复杂移动环境中车联网多链路协同传输方法研究

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车联网是未来移动通信的重要应用场景。在车联网的众多具体应用需求中,如何通过车联网将传统网络设备产生的海量数据实时、高效地上传至云端服务器是其中的一个重要需求。这一需求有着广泛的应用场景,例如高铁通信与应急通信。但是,针对这一需求,需要克服三点挑战。第一,单一无线链路传输的局限性;第二,传统网络设备对多链路传输的限制;第三,无线链路信号的波动对多链路协同传输的影响。
  标识网络是基于国家973项目提出的新型网络架构,可以很好地支持移动性。因此,为了克服上述三点挑战,满足车联网应用需求,本文依托标识网络,考虑到复杂移动环境的特点,拟围绕以下三个问题具体展开研究:1)如何设计一种支持融合多元硬件与底层协议的车联网多链路协同传输框架?2)如何提高本文所提传输框架的容错性?3)如何在问题二的基础上,综合考虑复杂移动环境特点,设计一种异构无线链路协同传输机制,提升车联网传输性能?论文的主要工作和创新点如下:
  (1)针对研究问题一,本文在不同场景异构无线链路状态综合分析的基础上,提出了新型车联网多链路协同传输框架的设计需求,并基于标识网络,设计了标识车联网多链路协同传输框架。该传输框架在整体设计上对车辆周围的异构无线链路进行融合,建立起一条透明传输通道,实现了传输过程中“用户与网络分离”和“资源与位置分离”。该传输框架在核心设备的内部工作原理中将资源管控模型抽象为“三层两映射”,从而完成传输策略的灵活管控与下发,实现传输过程中“控制与转发分离”。
  (2)针对研究问题二,从异构无线链路传输乱序角度,本文提出了一种容忍链路状态估测误差的多链路协同传输方法。考虑到移动场景中链路状态估测有一定的误差,该方法在接收端部署缓存以动态增加乱序数据包的排队时延,从而克服传统多链路传输方法中因链路状态估测误差而造成的多链路传输乱序,避免用户终端网络设备因传输乱序而主动大幅降低传输速率,间接提升传输框架的整体资源利用率。该方法与经典方法在传输乱序容错能力、实时吞吐量、整体时延和估测误差容忍度等方面进行全方位的对比与评估。实验结果表明,该方法可以有效地容忍链路状态估测误差,克服数据传输乱序,提升传输性能。
  (3)针对研究问题二,从异构无线链路传输丢包角度,本文提出了一种基于大数网络编码的多链路容错传输方法。该方法考虑到传统多链路传输容错方法在链路带宽资源开销、计算资源开销和编码灵活度等方面存在的问题,基于全新设计的网络编码模型,保证了传输的可靠性。本文分别通过数值分析,仿真对比与系统实验,对该方法的传输丢包容错能力,编解码用时,实时吞吐量和普适性等方面进行了分析。实验结果表明,该方法在显著提升了异构无线链路传输可靠性的同时,间接提升了异构无线链路的资源利用率。此外,在仿真实验中,为了完成在实际系统中无法完成的实验,本文设计了标识车联网多链路协同传输仿真系统。利用该系统,可以从多方面充分对比不同传输方法在标识车联网多链路协同传输框架中的性能差异。
  (4)针对第三个研究问题,在上两点研究工作的基础上,充分考虑复杂移动环境中无线链路丢包与异构网络的传输乱序问题,本文首先提出了一种适应网络编码的异构网络传输乱序容错接收缓存。该缓存以编码簇为排序目标,保证了支持网络编码的多链路传输方法有序传输。其次,在该缓存的基础上,本文将标识车联网多链路协同传输框架实例化,设计了标识车联网多链路协同传输机制。最后,通过仿真实验和实际系统测试,验证了在不同移动场景中,该机制相对其他多链路传输机制可以综合提升车联网的资源利用率与传输性能。目前该成果已部署于政府和企业的实际系统中使用,创造了良好的社会效益与经济效益。
  通过上述对于基于标识网络的车联网多链路协同传输框架及相关方法的研究,本文为车联网多链路协同传输方法的探究提供了一种可行的新思路。
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