内容下载的协助下路边汽车车载Ad Hoc网络

文摘

大量的多媒体内容,如交通图像,音乐和电影内容下载构成巨大的挑战,因为车辆和间歇性连接的高机动车辆临时网络。路边单位和APs能提高效率的内容下载,但大量投资的成本。在本文中,一个高效的内容下载方案提出的协助下停车场集群,由路边停放的汽车。收到下载请求后,停车场集群,下载器将根据估计穿越轨迹,将下载下载器的调度。然后下载获得的内容块虽然驱动器通过停车场集群。仿真结果表明,该方案实现更好的性能比车辆间的方法和基于RSU的方法。

1。介绍

车载ad hoc网络已经设想等许多应用程序是有前途的道路安全和智能交通系统(ITS)。促进道路安全,愉快的旅行,有大量的多媒体网络中,如交通形象,提供的监控录像,音乐和电影内容提供者。的进口要求VANETs分发这些多媒体版内容移动车辆。

然而,内容下载VANETs构成巨大挑战由于短的无线电通信,动态拓扑,缺少足够的带宽,VANET的间歇性连接和高流动性。在早期,车辆可以请求的内容从源直接与互联网接口,但它实现窄带宽的表现不佳。的发展广泛的带宽等技术WiMax和4 g,车辆有足够的带宽来访问互联网,但访问费用昂贵。在车辆到车辆(V2V)沟通(1,2),也称为车辆间通信,两个车辆节点之间的传输内容是当他们遇到。车辆间通信改善由于高度间歇性的连接,特别是对于较大的内容。很明显,基础设施建在路边等VANETs单位(限制)或接入点(APs)可以显著改善内容下载和高带宽的性能。一些作品3- - - - - -5)采用基于wifi APs内容分发和执行比基于车辆间通信的方案。不幸的是,轨道的方法,也有一些缺点。首先,静态路边基础设施很难适应日新月异的交通。其次,APs的部署的性能影响很大。稀疏的APs的放置,糟糕的性能。然而,互联网APs需要昂贵的权力和有线网络连接,安装的成本可以高达5000美元每单位(6]。一般来说,虽然基础设施改善连接,它通常需要大量的投资和精心设计,特别是在城市规模。

最近的努力(7- - - - - -10]表明,停在路边的车辆可以扮演的角色。由于停车是一个普遍现象在大多数城市在我们的日常生活中,停放车辆,尤其是在街道上的停放车辆,是自然选择的路边单元。车载无线设备和可充电电池,停放的汽车可以与任何汽车驾驶。汽车停在路边的协助下,我们提出一个高效的车载ad hoc网络内容下载方案。路边停放的汽车被分组到集群每个道路上停车。车辆时,称为下载,提交下载请求到停车场集群,集群停车就知道下面的下载器根据一次历史的轨迹模型。那么它将通知停车场集群,下载器会开车经过,下载内容提供商的内容的一部分。下载器穿过停车场集群时,它会从停车场集群的不同部分内容。

本文的其余部分组织如下。部分2讨论了相关的工作。节中描述的问题3。节4,提出了该方案的细节。部分5介绍了模拟并讨论了结果。最后一节总结了纸。

2。相关的工作

已经有大量的研究工作内容共享和发布移动ad hoc网络(11- - - - - -13]。尤其是内容下载还在车载ad hoc网络的一个热点问题。在线旅行社等。14]调查合作内容下载公路VANET的场景。P2P-like计划(2]使车辆能够交换小内容块当他们遇到,但表现不佳。

为了提高性能,介绍了一些技术。李等人。15]提出CodeOn,运用象征层面网络编码(SLNC)对抗无线传输损耗,这是健壮的传输错误,鼓励更激进的并发传输。在[16),王等人提出一种基于联盟合作方式形成游戏,交换奥他们拥有通过广播和接收从他们的邻居。虽然他们取得更好的性能,这取决于奥的性能。在[17有位名为],玛兰蒂诺等人轮廓的性能限制车辆的建模内容下载系统的下载过程作为一个优化问题和整个系统吞吐量最大化。

当然,路边基础设施(3- - - - - -5)是用于在车载网络内容分发。车辆的用户可以从服务器下载大文件在互联网通过路边接入点(ap)。考虑到车辆的内容下载通过开放无线访问点(APs)可以与有界挑战由于稀疏美联社部署通信范围和旅行的快速运动车辆,陈et al。18]讨论联合资源分配和调度问题为有效内容下载考虑信道争用和稀缺的美联社资源有效利用。克服缺点,提高协作下载,P2P网络(19]中构造奥脱落的限制范围,提出了一种新的基于单元的聚类方案,组织限制到一个集群,以提高输送效率。

定期在这些方案中,服务器将数据传递到其他车辆,然后车辆获得块传输的数据根据carry-and-forward范式到目标车辆。然而,高度动态的网络拓扑结构介绍了断断续续的连接,导致下载失败。

与基础设施的高成本相比,停在路边的汽车可以利用扮演的角色限制。刘等人。6]目前PVA的想法首先(停放车辆协助)。他们调查,路边停放的车辆是自然选择的单位和不需要任何部署投资。

在[7有位名为],玛兰蒂诺等人提出一个内容下载系统在车载网络使用停放车辆。目标是分享大块车辆之间的数据和内容新鲜和最大化利用无线资源。但数据交换只涉及单沟通。此外,他们调查的可能性,利用停车辆延长RSU服务覆盖。它利用优化模型旨在最大化的新鲜内容,下载者检索、无线电资源的利用效率,能源资源的公平利用停放车辆(20.]。

刘等人提出ParkCast [8]在他们研究后,有路边停放的车辆在城市VANETs传递内容。然而,ParkCast并不提供一个特定的策略来解决未完成的下载,特别是对于大尺寸的内容。

在[9的节能数据传播协议]提出协助VANETs路边停放的汽车”。同样ParkCast,停在路边的汽车被组织成多个集群,存储和分发媒体文件移动车辆。

明显,工作内容下载利用停车辆假定所有内容已经存储在停放的汽车,这是不切实际的。

3所示。问题陈述

限制的支持下,车辆可以请求的内容限制。如图1、车辆进入道路和发送下载请求,这将让内容提供商的内容,然后将内容传输到车辆。如果内容太大,车辆将请求的其余部分内容等限制吗。如前所述,的高成本限制部署给政府带来沉重的负担。此外,限制也是一个挑战性的任务的最优部署由于预算限制,街道布局和交通的变化。例如,如果车辆驱动器为一条路没有限制,它不会把剩下的内容,直到遇上另一个RSU部署在其他道路,导致长传输延迟和糟糕的经历。

幸运的是,停在路边的汽车可能是自然选择的限制。一项调查(11]探索在街道上的停车在密歇根州安阿伯市和美国。它发现停车场的利用率相当稳定,尽管每个停车短暂,波状的。占用率平均93.0%一天高峰期间。甚至非高峰入住率比平均水平近80%。对于所有实用目的,在街道上的停车位使用所有的时间,高停车需求。因此,路边的停车位可以认为是经常占领和停车场有“固定”汽车,作为稳定的路边单元的通信。

路边停放的汽车可以被组织成集群和扮演的角色限制。如图2、车辆进入的道路;提交内容下载请求。集群成员将从互联网下载的内容和传播内容。与此同时,将会通知,车辆将驱动,下载的内容,这车可以快速得到剩下的内容。

有一些假设之前我们提出基于停放的汽车的内容下载方案的细节。首先,我们假设车辆配备了GPS和电子地图,现在的低成本和流行。基于GPS和电子地图,车辆可以得到当前的速度、位置和方向移动。然后车辆的轨迹可以记录和保存。这也是一个基本的假设车辆间方案,因为汽车需要知道它们的位置,中继节点的决定当他们遇到。基于RSU方法,GPS信息可以从路边单元。其次,我们假设车辆上的车载单元(下文)是由汽车电池供电,可以开车时,支持通信在停车场。在[21),它是证明汽车电池的能量可以力量奥80小时或更少。没有必要担心汽车电池的损耗,因为街道停车只持续的平均时间6.64小时,根据一个真实的城市停车报告(22]。最后,我们假定一些停放的汽车的所有者愿意共享资源在停车场。它可以是出于一些激励机制。实际上,根据P2P文件系统的经验23),仍有30%的用户愿意分享他们的资源,即使没有任何激励。也就是说,即使他们不能受益于分享,有些用户贡献资源的合作。

4所示。详细设计

4.1。系统概述

图3显示网络的概述。在图3,有6十字路口(,,,,,)和几个路段的地图。黑色的车辆停在路边和白色车辆沿着马路。车辆想要从内容提供商下载内容。首先,停在路边的汽车被分组到集群。下载器发送请求的具体内容。估计一个后的轨迹根据旅行历史模型和知道哪个集群下载器会开车经过。考虑网络的低带宽,开车时下载的内容可能不是通过公路段。假设内容分为若干块。将使一个时间表告诉下载吗块可以被收购的集群。与此同时,通知其他集群,下载器会穿越,提前下载指定的块,这一块可以传播到下载器一旦进入这些集群。

4.2。集群的停放的汽车

由于高稳定性和利用率的路边停车,集群停放车辆在路边是可行的在这个城市24]。所有停放车辆(PV)在一个道路被组织成一个虚拟集群,即使其中一些不能直接相互通信。这是可行的,为行驶车辆(MV)将旅行过马路和帮助维持整个虚拟集群的连通性。支持内容下载,集群的虚拟集群需要处理以下三个任务:(第一是集群管理,包括会员管理。()二是内容下载调度。它决定的下载内容块从每个集群成员。如果下载器不能按时完成下载当前的道路,它通知其他集群移动车将推动通过下载的内容块。()第三个是分布在所有集群的一些信息,如每个道路的平均旅行时间,可以用来估计多少块可以获得在路上。作为集群成员,有三个角色:)下载内容提供者的块基于集群的调度头;()集群分配块,所以,它可以是一个自然的数据库来存储内容;()传输块下载汽车。

簇头的选举(CH)很简单。最接近十字路口可以停放汽车集群的头。如图4,有三个场景的停放车辆集群。如果小于车辆的通信半径,,只是一个集群头需要管理集群,如图4(一)。在图4 (b),如果大于但它小于,可能有两个集群(例如,和在路的两端,所以行驶车辆可以虚拟集群的信息尽快一旦他们进入的道路或。当大于,可能会有一些孤立的停放的车辆(IPV)不能与任何集群成员直接沟通。如图4 (c)、移动车辆帮助IPV沟通吗或和维护虚拟集群。

4.3。轨迹预测

我们使用旅行历史流动模型提出了我们的以前的工作25)来预测以下车辆的轨迹。流动性的概念模型来记录这次旅行车辆每天的细节,如表所示1。这次旅行的开始时间是分为离散时间设置:天(星期一,星期二,结婚,碰头。星期五,坐,和太阳)和时间(< 10、10 - 12、12 - 14、14 - 16 16 - > 18)。一旦用户开始他的车,开始时间和位置被记录为“天”“,”和“源。“移动时,车辆会每隔几秒就从GPS位置数据。当汽车停止,最后用“目的地位置。“然后可以构造决策树基于旅行历史记录来预测车辆的移动轨迹。

图5根据表描述了决策树1,那里的历史访问记录表示为树枝和树叶。的概率是由选择的目的地 在哪里是旅行的总数从根节点开始吗,是旅行的数量根据特定时间和目的地选择叶子节点。代表历史上朝着目标的概率。自从汽车知道电流源,天,和时间,最大能找到目的地的选择树作为初始预测。开车时,车辆定期检查其位置是否在预期的目的地。如果不是,车辆需要计算一个新的目的地概率 在哪里的总数是删除后剩下的旅行不可行的。然后它能找到一个新的目的地预测最大。根据模型,每辆车可以预测一个人的移动轨迹。如果它想要下载的内容,它将通知集群头预测轨迹,可以利用下载进度。

4.4。内容下载

内容文件,指定的内容识别(CID),裁剪成几块,这也是每个人分配一块识别(ChunkID)。当下载器在路上想下载内容,它将发送集群的道路一个包含4-tuple由CID的请求,, ,,在那里和当前位置和车辆的速度吗,是一个向量的平均旅行时间在每路在接下来的轨迹,然后呢下面的轨迹预测的车辆吗根据旅行历史模型。集群的集群头会知道下载器将旁路,可以计算块的数目,下载器可以下载在以下每个道路上旅行,在吗 在哪里估计是MAC的吞吐量,可以在26),而是一块的数量。集群头将通知下载器的下载进度指定集群和多少块每个道路上可以下载预测的轨迹。与此同时,集群头也通知其他集群头像下面的轨迹从内容提供商下载指定的块。

如图3,下载器计算它的轨迹,将4-tuple请求发送到集群的负责人。基于(3)和4-tuple,集群头知道内容是由5块,使一个时间表,第一个2块可以获得可以从第三块,最后2块可以从下载。日程将被转移到下载器和集群的首脑和。此外,集群头会选择一些集群成员下载指定的块的内容提供商。下载绕过这些集群成员时,块将传播到下载器。

5。评价

5.1。仿真设置

首先,我们执行周的调查成都的一个城市,一个城市在中国。如图6,一个真正的街道地图和3600米的范围选择2500,包括24个十字路口和35双向道路。每个路口被一个数字从1到24。在调查中,我们调查了交通和路边停车统计每天在不同的时间。

街道有三种不同的停车限制。第一种许可免费停车在路边,,等等,从而导致一个非常高的节点密度平均veh / 300公里。第二个,和,缺乏公共停车位。这些街道上有一个非常低的车辆密度veh / 20公里,来自一些预留的停车位和非法停车。第三个有一个温和的车辆密度veh / 98公里。

在仿真中,vanetmobisim - 1.1用于生成现实的城市流动的痕迹,可直接利用网络仿真器ns - 2.33。历史轨迹记录收集来自30个志愿者通过映射图的面积64周。和每个下载将被分配一个历史轨迹的记录,这是随机选择从30历史轨迹记录。评估能源消耗、功率模型(27使用),包括发射功率、接收能力,和空转功率,表中列出2。此外,下文的计算能力和汽车电池的功率960 W和4.0 W,由(21),分别。在仿真,停放车辆位于每个街头随机的位置,在调查收集的密度。其它仿真参数如表所示2。

我们评估我们的方案与车辆间的方法(2和基于RSU3]。选择下载者的随机移动的汽车,和每个下载者将分配一个历史轨迹记录,根据志愿者的旅行。基于RSU方法,限制的数量对性能是至关重要的。在[3),限制的数量设置为5,和内容文件存储在这5个限制。当下载器穿过RSU,它可以RSU提交内容请求,这将从内容提供商下载内容,然后传输到下载器。车辆间的方法,下载器和它的邻国合作下载内容提供商的内容文件。对于我们的方案,内容文件将拼成几块,和集群成员将为下载器下载的块时,发送给下载器下载绕过了集群成员。

5.2。仿真结果

的协议相比,我们选择来评估他们的平均下载率,定义为请求的数量之间的比率,成功下载内容和请求的总数。

我们首先评估的平均下载率下三种方法不同数量的移动车辆和结果如图所示7。内容设置为10 Mb的大小。此外,下载者的百分比,请求内容设置为5%。

如图7车辆间方案,移动车辆越多,越多的机会与邻居保持连接,以便下载比例迅速增加。虽然RSU平均下载比率的基础方法和我们提出的方案减少而增加移动车辆的数量,车辆间执行较差的两种方法由于间歇沟通。我们的方案执行比RSU基础方法,达到90%左右,相比之下,55%的基于RSU当有150移动车辆。原因是限制的数量并不足以涵盖所有道路,而路边停的车辆几乎覆盖了每一条路。移动车辆越多意味着更多的下载者,由于碰撞导致下载失败。

图8描述内容大小的影响平均下载率,虽然有150移动车辆和车辆请求下载的内容。如图8,平均下载比率随所有计划的内容大小的增加迅速。对于我们的方案,原因是大尺寸的内容意味着有更多的块的内容。需要更多的停车场集群参与传输块,不满意的模拟图。同样,基于RSU方法没有足够的限制和高带宽支持大尺寸的传播内容。然而,下载我们的方案还65%的比例远远超过RSU的基础方法。车辆间的方法,大尺寸的内容文件意味着它需要更多的邻居下载内容合作,这是难以满足如果没有足够的移动车辆,领先的快速减少下载比率。

图9情节下载的比例如何影响性能的所有计划10 M内容大小和150移动车辆。在图9的比例,平均下载所有计划增加当下载者的数量减少。由于路边停车集群的资源,我们的方案实现下载率最高,而最贫穷的车辆间建立方法的性能。当然,车辆间的方法执行贫穷。下载者的增加,他们需要更多的邻居合作下载内容。然而,这不是一项容易的任务,并将引入更多的碰撞。

研究的潜在影响功耗停放汽车,下载将定期启动一个新的请求另一个内容文件,直到最后的模拟。计算出的能源消费 在哪里,,收发器的时间停留在传输的状态,接收,空转。和在下文的计算时间。在图所示的结果10。显然,两簇头的功耗和集群成员随时间消逝。在模拟的早期阶段,簇头消耗更多的能量比集群成员。但在后者,簇头消耗更多的能量比集群成员。原因是块分布在网络的所有停放的汽车包括集群,集群成员的开始。一旦数据块存储在所有停放的汽车,集群成员不分配的块,只有传输数据块下载器。尽管集群的功耗比集群成员,集群的功耗的比例只是8.8%的汽车电池后10小时的停车。根据(22),街道停车只持续的平均时间6.64小时,这意味着汽车电池可以为沟通而停车足够供应能量。实际上,可以设置一个阈值,以确保电池的能量可以发射车的引擎。

6。结论

本文内容下载计划的协助下路边停放的汽车。停放的汽车,形成一个虚拟集群中,扮演的角色限制,下载内容提供商的内容和传输下载器。集群使一个时间表通知下载器如何获取内容块的集群基于估计下载器的轨迹。仿真结果表明,我们提出的方案下载率平均达到65%高于RSU基础方法。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由美国国家科学基金会支持部分资助下的中国61370204和61572113号和浙江省自然科学基金批准号LQ16F02001。

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