软件定义的VANET动态QoS路由及流表更新机制研究

Software defined networking (SDN) is a new programmable network architecture which separates data forwarding and control. Applying the SDN in vehicular ad hoc networks (VANET) will improve its flexibility and controllability and optimize its data transmission performance. This project will study on VANET architecture based on SDN. Considered the properties of node mobility, topology dynamics and self-organizing, the framework and interaction model of data plane and control plane are designed. On this basis, the dynamic QoS routing framework under central control is proposed. In order to reduce the estimation inaccurate effect on the performance of QoS routing, the link state estimation method under dynamic network is analyzed. The optimization path selection model under multiple flows and multiple constraints is constructed in order to meet the QoS routing demand of multiple flow. Network flow table update scheme is studied in order to achieve the update consistency, simultaneously reduce the control traffic and improve the update efficiency. This project provides new ideas and new methods to improve the quality of service in VANET network.

软件定义的网络(SDN)是一种数据控制分离、软件可编程的新型网络体系架构。将SDN架构应用于车辆自组织网络(VANET)将提高VANET的灵活性、可控性，优化网络数据传输性能。本课题将结合VANET的节点移动性、拓扑动态性、网络自组织性等特性，设计软件定义的VANET的数据平面和控制控制平面的组成和交互模式。在此基础上，研究基于任务调度和数据业务需求的动态QoS路由框架，并着重解决该框架下的网络链路状态实时估计、优化路径计算等问题。分析网络状态信息动态变化场景下的链路性能估计方法以及状态信息不精确性的量化和评估方法，以减少链路性能估计不准确对QoS路由性能的影响；建立多业务流多约束条件下的优化路径选择模型，以实现满足多业务流QoS需求的路由机制。研究网络流表更新一致性方案，以减轻网络流表更新的控制负载以及提高更新的效率。本课题对于提升VANET网络QoS性能有重要理论意义和应用价值。

车辆自组织网络（VANET）实现车与车、车与路、车与人及互联网的广泛通信，从而能够提供智能化交通管理、车辆智能化控制等服务，具有广泛应用前景。将软件定义网络架构应用于VANET将提高其灵活性、可控性，优化网络数据传输性能。. 本项目首先从软件定义的VANET体系结构研究入手，提出了一种面向异构多网接入的软件定义VANET架构，实现了VANET控制与转发平面的分离，为VANET提供了开放和灵活的网络体系结构，有利于实现大规模的服务和协议部署。其次，研究了软件定义的VANET的动态QoS路由机制。通过理论和实验深入分析了流表溢出对控制器和QoS路由机制的影响，提出了一种联合带宽和流表均衡的多约束QoS路由机制。在此基础上，为支持VANET业务流的动态加入和退出，提出了一种流表用量感知的动态QoS保障框架，建立了多业务流多约束条件下流表用量感知的QoS路由模型并求解，设计了一种流表用量感知的QoS路由机制。实验表明，所提出的QoS路由机制不仅能够满足多业务对各自丢包、时延和吞吐量的要求，还能够感知流表用量，从而避免流表溢出对QoS路由的影响，进一步提高了网络QoS保障的性能。最后，对软件定义的VANET流表优化技术进行研究。首先，为减轻车辆移动导致的频繁切换对流表更新的影响，优化流表下发的数量，提出了一种软件定义网络的移动性管理方案，在该方案中，提出了一种动态路由转发点选择算法，实现了车辆移动后能够找到最佳路由转发点；并且，基于灰色预测模型和粒子滤波位置预测算法，提出了一种预测切换机制，确保了移动中会话的连续性，并降低了下发流表的数量。其次，为了优化流表的空间利用率，通过对流表项超时时间的影响因素分析并引入数据包的时间间隔和流表容量，提出了一种基于网络流量特征动态配置超时时间的方法。. 本项目的研究成果将为分布式车载网络带来可编程性和灵活性，同时简化网络管理和提供新的车联网服务，提升VANET网络QoS性能。