基于软件定义网的从蜂窝网到IEEE802.11p的V2I数据卸载

尹慧慧 常琪 罗天

摘 要 本論文提出了一种基于软件定义网（SDN）切换决策的预测控制方案。在所提的方案中，当具有蜂窝网络接口和ieee802.11p网络接口的车辆连接到蜂窝网时，SDN控制器通过车辆所报告的速度、地理位置、方向以及RSU所报告的位置信息指示车辆是否需要在当前网络环境下继续下载。

关键词 SDN软件定义网络 VANET车载自组织网络 ieee802.11p

中图分类号：TP393 文献标识码：A

0前言

车载自组织网络作为智能交通的核心网络，能提高交通运输的效率，为用户提供便利性和舒适度。但传统的网络架构缺乏灵活性，存在流量负载分布不均衡、报文发送延迟大、网络吞吐率低、网络模块兼容性差和开放性低等问题。软件定义网将车载网络设备中的控制层和数据层分离，开放API，通过集中化的应用程序来控制数据的转发，充分利用它可编程的思想简化网络管理，便于升级网络。利用软件定义网的可编程性和灵活性，将SDN架构引入到车载自组织网络领域，能够根据车辆速度、行驶方向、地理位置等信息，合理地推算出车辆的行驶轨迹，并基于车辆的运动信息，计算出接下来车辆会交互的路边单元，在基于软件定义的车联网中提前下发流表项到相应路边单元的交换机上，避免车辆在切换路边单元仍需发送下载请求到相应控制器，减少数据包在车联网中的延时时间。

1抽象结构及主要问题

车载自组织网（VANET）中，可以通过蜂窝网络下载数据内容也可以通过路边单元（RSU）下载。由于车载自组织网本身的特点，车辆在连接无线网时存在频繁的中断，车辆的高速移动性导致与无线的接触率较低，所以，通过无线下载的延时就会增加，但它的优点是下载是免费的。而通过蜂窝网络下载费用贵但延时相对较小。如何在下载费用一定的情况下使延时最低？

本文提出的是基于SDN的VANET架构，open flow控制器对车辆到基础设施（V2I）通信的卸载切换提前做出判断。在所提的控制方案中，车载单元（OBU）有三个接口，分别是蜂窝网络接口、无线网络接口和车车通信接口，openflow控制器通过周期性接收关于车辆的地理位置、速度、方向以及相邻RSU的位置的信息合理推算出车辆的行驶轨迹，在行驶轨迹中决定车辆是否从蜂窝网络切换到无线网络。控制器计算在不超过下载费用的情况下动态规划车辆使用蜂窝网还是无线网的策略，即车辆驶入wifi覆盖范围内由wifi下载，没有wifi覆盖的情况下是否使用蜂窝下载由剩余下载费用和延时决定。

2系统模型

车x有两个接口，分别是蜂窝网络接口和WiFi网络接口。车辆x未进入RSU覆盖范围时，是否使用当前蜂窝网络卸载决定于下载费用是否超出剩余下载费用，若下载费用没有超出，比较使用蜂窝网络和使用无线网络的延时，选择延时较小的一个。这篇文章提出基于SDN的VANET架构，用openflow控制器解决上面的V2I卸载问题。openflow控制器负责两个主要的技术问题，如下：（1）未进入RSU的覆盖范围之内，使用0-1背包算法计算使用蜂窝网络接口还是使用无线网络接口？（2）车辆进入RSU的覆盖范围，将蜂窝网络接口切换到无线网络接口进行数据下载。

3结论

从上面所述可以看出，本论文提供的无线接入自适应选择的方法包括：首先，当交换机接收到新的流请求时，所述交换机向控制器发送流请求指令，所述控制器接收到所述流请求指令根据车辆速度、行驶方向、地理位置等信息，合理推算出车辆的行驶轨迹，计算出接下来车辆会交互的路边单元和基站。其次，车辆在基站的覆盖范围之内，所述控制器首先评估完成流请求是否在预设的约束范围之内，若超出约束范围则等待车辆驶入下一路边单元再下载，若在约束范围之内，所述控制器分别评估在当前基站覆盖范围之内下载的延时和等待车辆驶入下一路边单元的时延。然后，所述控制器选择延时较小的一种方法产生相应的流规则，并将它们安装到交换机。交换机查询它的流表和基于匹配的规则执行相应的动作。本论文的无线接入技术自适应选择方法，能够避免车辆在切换路边单元仍需发送下载请求到相应控制器，减少数据包在车联网中的延时，且根据用户预设的下载费用，能够动态的选择延时最小的一种方法，提高用户满意度。

参考文献

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