车联网络数据传输优化问题研究

林海霞（河北工程技术学院信息技术学院，河北石家庄，050091）

车联网络数据传输优化问题研究

林海霞
（河北工程技术学院信息技术学院，河北石家庄，050091）

车联网络中移动节点数据的实时采集和有效传输是智能交通系统中的基础。本文在分析原有移动感知网络数据传输存在不足的基础上，描述了车联网络数据传输的模型，重点分析了数据传输过程中所产生的数据冲突问题，利用构建移动聚集树的方法来消除树间的冲突，并采用仿真实验验证此种方法的数据延时较小。

车联网 ；无线感知网络；数据传输； 冲突

0 引言

随着智能交通时代的到来，车辆的实时导航、路障避让、风险规避、交通监控等应用都需要大量的实时车辆信息。如车辆的位置信息、速度信息、加速度信息、转向信息等。这些信息如何快速而准确地被收集并加之应用是一个非常重要的实际问题。

车联网络是一种典型的无线移动感知网络，它具有传统移动自组织网的特点，又具备移动频繁、拓扑变化快、临时组织性强等特点，是一种更为复杂的移动感知网络。针对此类情况需要设计一种快速而可靠的数据聚集算法。

1 相关工作

为了解决车联网络中数据实时通信的难点问题，文献[1-7]中都提出了各种数据传输算法。如文献[1-3]中运用分簇的思想，将节点进行划分，相互独立的簇构成了一个虚拟的的网络来承载和转发信息。这种思想虽然减少了转发节点的数量，但是由于网络拓扑变化的太快而使得节点不得不频繁地交换信息，这样就会消耗大量的网络资源。文献[4-5]中提出了一种基于概率P转发的多跳数据传输算法，即当某个节点收到数据包后，它将以概率P将收到的数据包转发出去，会以1-P的概率将数据包丢弃。此算法能有效减少中继节点的比例。文献[6]中提出了基于计数器的数据传输思想。这种算法能有效地抑制节点对数据的重复转发，减少对网络资源的浪费，但会影响数据的时延。文献[7]中提出的算法考虑了车辆的空间分布和信道质量等对数据传输的影响，提出了基于自适应阈值的算法思想。这种思想是在节点中存储车辆的相对位置，如果相对位置大于某个阈值，则节点转发数据包；如果相对位置小于此阈值，则丢弃数据包。该思想是通过覆盖区域的面积来衡量转发节点的个数。文献[8]提出了要考虑节点的移动特性，通过维护邻居节点的位置信息、加速度信息、速度信息等来预测相邻节点间的运动趋势，然后再选择适合的节点做中继节点。这种算法能够提高数据传输信息的可靠性，但是会占用更多的网络资源，需要增加开销。

2 研究思想

本文在研究数据传输时考虑了车辆节点的移动轨迹和数据传输时刻。现设计一个模型用于描述此思想：模型由一个固定AP节点和n个移动感知节点构成，移动节点在移动过程中将所产生速度信息、加速度信息、位置信息、转向信息等发送出去。这些信息经过邻居节点的转发，路由到AP节点，AP节点将收到的这些信息进行聚集后传输到数据的处理中心，以便提供给车辆决策支持。如图1所示。

图1 车联网数据传输模型

本文研究的问题重点放在这些移动节点在传输和转发数据时如何选择下一个移动节点作为中继节点，以及合适进行数据的转发。解决好这两个问题可以有效地减少数据传输时的冲突，提高数据的传输质量。

3 传输模型描述

3.1 数据传输模型

首先本文模拟出车辆的移动模型。令移动节点n在时刻i处于的位置为(x(i),y(i))处，随着移动节点的移动，车辆n会形成一nn个运动位置轨迹为T=((X(0),y(0)),(X(1),y(1)),...,(X(i),y(i)))，车辆nnnnnn n与车辆m在j时刻通信的条件应满足，当且仅当j时刻节点n和节点m之间的欧式距离小于无线网络通信半径R时。假如已知s个移动节点的运动轨迹，通过移动通信轨迹集TJ以及半径为R的圆盘通信模型，可以得出d个时刻的通信拓扑序列。然后利用此拓扑结结构构造出移动通信的拓扑图。

下面给出移动通信节点拓扑图的定义。

定义1：移动节点拓扑图MCPG。图G=（V，E），其中V为移动节点集，包括N个移动节点和一个AP节点；E为形成的链路集，E={(n, m, CTnm)|n, m∈V }，其中n,m是两个移动节点，CTnm是节点n与节点m之间的链路连通集，CTnm={P|≤R},表示节点n在移动通信节点拓扑图G上的邻居节点集，图G中边E表示一条链路，假设每条链路容量为常数，设置其值为1，被调度节点所传输的数据差不超过链路的容量。

3.2 构建树状路由并消除冲突

在移动节点进行数据传输时，以AP为根节点构造链路树。节点n到节点m存在一条可达路径Pnm=（nm| e1,v1,e2,v2,….,eR, vR）,且该路径上存在一个连通的递增时刻序列，即：t1, t2,……tk,t1∈CT`1, t2∈CT`2, ……, tk∈CT`k。并且使t1＜t2＜……tk.。

下面通过移动节点到达AP节点的可达路径构建聚集树。

定义2：移动节点聚集树由AP节点和所有的移动节点构成。移动节点到AP节点的可达路径用T=（V，ET）表示。其中V为节点集，ET为链路集。移动节点在传输数据时，会产生数据间的冲突，冲突分为两种情况。一种是同一个节点不能同时接收多个数据；另一种是一个节点在接收数据时不能和其它节点互相干扰。

利用移动节点聚集树来描述冲突问题：当不同子树上的节点存在无线链路时，某个移动节点向它的父节点传送数据时，另一个移动节点不能接收其儿子节点传送过来的数据，即冲突图中节点之间的链路边在同一时刻集之间不能重叠。所以，在聚集树中将边的两个端点中移动节点的候选传输时刻集中的相交区域进行划分，对相交的区域在一个端点的移动节点的候选传输时刻集中保留，而在另一个端点的移动节点的候选时刻集中去掉，即达到了避免冲突的目的。

4 仿真实验及结果分析

本文仿真实验的数据来源于cabspotting项目组，数据集包括旧金山大约600辆出租车采集的20多天的GPS数据，每辆车的移动轨迹数据保存在以该辆车的ID号命名的文件中，此文件的每一条记录便是一个时刻该车辆的GPS轨迹数据。

首先需要对整个采集的数据根据时间段进行分片，将每一个时间片中出现的数据整理为一个文件，以便形成单时间片数据文件。再根据给出的通信半径R和圆盘模型，生成单时间片通信节点拓扑结构图文件。仿真采用NS2模拟器来模拟无线网络的数据传输，MAC层采用802.11g协议，随后将处理的数据集导入NS2中，并在NS2上运行规划算法，按照实际得到的结果进行输出。

本文将PTSDP-PEI算法、PTSDP-S算法和DB-VDG算法进行了比较。从图2中可以看出本文提出的数据聚集优化模型具有一定的优势，随着车辆节点个数的增加，三种算法的数据收集率都有所下降，但是PTSDP-PEI算法的数据收集率下降的较快，PTSDP-S算法数据收集率下降的不明显。

图2 移动节点个数对数据聚集延迟的影响

5 结束语

本文研究车联网络中移动节点数据的实时采集和有效传输，因数据在聚集时会产生冲突，本文利用构建聚集树的方式来消除冲突，充分考虑了移动节点的位置信息、速度信息、加速度信息、转向信息等，对数据的聚集和传输进行了优化。

[1] Bonon L, Di Felice M. A cross layered MAC and clustering scheme for efficient broadcast in vanets//Proceedings of the IEEE International Conference on Mobile Ad hoc and Sensor Systems. Pisa, Italy,2007:1-8

[2] SuHang, ZhangXi, ChenHsiao-Hwa. Cluster based DSRC architecture for qos provisioning over vehicle adhoc networks//Proceeding of the IEEE Global Telecommunications Conference. San Francisco, USA,2006:1-5

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[4]Little T D C, Agarwal A.An information propagation scheme for vanets//Proceedings of the IEEE Intelligent Transportation Systems. Vienna, Austria,2005:155-160

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[6]Alshaer H, Horlait E. An optimized adaptive broadcast scheme for inter-vehicle communication//Proceedings轨迹与射孔段位置的变化影响，呈现出波状流的总体特征。通过阵列仪器的测量计算，可得到流速、持水率、持气率的质量控制曲线，继而依据以上计算与实际测量进行拟合度的对比，则可判断计算模型与参数选择的是否合理，是否具备良好的改造效果，从而确定产出的可行性与改造效果的良好性。

在已有的水平井生产测井中，主要有两种送入的方法，即是爬行器和连续油管。爬行器的输入工艺是将爬行形态器与井下仪器相综合，经过电缆的向下放落直到感觉有阻力，之后再利用爬行器推仪器到井底实行测量工艺。这个方法的工艺简单，对深度的把握很精准，测井所产生的费用低等优点。它也存在不足之处，对井壁的光整程度、井液的清洁度的标准很高，遇到阻力而卡到的风险比较大；并且其推力也比较小，爬行器的滚轮受磨损耗大，一次下井的爬行间距比较短，很难实现生产测井的多种速度与多次的起和下的需求。连续的油管测井工作主要分两种，一是存储的测量方法，连续的油管不用穿电缆，经过井下电池来对仪器供电，井下的存储短接对数据实行采集存储，施工完在仪器出井后，对测井的数据下载与处理。其优点是可连续油管穿电缆的时候不受限制，只要有适合的连续油管装置就能够实施操作工作，其所应用的范围大。它的缺点是井下的仪器所运用电池来为其供电，不能随时的对井下仪器的作业情况进行监控，在进行测量采集数据期间产生特殊的状况也不能及时的给予解决，测量的结果只有把仪器取出井后才可以获得。另一个是实时的在线测量的方法，在连续油管中穿上电缆，井下的仪器与地面的系统利用电缆来完成实时的通讯，对施工中的测井资料质量与仪器的工作情况实时的监控，对特殊状况可以及时解决。确保测井数据的真实性与施工的安全性。缺点是在使用时需受电缆连续油管长度的制约，所应用的范围受限制。

3 结束语

通过应用MAPS阵列成像仪的应用，对采集资料进行有效的分析，不仅可以获得了井产气、产液剖面，还得到了各射孔段产气、产液的贡献，还明确了主要的产水位，并对各级储层改造效果评价提供较为直观的参考依据。

参考文献

[1]王庆，吴晓东，刘长宇等.高含二氧化碳原油井筒流动压力和温度分布综合计算［J］.石油钻采工艺，2010，32（1）：65-69.

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[3]王波，李丽，武清钊．脉冲中子氧活化测井在工程监测中的应用［J］．中国石油大学胜利学院学报，2013，27（1）：34-37.

Research on Optimization of vehicle network data transmission

Lin Haixia
(Information and Technology Department, Hebei Polytechnic Institute , Shijiazhuang Hebei,050091)

The real-time collection and effective transmission of mobile node data in vehicle networks is the basis of Intelligent Transportation Systems. Based on the analysis of the existing problems of data transmission in mobile sensing network, the model of data transmission in vehicle network is described in this paper, The problem of data conflict in the process of data transmission is analyzed emphatically. The method of constructing mobile aggregation tree is used to eliminate the conflict between trees, and the simulation experiment shows that the method has less data delay.

vehicle Ad hoc networks; wireless sensor network； data transmission；collision

本文受河北教育厅自然科学基金（编号：Z20171638），河北省科技支撑项目（编号：16210804）资助。