基于軟件定義網的從蜂窩網到IEEE802.11p的V2I數據卸載

尹慧慧 常琪 羅天

摘 要 本論文提出了一種基于軟件定義網（SDN）切換決策的預測控制方案。在所提的方案中，當具有蜂窩網絡接口和ieee802.11p網絡接口的車輛連接到蜂窩網時，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前網絡環境下繼續下載。

關鍵詞 SDN軟件定義網絡 VANET車載自組織網絡 ieee802.11p

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

0前言

車載自組織網絡作為智能交通的核心網絡，能提高交通運輸的效率，為用戶提供便利性和舒適度。但傳統的網絡架構缺乏靈活性，存在流量負載分布不均衡、報文發送延遲大、網絡吞吐率低、網絡模塊兼容性差和開放性低等問題。軟件定義網將車載網絡設備中的控制層和數據層分離，開放API，通過集中化的應用程序來控制數據的轉發，充分利用它可編程的思想簡化網絡管理，便于升級網絡。利用軟件定義網的可編程性和靈活性，將SDN架構引入到車載自組織網絡領域，能夠根據車輛速度、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網中提前下發流表項到相應路邊單元的交換機上，避免車輛在切換路邊單元仍需發送下載請求到相應控制器，減少數據包在車聯網中的延時時間。

1抽象結構及主要問題

車載自組織網（VANET）中，可以通過蜂窩網絡下載數據內容也可以通過路邊單元（RSU）下載。由于車載自組織網本身的特點，車輛在連接無線網時存在頻繁的中斷，車輛的高速移動性導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，但它的優點是下載是免費的。而通過蜂窩網絡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，open flow控制器對車輛到基礎設施（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，分別是蜂窩網絡接口、無線網絡接口和車車通信接口，openflow控制器通過周期性接收關于車輛的地理位置、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絡切換到無線網絡?？刂破饔嬎阍诓怀^下載費用的情況下動態規劃車輛使用蜂窩網還是無線網的策略，即車輛駛入wifi覆蓋范圍內由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系統模型

車x有兩個接口，分別是蜂窩網絡接口和WiFi網絡接口。車輛x未進入RSU覆蓋范圍時，是否使用當前蜂窩網絡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，比較使用蜂窩網絡和使用無線網絡的延時，選擇延時較小的一個。這篇文章提出基于SDN的VANET架構，用openflow控制器解決上面的V2I卸載問題。openflow控制器負責兩個主要的技術問題，如下：（1）未進入RSU的覆蓋范圍之內，使用0-1背包算法計算使用蜂窩網絡接口還是使用無線網絡接口？（2）車輛進入RSU的覆蓋范圍，將蜂窩網絡接口切換到無線網絡接口進行數據下載。

3結論

從上面所述可以看出，本論文提供的無線接入自適應選擇的方法包括：首先，當交換機接收到新的流請求時，所述交換機向控制器發送流請求指令，所述控制器接收到所述流請求指令根據車輛速度、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，所述控制器首先評估完成流請求是否在預設的約束范圍之內，若超出約束范圍則等待車輛駛入下一路邊單元再下載，若在約束范圍之內，所述控制器分別評估在當前基站覆蓋范圍之內下載的延時和等待車輛駛入下一路邊單元的時延。然后，所述控制器選擇延時較小的一種方法產生相應的流規則，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則執行相應的動作。本論文的無線接入技術自適應選擇方法，能夠避免車輛在切換路邊單元仍需發送下載請求到相應控制器，減少數據包在車聯網中的延時，且根據用戶預設的下載費用，能夠動態的選擇延時最小的一種方法，提高用戶滿意度。

參考文獻

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