车联网中内容分发机制与下载任务调度研究

摘要

车联网（Internet of Vehicles，IoV）将先进的通信技术应用于交通领域，旨在通过车车、车路、车人、车网之间的通信，为用户提供安全、效率、信息娱乐等多种类型的应用，推动了智能交通系统的快速发展，因而受到各界的普遍关注。显而易见，网络中各类应用的实现，离不开文字、图像和音视频等多媒体内容的高效下载和分发。 车联网中节点的高速移动、车与车（Vehicle-to-Vehicle，V2V）、车与路设（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）之间的间歇性通信链接限制了车辆数据下载性能。另外，受成本因素的限制，高速公路场景下路设部署稀疏，通信范围无法覆盖所有车辆，相邻两路设之间存在通信盲区。车辆在当前路设覆盖范围内未完成的内容下载在进入下一个路设覆盖范围后继续进行，这种较长的延迟严重影响了用户体验。同时，由于路设通信资源有限，当其覆盖范围内多个车辆同时发送数据下载请求时，无法为所有请求节点提供数据下载服务。通过对路设接收到的下载请求进行调度，可以使更多用户的下载需求得到服务。针对上述问题，本文主要研究内容包括以下两个方面： 首先，为促进目标车辆在路设通信盲区内的内容分发，本文基于V2V和V2I协同通信，协调目标车辆行驶方向上多个路设和车辆，提出与目标车辆同向行驶的车辆节点建簇，反向行驶车辆携带转发的协作下载机制。在此基础上，对整个协作下载过程建立了理论分析框架，对目标车辆能够下载的平均数据量进行了理论推导。最后通过仿真验证所提出的协作下载机制在提升目标车辆数据下载量方面的优越性，同时对高速公路场景下内容的高效分发给予指导。 其次，面向多个车辆向路设发送数据下载请求时的服务调度，本文提出了基于内容完整性的下载任务调度机制（Integrity-Oriented Downloading Scheduling，IODS）。路设接收到车辆发送的数据下载请求，在为其提供服务之前，预先判断车辆与路设通信时间范围内能够成功下载的数据量，从而筛选出能被完整服务的节点的数据请求。在此基础上，综合考虑车辆移动特性和发送请求特征，确定车辆请求的优先级并以此为车辆提供数据下载服务。该机制不仅具有简单灵活的实际可操作性，而且提升了多个用户接入路设进行数据下载的性能。

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