基于軟件定義網(wǎng)的從蜂窩網(wǎng)到IEEE802.11p的V2I數(shù)據(jù)卸載

尹慧慧 常琪 羅天

摘 要 本論文提出了一種基于軟件定義網(wǎng)（SDN）切換決策的預(yù)測(cè)控制方案。在所提的方案中，當(dāng)具有蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口和ieee802.11p網(wǎng)絡(luò)接口的車(chē)輛連接到蜂窩網(wǎng)時(shí)，SDN控制器通過(guò)車(chē)輛所報(bào)告的速度、地理位置、方向以及RSU所報(bào)告的位置信息指示車(chē)輛是否需要在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下繼續(xù)下載。

關(guān)鍵詞 SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò) VANET車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò) ieee802.11p

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0前言

車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)作為智能交通的核心網(wǎng)絡(luò)，能提高交通運(yùn)輸?shù)男剩瑸橛脩籼峁┍憷院褪孢m度。但傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)缺乏靈活性，存在流量負(fù)載分布不均衡、報(bào)文發(fā)送延遲大、網(wǎng)絡(luò)吞吐率低、網(wǎng)絡(luò)模塊兼容性差和開(kāi)放性低等問(wèn)題。軟件定義網(wǎng)將車(chē)載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制層和數(shù)據(jù)層分離，開(kāi)放API，通過(guò)集中化的應(yīng)用程序來(lái)控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，充分利用它可編程的思想簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，便于升級(jí)網(wǎng)絡(luò)。利用軟件定義網(wǎng)的可編程性和靈活性，將SDN架構(gòu)引入到車(chē)載自組織網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，能夠根據(jù)車(chē)輛速度、行駛方向、地理位置等信息，合理地推算出車(chē)輛的行駛軌跡，并基于車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)信息，計(jì)算出接下來(lái)車(chē)輛會(huì)交互的路邊單元，在基于軟件定義的車(chē)聯(lián)網(wǎng)中提前下發(fā)流表項(xiàng)到相應(yīng)路邊單元的交換機(jī)上，避免車(chē)輛在切換路邊單元仍需發(fā)送下載請(qǐng)求到相應(yīng)控制器，減少數(shù)據(jù)包在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的延時(shí)時(shí)間。

1抽象結(jié)構(gòu)及主要問(wèn)題

車(chē)載自組織網(wǎng)（VANET）中，可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)內(nèi)容也可以通過(guò)路邊單元（RSU）下載。由于車(chē)載自組織網(wǎng)本身的特點(diǎn)，車(chē)輛在連接無(wú)線網(wǎng)時(shí)存在頻繁的中斷，車(chē)輛的高速移動(dòng)性導(dǎo)致與無(wú)線的接觸率較低，所以，通過(guò)無(wú)線下載的延時(shí)就會(huì)增加，但它的優(yōu)點(diǎn)是下載是免費(fèi)的。而通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載費(fèi)用貴但延時(shí)相對(duì)較小。如何在下載費(fèi)用一定的情況下使延時(shí)最低？

本文提出的是基于SDN的VANET架構(gòu)，open flow控制器對(duì)車(chē)輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信的卸載切換提前做出判斷。在所提的控制方案中，車(chē)載單元（OBU）有三個(gè)接口，分別是蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口和車(chē)車(chē)通信接口，openflow控制器通過(guò)周期性接收關(guān)于車(chē)輛的地理位置、速度、方向以及相鄰RSU的位置的信息合理推算出車(chē)輛的行駛軌跡，在行駛軌跡中決定車(chē)輛是否從蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。控制器計(jì)算在不超過(guò)下載費(fèi)用的情況下動(dòng)態(tài)規(guī)劃車(chē)輛使用蜂窩網(wǎng)還是無(wú)線網(wǎng)的策略，即車(chē)輛駛?cè)雡ifi覆蓋范圍內(nèi)由wifi下載，沒(méi)有wifi覆蓋的情況下是否使用蜂窩下載由剩余下載費(fèi)用和延時(shí)決定。

2系統(tǒng)模型

車(chē)x有兩個(gè)接口，分別是蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口和WiFi網(wǎng)絡(luò)接口。車(chē)輛x未進(jìn)入RSU覆蓋范圍時(shí)，是否使用當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)卸載決定于下載費(fèi)用是否超出剩余下載費(fèi)用，若下載費(fèi)用沒(méi)有超出，比較使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)，選擇延時(shí)較小的一個(gè)。這篇文章提出基于SDN的VANET架構(gòu)，用openflow控制器解決上面的V2I卸載問(wèn)題。openflow控制器負(fù)責(zé)兩個(gè)主要的技術(shù)問(wèn)題，如下：（1）未進(jìn)入RSU的覆蓋范圍之內(nèi)，使用0-1背包算法計(jì)算使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口還是使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口？（2）車(chē)輛進(jìn)入RSU的覆蓋范圍，將蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口切換到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。

3結(jié)論

從上面所述可以看出，本論文提供的無(wú)線接入自適應(yīng)選擇的方法包括：首先，當(dāng)交換機(jī)接收到新的流請(qǐng)求時(shí)，所述交換機(jī)向控制器發(fā)送流請(qǐng)求指令，所述控制器接收到所述流請(qǐng)求指令根據(jù)車(chē)輛速度、行駛方向、地理位置等信息，合理推算出車(chē)輛的行駛軌跡，計(jì)算出接下來(lái)車(chē)輛會(huì)交互的路邊單元和基站。其次，車(chē)輛在基站的覆蓋范圍之內(nèi)，所述控制器首先評(píng)估完成流請(qǐng)求是否在預(yù)設(shè)的約束范圍之內(nèi)，若超出約束范圍則等待車(chē)輛駛?cè)胂乱宦愤厗卧傧螺d，若在約束范圍之內(nèi)，所述控制器分別評(píng)估在當(dāng)前基站覆蓋范圍之內(nèi)下載的延時(shí)和等待車(chē)輛駛?cè)胂乱宦愤厗卧臅r(shí)延。然后，所述控制器選擇延時(shí)較小的一種方法產(chǎn)生相應(yīng)的流規(guī)則，并將它們安裝到交換機(jī)。交換機(jī)查詢它的流表和基于匹配的規(guī)則執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。本論文的無(wú)線接入技術(shù)自適應(yīng)選擇方法，能夠避免車(chē)輛在切換路邊單元仍需發(fā)送下載請(qǐng)求到相應(yīng)控制器，減少數(shù)據(jù)包在車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的延時(shí)，且根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的下載費(fèi)用，能夠動(dòng)態(tài)的選擇延時(shí)最小的一種方法，提高用戶滿意度。

參考文獻(xiàn)

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