[發明專利]一種基于隱馬爾科夫的車聯網切換決策方法

有效

• 申請號: 202111169755.0
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113950113B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 畢遠國;郝晨陽;黃子烜;張東玉;王博洋;郭朋超;張娟;肖嘉池
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04W36/00
• 分類號: H04W36/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;H04W4/40;H04W36/26;H04W36/32;H04W60/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明屬于車聯網信息交互技術領域，提出了一種基于隱馬爾科夫的車聯網切換決策算法，算法包括信息交互模塊、切換觸發模塊、網絡選擇模塊、信息維護模塊和數據轉發模塊五個模塊。根據維護在數據庫中的可接收信號強度預測當前連接網絡在未來一段時間內的可接收信號強度，從而判斷出是否需要進行網絡切換。并通過隱馬爾科夫模型中的元素以及車輛的觀測狀態信息，得到車輛從一個網絡切換至另一個網絡的概率，判決出最佳的目標網絡。切換完成后，根據切換前后的網絡信息修改隱馬爾科夫模型。改善了現有的網絡切換算法切換時延高、丟包率高以及容易發生“乒乓效應”的問題。

技術領域

本發明屬于車聯網(Internet of Vehicles，IoV)底層通信協議范疇，涉及一種基于隱馬爾科夫的車聯網切換決策方法。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，對車輛上的實時道路安全服務與信息娛樂應用的需求不斷增長，從而獲得良好的駕駛體驗。因此，一個高性能的車聯網，對各類智能交通應用實現變得尤為重要。移動性管理機制可以幫助終端與網絡的連接達到最佳狀態，而切換管理是移動性管理中至關重要的過程，能夠在當前連接網絡服務質量較差時選擇一個最優的目標網絡，保證了用戶的使用體驗。但是，由于車聯網具有車輛快速移動和網絡拓撲頻繁變化的特點，嚴重降低了網絡切換性能。

現有的切換決策方法主要分為五大類，分別為基于單因素的切換決策方法、基于效用函數的切換決策方法、基于多屬性決策的切換決策方法、基于服務質量的切換決策方法以及基于人工智能的切換決策方法?；趩我蛩氐那袚Q決策方法考慮因素比較單一，不適用于車聯網中的復雜環境?；谛в煤瘮档那袚Q決策方法把各個無線接入網絡的性能量化，帶入到效用函數之中，從而判決出最佳切換目標網絡?；诙鄬傩詻Q策的切換決策方法綜合考慮網絡的性能、移動節點的軌跡、用戶的習慣等信息，把這些因素帶入到常用的多屬性決策方法對移動終端周圍的可接入網絡的優先級進行排序，選擇最佳的網絡進行接入?；谌斯ぶ悄艿那袚Q決策方法屬于新興的切換決策方法，也是近年來比較熱門的方法，該類方法通常使用模式識別、模糊邏輯、神經網絡等人工智能的方法來解決切換問題。目前存在的切換決策方法還不夠完善，在切換時延、丟包率方面存在一定問題，同時，還會發生頻繁在兩個或多個網絡之間來回切換的現象，即“乒乓效應”。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種適用于異構車聯網環境的切換決策方法，有效降低切換過程中的切換時延和丟包率，避免“乒乓效應”的發生。

本發明技術方案如下：提出一種基于隱馬爾科夫的車聯網切換決策方法，首先使用長短期記憶網絡(Long-Short-Term Memory，LSTM)預測模型完成對車輛當前連接的接收信號強度的預測，判斷是否需要觸發切換以及觸發切換的具體時間；其次，引入隱馬爾科夫模型(Hidden Markov Model，HMM)，結合車輛的觀測屬性，判決出車輛需要進行切換的目標網絡；最后，在系統設計的過程中考慮了該方法與LTE-V協議棧的兼容性，把整個系統分為信息交互模塊、信息維護模塊、切換觸發模塊、網絡選擇模塊和數據轉發模塊五個模塊。

所述信息交互模塊負責信息的發送與接收；所述信息維護模塊用于存儲需要保存的信息；所述切換觸發模塊對是否進行切換進行預測；所述網絡選擇模塊選擇最優的切換目標網絡；所述數據轉發模塊完成對數據的封裝和解析。

信息交互模塊具體為車輛與路邊設備之間互相發送早期注冊請求數據包和更新數據包等內容，而且AP也會通過廣播的方式向周圍的車輛節點發送自適應HMM元素以及該AP的鄰居AP列表。信息交互模塊負責各個節點之間的數據交互工作，控制需要轉發的消息的時間與類型。

信息維護模塊具體為該模塊工作在網絡層的管理實體DME中，在LTE-V協議棧的MIB中原本存在本地信息表、DSM服務請求表、應用請求信息表、使用者服務請求消息表四個表項，用來存儲DSM短消息和可以發送或需要接受的消息服務。本系統為了切換決策方法的實現增加了表項，對車輛的觀測狀態、鄰居網絡列表、HMM模型以及RSSI序列進行了存儲與維護。