Page 274 - 《软件学报》2020年第12期

3940 Journal of Software 软件学报 Vol.31, No.12, December 2020

资源不受限,其可以达到最优的数据投递质量(投递率和传输时延),因此也常被用来作为基准和其他算法进行
比较.但是在实际应用中,设备和网络资源都是有限的,大量冗余备份对设备和网络资源的过度消耗必然会严重
降低数据的投递质量,因此人们开始考虑在设计路由算法时对数据包的备份数进行限制.早期应用较为广泛的
方法就是在数据包投递前就设定其传输过程中的最大备份个数,本文称之为先决性机会路由算法.Spray-and-
Wait [17] 是最为典型的代表,其主要包含数据包复制扩散和直接投递两个阶段:前一阶段类似 Epidemic 算法,但是
数据包最大备份数已经预先设定;而在后一阶段,携带副本的节点在遇到目的节点前不再对其进行转发或复
制.Spray-and- Focus [18] 也属于该类算法,可以看作是对 Spray-and-Wait 算的改进,其最大副本数也预先设定.不同
点在于:当无法继续进行复制时,携带数据包的节点可以把数据包转发给效用值较高的节点进行数据中转.除此
之外,文献[19−21]中所提出的算法都属于这种类型.
通过直接限制数据包的最大备份数,先决性机会路由算法可以有效降低网络的负载和对设备及网络资源
的消耗,但是其并不能保证数据投递率、传输时延等指标达到最优,因此人们提出了自适应备份机会路由算法,
其能够以效用值的最优化为目标,在数据投递过程中自适应地调整网络中每个数据包的最大备份个数.
Delegation Forwarding [22] 是该类算法的典型代表,其通过对前一时间段内转发实例的观察,基于自由停止理论进
行转发决策,从而使得数据投递性能最优而数据传输代价最小.GameR [24] 则把节点间的数据交换看作是一个讨
价还价的过程,利用博弈论来指导数据包的转发和复制,在保证数据投递性能的基础上,使得数据包的平均备份
数最低.
但是,由于视频数据独特的特征和不同的投递质量要求,上述算法都无法用来对视频数据进行高效机会传
输.VideoFountain [25] 通过在一些人流量较为密集的街道上部署一些类似“小货摊”的节点用来存储多媒体数据,
并通过 Wi-Fi 接入点把这些数据转发给经过的用户,从而实现多媒体数据的机会传输.但是,其仅仅把多媒体数
据当作是一个应用背景,路由算法的设计并没有考虑多媒体数据的任何特性.此外,还有很多与车载网中视频数
据传输相关的工作,比如文献[26−28],但是车联网中的路由算法设计和一般移动机会网络的算法有很大差异,其
可以充分利用城市道路的拓扑信息.

2 系统模型和问题建模

2.1 系统模型

在城市区域,所有移动用户和配置移动智能终端的车辆都可以被看作是移动节点;而从网络的角度来看,这
些节点以有意识或无意识的方式组成了一个移动机会网络.视频数据通过节点间的机会接触,利用 D2D 的方式
进行数据传输.因此,视频数据卸载其实就是视频数据通过移动机会网络进行传输的过程.图 2 给出了视频数据
卸载的系统模型,其主要由两部分组成,即平台侧和用户侧.在平台侧,管理平台可以看作是部署在传统网络中
的一台服务器,主要负责参与用户的招募和管理、视频数据请求和响应管理、视频数据包扩散信息收集等,其
可以和移动用户通过移动蜂窝网或者 Wi-Fi 网络进行通信和交互.在用户侧,所有的用户都在进行非受控自主
移动,其间可以通过 D2D 方式直接进行数据交换,同时,每个用户还可以通过 3G/4G,Wi-Fi 接口与平台进行信息
交互.当用户参与或者退出视频卸载任务,其必须及时通知管理平台,以便后者实时掌握参与用户的确切信息;
同时,当携带数据发生变化时,每个用户也要把变化情况以数据包的形式上报给管理平台.由于用户和数据包的
信息可以用来对效用值和用户收益进行计算,从而辅助视频数据进行投递,本文也把这些数据称为控制信息.在
视频数据传输的过程中,只有控制信息可以通过传统无线网络进行传输.
在图 2 中,步骤①~步骤⑤给出了视频数据卸载的流程.
• 如果一个用户想要获取一个视频段,其首先会向管理平台发送请求消息(步骤①、步骤②);
• 平台收到请求消息后,会把它发送给存储有该视频的用户(步骤③、步骤④);
• 最终,后者会通过 D2D 的方式把请求的视频数据发送给请求者.