[发明专利]用于卸载5G蜂窝物联网的V2V路由框架的设计方法

说明书

本发明提供一种用于卸载5G蜂窝物联网的V2V路由框架的设计方法，涉及5G蜂窝物联网技术领域。包括RLbR(Reinforcement Learning based V2V Routing，基于强化学习的V2V路由)系统框架的设计、RLbR框架路由协议的设计以及性能评估。为了有效地传输分流流量，本发明设计了相应的V2V路由算法。在路由算法中，利用强化学习评价邻近车辆的质量，基于位置因子PF转发数据包，通过环境模型加速Q表的收敛。在多个模拟场景下进行性能评估。结果表明，提出的框架有效地减轻了蜂窝网络的流量，在网络生存期、平均能耗、传输比和平均时延方面都有较好的性能。

技术领域

本发明涉及5G蜂窝物联网技术领域，尤其涉及一种用于卸载5G蜂窝物联网的V2V路由框架的设计方法。

背景技术

移动设备的广泛普及导致了通信技术从3G向4G的发展，4G旨在提供更高的数据速率和增加的网络容量。然而，运营商在小区过载、资源管理、服务质量(QoS)等方面仍面临重要挑战，这表明通信技术需要进一步发展。

5G蜂窝物联网是一种低功耗的广域物联网，包括增强机型通信(eMTC)和窄带物联网(NB-IoT)，设备与设备之间可以通过5G蜂窝网络相互通信。然而，随着移动用户越来越依赖移动设备进行连接、互动、在线购物、观看电视直播等，移动数据流量呈指数增长，5G蜂窝物联网中的无线接入(RA)很容易超负荷。为了应对前所未有的移动数据增长，移动运营商正在不断升级他们的网络，要么迁移到新一代无线网络，要么部署在5G蜂窝网络之上的增强技术。

D2D通信是另一种有前途的5G网络技术，它可以让无线网络设备直接通信，而不是通过蜂窝基站。这在小区内提供了更大的覆盖范围，可以通过使用多跳路由来卸载流量，并更有效地使用已许可和未许可的频谱。移动设备的大量增加激发了D2D通信作为小区向更好的QoS转移的一种手段。

增强型物联网的D2D通信的典型场景之一是车辆网络中的V2V通信。人们越来越感兴趣将流量从蜂窝网络转移到V2V通信，同时对用户的性能要求也越来越高，因此需要开发有效的V2V路由协议。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于卸载5G蜂窝物联网的V2V路由框架的设计方法，解决了针对城市交通系统中车辆密集导致的5G蜂窝物联网超载问题。该框架为基于强化学习的V2V路由(Reinforcement Learning based V2VRouting，简称RLbR)框架，该框架中，SDN控制器负责确定流量是否是实时的，并将强化学习引入到V2V路由中，利用缓存因子和能量因子计算相邻车辆的Q值，从而评估相邻车辆的质量。选择Q值与位置因子乘积最大的相邻车辆作为转发车辆，最后利用环境模型预测相邻车辆的运动状态，加快了Q表的收敛速度。提出的框架能有效地减轻蜂窝网络的流量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种用于卸载5G蜂窝物联网的V2V路由框架的设计方法，包括RLbR系统框架的设计、RLbR框架路由协议的设计以及性能评估；步骤如下：

步骤1：对RLbR系统框架进行整体设计，采用强化学习方法设计一个新的V2V路由算法；

步骤2：对RLbR框架路由协议进行设计，包括网络模型、结点质量评价模型、位置因子辅助的数据包转发模型以及加速Q表收敛的环境模型；

步骤3：对RLbR框架性能进行评估，包括仿真环境、度量和基准算法以及结果分析。

所述步骤1的具体步骤包括：

步骤1.1、SDN控制器直接与基站相连，对其覆盖区域内的车辆进行管理。使用SDN控制器为高业务量小区提供智能的本地转发决策，以减轻业务量和平衡网络负载；