CN112073941B - 基于中断模式的车联网v2v信息传输方法 - Google Patents

基于中断模式的车联网v2v信息传输方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，属于车辆网技术领域，包括以下步骤：(1)对车辆i建立初始化列表，(2)车辆i与步骤(1)所述的列表中的车辆建立D2D链路；(3)判断车辆的行驶状态，及时发送信息；(4)根据接收到的车辆行驶参数，及时反馈信息；(5)检测车辆行驶状态的改变，(6)判断是否进入RSU覆盖范围；(7)驶出RSU覆盖范围后，重复步骤(1)。该方法可以有效地提高互传信息的车辆数目，节省了信令开销从而避免网络堵塞，也提高了覆盖圈内所有节点的信道容量。

Description

基于中断模式的车联网V2V信息传输方法
技术领域
本发明提供一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，属于车辆网技术领域。
背景技术
近年来，车联网(internet of vehicles，IoV)成为国内外新一轮科技创新和产业发展的必争之地，进入产业爆发前的战略机遇期，正在催生大量新技术、新产品、新服务。其中以蜂窝通信为基础的车用无线通信技术C-V2X(cellular vehicle-to-everything)作为实现车辆与一切事物连接的载体，是推动车联网产业发展的关键技术之一，具有广阔的市场应用前景。C-V2X支持实现车与车(vehicle to vehicle，V2V)、车与路侧基础设施(vehicle to infrastructure，V2I)、车与人(vehicle to pedestrian，V2P)、车与云平台(vehicle to network/cloud，V2N/V2C)的全方位连接和信息交互。
V2V技术是通过任意车载终端(on board unit，OBU)之间进行数据交换与广播的直联通信方式。OBU可以实时获取周围车辆的车速、车辆位置、行车情况等信息。V2V通信主要应用于预警和避免交通事故的主动安全应用。通过GPS、RFID、传感器、摄像头图像处理等装置，车辆可以完成自身环境和状态信息的采集；通过互联网技术，所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器；通过计算机技术，这些大量车辆的信息可以被分析和处理，从而计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况和安排信号灯周期。在《基于802.11p/wave的车联网连通性模型及其应用研究》文章中，公开了一种针对高速公路的车联网场景，分析了特定路段上任意两车之间的连通性模型参数指标与车辆密度及传输距离之间关系，且提出了一种车联网专用的报文格式，能够有效地控制广播报文的泛滥情形。但是对于传统的蜂窝***，包必须由演进节点(eNB)转发，因此传统的LTE不支持V2V通信。而现有的一些通信方式，一般按照很小的时间间隙，基本是实时的发送信息，这就带来信令开销比较大，网络负担重，耗能高的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷的基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，该方法可以有效地提高互传信息的车辆数目，节省了信令开销从而避免网络堵塞，也提高了覆盖圈内所有节点的信道容量。
为实现上述目的，本发明所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，包括以下步骤：
(1)对车辆i建立初始化列表：
(2)车辆i与步骤(1)所述的列表中的车辆建立D2D链路；
(3)判断车辆的行驶状态，及时发送信息；
(4)根据接收到的车辆行驶参数，及时反馈信息；
(5)检测车辆行驶状态的改变：
(6)判断是否进入RSU覆盖范围：
(7)驶出RSU覆盖范围后，重复步骤(1)。
优选的，若车辆的行驶状态不发生变化，在固定时刻上报标志信息验证链路正常与否，当车辆的行驶状态发生改变时进行信息传输。
优选的，步骤(1)具体的包括：车辆i根据其发射功率、周围车辆的数目以及相对位置确定其覆盖范围，建立初始路由表。
优选的，所述的覆盖范围根据其他车辆接收到的功率阈值或者信号与干扰加噪声比阈值来确定；
所述覆盖范围的具体表达式，如下：
Figure BDA0002673336080000021
Figure BDA0002673336080000022
其中，SINR为信号与干扰加噪声比，γ为满足建立V2V链路的SINR阈值；P为节点的发射功率，d为发射端与接收端之间的距离，h为两个节点之间的信道衰减系数，h服从CN(0,1)分布；上标α表示路径损耗指数，下标i、j、k分别表示发射信号的车辆序号、接收信号的车辆以及周围车辆的序号，ij表示节点i到节点j之间，K表示周围车辆的总数目。此处σ2表示加性高斯白噪声的功率。
优选的，步骤(3)具体的包括
①如果车辆i的行驶参数发生改变，则及时发送给其他车辆；若不发生改变则不需要重新发送信息，只需在一定时间间隔上报无变化信息0；除非有新的车辆进入覆盖范围，只需单独发送信息给新加入的车辆n；
②若列表中其他车辆j的行驶参数发生改变或者其他突发情况，要及时发送信息给车辆i；若没有变化，则不发送信息，在一定时间间隔上报无变化信息0；
③如果有新车辆n进入该覆盖范围，将其行驶参数发送给车辆i；
④车辆的预警信息如果与当前的行驶参数不一致，提前发送给其他车辆，并等待其他车辆的反馈信息；车辆的预警信息与当前信息一致时，则向其他车辆发送信息0；
优选的，步骤(4)具体的包括
①车辆j接收到车辆i的行驶状态发生改变时，根据信息判断行驶参数发生变化的车辆是否超出覆盖范围，若超出范围则由直接链路变成中继链路，若中继链路也不满足则不传递信息；及时更新路由表；
②车辆i接收到车辆j上报信息后，将发生变化的车辆信息在路由表信息中及时更新，无变化的车辆信息保持不变；
③接收到新接入车辆n发送的信息，车辆i要及时地更新路由表，并将其反馈给车辆n；
④车辆接收到其他车辆的预警信息变化时，若同意该车辆预警信息发生改变，则回复信息1；如果不同意其行为，即无法躲避其参数改变，则回复信息0；
所述步骤(4)完成后重复步骤(3)，与上报信息的车辆实时传递信息。
优选的，步骤(5)具体的包括其他车辆发生改变时，如果影响不到自身的行驶，则继续保持原状态；若无法躲避，则调整自己的行驶参数，并及时上报其信息，更新路由表，重复步骤(2)；
优选的，步骤(6)具体的包括：
如果进入RSU的覆盖范围，所有车辆在RSU调度管理下实时更新信息，并传递给其他车辆，防止紧急制动，以避免事故发生。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将D2D技术的通信模式引入到车联网中进行消息传输，在车辆的覆盖范围内联合完全自组网与混合车联网两种通信模式，提出了一种中断模式的信息传输机制，降低了空口传输时延以及网络转发时延。该中断传输机制可以有效地提高互传信息的车辆数目，节省了信令开销从而避免网络堵塞，也提高了覆盖圈内所有节点的信道容量。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图；
图2是本发明的步骤(3)流程示意图；
具体实施方式
实施例1
如图1-2所示，下面结合附图对本发明作进一步说明：本发明所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，原理在于在信息传输的步骤中，若车辆的行驶状态不发生变化，只须在固定时刻上报一个标志信息验证链路正常即可，在其他时间，只有当状态发生变化时才进行信息传输，用于节省网络资源。车辆之间的通讯通过车载单元OBU模块、GPS、RFID、传感器、摄像头，采用802.11p标准的ad-hoc通信以及基于长期演进(LTE)蜂窝标准实现车联网的通讯。
以车辆i为发射源节点为例说明，该方法的具体步骤如下：
(1)对车辆i建立初始化列表：
车辆i根据其发射功率、周围车辆的数目以及相对位置确定其覆盖范围，建立初始路由表。
覆盖范围的确定是根据其他车辆接收到的功率阈值或者信干噪比阈值来确定。假设满足建立V2V链路的SINR阈值分别为γ，可以计算出接受范围的具体表达式，如下：
Figure BDA0002673336080000041
Figure BDA0002673336080000042
其中，SINR为信号与干扰加噪声比；P为节点的发射功率，d为发射端与接收端之间的距离，h为两个节点之间的信道衰减系数，h服从CN(0,1)分布；上标α表示路径损耗指数，下标i、j、k分别表示发射信号的车辆序号、接收信号的车辆以及周围车辆的序号，ij表示节点i到节点j之间，K表示周围车辆的总数目，σ2表示加性高斯白噪声的功率。
(2)车辆i与步骤(1)所述的列表中的车辆建立D2D链路；
(3)判断车辆的行驶状态，及时发送信息；车辆行驶状态的判断主要通过以下参数确定：位置、速度、方向、加速、减速、路径、路况、预警。具体的步骤包括，
①如果车辆i的行驶参数发生改变，则及时发送给其他车辆；若不发生改变则不需要重新发送信息，只需在一定时间间隔上报无变化信息0；除非有新的车辆进入覆盖范围，只需单独发送信息给新加入的车辆n；
②若列表中其他车辆j的行驶参数发生改变或者其他突发情况，要及时发送信息给车辆i；若没有变化，则不发送信息，在一定时间间隔上报无变化信息0；
③如果有新车辆n进入该覆盖范围，将其行驶参数发送给车辆i；
④车辆的预警信息如果与当前的行驶参数不一致，提前发送给其他车辆，并等待其他车辆的反馈信息；车辆的预警信息与当前信息一致时，则向其他车辆发送信息0。
(4)根据接收到的车辆行驶参数，及时反馈信息；
①车辆j接收到车辆i的行驶状态发生改变时，根据信息判断行驶参数发生变化的车辆是否超出覆盖范围，若超出范围则由直接链路变成中继链路，若中继链路也不满足则不传递信息；及时更新路由表；
②车辆i接收到车辆j上报信息后，将发生变化的车辆信息在路由表信息中及时更新，无变化的车辆信息保持不变；
③接收到新接入车辆n发送的信息，车辆i要及时地更新路由表，并将其反馈给车辆n；
④车辆接收到其他车辆的预警信息变化时，若同意该车辆预警信息发生改变，则回复信息1；如果不同意其行为，即无法躲避其参数改变，则回复信息0；
上述步骤完成后重复步骤(3)，与上报信息的车辆实时传递信息。
(5)检测车辆行驶状态的改变：其他车辆发生改变时，如果影响不到自身的行驶，则继续保持原状态；若无法躲避，则调整自己的行驶参数，并及时上报其信息，更新路由表，重复步骤(2)；
(6)判断是否进入RSU覆盖范围：如果进入RSU的覆盖范围，所有车辆在RSU调度管理下实时更新信息，并传递给其他车辆，防止紧急制动，以避免事故发生。
(7)驶出RSU覆盖范围后，重复步骤(1)。
RSU为路边单元，基于车辆速度和位置信息的变化，每个RSU预测其覆盖范围内网络拓扑结构的变化情况，并且预测与其关联的即将从覆盖范围内离开的通信节点情况。然后，这种预测通过回程网络，传递给相邻的RSUs，即其他的RSUs都能可靠的预测其范围内OBUs密度的变化趋势。
本方法将D2D技术的通信模式引入到车联网中进行消息传输，在车辆的覆盖范围内联合完全自组网与混合车联网两种通信模式，提出了一种中断模式的信息传输机制，降低了空口传输时延以及网络转发时延。该中断传输机制可以有效地提高互传信息的车辆数目，节省了信令开销从而避免网络堵塞，也提高了覆盖圈内所有节点的信道容量。

Claims (5)

1.一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对车辆i建立初始化列表：
步骤(1)具体的包括：车辆i根据其发射功率、周围车辆的数目以及相对位置确定其覆盖范围，建立初始路由表；
所述的覆盖范围根据其他车辆接收到的功率阈值或者信号与干扰加噪声比阈值来确定；
所述覆盖范围的具体表达式，如下：
Figure FDA0003792853150000011
Figure FDA0003792853150000012
其中，SINR为信号与干扰加噪声比，γ为满足建立V2V链路的SINR阈值；P为节点的发射功率，d为发射端与接收端之间的距离，h为两个节点之间的信道衰减系数，h服从CN(0,1)分布；上标α表示路径损耗指数，下标i、j、k分别表示发射信号的车辆序号、接收信号的车辆以及周围车辆的序号，ij表示节点i到节点j之间，K表示周围车辆的总数目，σ2表示加性高斯白噪声的功率；
(2)车辆i与步骤(1)所述的列表中的车辆建立D2D链路；
(3)判断车辆的行驶状态，及时发送信息；
(4)根据接收到的车辆行驶参数，及时反馈信息；
(5)检测车辆行驶状态的改变：
(6)判断是否进入RSU覆盖范围：
(7)驶出RSU覆盖范围后，重复步骤(1)；
若步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(7)中车辆的行驶状态不发生变化，在固定时刻上报标志信息验证链路正常与否，当车辆的行驶状态发生改变时进行信息传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，其特征在于，
步骤(3)具体的包括
①如果车辆i的行驶参数发生改变，则及时发送给其他车辆；若不发生改变则不需要重新发送信息，只需在一定时间间隔上报无变化信息0；除非有新的车辆进入覆盖范围，只需单独发送信息给新加入的车辆n；
②若列表中其他车辆j的行驶参数发生改变或者其他突发情况，要及时发送信息给车辆i；若没有变化，则不发送信息，在一定时间间隔上报无变化信息0；
③如果有新车辆n进入该覆盖范围，将其行驶参数发送给车辆i；
④车辆的预警信息如果与当前的行驶参数不一致，提前发送给其他车辆，并等待其他车辆的反馈信息；车辆的预警信息与当前信息一致时，则向其他车辆发送信息0。
3.根据权利要求1所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，其特征在于，
步骤(4)具体的包括
①车辆j接收到车辆i的行驶状态发生改变时，根据信息判断行驶参数发生变化的车辆是否超出覆盖范围，若超出范围则由直接链路变成中继链路，若中继链路也不满足则不传递信息；及时更新路由表；
②车辆i接收到车辆j上报信息后，将发生变化的车辆信息在路由表信息中及时更新，无变化的车辆信息保持不变；
③接收到新接入车辆n发送的信息，车辆i要及时地更新路由表，并将其反馈给车辆n；
④车辆接收到其他车辆的预警信息变化时，若同意该车辆预警信息发生改变，则回复信息1；如果不同意其行为，即无法躲避其参数改变，则回复信息0；
所述步骤(4)完成后重复步骤(3)，与上报信息的车辆实时传递信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，其特征在于，
步骤(5)具体的包括其他车辆发生改变时，如果影响不到自身的行驶，则继续保持原状态；若无法躲避，则调整自己的行驶参数，并及时上报其信息，更新路由表，重复步骤(2)。
5.根据权利要求1所述的一种基于中断模式的车联网V2V信息传输方法，其特征在于，
步骤(6)具体的包括：
如果进入RSU的覆盖范围，所有车辆在RSU调度管理下实时更新信息，并传递给其他车辆，防止紧急制动，以避免事故发生。
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