CN106603658B - 一种基于软件定义网络的车联网数据传输方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于软件定义的车联网数据传输方法和装置，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该方法包括：控制层设备获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；控制层设备获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于软件定义网络的车联网数据传输方法和装置。
背景技术
近年来，车联网技术被认为是提高车辆行驶安全、提升交通运行效率、降低交通能源消耗、减少交通污染的重要技术手段之一，日益受到关注。此外，利用车辆作为互联网入口，通过车联网为正在行驶的车辆中的用户提供更多的信息及娱乐服务；或利用车辆作为感知节点，对城市环境及车辆本身各类数据进行感知、采集、传输等，也日益成为受人关注的新应用需求。
当前被广泛接受的主流车联网网络架构可大致分为两大类：基于蜂窝架构的车联网和基于短距无线通信技术(如Wi-Fi、802.11p，DSRC等)的车联网，其中，后者以车辆ad-hoc网络(简称为VANET)为主要代表。
基于蜂窝架构的车联网并不以一个独立网络体系的身份存在：车辆作为蜂窝网络中的一类节点，通过蜂窝接入获得网络接入能力。新一代蜂窝网络架构(如4G、5G)针对车辆节点的特殊性及相关应用所提出的技术需求，对自身的空口协议等通信和网络协议及参数进行调整和适配，使蜂窝网络能够满足对车辆节点覆盖的需求，并支撑车辆行驶安全、信息娱乐等各类应用。在蜂窝网络中，当任何车辆需发送数据包时，均须经由蜂窝上行链路发送给蜂窝基站，同样的，所有下行数据包均经由蜂窝下行链路发送给车辆。
相对地，基于短距无线通信技术的车联网是一种独立于蜂窝网络之外的、由车辆节点通过短距无线通信手段彼此连接、并依赖每一个车辆自身路由的自组织网络。在该类型网络中，数据包的远距离传输常常必须通过多跳中继的方式完成，即：端到端路径由数个车辆因相遇而形成的临时链路组成，数据包必须通过车辆间多次的中继传递才能从源节点车辆传输至目的节点车辆。
可以看出，蜂窝架构车联网能够很好的支撑车辆安全等相关应用对数据传输实时性和可靠性的需求。短距无线通信技术车联网架构中的多跳传输方式，则会在数据传输过程中带来较大延迟和丢包概率。
然而，随着大数据时代的到来，车辆自身的设备运行数据及其行驶过程中所经过的不同区域内的环境、商业等相关数据，被视为具有巨大的应用潜力和价值。尤其是当前对这些数据的感知和采集手段越来越成熟，使得对该类海量数据传输和采集的需求也日益成为城市网络建设的一个重要考量。从这一角度出发，基于短距无线通信技术的车联网所具有的免费、灵活、自由等特点，使其在海量数据采集场景中能够占有一席之地，其原因在于：首先，其免费的特点能够在海量数据传输中为各方用户节省巨大的流量和资费开销；其次，使用多跳传输技术来传输海量非时延敏感数据，能够极大缓解蜂窝网络压力，同时为行驶安全类应用极大地节省了带宽等网络资源；最后，基于短距无线通信技术的车辆网络接入可以由车辆企业利用现有成熟技术完成(如利用802.11p和Wi-Fi等)，所产生和传输的数据也可以通过特定收集方式适度保密，而无须使大量具有高商业价值或涉及驾驶安全性的保密数据必须通过公有的运营商网络传输。这一特点对车辆生产企业，尤其是具有较强市场优势地位的企业，具有较强的吸引力，从而增加了短距接入技术应用的空间。
综上所述，如果能够在同一个网络架构下高效协调和应用不同网络传输手段，例如在以蜂窝网络保障交通安全等实时性强的应用的基础上，充分利用以短距对等通信为手段的多跳传输等网络传输方式分担时延不敏感数据的传输，则能够有效分摊海量数据传输给蜂窝网络带来的传输压力，具有较强的实用价值和现实意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于软件定义网络的车联网实现方法和装置，能够实现车联网环境下对多种网络传输手段进行管理并使其能够满足海量数据采集应用需求。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于软件定义的车联网数据传输方法，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该方法包括：
控制层设备获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；
控制层设备获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
一种基于软件定义的车联网数据传输装置，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该装置应用于控制层设备，包括：
获取单元，用于获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；
决策单元，用于获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
由上面的技术方案可知，本发明中，在基于软件定义网络的车联网架构中，控制层设备在获知数据转发层设备需要发送数据报文时，决策传输数据报文的网络，当需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文时，指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，当需要通过短距离无线通信网络传输数据报文时，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，从而使得数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
附图说明
图1是本发明实施例基于软件定义网络的车联网架构示意图；
图2是本发明实施例基于软件定义网络的车辆网数据传输方法流程图；
图3是本发明实施例基于软件定义的车联网数据传输装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图并据实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明中，将软件定义网络的实现思想应用到车联网中，实现基于软件定义网络的车联网架构。基于软件定义网络的车辆网架构，如图1所示，包括应用层、控制层、数据转发层三个层次，其中，
应用层：
提供车联网中各种类型的业务应用，如交通流量监控、网络情况监控、感知应用场景下各类感知数据及要素的获取、用户对协议的管理等。与其他软件定义网络架构相比，本发明所提出的车联网架构中，应用层的特征在于提供了车联网环境下的各种应用模式，并且能够依靠其他层次结构的设计保证这些模式的正常应用。
控制层：
控制层由控制层设备组成，控制层设备的数量根据网络规模和具体拟采用的组织结构决定，可以是一个也可以是数个。在本发明提出的车联网架构中，当存在不止一个控制层设备时，可采用层次型结构，即存在一个主控制层设备对其下一级控制层设备进行协调和管理，这种分级的层次型结构支持两级及以上。控制层设备对网络数据的转发行为和策略进行集中式的控制，包括但不限于以下控制功能：网络流量控制、路由控制、调度控制、策略管理等；各个控制模块均可支持算法、协议、策略等的替换，也即支持软件定义。控制层设备利用对全局信息的掌握，对网络进行管理和控制，对资源调度、路由选择等进行决策。
控制层设备能够掌握的全局信息包括但不限于：数据转发层设备的位置信息(表明数据转发层设备的当前位置，可以用经度、纬度表示，由数据转发层设备自身上传或由交通管理机构通过监测手段获取)和轨迹信息(包括过去轨迹信息和未来轨迹信息)。
由于控制层设备能够采用全局视角进行调度决策，其路由和调度的准确性(指保证数据包能够被投递而不会丢失的概率)必然远远高于仅依据局部信息甚至仅依靠单节点的信息进行分布式路由决策的VANET。
数据转发层：
数据转发层由数据转发层设备组成。数据转发层设备有两种：车辆节点和与网络相关的路边装置(Road-Side Unit，RSU，指依托城市道路等建设的、具有无线通信功能的、可用于采集车联网数据的一种装置，为车联网相关研究领域的公知名词)。其中，车辆节点的位置不固定，其未来轨迹信息表明了将要行驶的轨迹，使用包括行驶路段、行驶方向、行驶速度等信息表示；车辆节点的未来轨迹信息可以基于车载导航仪上传等手段获取，当用户不允许此类上传时则不获取该信息。路边装置的位置固定，其未来轨迹信息为空。
由于车联网具有较大网络规模，可以对数据转发层设备实施网络分簇(也可称为分区等)管理，不分簇的情况则可被视为是网络仅存在一个簇。网络分簇可以依据多种分簇逻辑：可以根据地理位置区域进行划分，例如，可以将城市划分为10×10公里的网格，并将每个网格中的车辆归为一个簇，并分配相应的控制层设备进行管理；也可以根据数据转发层设备的功能属性划分，例如，可以将城市中所有的9路公交车分为一簇、或将某公司所有的出租车分为一簇，并分配相应的控制层设备进行管理。网络分簇的管理方式能够降低每个控制层设备的管理负担并提高其响应速度，同时也利于对网络资源的更精确掌握。当不同簇采用不同控制层设备管理时，其需要最终被一个全局控制层设备管理，从而保证部分信息的全局同步，并协调数据转发层设备中车辆节点的跨区切换等。
在本发明中，控制层通过北向接口与应用层进行信息交互，通过南向接口(SBI)与数据转发层进行信息交互，SBI负责传输控制和通知报文，由于此类报文具有高实时性要求，可以通过长距离蜂窝无线通信网络进行传输。数据转发层设备之间的数据传输则采用短距无线通信网络实现对等、多跳传输。
结合以上对本发明网络架构的描述，下面具体介绍软件定义架构中最关键的接口协议即南向接口协议。
在本发明实施例中，将当前广泛使用的OpenFlow协议进行扩展以作为本发明网络架构的南向接口协议，以下将改进版本简称为V-OpenFlow。
本发明实施例中，南向接口协议定义了数据转发层面的端口(即无线接口)、流表、通信信道和通信流程，协议流程总共需要30种消息类型，用于实现通信信道建立、信道维护、端口特性获取、异常包上报、下发流表、删除流表等功能。其中，多数消息仍采用OpenFlow协议定义的消息类型，下面仅对变化的消息类型进行说明。
Multipart回复消息：
网络初始化时，控制层设备通过初始化控制信令等进行网络初始化并获得节点信息，其中，节点信息的获取由“Multipart请求/回复消息”的交互完成。OpenFlow协议中利用“Multipart请求/回复消息”来获取数据平面节点的端口信息。而V-OpenFlow则利用experimenter字段对其扩展，用以描述数据转发层设备的端口信息、状态信息等。
其中，“Multipart请求消息”不须扩展；而“Multipart回复消息”由数据转发层设备发出，其应携带数据转发层设备的端口信息和状态信息，因此利用ofp_experimenter_structure结构进行扩展，该结构如下所示：
struct ofp_experimenter_structure{
uint32_t experimenter；
uint32_t exp_type；
uint8_t experimenter_data[0]；
}；
其中，experimenter字段为消息的ID；
exp_type字段标识结构的类型，可以用一个预设字符串标识；
experimenter_data[0]为可扩展内容字段，在本发明中，在该字段中添加位置、行驶速度、缓存容量等信息，作为一个优选的实现方式，其名称和结构可实现如下：
struct ofp_port_desc_prop_vehicle{
uint16_t type；
uint16_t length；
uint8_t moving_speed；
uint8_t caching_capacity；
unit8_t pad[2]；
struct location；
}；
其中，type＝OFPPDPT_EXPERIMENTER，表示本结构为扩展消息；
length代表该结构长度；
moving_speed代表当前车速；
caching_capacity代表该节点剩余缓存容量；
pad[2]为填充位；
location代表车辆位置，以经纬度表征，具体结构如下：
struct location{
uint8_t altitude；
uint8_t longitude；
}
Echo请求消息：
在OpenFlow协议中，当控制层设备与数据转发层设备建立控制通信信道后，会通过“Echo请求/回复消息”来维持该通信信道，同时，利用该信息实现对短距无线链路的控制，即，通过“Echo请求消息”下发命令允许或禁止Hello报文的发送。
当数据转发层设备有需要发送的数据报文时，首先发送“Packet_In消息”给控制层设备，控制层设备根据消息体中的地址信息等，结合网络整体情况，根据当前所确定的路由规则，确定数据包的下一跳节点(集)，并将其流表决策通过“Flow_Mod消息”下发。数据转发层设备在获得流表后，即获知了该数据报文的下一跳节点，并等待短距无线链路的建立。控制层设备通过节点全局位置信息根据当前所采用的判断规则，当认为节点能够在未来路段与其指定下一跳相遇时，通过链路保持报文“Echo消息”下发命令以开启短距Hello报文的发送(即授权建立短距无线链路)；数据转发层设备能够利用Hello报文与其被选定的下一跳节点建立短距无线链路，并完成数据包的投递。
在V-OpenFlow中，需要扩展“Echo请求消息”实现通信信道维护和链路建立命令下发，以下进行介绍：
Echo请求消息结构如下：
struct ofp_echo{
struct ofp_header；
uint8_t echo_data[0]；
}
其中，作为一个优选的实现方式，echo_data[0]的名称和结构可实现如下：
struct opportunistic_link_switch{
struct opf_port；
boolean switch；
}
其中，opf_port代表允许建立对等机会链路的端口的ID；
switch代表是否开启数据转发层节点间Hello消息的发送，值为on或off。
以上对本申请的基于软件定义网络的车联网架构以及其中的南向接口协议进行了详细说明，本发明的数据传输方法基于该架构实现，下面结合图2进行详细说明。
参见图2，图2是本发明实施例基于软件定义网络的车联网中数据传输方法流程图，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤201、控制层设备获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息。
数据转发层设备包括车辆节点和路边装置。
控制层设备可以在车辆网初始化时获取所有车辆节点和路边装置的位置信息及未来轨迹信息。由于车辆节点是移动的，位置不固定，需要定期上报自身的位置信息和未来轨迹信息到控制层设备，使得控制层设备及时更新该车辆节点的位置信息和未来轨迹信息，以便精准掌控全局信息。
步骤202、控制层设备获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
数据转发层设备生成一个数据流的数据报文或接收到一个数据流的数据报文并需要进行转发时，向控制层设备发送一个RTS(Ready to Send，准备发送)报文，控制层设备接收到此RTS报文，确定/获知数据转发层设备需要发送数据报文。RTS报文相当于前面所述的Packet_In消息。
在实际应用中，数据报文不可能被无限制转发下去，因此有转发跳数限制。在本实施例中，优先使用短距离无线通信网络(即采用无线短距技术的网络)传输数据报文，也即采用无线短距技术将数据报文在数据转发层设备之间进行对等、多跳传输。然而，如果数据报文已经经过了多次转发仍然未能达到目标设备(本发明中目标设备为路边装置，路边装置能够将数据报文以有线或无线网络回传至服务器)，此时需要考虑放弃使用短距离无线通信网络传输数据报文，进而选择使用长距离蜂窝无线通信网络(即蜂窝网络)传输数据报文。
为此，本发明中，预先设置一个最大转发跳数，并在RTS报文中设置一个携带数据报文的传输跳数(也即被转发的跳数/次数)的字段。当控制层设备接收到数据转发层设备上送的RTS报文后，根据RTS报文中携带数据报文的传输跳数与预设最大转发跳数的大小比较结果，可以确定后续的转发控制行为，具体地，如果RTS报文中携带的数据报文的传输跳数大于预设最大转发跳数，则可以确定需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，否则，可以确定继续通过短距离无线通信网络传输数据报文。
当需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文时，控制层设备通知数据转发层设备将数据报文通过蜂窝接口发送出去即可。当需要通过短距离无线通信网络传输数据报文时，控制层设备首先要根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表，将流表下发至数据转发层设备，从而使得数据转发层设备基于流表转发数据报文。其中，所述流表中包括一个或多个下一跳信息。
短距离无线通信应用在距离相近的设备之间，在本发明中，当前数据转发层设备通过将数据报文发往附近的其它数据转发层设备，来实现短距无线通信，因此，与当前数据转发层设备距离相近的其它数据转发层设备均可作为数据报文的下一跳。然而，由于数据转发层设备中的车辆节点的位置信息是随着未来轨迹的变化而变化的，当前距离相近的数据转发层设备，可能会逐渐拉开距离，而原来距离较远的数据转发层设备，则也可能会逐渐接近。因此，在确定数据报文的下一跳，需要兼顾数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息，只有距离当前数据转发层设备比较接近且未来呈缩短趋势的其它数据转发层设备才比较适合作为数据报文的下一跳。
本实施例中，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表的方法具体可以为：根据该数据转发层设备的位置信息确定与该数据转发层设备的距离在预设距离范围内的第一数据转发层设备集合；基于该数据转发层设备的未来轨迹信息确定与该数据转发层设备之间的距离呈缩短趋势的第二数据转发层设备集合；计算第一数据转发层设备集合与第二数据转发层设备集合的交集，将交集运算结果中的所有数据转发层设备信息作为下一跳信息写入数据报文对应的流表。
需要说明的是，以上只是生成流表的一种具体方法，实际上也可以采用其它实现方法，只要能够保证流表中的下一跳距离当前数据转发层设备较近，且与当前数据转发层设备的距离呈缩短趋势即可。
在本发明中，数据转发层设备之间的数据转发依靠短距离无线通信技术，在通信之前，需要先建立数据转发层设备之间的无线链路，而数据转发层设备之间无线链路的建立过程与任何其他架构中无线链路的建立过程均有显著不同：
车联网环境中，在其他网络架构下节点(在本发明中为数据转发层设备)之间无线链路的建立分为两大类：纯粹确定性与纯粹机会性；其中，
纯粹确定性是指控制层设备依靠全局信息中对节点位置的掌握，通过GPS信息获知两个节点位置处于彼此通信半径内时则授权其二者建立通信链路，此时两个节点才会发起链路建立过程或直接广播发送数据包；
纯粹机会性是指在没有全局信息的情况下，车辆间不断广播Hello报文，并与能够收到Hello报文并反馈的节点建立起链路。
以上二者的缺陷非常明显：前者为集中式控制，需要控制层设备极为频繁的对GPS等实时信息的获取和全局计算，这样的行为需要大量开销的同时，也存在以下问题：1)不可能用于大规模网络；2)某些帧的丢失或延时均会造成传输效率的损失，而帧丢失及延时的情况十分常见。相对而言，后者的完全分布式控制虽然免去了集中式控制的弊端，然而这样的建立过程需要海量的HELLO报文广播，容易造成资源浪费，在通信机会紧张的区域，例如十字路口或其他车辆密集区域，会因Hello报文的碰撞、信道争用等导致资源的不合理使用。
本发明中采用确定性和机会性相结合的无线链路建立方法，首先，需要控制层设备掌握数据转发层设备的位置信息，要求数据转发层设备中的车辆节点周期性(一个周期的时间长度为T)上报自身的位置信息，T的取值可以根据网络规模等确定，可远大于纯粹确定性方法中要求的上报间隔；其次，数据转发层设备不持续广播Hello报文，而是在收到控制层设备的授权时才会开始发送Hello报文，并仅与流表中的下一跳节点建立无线连接。
具体的控制层设备的连接授权过程为：控制层设备首先要根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表后，判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件(利用Echo请求消息实现授权)，如果符合连接授权条件，则授权该数据转发层设备建立与该下一跳之间的连接，从而该数据转发层设备接收到控制层设备的授权后，开始执行建立与该下一跳之间的连接的操作数据转发层设备。
其中，
控制层设备生成数据报文对应的流表后，判断数据转发层设备与流表中每一下一跳之间是否符合连接授权条件的方法为：如果该下一跳为路边装置，则确定该数据转发层设备与该路边装置符合连接授权条件；如果该数据转发层设备和该下一跳位于同一行驶路段，且该数据转发层设备的行驶方向为相向而行，则确定该数据转发层设备与该下一跳之间符合连接授权条件；否则，确定该数据转发层设备与该下一跳之间不符合连接授权条件，其中，同一行驶路段是指仅在存在两个路口供车辆驶离的一个路段。
数据转发层设备接收到控制层设备对数据转发层设备与某一下一跳之间的连接授权后，开始执行建立与某一下一跳之间的连接操作，具体方法为：向外广播Hello报文，并在接收到该下一跳返回的应答报文后，建立与该下一跳之间的连接。且在建立与该下一跳的连接后，停止向外广播Hello报文，直至接收到数据转发层设备与其它下一跳之间的连接授权。
本实施例中，控制层设备生成数据报文对应的流表，并将流表下发到数据转发层设备之后，数据转发层设备就可以基于流表转发数据报文，由于路边装置是数据报文的目标设备，因此，如果下一跳中存在路边装置，则优先将报文发送至路边装置，因此，具体的转发方法为：确定已经与该数据转发层设备建立连接的所有下一跳，如果其中存在一下一跳为路边装置，则通过建立的与该下一跳的连接转发数据报文到该下一跳，否则，从中选择一下一跳，并通过建立的与该下一跳的连接转发数据报文到该下一跳。
本实施例中，由于路边装置是数据报文的目标设备，因此，一旦路边装置接收到数据报文，则不需要继续在网络中传输该数据报文，为此，在RTS报文中设置携带数据报文信息的字段，其中的数据报文信息能够表征数据报文。数据转发层设备接收到其它数据转发层设备发来的数据报文时，如果该数据转发层设备为路边装置，则将接收的数据报文上报至控制层设备，这时，控制层设备可以设置丢弃该数据报文的规则，并在再次接收到携带该数据报文信息的RTS报文时，根据丢弃该数据报文的规则通知发送该RTS报文的数据转发层设备丢弃该数据报文，从而使得该数据报文不会在网络中继续传输。
本发明还提供了一种基于软件定义的车联网数据传输装置，以下结合图3进行详细说明。
参见图3，图3是本发明实施例基于软件定义的车联网数据传输装置的结构示意图，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该装置应用于控制层设备，包括：
获取单元301，用于获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；
决策单元302，用于获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信。
图3所示装置中，
数据转发层设备包括车辆节点和路边装置；
所述获取单元301，用于在车联网初始化时获取所有车辆节点和路边装置的位置信息及未来轨迹信息，并根据各车辆节点定期上报的位置信息和未来轨迹信息对该车辆节点的位置信息和未来轨迹信息进行更新。
图3所示装置中，
所述决策单元302，接收到数据转发层设备上送的准备发送RTS报文时，获知数据转发层设备需要发送数据报文；
所述决策单元302，接收到数据转发层设备上送的RTS报文后，判断RTS报文中携带数据报文的传输跳数是否大于预设最大转发跳数，如果是，则确定需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，否则，确定不通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文。
图3所示装置中，
车辆节点的未来轨迹信息包括：车辆节点的行驶路段、行驶方向、行驶速度；路边装置的未来轨迹信息为空；
所述流表包括下一跳信息；
所述决策单元302，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表的方法为：根据该数据转发层设备的位置信息确定与该数据转发层设备的距离在预设距离范围内的第一数据转发层设备集合；基于该数据转发层设备的未来轨迹信息确定与该数据转发层设备之间的距离呈缩短趋势的第二数据转发层设备集合；计算第一数据转发层设备集合与第二数据转发层设备集合的交集，将交集运算结果中的所有数据转发层设备信息作为下一跳信息写入数据报文对应的流表。
图3所示装置中，
所述决策单元302，生成数据转发层设备数据报文对应的流表后，进一步用于：判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件，如果符合连接授权条件，则授权该数据转发层设备建立与该下一跳之间的连接，以使该数据转发层设备执行建立与该下一跳之间的连接的操作。
图3所示装置中，
所述决策单元302，判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件时，用于：如果该下一跳为路边装置，则确定该数据转发层设备与该路边装置符合连接授权条件；如果该数据转发层设备和该下一跳位于同一行驶路段，且该数据转发层设备的行驶方向为相向而行，则确定该数据转发层设备与该下一跳之间符合连接授权条件；否则，确定该数据转发层设备与该下一跳之间不符合连接授权条件，其中，同一行驶路段是指仅在存在两个路口供车辆驶离的一个路段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (12)
1.一种基于软件定义的车联网数据传输方法，其特征在于，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该方法包括：
控制层设备获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；
控制层设备获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信；
其中，
控制层设备接收到数据转发层设备上送的准备发送RTS报文时，获知数据转发层设备需要发送数据报文；
控制层设备接收到数据转发层设备上送的RTS报文后，判断RTS报文中携带数据报文的传输跳数是否大于预设最大转发跳数，如果是，则确定需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，否则，确定不通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
数据转发层设备包括车辆节点和路边装置；
控制层设备在车辆网初始化时获取所有车辆节点和路边装置的位置信息及未来轨迹信息，并根据各车辆节点定期上报的位置信息和未来轨迹信息对该车辆节点的位置信息和未来轨迹信息进行更新。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
车辆节点的未来轨迹信息包括：车辆节点的行驶路段、行驶方向、行驶速度；路边装置的未来轨迹信息为空；
所述流表包括下一跳信息；
根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表的方法为：根据该数据转发层设备的位置信息确定与该数据转发层设备的距离在预设距离范围内的第一数据转发层设备集合；基于该数据转发层设备的未来轨迹信息确定与该数据转发层设备之间的距离呈缩短趋势的第二数据转发层设备集合；计算第一数据转发层设备集合与第二数据转发层设备集合的交集，将交集运算结果中的所有数据转发层设备信息作为下一跳信息写入数据报文对应的流表。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
控制层设备生成数据转发层设备数据报文对应的流表后，进一步包括：判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件，如果符合连接授权条件，则授权该数据转发层设备建立与该下一跳之间的连接，以使该数据转发层设备执行建立与该下一跳之间的连接的操作；
数据转发层设备基于流表转发数据报文的方法为：确定已经与该数据转发层设备建立连接的所有下一跳，如果其中存在一下一跳为路边装置，则通过建立的与该下一跳的连接转发数据报文到该下一跳，否则，从中选择一下一跳，并通过建立的与该下一跳的连接转发数据报文到该下一跳。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件的方法为：如果该下一跳为路边装置，则确定该数据转发层设备与该路边装置符合连接授权条件；如果该数据转发层设备和该下一跳位于同一行驶路段，且该数据转发层设备的行驶方向为相向而行，则确定该数据转发层设备与该下一跳之间符合连接授权条件；否则，确定该数据转发层设备与该下一跳之间不符合连接授权条件，其中，同一行驶路段是指仅在存在两个路口供车辆驶离的一个路段。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
该数据转发层设备执行建立与该下一跳之间的连接的方法为：该数据转发层设备向外广播Hello报文，并在接收到该下一跳返回的应答报文后，建立与该下一跳之间的连接。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
数据转发层设备接收到其它数据转发层设备发来的数据报文时，如果该数据转发层设备为路边装置，则将接收的数据报文上报至控制层设备，以使控制层设备设置丢弃该数据报文的规则，并在再次接收到携带该数据报文信息的RTS报文时，根据丢弃该数据报文的规则通知发送该RTS报文的数据转发层设备丢弃该数据报文。
8.一种基于软件定义的车联网数据传输装置，其特征在于，所述车联网包括应用层、控制层和数据转发层；控制层分别通过北向接口、南向接口与应用层和数据转发层进行信息交互；该装置应用于控制层设备，包括：
获取单元，用于获取所有数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息；
决策单元，用于获知数据转发层设备需要发送数据报文时，判断是否需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，如果是，则指示数据转发层设备从蜂窝接口转发数据报文，否则，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表并下发至数据转发层设备，以使数据转发层设备基于流表转发数据报文，实现数据报文的短距离无线通信；
其中，
所述决策单元，接收到数据转发层设备上送的准备发送RTS报文时，获知数据转发层设备需要发送数据报文；
所述决策单元，接收到数据转发层设备上送的RTS报文后，判断RTS报文中携带数据报文的传输跳数是否大于预设最大转发跳数，如果是，则确定需要通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文，否则，确定不通过长距离蜂窝无线通信网络传输数据报文。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
数据转发层设备包括车辆节点和路边装置；
所述获取单元，用于在车联网初始化时获取所有车辆节点和路边装置的位置信息及未来轨迹信息，并根据各车辆节点定期上报的位置信息和未来轨迹信息对该车辆节点的位置信息和未来轨迹信息进行更新。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
车辆节点的未来轨迹信息包括：车辆节点的行驶路段、行驶方向、行驶速度；路边装置的未来轨迹信息为空；
所述流表包括下一跳信息；
所述决策单元，根据数据转发层设备的位置信息和未来轨迹信息生成数据报文对应的流表的方法为：根据该数据转发层设备的位置信息确定与该数据转发层设备的距离在预设距离范围内的第一数据转发层设备集合；基于该数据转发层设备的未来轨迹信息确定与该数据转发层设备之间的距离呈缩短趋势的第二数据转发层设备集合；计算第一数据转发层设备集合与第二数据转发层设备集合的交集，将交集运算结果中的所有数据转发层设备信息作为下一跳信息写入数据报文对应的流表。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述决策单元，生成数据转发层设备数据报文对应的流表后，进一步用于：判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件，如果符合连接授权条件，则授权该数据转发层设备建立与该下一跳之间的连接，以使该数据转发层设备执行建立与该下一跳之间的连接的操作。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述决策单元，判断该数据转发层设备与流表中每个下一跳之间是否符合连接授权条件时，用于：如果该下一跳为路边装置，则确定该数据转发层设备与该路边装置符合连接授权条件；如果该数据转发层设备和该下一跳位于同一行驶路段，且该数据转发层设备的行驶方向为相向而行，则确定该数据转发层设备与该下一跳之间符合连接授权条件；否则，确定该数据转发层设备与该下一跳之间不符合连接授权条件，其中，同一行驶路段是指仅在存在两个路口供车辆驶离的一个路段。
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