一种车联网数据传输系统及方法

本发明涉及智能交通，具体涉及一种车联网数据传输系统及方法。

背景技术：

1、城市道路中汽车数量的增加给城市交通的抗压能力带来的极大的挑战。面对庞大的交通流量，例如早晚上下班高峰期时，希望城市的交通体系能做出相应决策。例如当城市某处发生拥堵或者发生交通事故时，希望消息能更快更准确地在城市中传输，从事发地辐射到附近其他路段，建议可能会受此影响的车辆做出变道决策。同时，在实际城市场景中，每一时刻都会有庞大车辆群体发送数据包。因此，设计一种多数据包传输场景下高效的路由算法，使数据包能更快更准确地发送到目标车辆是至关重要的。

2、由于终端数量日益规模增大，存储交通流量环境产生的数据也愈发变多，现有技术中均是使用云服务器接收全局交通流量信息并通过云服务器完成计算任务，这会消耗大量带宽，同时带来数据传输延迟，导致数据包发送至目的地车辆的速度较慢。

3、因此，急需提供一种车联网数据传输系统及方法，提高数据包发送至目的地车辆的速度。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种车联网数据传输系统及方法，用以解决现有技术中存在的使用云服务器接收全局流量信息并完成计算任务，导致数据包发送至目的地车辆的速度较慢的技术问题。

2、本发明提供了一种车联网数据传输系统，包括多个车辆、道路、设置在多个交叉路口的多个边缘服务器以及云服务器，所述多个车辆包括数据发送车辆、目的地车辆和多个中间车辆，所述多个边缘服务器包括距离所述数据发送车辆最近的第一边缘服务器、距离所述目的地车辆最近的第二边缘服务器以及多个中间边缘服务器；

3、所述边缘服务器用于收集所述车辆发送的信标，获取各所述交叉路口的局部交通流量信息，并基于所述局部交通流量信息建立与所述边缘服务器相邻的相邻边缘服务器的多跳链路，并将所述局部交通流量信息和所述多跳链路上传至所述云服务器；

4、所述云服务器用于基于所述局部交通流量信息生成全局交通流量信息，并确定道路质量，基于所述全局交通流量信息、强化学习算法、所述多跳链路以及所述道路质量确定数据包在所述第一边缘服务器、所述多个中间边缘服务器和所述第二边缘服务器之间的全局最优传输路径，并将所述全局最优传输路径发送至各所述边缘服务器；

5、所述边缘服务器还用于基于所述强化学习算法对所述全局最优传输路径进行修改，获得目标传输路径，所述数据包通过所述第一边缘服务器、所述目标传输路径以及所述第二边缘服务器从所述数据发送车辆发送至所述目的地车辆。

6、在一些可能的实现方式中，所述边缘服务器包括车辆位置确定模块、候选基构造模块、基底确定模块以及多跳链路建立模块；

7、所述车辆位置确定模块用于基于所述局部交通流量信息确定在所述边缘服务器传输范围内多个车辆在预设坐标系下的车辆位置；

8、所述候选基构造模块用于确定所述多个车辆中远离路口行驶的多个目标车辆，为所述多个目标车辆对应建立多组预备基，并基于车辆位置和预设的筛选规则确定所述多组预备基中的多组候选基；

9、所述基底确定模块用于确定各组所述候选基的链路寿命，并将链路寿命最长的所述候选基作为基底，所述基底中的车辆为中继车辆，所述中继车辆包括上一跳中继车辆和多个待选中继车辆；

10、所述多跳链路建立模块用于确定所述多个待选中继车辆与所述上一跳中继车辆的链接寿命，并将链接寿命最长的待选中继车辆作为下一跳中继车辆，当所述上一跳中继车辆与所述边缘服务器的链接断开时，将所述下一跳中继车辆与所述上一跳中继车辆链接，获得所述多跳链路。

11、在一些可能的实现方式中，所述车辆位置为：

12、

13、

14、

15、

16、式中，x为车辆位置的横坐标；y为车辆位置的纵坐标；t为车辆与边缘服务器建立连接的时间；t0为车辆接收到信标的时刻；x0为t0时刻车辆的横坐标；y0为t0时刻车辆的初始纵坐标；v为车辆与边缘服务器建立连接时的速度；a为车辆与边缘服务器建立连接时的加速度；θ为车辆运动方向与预设坐标系横坐标正轴方向的夹角；v0为t0时刻车辆的速度；δd为边缘服务器发出信标时车辆与边缘服务器的距离；r为车辆最大通信距离；xr为边缘服务器的横坐标；yr为边缘服务器的纵坐标。

17、在一些可能的实现方式中，所述预备基的链路寿命为：

18、

19、

20、式中，mlet(p)为预备基的链路寿命；min为取最小值符号；len为多跳链路中车辆的数量；let(p[i],p[i+1])为第i个车辆与第i+1个车辆之间的链接寿命；si为第i个车辆与边缘传感器的距离；si+1为第i+1个车辆与边缘传感器的距离；vi为第i个车辆的速度；vi+1为第i+1个车辆的速度；||为绝对值运算符号。

21、在一些可能的实现方式中，所述基底确定模块包括第一筛选单元、第二筛选单元以及第三筛选单元；

22、所述第一筛选单元用于基于所述多个目标车辆的速度和加速度对所述多组预备基进行筛选，获得多组第一待选预备基；

23、所述第二筛选单元用于当所述第一待选预备基中包括两个目标车辆时，基于所述车辆位置对所述多组第一待选预备基进行筛选，当所述第一待选预备基包括至少三个目标车辆时，基于链接方式对所述多组第一待选预备基进行筛选，获得多组第二待选预备基；

24、所述第三筛选单元用于基于各组所述第二待选预备基中目标车辆的数量对所述多组第二待选预备基进行筛选，获得所述多组候选基。

25、在一些可能的实现方式中，所述边缘服务器还包括断链处理模块以及多跳链路维护模块；

26、所述断链处理模块用于当所述多跳链路发生断链时，生成多跳新链路；

27、所述多跳链路维护模块用于判断所述多跳新链路是否可与所述多跳链路建立连接，当所述多跳新链路可与所述多跳链路建立连接时，将所述多跳新链路与所述多跳链路连接。

28、在一些可能的实现方式中，所述边缘服务器还包括多跳链路储存模块；

29、所述多跳链路储存模块用于确定所述多跳链路中的第一个中继车辆和最后一个中继车辆，并根据所述第一个中继车辆和所述边缘服务器的距离确定所述多跳链路的生效时间，根据所述最后一个中继车辆和所述边缘服务器的距离确定所述多跳链路的失效时间，并基于所述生效时间、所述失效时间以及所述多跳链路的寿命将所述多跳链路进行存储。

30、在一些可能的实现方式中，所述道路质量为：

31、q＝αdrij+βprij

32、

33、

34、α+β＝1

35、式中，q为道路质量；α为第一比例系数；drii为道路路段rij上车辆数量与路段rij长度之比；β为第二比例系数；prij为多条链路中的中继车辆的比例；nrij为道路路段rij上车辆的数量；lrij为道路路段rij的长度；nhij为道路路段rij上中继车辆的数量。

36、在一些可能的实现方式中，所述车辆包括数据包传输模块以及重传模块；

37、所述数据包传输模块用于将所述数据包传输至所述边缘服务器；

38、所述重传模块用于当所述数据包传输失败时，以预设重传次数重新将所述数据包传输至所述边缘服务器。

39、另一方面，本发明还提供一种车联网数据传输方法，适用于上述任意一种可能的实现方式中所述的车联网数据传输系统，所述车联网数据传输方法包括：

40、控制所述边缘服务器收集所述车辆发送的信标，获取各所述交叉路口的局部交通流量信息，并基于所述局部交通流量信息建立与所述边缘服务器相邻的相邻边缘服务器的多跳链路，并将所述局部交通流量信息和所述多跳链路上传至所述云服务器；

41、控制所述云服务器基于所述局部交通流量信息生成全局交通流量信息，并确定道路质量，基于所述全局交通流量信息、强化学习算法、所述多跳链路以及所述道路质量确定数据包在所述第一边缘服务器、所述多个中间边缘服务器和所述第二边缘服务器之间的全局最优传输路径，并将所述全局最优传输路径发送至各所述边缘服务器；

42、控制所述边缘服务器基于所述强化学习算法对所述全局最优传输路径进行修改，获得目标传输路径，所述数据包通过所述第一边缘服务器、所述目标传输路径以及所述第二边缘服务器从所述数据发送车辆发送至所述目的地车辆。

43、采用上述实现方式的有益效果是：本发明提供的车联网数据传输系统，通过设置车联网数据传输系统包括多个车辆、道路、设置在多个交叉路口的多个边缘服务器以及云服务器，实现了云-边-端的三层架构，即：可通过边缘服务器处理部分计算任务，降低数据包的传输时延，并减轻云服务器的计算压力，从而可提高数据包的传输速度。

44、进一步地，本发明通过设置云服务器基于全局交通流量信息、强化学习算法、多跳链路以及道路质量确定数据包在第一边缘服务器、多个中间边缘服务器和第二边缘服务器之间的全局最优传输路径，并设置边缘服务器基于强化学习算法对全局最优传输路径进行修改，获得目标传输路径，可实现两阶段强化学习，加快了目标传输路径的确定效率，从而进一步提高了数据包的传输速度。

45、更进一步地，本发明在确定全局最优传输路径时，将道路质量考虑在内，可在车辆密度大的路段确定出更加合理和可靠的全局最优传输路径，从而进一步提高数据包传输的速度。