車聯(lián)網(wǎng)中基于資源共享的資源管理和接入方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種車聯(lián)網(wǎng)中基于資源共享的資源管理和接入方法，其主要內(nèi)容包括：不同的車對(duì)車通信鏈路之間、車對(duì)路與車對(duì)車通信鏈路之間可以共享時(shí)間、頻率資源進(jìn)行各自的通信；不同的車對(duì)路通信鏈路之間不允許共享資源；不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調(diào)度下實(shí)現(xiàn)，路邊中心單元根據(jù)車輛周期反饋的信道和位置信息做出資源調(diào)度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調(diào)度決策進(jìn)行通信；不同通信鏈路接入信道的方式為時(shí)分多址(TDMA)或者頻分多址(FDMA，包括正交頻分多址OFDMA)。同時(shí)本發(fā)明給出了兩種基于干擾圖的資源共享方案，即基于干擾預(yù)知圖的資源共享方案和基于干擾等級(jí)圖的資源共享方案，可以以較低的復(fù)雜度在不同的通信鏈路之間實(shí)現(xiàn)干擾受限的資源共享，有效的提升車聯(lián)網(wǎng)的吞吐量和頻譜效率。
【專利說(shuō)明】車聯(lián)網(wǎng)中基于資源共享的資源管理和接入方案

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種適用于無(wú)線車輛通信領(lǐng)域，車對(duì)車通信與車對(duì)路通信的資源管理與接入方案，允許車聯(lián)網(wǎng)中不同的車對(duì)車通信鏈路與車對(duì)路通信鏈路可以在路邊中心單元的控制和調(diào)度下共享時(shí)間、頻率資源進(jìn)行通信，從而有效的提升整個(gè)車聯(lián)網(wǎng)的通信容量和頻譜效率。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著智能交通系統(tǒng)的提出和發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注和研究，在車聯(lián)網(wǎng)中主要存在兩種通信方式，即車對(duì)車(V2V)通信和車對(duì)路(V2I)通信。車聯(lián)網(wǎng)是智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息承載平臺(tái)，可為其采集實(shí)時(shí)的交通信息，及時(shí)廣播安全與導(dǎo)航信息，在提高行車安全、減少交通事故、改善交通及駕駛環(huán)境等方面具有深遠(yuǎn)的意義。V2V通信可以使車輛實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到其附近道路上其他車輛的相關(guān)信息，為行車安全及智能駕駛等提供一種高科技的解決手段。V2I通信則可以使得車輛隨時(shí)獲悉其周邊各類設(shè)施的相關(guān)信息，提供各類服務(wù)信息及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入。
[0003]對(duì)MAC層而言，關(guān)鍵技術(shù)主要是對(duì)MAC的資源進(jìn)行管理，包括呼叫接納和切換技術(shù)、調(diào)度技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量(QoS)架構(gòu)、鏈路預(yù)測(cè)及自適應(yīng)技術(shù)等。目前，車聯(lián)網(wǎng)的MAC層接入方式主要可以分為兩種:一是基于競(jìng)爭(zhēng)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突避免(CSMA/CA)，即節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前先進(jìn)行載波偵聽(tīng)，如果信道是空閑的就發(fā)送數(shù)據(jù)，如果信道非空閑，則進(jìn)行一定窗長(zhǎng)的退避之后再進(jìn)行偵聽(tīng)，直到偵聽(tīng)到信道空閑才能發(fā)送數(shù)據(jù)，具體參見(jiàn) G.Bianchi 所著的 “Performance analysis of of the IEEE802.1ldistributedcoordinat1n funct1n，，，IEEE Journal on Selected Areas in Communicat1ns,vol.18，n0.3，Mar.2000 ;二是基于調(diào)度的資源獨(dú)享方式，其中包括FDMA、TDMA等接入方式，即通過(guò)調(diào)度分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的時(shí)間或頻率資源，各車輛節(jié)點(diǎn)在不同的時(shí)頻資源上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具體可參見(jiàn)H.A.0mar等所著的“VeMAC:A TDMA-based MAC protocolfor reliable broadcast in VANETs，，，IEEE Transact1ns on Mobile Computing, 2012和 H.Zhang 等所著的 “Quality-of -service driven power and subcarrier allocat1npolicy for vehicular communicat1n networks，，，IEEE Journal on Selected Areasin Communicat1ns, vol.29, n0.1, Jan.2011。但在現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)的MAC方案中，不論是基于CSMA/CA的隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)方案還是基于TDMA或者FDMA的調(diào)度方案，在某一特定的通信網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，不同的通信鏈路(V2V通信鏈路或者V2I通信鏈路)之間是不允許共享資源進(jìn)行通信的，因而在網(wǎng)絡(luò)頻譜效率的實(shí)現(xiàn)上是有限的。而隨著車聯(lián)網(wǎng)中車輛數(shù)和車輛通信需求的增多，現(xiàn)有車聯(lián)網(wǎng)MAC方案在無(wú)法有效提升網(wǎng)路吞吐率和頻譜效率方面的缺陷將會(huì)越來(lái)越明顯，進(jìn)而影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能和車輛的QoS。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)一種MAC層全新的資源管理和接入方案，可以有效的提升車聯(lián)網(wǎng)的吞吐率和頻譜效率，尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)，仍然能保持較高的網(wǎng)絡(luò)性能。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種車聯(lián)網(wǎng)中基于資源共享的資源管理和接入方法，其特征在于:
[0006]a)不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調(diào)度下實(shí)現(xiàn)，路邊中心單元根據(jù)車輛周期反饋的信道或位置信息做出資源調(diào)度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調(diào)度決策進(jìn)行通信；
[0007]b)所述通信鏈路包括車對(duì)車通信鏈路以及車對(duì)路通信鏈路；
[0008]c)不同的車對(duì)車通信鏈路之間、車對(duì)路與車對(duì)車通信鏈路之間可以共享時(shí)間、頻率資源進(jìn)行各自的通信；
[0009]d)不同的車對(duì)路通信鏈路之間不允許共享資源。
[0010]基于這一資源管理和接入方法，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了兩種基于干擾圖的資源共享方案，可以以較低的復(fù)雜度在不同的通信鏈路之間實(shí)現(xiàn)干擾受限的資源共享，有效的提升車聯(lián)網(wǎng)的吞吐率和頻譜效率。
[0011]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的詳細(xì)論述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加清晰。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景不意圖；
[0013]圖2是針對(duì)圖1網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的干擾預(yù)知圖示意圖；
[0014]圖3是不同場(chǎng)景下兩個(gè)通信鏈路之間的相對(duì)位置關(guān)系；
[0015]圖4是針對(duì)圖1網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的干擾等級(jí)圖示意圖；
[0016]圖5是車聯(lián)網(wǎng)中不同MAC方案下性能對(duì)比仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明首先針對(duì)車聯(lián)網(wǎng)提出了一種全新的基于資源共享的資源管理和接入方案，其中，不同的V2V通信鏈路之間、V2V通信鏈路與V2I通信鏈路之間可以在路邊單元(RSU)的控制和調(diào)度下共享資源進(jìn)行各自的通信。在本發(fā)明所提的方案中，整個(gè)傳輸帶寬被分為K個(gè)正交的資源塊(RB)，不同的通信鏈路采用FDMA或TDMA的方式接入信道，在每個(gè)傳輸幀開(kāi)始時(shí)，RSU接收網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)通信鏈路的通信需求和信道信息，并根據(jù)通信鏈路的信道信息和各個(gè)通信鏈路間的干擾情況作出資源分配的決策，并將資源塊的分配情況反饋給車輛，有通信需求的車輛則根據(jù)資源分配的結(jié)果在授權(quán)的資源塊上進(jìn)行通信。需要注意的是，在本發(fā)明的方案中，不同的V2I通信鏈路之間不能共享資源進(jìn)行通信。
[0019]同時(shí)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了兩種基于干擾圖的資源共享方案，即基于干擾預(yù)知圖的資源共享方案和基于干擾等級(jí)圖的資源共享方案。
[0020]圖2所示為針對(duì)圖1車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景抽象構(gòu)建的干擾預(yù)知圖，圖中節(jié)點(diǎn)ApA2R表兩條V2I通信鏈路，節(jié)點(diǎn)B2, B3代表三條V2V通信鏈路，圖中每條邊都有一個(gè)權(quán)重值，定義為兩條鏈路之間相互干擾的大小。在干擾預(yù)知圖中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)(Vi,即通信鏈路)具有三個(gè)自身屬性，即鏈路屬性、資源屬性和集合屬性。其中，鏈路屬性標(biāo)明該節(jié)點(diǎn)是V2I通信鏈路還是V2V通信鏈路，即K 或者eB，其中j表示V2I鏈路集合，β表示V2V鏈路集合。資源屬性包含兩個(gè)參數(shù)，其一是RB列表(^iyi))，包含一系列RB標(biāo)號(hào),在列表中按照該通信鏈路在各個(gè)RB上對(duì)應(yīng)SNR的大小進(jìn)行排序，其二是當(dāng)前RB指針(δ (Vi))，指向當(dāng)前該通信鏈路最希望獲得的RB標(biāo)號(hào)。集合屬性(τ (Vi))表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所屬的RB集合，需要注意的是當(dāng)該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前不屬于任何RB集合時(shí)，則有τ (Vi) =0。圖中邊值被定義為:
[0021]

【權(quán)利要求】
1.一種車聯(lián)網(wǎng)中基于資源共享的資源管理和接入方法，其特征在于: 1)不同通信鏈路間的資源共享在路邊中心單元的控制和調(diào)度下實(shí)現(xiàn)，路邊中心單元根據(jù)車輛周期反饋的信道或位置信息做出資源調(diào)度決策，不同的通信鏈路依照路邊中心單元的資源調(diào)度決策進(jìn)行通信； 2)所述通信鏈路包括車對(duì)車通信鏈路以及車對(duì)路通信鏈路； 3)不同的車對(duì)車通信鏈路之間、車對(duì)路與車對(duì)車通信鏈路之間可以共享時(shí)間、頻率資源進(jìn)行各自的通信； 4)不同的車對(duì)路通信鏈路之間不允許共享資源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于基于資源共享的資源管理和接入方法是中心控制的，不是分布式的，資源調(diào)度決策由路邊中心單元做出，并通過(guò)控制信道傳給各個(gè)車輛，不同的通信鏈路需根據(jù)路邊中心單元的資源調(diào)度決策進(jìn)行各自的通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于不同通信鏈路接入信道的方式為時(shí)分多址或者頻分多址。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于路邊中心單元可根據(jù)車輛反饋的通信鏈路信道信息和干擾鏈路信道信息構(gòu)建干擾預(yù)知圖，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低的基于干擾預(yù)知圖的資源共享方案。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于干擾預(yù)知圖的構(gòu)建需要已知實(shí)時(shí)反饋的干擾鏈路信道信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在干擾預(yù)知圖中，節(jié)點(diǎn)表示通信鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有三個(gè)自身屬性，即鏈路屬性、資源屬性和集合屬性，其中，鏈路屬性標(biāo)明該節(jié)點(diǎn)是車對(duì)路通信鏈路還是車對(duì)車通信鏈路；資源屬性包含兩個(gè)參數(shù)，其一是資源塊列表，包含一系列資源塊標(biāo)號(hào)，在列表中按照該節(jié)點(diǎn)所代表的通信鏈路在各個(gè)資源塊上對(duì)應(yīng)信噪比的大小進(jìn)行排序，其二是當(dāng)前資源塊指針，指向該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前最希望獲得的資源塊標(biāo)號(hào)；集合屬性表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所屬的資源塊集合；邊的權(quán)重值表示不同通信鏈路之間互干擾的大小，互干擾的大小根據(jù)干擾鏈路信道信息計(jì)算得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于路邊中心單元可根據(jù)車輛反饋通信鏈路信道信息和車輛與車輛之間、車輛與路邊中心單元之間的相對(duì)位置關(guān)系構(gòu)建干擾等級(jí)圖，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和通信代價(jià)均較低的基于干擾等級(jí)圖的資源共享方案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于干擾等級(jí)圖的構(gòu)建不需要實(shí)時(shí)反饋的干擾鏈路信息，只需車輛與車輛之間以及車輛與路邊中心單元之間的相對(duì)位置關(guān)系即可。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，在干擾等級(jí)圖中，節(jié)點(diǎn)表示通信鏈路，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同樣具有鏈路屬性、資源屬性和集合屬性三個(gè)自身屬性，其中，鏈路屬性標(biāo)明該節(jié)點(diǎn)是車對(duì)路通信鏈路還是車對(duì)車通信鏈路；資源屬性包含兩個(gè)參數(shù)，其一是資源塊列表，包含一系列資源塊標(biāo)號(hào)，在列表中按照該節(jié)點(diǎn)所代表的通信鏈路在各個(gè)資源塊上對(duì)應(yīng)信噪比的大小進(jìn)行排序，其二是當(dāng)前資源塊指針，指向該節(jié)點(diǎn)當(dāng)前最希望獲得的資源塊標(biāo)號(hào)；集合屬性表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)所屬的資源塊集合；邊的權(quán)重值表示不同通信鏈路之間互干擾的等級(jí)，互干擾的等級(jí)根據(jù)兩條通信鏈路的相對(duì)位置關(guān)系判定，每個(gè)互干擾的等級(jí)設(shè)為一個(gè)特定的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值可根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
【文檔編號(hào)】H04W72/12GK104080176SQ201310103837
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】程翔, 張榮慶, 焦秉立 申請(qǐng)人:北京大學(xué)