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)接口的車輛連接到蜂窩網(wǎng)時，SDN控制器通過車輛所報告的速度、地理位置、方向以及RSU所報告的位置信息指示車輛是否需要在當(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車載自組織網(wǎng)絡(luò) ieee802.11p

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0前言

車載自組織網(wǎng)絡(luò)作為智能交通的核心網(wǎng)絡(luò)，能提高交通運輸?shù)男?，為用戶提供便利性和舒適度。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)模塊兼容性差和開放性低等問題。軟件定義網(wǎng)將車載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制層和數(shù)據(jù)層分離，開放API，通過集中化的應(yīng)用程序來控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，充分利用它可編程的思想簡化網(wǎng)絡(luò)管理，便于升級網(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)引入到車載自組織網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，能夠根據(jù)車輛速度、行駛方向、地理位置等信息，合理地推算出車輛的行駛軌跡，并基于車輛的運動信息，計算出接下來車輛會交互的路邊單元，在基于軟件定義的車聯(lián)網(wǎng)中提前下發(fā)流表項到相應(yīng)路邊單元的交換機上，避免車輛在切換路邊單元仍需發(fā)送下載請求到相應(yīng)控制器，減少數(shù)據(jù)包在車聯(lián)網(wǎng)中的延時時間。

1抽象結(jié)構(gòu)及主要問題

車載自組織網(wǎng)（VANET）中，可以通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)內(nèi)容也可以通過路邊單元（RSU）下載。由于車載自組織網(wǎng)本身的特點，車輛在連接無線網(wǎng)時存在頻繁的中斷，車輛的高速移動性導(dǎo)致與無線的接觸率較低，所以，通過無線下載的延時就會增加，但它的優(yōu)點是下載是免費的。而通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)下載費用貴但延時相對較小。如何在下載費用一定的情況下使延時最低？

本文提出的是基于SDN的VANET架構(gòu)，open flow控制器對車輛到基礎(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，車載單元（OBU）有三個接口，分別是蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口、無線網(wǎng)絡(luò)接口和車車通信接口，openflow控制器通過周期性接收關(guān)于車輛的地理位置、速度、方向以及相鄰RSU的位置的信息合理推算出車輛的行駛軌跡，在行駛軌跡中決定車輛是否從蜂窩網(wǎng)絡(luò)切換到無線網(wǎng)絡(luò)?？刂破饔嬎阍诓怀^下載費用的情況下動態(tài)規(guī)劃車輛使用蜂窩網(wǎng)還是無線網(wǎng)的策略，即車輛駛?cè)雡ifi覆蓋范圍內(nèi)由wifi下載，沒有wifi覆蓋的情況下是否使用蜂窩下載由剩余下載費用和延時決定。

2系統(tǒng)模型

車x有兩個接口，分別是蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口和WiFi網(wǎng)絡(luò)接口。車輛x未進(jìn)入RSU覆蓋范圍時，是否使用當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)卸載決定于下載費用是否超出剩余下載費用，若下載費用沒有超出，比較使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和使用無線網(wǎng)絡(luò)的延時，選擇延時較小的一個。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卸載問題。openflow控制器負(fù)責(zé)兩個主要的技術(shù)問題，如下：（1）未進(jìn)入RSU的覆蓋范圍之內(nèi)，使用0-1背包算法計算使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口還是使用無線網(wǎng)絡(luò)接口？（2）車輛進(jìn)入RSU的覆蓋范圍，將蜂窩網(wǎng)絡(luò)接口切換到無線網(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，本論文提供的無線接入自適應(yīng)選擇的方法包括：首先，當(dāng)交換機接收到新的流請求時，所述交換機向控制器發(fā)送流請求指令，所述控制器接收到所述流請求指令根據(jù)車輛速度、行駛方向、地理位置等信息，合理推算出車輛的行駛軌跡，計算出接下來車輛會交互的路邊單元和基站。其次，車輛在基站的覆蓋范圍之內(nèi)，所述控制器首先評估完成流請求是否在預(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)，所述控制器分別評估在當(dāng)前基站覆蓋范圍之內(nèi)下載的延時和等待車輛駛?cè)胂乱宦愤厗卧臅r延。然后，所述控制器選擇延時較小的一種方法產(chǎn)生相應(yīng)的流規(guī)則，并將它們安裝到交換機。交換機查詢它的流表和基于匹配的規(guī)則執(zhí)行相應(yīng)的動作。本論文的無線接入技術(shù)自適應(yīng)選擇方法，能夠避免車輛在切換路邊單元仍需發(fā)送下載請求到相應(yīng)控制器，減少數(shù)據(jù)包在車聯(lián)網(wǎng)中的延時，且根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的下載費用，能夠動態(tài)的選擇延時最小的一種方法，提高用戶滿意度。

參考文獻(xiàn)

[1] McKeown，N.et al.， “Open Flow： Enabling Innovation in Campus Networks，” ACM SIGCOMM Comp[J].Commun. Rev.，2008，38（02）：69-74.

[2] Ramon，R.&C.Fontes;&C.Campolo;&R.Esteve.; From Theory toExperimental Evaluation ：Resource Management in Software-Defined Vehicular Networks[J].in IEEE Access，2017（05）：3069-3076+2017.