車輛WiFi接入互聯(lián)網(wǎng)中基于軌跡的下載任務(wù)調(diào)度研究.pdf

1、車載網(wǎng)絡(luò)是車輛間、車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間通過無線連接形成的一種拓?fù)鋭討B(tài)變化的無線移動網(wǎng)絡(luò)。路邊基礎(chǔ)設(shè)施分為兩類，一類通過有線接入Internet，通常簡稱為AP(Access Point)，另一類只提供簡單的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，簡稱RSU(RoadSide Unit)。在車載網(wǎng)絡(luò)中，車輛之間、車輛與RSU之間主要通過Ad Hoc方式相連，而車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間則主要通過WiFi方式連接。
　　車載用戶通過車載網(wǎng)絡(luò)接入 Internet獲得

2、各種信息服務(wù)，如查詢商場、飯店、加油站、交通管理、路況及最新的天氣、新聞等。當(dāng)然，車載用戶也可以通過3G或衛(wèi)星獲得上述服務(wù)，但其費用比較昂貴，而通過AP一般可以免費獲得高性能的Internet鏈接。因此，如何充分利用AP為車載用戶提供Internet接入服務(wù)、尤其是數(shù)據(jù)下載服務(wù)是目前車載網(wǎng)絡(luò)中的重要研究內(nèi)容。
　　雖然各國政府都在投入大量資金部署各種 AP，但仍無法滿足日益增長的車載用戶對Internet的下載請求。目前，即使在較

3、發(fā)達(dá)的城市中，AP的通信范圍也還不能完全覆蓋街道上行駛的車輛，我們將兩個相鄰 AP之間未被AP通信覆蓋的區(qū)域稱為鏈接空洞。進(jìn)入鏈接空洞的車載用戶將無法通過WiFi方式接入Internet，但可以通過Ad Hoc方式通過其周圍的其它車載節(jié)點經(jīng)多跳接入Internet。
　　在AP不能完全滿足車載用戶下載請求的條件下，各個 AP可以通過對其接收到的下載請求進(jìn)行調(diào)度，以便提高整個車載網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。顯然，那些可以為更多相鄰節(jié)點提供轉(zhuǎn)發(fā)服

4、務(wù)的車載節(jié)點的請求應(yīng)該被優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行，因此，AP調(diào)度的核心任務(wù)就是為其覆蓋范圍內(nèi)的車載節(jié)點確定一種優(yōu)先級，優(yōu)先級高的節(jié)點的請求將被優(yōu)先調(diào)度執(zhí)行。
　　車載節(jié)點的調(diào)度優(yōu)先級主要取決于相鄰節(jié)點的下載請求類別及車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由于下載請求的類別比較容易判別，而車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)卻是動態(tài)變化的，因此如何獲取車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并利用其確定節(jié)點的調(diào)度優(yōu)先級就是AP調(diào)度的一個關(guān)鍵問題。
　　本文主要研究基于動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞能囕d節(jié)點下載任

5、務(wù)調(diào)度問題，車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要跟車輛的行駛軌跡有關(guān)。有些車輛(如出租車)會定期向服務(wù)器發(fā)送其GPS信息，這類車輛形成的軌跡信息是確定的，而其他車輛的軌跡信息則往往是不確定的，因此，本文基于車輛軌跡信息確定和不確定兩種情況對AP下載任務(wù)調(diào)度開展了如下幾個方面的研究：
　　首先，在車輛軌跡信息確定的情況下，研究了基于鏈接空洞區(qū)域車輛間Ad Hoc連接的AP下載任務(wù)調(diào)度問題。
　　由于進(jìn)入鏈接空洞的車載用戶只能通過那些已經(jīng)獲得

6、所需信息的相鄰節(jié)點下載所需信息，因此進(jìn)入鏈接空洞后能為更多相鄰車輛提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)的節(jié)點應(yīng)該具有更高的調(diào)度優(yōu)先級。為此，本文研究了使鏈接空洞區(qū)域數(shù)據(jù)下載總量最大的AP任務(wù)調(diào)度集求解問題，并證明了該問題是NP-完全的，于是，本文提出了一種JAS近似算法來對該問題進(jìn)行求解，實驗結(jié)果表明該算法是有效的。
　　然后，在車輛軌跡信息不確定的情況下，研究了基于鏈接空洞區(qū)域車輛間機(jī)會鏈接的AP下載任務(wù)調(diào)度問題。
　　雖然車輛軌跡信息不確定時無

7、法確定鏈接空洞區(qū)域車輛間的連接情況，但利用車輛的當(dāng)前行駛情況可以預(yù)測下一時段前方車輛間的鏈接情況，基于這種通過預(yù)測建立起來的機(jī)會可達(dá)圖，本文研究了使鏈接空洞區(qū)域數(shù)據(jù)下載成功率最高的AP任務(wù)調(diào)度集求解問題，并證明了該問題是 NP-完全的，為此，本文提出了一種基于機(jī)會可達(dá)圖的任務(wù)調(diào)度近似算法，實驗結(jié)果表明該算法是有效的。
　　其次，在車輛行駛過程中不經(jīng)過 AP的情況下，研究了基于節(jié)點間機(jī)會鏈接歷史統(tǒng)計信息的無AP任務(wù)調(diào)度問題。

8、　　如果車輛在行駛過程中不經(jīng)過任何 AP，仍然可以通過多跳攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的方式獲得所需要的信息，但需要其他車輛充當(dāng)它的移動網(wǎng)關(guān)(簡稱MG)，路線固定、運行特征可預(yù)測的公交車就是最理想的移動網(wǎng)關(guān)。本文研究了基于公交車移動網(wǎng)關(guān)的無 AP下載任務(wù)調(diào)度問題，提出了一種最小化傳輸延遲期望的下載任務(wù)調(diào)度方法，實驗結(jié)果表明該方法在滿足下載成功率閾值前提下，能夠獲得最小傳輸延遲期望。
　　最后，為了解決車載網(wǎng)絡(luò)中 AP負(fù)載不均衡的問題，本文研究了基于