)條件下的網(wǎng)絡(luò)性能，而不是利用網(wǎng)絡(luò)的固有特性和性能，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià)。車聯(lián)網(wǎng)承載網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)不僅是承載網(wǎng)絡(luò)性能的反映，也是車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的體現(xiàn)。通過本專利技術(shù)的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方法，車聯(lián)網(wǎng)消息能夠在不同場(chǎng)景、環(huán)境下選擇性能更佳的承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，同時(shí)兼顧其他車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)終端，以達(dá)到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下不同網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡。2)本專利技術(shù)所采用的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)切換方式中，每個(gè)車載設(shè)備自主選擇承載網(wǎng)絡(luò)接入車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，完成車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。不同車載設(shè)備由于所處環(huán)境和自身狀態(tài)的不同，將會(huì)選擇不同的接入網(wǎng)絡(luò)，從而降低了單一網(wǎng)絡(luò)接入導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)擁堵，提高系統(tǒng)性能。3)本專利技術(shù)為了盡可能的減少由于網(wǎng)絡(luò)垂直切換造成的不必要損失，設(shè)計(jì)了一種網(wǎng)絡(luò)切換概率函數(shù)，減少切換次數(shù)，提升終端附著承載網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性，減少多次切換造成的乒乓效應(yīng)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的壓力。4)本專利技術(shù)切換函數(shù)等條件均可通過車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)beacon信息獲得，相較于其他異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，不增加網(wǎng)絡(luò)的額外開銷，有更強(qiáng)的可行性和實(shí)用性。與現(xiàn)有車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換算法相比，本專利技術(shù)能夠提高車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，車載自組織網(wǎng)絡(luò)的利用率，降低應(yīng)用面端到端傳輸時(shí)延和丟包率，提高異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)整體通信性能。附圖說明圖1是本專利技術(shù)適用的基本車載異構(gòu)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter1；步驟2,某一車載終端以專用短程通信為初始通信方式，發(fā)布自身運(yùn)動(dòng)信息；所述車載終端同時(shí)在不同網(wǎng)絡(luò)上接收其他車輛的運(yùn)動(dòng)信息，并根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)信息得到不同網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)目，并分別計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；步驟3，利用步驟2得到的專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若滿足需求，則執(zhí)行步驟4；若不滿足需求，則切換計(jì)數(shù)器switch_counter1加1，并生成隨機(jī)數(shù)j，當(dāng)j小于switch_counter1/50時(shí)，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟4，利用步驟2中所述的車載終端接收到的來自專用短程通信的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，若在一個(gè)廣播周期內(nèi)通過所述車載終端感知到的車用短程通信網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)大于影響網(wǎng)絡(luò)性能的閾值，執(zhí)行切換判斷流程；否則，返回步驟2；所述切換判斷流程：計(jì)算車載終端切換至非專用短程通信網(wǎng)絡(luò)的概率，生成隨機(jī)數(shù)j，若j小于切換概率，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟5，針對(duì)步驟2得到的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；利用歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)采用層次分析法構(gòu)造比較矩陣W；步驟6，求比較矩陣W的最大特征值，根據(jù)最大特征值計(jì)算時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重；步驟7，根據(jù)時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重選擇切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟8，將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟9，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter2；步驟10，計(jì)算專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若不滿足需求且switch_counter2不為0，switch_counter2減1，進(jìn)入步驟11，若switch_counter2為0則直接進(jìn)入步驟11；若滿足需求，則switch_counter2加1，車載終端生成隨機(jī)數(shù)r，若r<(switch_counter2/50),則切換至專用短程通信，并返回步驟1，否則進(jìn)入步驟11；步驟11，計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能是否滿足需求，若滿足，則返回步驟5，否則執(zhí)行步驟10。...

【技術(shù)特征摘要】
1.面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter1；步驟2,某一車載終端以專用短程通信為初始通信方式，發(fā)布自身運(yùn)動(dòng)信息；所述車載終端同時(shí)在不同網(wǎng)絡(luò)上接收其他車輛的運(yùn)動(dòng)信息，并根據(jù)接收到的運(yùn)動(dòng)信息得到不同網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)目，并分別計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；步驟3，利用步驟2得到的專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若滿足需求，則執(zhí)行步驟4；若不滿足需求，則切換計(jì)數(shù)器switch_counter1加1，并生成隨機(jī)數(shù)j，當(dāng)j小于switch_counter1/50時(shí)，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟4，利用步驟2中所述的車載終端接收到的來自專用短程通信的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，若在一個(gè)廣播周期內(nèi)通過所述車載終端感知到的車用短程通信網(wǎng)絡(luò)上的車輛數(shù)大于影響網(wǎng)絡(luò)性能的閾值，執(zhí)行切換判斷流程；否則，返回步驟2；所述切換判斷流程：計(jì)算車載終端切換至非專用短程通信網(wǎng)絡(luò)的概率，生成隨機(jī)數(shù)j，若j小于切換概率，執(zhí)行步驟5，否則返回步驟2；步驟5，針對(duì)步驟2得到的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，進(jìn)行歸一化處理，得到歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)；利用歸一化后的不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)采用層次分析法構(gòu)造比較矩陣W；步驟6，求比較矩陣W的最大特征值，根據(jù)最大特征值計(jì)算時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重；步驟7，根據(jù)時(shí)延權(quán)重、丟包率權(quán)重和時(shí)延抖動(dòng)權(quán)重選擇切換的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟8，將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)；步驟9，引入初始值為0的切換計(jì)數(shù)器switch_counter2；步驟10，計(jì)算專用短程通信上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷專用短程通信性能是否滿足需求，若不滿足需求且switch_counter2不為0，switch_counter2減1，進(jìn)入步驟11，若switch_counter2為0則直接進(jìn)入步驟11；若滿足需求，則switch_counter2加1，車載終端生成隨機(jī)數(shù)r，若r<(switch_counter2/50),則切換至專用短程通信，并返回步驟1，否則進(jìn)入步驟11；步驟11，計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延和丟包率，判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能是否滿足需求，若滿足，則返回步驟5，否則執(zhí)行步驟10。2.如權(quán)利要求1所述的面向最大交付能力的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換方法，其特征在于，所述步驟2中的計(jì)算不同網(wǎng)絡(luò)上的傳輸時(shí)延、丟包率以及時(shí)延抖動(dòng)，采用的公式如下：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙祥模，李驍馳，徐志剛，王潤(rùn)民，張立成，閔海根，孫朋朋，王振，李楠，胡錦超，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長(zhǎng)安大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西,61